Анализ модели задачи

3.5.3.1. Выбрать изменяемый элемент. Для этого проверить, хоро­шо ли поддается изменяемый инструмент, входящий в конфликтную па­ру. Если этот инструмент плохо поддается изменениям, следует заме­нить его в модели задачи ИКС(Х)- элементом.

Х - элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное воздействие или обеспечивает нормаль­ную работу.

В качестве изменяемого элемента следует брать инструмент, а не изделие.

Если в конфликтную пару вошел инструмент, а в качестве изменяе­мого элемента выбран Х-элемент, необходимо заново записать формулировку модели задачи. Типичная формулировка модели задачи при Х-элементе: необходимо ввести Х-элемент, который обеспечивал бы устранение (указать вредное воздействие) или получение (указать полезное действие) при имеющемся инструменте.

Если в модели задачи указан отсутствующий инструмент, надо обязательно ввести Х-элеменг.

Х-элемент всегда поддается изменениям, т.е. можно легко и уп­равляемо изменять его положение в пространстве или физические па­раметры (размеры, форму, скорость, силу и т.д.) и (или) допускать введение добавок. В частности, электромагнитные и тепловые поля относятся к элементам, хорошо поддающимся изменениям (если усло­виями задачи специально не оговорено обратное).

Х-элемент не обязательно должен оказаться новой вещественной частью системы, Х-элемент - это некое изменение в системе, некий X вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды.

Иногда условия задачи содержат дополнительное ограничение: инструмент должен быть неизменяемым. Такие задачи решаются введе­нием Х-элемента, выполняющего функцию второго инструмента.

3.5.3.2. Записать, формулировку идеального конечного результата ИКР-1 (рис. 3.1):

- если в качестве изменяемого элемента выбран инструмент, то
ИКР (указать инструмент) сам устраняет вредное действие (указать),
сохраняя способность совершать полезное действие (указать).

- если в качестве изменяемого элемента выбран Х-элемент, то
ИКР-1:Х - элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действие), сохраняя способность совершать (указать полезное действие).

Кроме конфликта «вредное действие связано с полезным действием», возможны и другие конфликты, например, «введение нового полезного действия вызывает усложнение системы» или «одно полезное действие несовместимо с другим». Поэтому приведенные формулировки ИКР сле­дует считать только образцами, по типу которых надо записывать ИКР. Общий смысл этих формулировок: приобретение полезного качества или устранение вредного не должно сопровождаться ухудшением других ка­честв или появлением вредного качества.

Если из условий задачи известно, каким должно быть готовое изделие, и задача сводился к определению способа получения этого изделия, может быть использован метод «шаг назад от ИКР». Напри­мер, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном от­ступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача: как устранить дефект? Решение такой микрозадачи обыч­но не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения общей задачи.

3.5.3.3. Определить оперативную зону (03). В простейшем случае оперативная зона - это честь изменяемого элемента, в пределах ко­торой необходимо обеспечить сочетание требований, указанных в фор­мулировке ИКР. Оперативная зона может включать пространство между инструментом и изделием, а если инструмент сдвоенный, то и пространство между инструментами.

Если инструмент - поле, то оперативная зона может полностью или частично проникать в изделие. Это необходимо учитывать и в том случае, если изменяемым элементом взят Х-элемент, поскольку неиз­вестный элемент может оказаться полем.

Оперативная зона может проникать в изделие и в тех случаях, когда инструментом является вещество (в частности, мелкодисперсное), но такое проникновение возможно лишь при условии, что оно не нару­шает условий задачи.

Оперативная зона может геометрически включать и весь изменяе­мый инструмент. В этом случае «часть элемента» означает «составная часть, распространенная во всем пространстве». Например, «кис­лород - часть воздуха».

Силы, действие которых появляется в оперативной зоне (например, сила давления), могут создаваться устройствами, находящимися вне этой зоны.

3.5.3.4. Определить оперативное время (0В) - время, в течение которого необходимо обеспечить сочетание требований, указанных в формулировке ИКР-1.

