Лазерное исследование процесса распыления топлива двигателей внутреннего сгорания

В статье представлены методы испытаний (механические, электрические и оптические) для исследования распыления топлива в двигателях внутреннего сгорания. Оптические методы, техническая визуализация, системы без отображения цели могут быть использованы в лабораторных работах и испытаниях двигателя. Методы визуализации включают в себя съемку со вспышкой и голографию. Их применение ограничено размерами капель для тестирования, которые должны быть более 5 мкм. Методы визуализации имеют преимущество перед методами без отображения цели, потому что они позволяют видеть каплю в той точке и в то время, когда требуется произвести еe измерение. Методы без отображения цели можно разделить на две группы: первая, которая за один раз подсчитывает и измеряет отдельные капли, и вторая, когда одновременно производится измерение большого количества капель. В статье показаны типовые результаты исследований распределения капель по размерам в распылителях топлива. При проведении испытаний по распылению топлива в условиях работы двигателя внутреннего сгорания учитывались размеры капель, их распределение в распылителе, а также принималась во внимание скорость отдельных капель. Для определения качества распыления топлива были выбраны два подсменных диаметра Suter (D₃₂) и Herdan (D₄₃), первый из которых относится к процессу теплообмена, а второй – к процессу сгорания. Лазерный научно-исследовательский комплекс, включающий в себя лазерное оборудование для измерения скорости частиц (PIV), лазерный доплеровский измеритель скорости (LDV) и фазовый доплеровский анализатор частиц (PDPA), использовался для проведения испытаний по распределению распыления двух типов топлива. Распыление, с точки зрения процессов горения и воспламенения, а также уровней выбросов, характеризуется лучшим сменным диаметром D₄₃, значение которого очень близко к средней величине. Наиболее вредными каплями топлива в аэрозоле являются капли крупного размера. Даже несколько таких капель значительно влияют на процесс горения и выброс токсичных компонентов, главным образом NO_x.

1. Arndt P., Putz W. (1997) Der neue Vierzylinder Dieselmotor OM 611 mit Common-Rail Einspritzsystem ein neues Kapitel der Dieseleinspitztechnik. MTZ Motortechnische Zeitschrift, 58(11), 652-659 (in Russian).

2. Corcione F. E. (2001) (KA-4) Optical Diagnostics in Engines. The Proceedings of the International symposium on diagnostics and modeling of combustion in internal combustion engines (COMODIA 2001), 01.204. https://doi.org/10.1299/jmsesdm.01.204.4

3. Doerr T. (2012) The Significance of Fuel Preparation for Low Emissions Aero-Engine Combustion Technology. ICLASS 2012, 12th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Heidelberg, Germany, September 2-6.

4. Jankowski A., Kowalski M. (2018) Alternative fuel in the combustion process of combustion engines. Journal of KONBIN, 48(4), 55-68. https://doi.org/10.2478/jok-2018-0047

5. Kowalski M., Jankowski A. (2018) Engine test results of fuel-water microemulsion. Proceedings of 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2018 − Belo Horizonte, Brazil. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2018/data/preview/ICAS2018_0769.htm. Code 143115

6. Kozakiewicz A., Kowalski M. (2013) Unstable operation of the turbine aircraft engine. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 51(3), 719-727.

7. Żurek J, Kowalski M. Jankowski A. (2015) Modelling of Combustion Process of Liquid Fuels under Turbulent Conditions. Journal of KONES, 22 (4), 355-363. https://doi.org/10.5604/12314005.1193063

8. Raffel M., Willert C. E., Kompenhans J. (1998) Particle Image Velocimentry. Springe Verlog. https://doi.org/10.1007/978-3-662-03637-2

9. Jankowski A., Kowalski M., Slawinski Z. (2016) Research of alternative fuel water-fuel micro emulsion from point of view reduction of emissions. Proceedings of 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2016, Code 126186. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/preview/2016_0667.htm.

10. Jankowski A., Kowalski M. (2015) Influence of the quality of fuel atomization on the emission of exhaust gases toxic components of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 43-50. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0055

11. Jankowski A., Kowalski M. (2015) Creating mechanisms of toxic substances emission of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 33-42. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0054