3.5.3.5. Усилить формулировку ИКР-1 дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использо­вать вещества и поля, уже имеющиеся в системе, прежде всего в опе­ративной зоне.

3.5.3.6. Записать формулировку физического противоречия (ФП) на микро уровне часть элемента в оперативной зоне в течение 0В должна быть (указать физическое макро состояние, например, "быть теплопро­водной"), чтобы выполнять (указать противоположное физическое макро состояние, например, «быть нетеплопроводной»).

3.5.3.7. Записать формулировку физического противоречия на микро уровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (ука­зать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (ука­зать требуемое по 3.6 макро состояние), и не должно быть таких частиц (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.5.3.6 дру­гое макросостояние).

3.5.3.8. Записать формулировку идеального конечного результа­та ИКР-2: оперативная зона в течение оперативного времени сама обеспечивает (указать противоположные физические макро- или мик­росостояния).

Для нашей задачи рассмотрим режим н.р. В качестве изменяемого элемента берем вначале топливо. В этом случае ИКР-1 можно сформу­лировать: факел топлива при хорошем распыле и достаточной дальнобойности, а также при мощном вихре воздуха интенсивно сгорает, обеспечивая необходимую мощность, и в то же время поглощает часть тепла, предотвращал перегрев двигателя.

Оперативной зоной в Данном случае является пространство между инструментами: топливом и воздухом.

Оперативным временем является время от момента впрыска топлива до момента начала выпуска выхлопных газов.

Так как согласно 3.5.3.6 в систему нельзя вводить новое вещест­во, то частицы топлива, интенсивно испаряясь и сгорая в вихре воз­духа, сами должны поглощать часть тепловой энергии, предотвращая перегрев двигателя.

На микроуровне ФП частица топлива должна быстро испаряться и сгорать (образуя интенсивный тепловой импульс при образовании про­дуктов сгорания, их расширении) и за счет этого создавать давление и в то же время не образовывать интенсивный тепловой импульс, ко­торый способствует перегреву двигателя.

Для х.х. в качестве изменяемого элемента также берем вначале топливо ИКР-1: через форсунку подается достаточное количество топ­лива, чтобы создать дальнебойность факела, обеспечивающего интен­сивное сгорание топлива в центральной части вихря, и в то же время подается малое количество топлива, чтобы расход топлива был мини­мальным.

Для х.х. ИКР-2: додача малого количества топлива и воздуха обеспечивает низкие затраты, в то же время обеспечивает устойчивую работу двигателя на этом режиме без пропуска вспышек в отдель­ных цилиндрах.

На микроуровне ФП: частицы топлива и воздуха расходуются в ма­лом количестве, в то же время осуществляется их циклическое само­воспламенение и сгорание без пропуска вспышек в отдельных цилинд­рах.

Проведенные автором экспериментальные исследования на опытной установке, имитирующей процесс сгорания в двигателе, показали, что горение происходит в центральной части вихря воздуха. Причем с уменьшением интенсивности вихря эта область сокращается к цент­ру вихря.

Поэтому для улучшения процесса сгорания на этом режиме необходимо одной стороны, увеличить дальнебойность топливного факела, чтобы основная порция топлива попадала в центральную часть враща­ющего вихря воздуха, с другой стороны, увеличить площадь активной зоны горения в центральной части вихря.

Для увеличения дальнебойности топливного факела наиболее целесообразно изменить параметры отверстия для впрыска топлива.

Частицы топлива содержатся в достаточном количестве, чтобы об­разовать факел топлива с дальнебойностью, обеспечивающей попада­ние основной порции топлива в центральную часть вихревого потока воздуха, воспламенение и полное сгорание, в то же время для созда­ния топливного факела частицы топлива содержатся в малом количест­ве, что обеспечивает малый расход топлива в этом режиме,.

3.5.4. Разрешение физического противоречия

3.5.4.1. Непосредственное решение

Рассмотреть возможность решения задачи непосредственно из формулировки ИКР-2. Если решение очевидно, перейти к его проверке по 3.5.5.1.

3.5.4.2. Вепольный анализ

Составить вепольную формулу системы, рассмотреть ее простейшие преобразования. Если решение задачи очевидно, перейти к 3.5.5.1.

3.5.4.3. Метод моделирования маленькими человечками (ММЧ)

При этом используются следующие условия; маленькие человечки хорошо делают только простую работу (вращаются, сжимаются, растягиваются и т. д.). Они не могут делать одновременно несколько дел. Человечки имеют свои вкусы и слушаются своих начальников (электропроводные человечки слушаются начальника - электрическое поле, ферромагнитные человечки - магнитное поле и т.д.)

Используя ММЧ, построить схему физического противоречия.

Изменить схему так, чтобы маленькие человечки действовали, не вызывая конфликта. Если решение очевидно, перейти к 5.1.

3.5.4.4. Применение типовых преобразований

Рассмотреть возможность устранения ФП с помощью типовых преобразований.

3.5.4.5. Применение «указателя физических эффектов»

Рассмотрим возможность устранения ФП с помощью «Указателя при­менения физических эффектов» (см. публикации в журнале «Техника и наука». 1981. №1-9; 1982. № 3-8; 1984 № 1-6),

3.5.4.6. Анализ трудных задач

Если задача решена, перейти от физического решения к техничес­кому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройст­ва, осуществляющего этот способ. Если ответа нет, проверить, не является ли формулировка 3.5.2.1. сочетанием нескольких разных за­дач. В этом случае 2.1. следует изменить, выделив отдельные задачи для поочередного решения. Если после этого нет ответа, вернуться к 3.5.3.1., взять другой изменяемый элемент и повторить анализ. Если повторный анализ не дал ответа, вернуться к шагу 2.1. и зано­во сформулировать мини-задачу, отнеси ее к надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. При необходимости такое возвраще­ние к мини-задаче совершают несколько раз - с переходом к подси­стеме и т. д.

3.5.4.7. Усиление ответа

Рассмотреть вводимые вещества и поля. Можно ли не вводить но­вые вещества и поля, использовав те вещества и поля, которые уже есть в системе или в окружающей среде? Можно ли использовать само-регулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в техниче­ский ответ.

Для н.р. ИКР-2: сокращенное количество топлива при сгорании в интенсивном вихре воздуха не вызывает перегрев двигателя и в то же время обеспечивает необходимую номинальную мощность.

На микроуровне ФП: частицы топлива при образовании продуктов сгорания выделяют тепловую энергию в количестве, которое можно пе­редать через стенки в систему охлаждения, не перегревая двигатель, и в то же время создают достаточное давление для обеспечения но­минальной мощности двигателя.

Анализ показал, что для разрешения ФП на этом режиме целесооб­разно подавать вместо топлива водно-топливную эмульсию (ВТЭ) об­ратного типа - вода в топливе. При этом происходит дополнительное смесеобразование за счет микровзрывов при разной температуре кипения воды и дизельного топлива, получения дополнительной энергии при превращении воды в пар. Кроме того, присутствие водяных паров в контакте с топливом при высоких температурах в зонах с не­достатком кислорода препятствует кренингу топлива с образованием сажи за счет эндотермических реакций, особенно в центре горящего вихря:

nH₂O + CnHm = nCO + (n + m)H₂

выгорания уже образовавшегося углерода: С + H₂O = CO + H₂ и последующего интенсивного сгорания CO + H_2.

При этом дополнительно поглощается тепловая энергия на преобразо­вание воды в пар в камере сгорания. В результате повышается КПД двигателя и одновременно считается теплонапряженность.

Веполный анализ (рис. 3.4.)

Т – тепловое поле, образованное при сжатии воздуха в цилиндре:

С - смесь;

Т – тепловое поле, образованное при сгорании топлива;

М – механическое поле, образованное при сгорании топлива;

Д – цилиндропоршневая группа дизеля.

Т

Т С Д

В₁ В₂

М

Рис. 3.4. Исходный веполь:

В₁ – топливо; В₂ - воздух

При использовании водно-топливной эмульсии система будет иметь вид (рис. 3.5):

Т Т

В₃ С Д

В₁ В₂

М

Рис. 3.5. Веполь с применением водно-топливной эмульсии (В₁)

В₃ – вода, входящая в состав В₁

Кроме того, для устранения вредного воздействия Т на Д можно воздействовать и другими путями на все составляющие веполя: В₁, В₂ и Т. При этом целесообразно рассмотреть воздействие полей по МаТХЭМ₁ на В₁ как в отдельности, так в комбинации. В результате веполе имеет вид (рис. 3.6.):

Т

Т С Д

В₁ В₂ П₂

П₁ М

Рис. 3.6. Веполь с изменением полей

Причем на В₁ можно воздействовать всеми полями по МаТХЭМ и допол­нительно звуковым полем. На В₂ с практическим результатом можно воздействовать электрическим, магнитным, тепловым и звуковым по­лем. Если считать воздействие полей одного режима, то и здесь уже 24 варианта решения»

Предложенный автором вариант с комбинированным использованием
полей защищен авторским свидетельством [24]; в вепольной форме
он имеет вид (рис. 3.7):

Т

Т С Д

В₁ В₂ П₂

П₁ М

П₁ В₄ П₂

В₃ П₂

Рис. 3.7. Комбинированный веполь

Здесь В₃ – дополнительное топливо, подаваемое в воздуховпусковой тракт:

П₁ – тепловое поле выхлопных газов;

П₂ – комбинированное поле электрического разряда;

В₄ - вода, подаваемая в воздуховпусковой тракт.

В данном варианте учитывается воздействие полей в зависимости от режима работы двигателя (обработку полями дополнительного топлива, подаваемого в воздуховпускной тракт, прекращают на режимах максимальной мощности; на режимах запуска прекращают подачу воды, а на режимах холостого хода прекращают подачу воды и дополнитель­ного топлива).

Приведенные выше методы устранения вредного воздействия Т¹на Д выполняются за счет сведения дополнительных веществ и полей, но более сильным решением, согласно АРИЗ, является использование вещества и полей, которые уже есть в системе. Автором был предло­жен вариант получения воды и легких горючих компонентов из выхлоп­ных газов и рециркуляции их во всасывающую систему дизеля при га­зотурбинном наддуве.

В газовой турбине происходит воздействие центробежного силово­го поля на неоднородную систему; выхлопные газы, которые под дей­ствием этого поля разделяется на отдельные газы в зависимости от удельного веса. При этом самые легкие газы располагаются в центре вихря, а самые тяжелые- у стенок выхлопного тракта. Например, для дизельного двигателя выхлопные газы состоят в основном из компо­нентов Н₂О, N₂, O₂, CO₂, CH₄, а также тяжелых углеводородов и С в виде твердых частиц сажи. Согласно закону Авогадро удельные веса газов, взятых при одинаковых условиях, будут относиться как их молекулярные веса. При этом M_H2 = 2, M_CH4 = 16, M_H20 = 18, M_CO = 28, M_N2 = 28, M_HO = 30, M_O2 = 32, M_CO2 = 44, M_NO2 = 46.

Следовательно, в центральной части будут в основном легкие компоненты H₂, CH₄, H₂O в виде перегретого пара. Причем в выхлопных газах дизельных двигателей Н₂ и СН₄ находятся в незначительном количестве. Количество водяного пара, образованного при сгорании топлива, будет определяться термохимией процесса сгорания. Для ди­зельного топлива среднего состава: С = 86%, Н = 13%, О = 1%, при сгорании 1 кг топлива будет образовываться 1,17 кг водяного пара [25].

Частицы сажи как тверная фаза по удельному весу тяжелее самого тяжелого газа и при вращении будут располагаться у наружных сте­нок.

Для оценки состава выхлопных газов тепловозных дизелей с турбо-наддувом и расслоения компонентов в газовой турбине автором были проведены испытания дизеля 11Д45А № 349 на станции испытания дизе­лей Полтавского ТРЗ,

Для отбора выхлопных газов в выпускную полость газовой турбины были установлены две трубки первая из них на расстоянии 250 мм от поверхности кожуха вала, расположенного в центре по оси турбины, а вторая на расстоянии 570 мм от первой к стороне внешнего корпуса турбины.

При испытаниях проводился анализ выхлопных газов на СО₂ и О₂ с помощью газоанализатора ОРСа и фиксирование паров воды с по­мощью пропуска выхлопных газов через двойной слой соляного водно­го раствора и трансформаторного масла.

Проведенные испытания показали» что газ, отбираемый через верхнюю трубку,в среднем содержал Ф% на 18,3 % больше чем через нижнюю, при этом содержание 0^ отличалось незначительно. Увеличе­ние количества воды солевого раствора за счет конденсации водяно­го пара из выхлопных газов, отобранных через нижнюю трубку, было в два раза больше, чем при отборе чер0з верхнюю. Кроме того, при отборе газа через верхнюю трубку на границе раздела солевого ра­створа и трансформаторного масла появился слой сажи и масло потем нело, в то время как при отборе газа через ниднюю трубку на грани це раздела солевого раствора и трансформаторного масла сажа оказа лась в незначительном количестве и масло оставалось светлы?-?.

Проведенные испытания показали, Что на всех режимах наблюдает­ся большой избыток воздуха, а расслоение по тяжести газовых компо нентов происходит в виде размытых зон с концентрацией твердых ча­стиц иа наружной поверхности, а водяных паров в центральной части. Это указывает на то, что даже в существующих конструкциях газовых турбин при отборе выхлопных газов из центральной части газовой турбины будет отбираться большая часть водяного пара и легких ком понентов. При специальной конс/шучттвной модернизации этот эффект будет значительно выше* На\уст гоиство для осуществления данного процесса получен/^ авторскпг» сштдотуутки'ца [С1]. 1ЛА*1Г&*1Ъ$~1л2^

Для х.х.: согласно ИКР~2 необходимо подавать малое количество топлива, в то тсе время это малое количество должно создавать до­статочную дальнебойность, чт'обы основная часть топлива в распьпеи ном виде поступала в центральную часть вращающегося вихря.

Анализ показал, что для разрешения ФП необходимо изменгть пара метры отверстия для впгыска» а такде увеличить активную зону горе ния. Предложенный автором способ увеличения активной зоны горения описан в морфологическом анализе. Для определения изменения пага-метроп системы впрыска топлива были проведены специальные исследо вания.

Особенность длзелей типа Д100 - конструкция форсунки с разными угла/к наклона осей Сопловых отверстий.

Так как дальнобойность факела - один из основных показателей работы форсунки, но типовых стендов для испытаний нет, была изготовлена опытная установка на основе типового стенда. Для этого форсунка была развернута в сторону экрана, который был выполнен из плотной бумаги перпендикулярно оси форсунки. Дальнобойность факела фиксировалась по возникновению отпечатков на экране от ди­зельного топлива, впрыскиваемого через форсунку. Величина отпе­чатка на определенном расстоянии определяла относительную скорость струи от каждого отверстия сопла. Схема струй топлива показана на рис. 3.8, а форма отпечатков на экране на рис. 3.9. Пятна, полу­чение на экране, имеют овальную форму и различную площадь для разных отверстий одной форсунки. Площадь пятна приняли за площадь эллипса и вычислили по формуле

S = Пав

где а и в - стороны прямоугольника, внутри которого лежит пятно, а S_I, S_II, S_III соответственно площади пятен, полученных от факелов из центрального - I, боковых -II и III отверстий. Результаты измерений для 8 форсунок при расстоянии до экрана 1000 мм сведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Результаты измерений

Форсунки	SI (мм2)	SII (мм2)	SIII(мм2)
	907,1	1099,6	1790,7
	697,4	1407,4	1484,4
	779,1	740,6	1278,6
	6597,3	3895,6	691,2
	4806,6	3254,7	2990,8
	13783,7	2459,9	2595,0
	9082,3	2629,5	5811,9
	656,6	1187,5	1256,6
Среднее значение площади пятна	4663,8	2084,4	2237,4

Полученные данные указывают на прямую зависимость дальнобойно­сти и скорости струй топливного факела от угла наклона сопловых отверстий, но при этом наблюдается очень большой разброс данных отдельных форсунок.

Подробный анализ показал, что каждое сопловое отверстие значительно отличается по диаметру и углу наклона от чертежного размера Все замеры были проведены для максимальной подачи топлива. При ма­лых подачах распыл осуществляется через одно или два отверстия, а через другие выливалось нераспыленное топливо, что указывает на неприспособленность данной конструкции работать на холостых обо­ротах и переходных режимах. Основной причиной неудовлетворитель­ной работы и разжижения масла на этих режимах является разный угол наклона сопловых отверстий. Поэтому для повышения эффективности работы дизеля при работе на холостых оборотах, частичных нагрузках, переходных режимах и в процессе пуска автором был пред­ложен способ работы двигателя, защищенный авторским свидетельством [27], при котором подача топлива с правой стороны дизеля форсункой работающей на холостых оборотах и в период пуска, производилась в виде одной концентрированной струи, направленной в сторону про­дувочных окон. С левой стороны дизеля топливо подается стандарт­ной форсункой. В этом случае угол опережения подачи топлива в ви­де концентрированной струи устанавливается таким, чтобы очаг само­воспламенения возникал до начала момента равномерного распиливания топлива стандартной форсункой. Для оценки эффективности данного процесса были изготовлены опытные сопловые наконечники форсунок и проведены сравнительные экспериментальные исследования на станции испытания дизелей Полтавского ТРЗ.

В результате испытаний было установлено, что при использовании опытных форсунок эффективность работы двигателя повышалась на ре­жимах холостого хода, малых нагрузок и в период пуска. При номинальной нагрузке расход топлива незначительно возрастал [28]. Причем у разных двигателей после заводского ремонта суммарный эффект был различный. Для получения объективных данных 3 опытные форсун­ки были переданы на Харьковский завод им. Малышева, где были испы­таны на одноцилиндровом отсеке. Ввиду загрузки отсека плановыми работами испытания провели только при стандартном угле опережения подачи топлива 17° [29].

Рис. 3.8. Направлений струй топлива из форсунки: а – вид сбоку форсунки, в – вид сверху форсунки

Рис. 3.9. Форма отпечатков на экране: I, II, III – центры отпечатков,

Ц – центр сопла форсунки

Результаты испытаний опытных форсунок на режиме холостого хода приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Данные испытаний

Параметры	Форсунки
серийные	опытные	опытные	опытные
Сопловой наконечник	3х0,56	1х0,8	1х0,9	1х1,0
Часовой расход топлива, кг/ч	4,19	4,05	4,07	5,15
Максимальное давление сгорания, Р, кгс/см2
Температура в цилиндре, tц, 0С
Температура в выхлопном коллекторе, Т2, оС

Из табл. З.6 видно, что расход топлива на режиме холостого хо­да при работе дизеля с опытными сопловыми наконечниками (1х0,8
и 1х0,9) меньше, чем при работе с серийными соответственно на
3,2 и 2,9 %. С уменьшением проходного сечения сопла часовой расход топлива снижается.

Результаты испытаний опытных форсунок по тепловозным характе­ристикам показали, что удельный расход топлива при частотах вра­щения коленчатого вала до 580 об/мин не менялся, а в диапазоне частот от 580 до 850 об/мин (при работе левой форсунки серийной, а правой опытной с отверстием 0,9 мм) увеличивался на 3…9 г/л.с.ч по сравнений с работой дизеля с серийными форсунками.

Данные испытания убедили заводских конструкторов в эффективно­сти распыла через одно отверстие на режиме холостого хода и побудили их заняться решением обратной задачи - разработкой конструкции форсунки, обеспечивающей хороший распыл на номинальном режиме, при одно-дырчатом распиле на режиме холостого хода.

3.5.4.8. Записать формулировку физического противоречия (ФП) на макроуровне.

Учитывая вышеприведенные экспериментальные данные по эффективности распыла через одно отверстие на х.х. и через несколько отверстий на н.р., ФП можно сформулировать: часть элемента в оперативной зоне в течение оперативного времени (0В) должна указать фи­зическое макросостояние: распыл топлива из форсунки должен быть в
виде концентрированной струи, чтобы обеспечивать концентрацию и дальнобойность топливного факела при малом количестве топлива на х.х. и быть в виде нескольких струй с мелкодисперсным распилом по объему камеру сгорания для обеспечения эффективности сгорания на н.р.

Для дизелей типа Д100 на Харьковском заводе им. Малышева была разработана конструкция двухрежимной форсунки, в которой на режиме х.х. распыл производился через одно отверстие, а при нагрузке за счет клапана открывались еще два отверстия и распыл происходил че­рез три отверстия. При испытании на стенде данной конструкции по­лучены хорошие теплотехнические данные и двухрежимная форсунка принята и серийное производство. В эксплуатации данные форсунки работали хорошо в начальный период, по затем увеличивались отказы из-за сложности конструкции.

3.5.4.9. Записать формулировку ФП на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.6. макросотояние), и не должно быть таких частиц (или должны быть с проти­воположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.6 другое макросостояие). Для нашей задачи части­цы топлива, должны быть сконцентрированы в малом объеме и иметь высокую скорость для обеспечения концентрации топлива и дально­бойности факела на х.х., в то же время быть мелкодисперсными, что­бы их за счет вихря воздуха можно было распылить по объему камеры сгорания для организации эффективного сгорания на н.р.

На основании данного противоречия и учитывая сложность эксплуатации двухрежимных форсунок автором было предложено осуществлять за счет изменения конструкции сопловых отверстий и колодца впрыск топлива в виде нескольких параллельных струй, направленных парал­лельно оси колодца.

Впрыск в виде параллельных струй обеспечивает высокую концент­рацию топлива при мелкодисперсном распыле и большую дальнобойность топливного факела благодаря сокращений потерь напора во время исте­чения топлива из колодца в сопловые отверстия, так как ось колодца совпадает с осями сопловых отверстий, а также благодаря созданию вакуума на внутренней поверхности нескольких параллельных струй, движущихся с близко расположенными осями. В то же время впрыск топлива в виде нескольких параллельных струй способствует мелко­дисперсному его распылу, который при мощном вихре обеспечит эффек­тивный процесс сгорания на номинальном режиме.

Для проверки данной идеи была изготовлена партия опытных сопло­вых наконечников и проведены сравнительные испытания на станции испытания дизелей Изюмского тепловозоремонтного завода. Испытания проводились на дизеле 10Д100 с тремя вариантами сопловых наконеч­ников: стандартными; опытными одно-дырчатыми с диаметром 0,8 им и направлением оси соплового отверстия параллельно оси колодца под углом 80° к оси цилиндра и опытными трех дырчатыми с диаметром 0,5 мм с осями сопловых отверстий, расположенных параллельно оси колодца и между собой под углом 80° к оси цилиндра. При этом стан­дартные и опытные форсунки менялись на всех цилиндрах правой сторо­ны дизеля, а на левой стороне стояли стандартные форсунки (на холо­стом ходу работает один правый ряд форсунок, а под нагрузкой оба ряда). Предварительно все форсунки были проверены и отрегулированы на одно давление 210 атм. Испытания проводились при стандартном угле опережения подачи топлива 10° до верхней мертвой точки нижне­го поршня. [30]