Многотопливный рабочий цикл поршневых ДВС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат наук Гарипов, Марат Данилович

• Гарипов, Марат Данилович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Гарипов, Марат Данилович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Анализ организации процессов смесеобразования и сгораиия в бензиновых двигателях

1.2 Анализ организации процессов смесеобразования

и сгорания в дизелях

1.5. Постановка цели и задач

1.5.1 Гипотеза 1. Воспламенение топливовоздушных смесей на малых нагрузках

1.5.2 Гипотеза 2. Воспламенение и бездетонационное сгорание топливовоздушных смесей при высоких нагрузках

1.5.3 Перспективы снижения токсичности отработавших газов

1.5.4 Задачи исследования

2 ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ НА ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК

2.1 Объекты исследований

2.2 Назначение и возможности системы имитационного

моделирования «Альбея»

2.3 Численное исследование влияния степени сжатия на индикаторные и эффективные показатели двигателей

3 ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОМПРЕССОР -ФОРСУНКИ

3.1. Общие положения

3.2 Уравнение состояния многокомпонентной смеси

3.3 Математическая модель парожидкостного равновесия в рабочей камере компрессор-форсунки

3.4 Скорость звука двухфазной смеси

3.5 Математическая модель течения двухфазной смеси в сопле компрессор-форсунки при сверхкритическом перепаде давления

3.6 Математическая модель расчета параметров в изобарическом сечении начального участка нерасчетной сверхзвуковой двухфазной струи

3.7 Оценка точности используемого уравнения состояния в термобарических условиях рабочего процесса компрессор-форсунки

3.8 Методика численного исследования

3.9 Результаты численных исследований

3.9.1 Сжатие смеси в рабочей камере компрессор-форсунки

3.9.2 Расширение смеси до давления в камере сгорания

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ НОЛЕЙ В РАЙОНЕ ИСКРОВОГО ПРОМЕЖУТКА

4.1 Описание используемого программного комплекса вычислительной гидрогазодинамики

4.2 Оценка размера капель на выходе из сопла

4.3 Влияние предкамеры на формирование концентрационных полей в районе искрового промежутка

4.4 Экспериментальное исследование искрового воспламенения топливовоздушных струй

4.5 Численное исследование формирования концентрационных полей в камере сгорания двигателя

5 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СГОРАНИЯ В УНИФИЦИРОВАННОМ РАБОЧЕМ ЦИКЛЕ

5.1 Математическая модель комбинированного сгорания

5.2 Численное исследование комбинированного сгорания

5.3 Численное исследование влияния добавки воды в зону реакции на эмиссию оксида азота

6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА В УСЛОВИЯХ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

6.1 Описание экспериментального двигателя

6.2 Измерительная аппаратура и методика эксперимента

6.3 Результаты испытаний двигателя

7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА В УСЛОВИЯХ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

7.1 Описание экспериментального двигателя

7.2 Измерительная аппаратура

7.3 Методика экспериментов

7.4 Исследование возможности воспламенения и бездетонационного сгорания топлив при работе двигателя на полной нагрузке

7.5 Исследование возможности реализации качественного регулирования мощности

7.6 Исследование сгорания обводнённого этанола

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многотопливный рабочий цикл поршневых ДВС»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Более чем вековая история развития мирового двигателестроения характеризовалась непрерывным совершенствованием эффективных показателей двигателя. В подавляющем большинстве случаев, это совершенствование шло без учета эффективности всей системы «перерабатывающий завод -топливо - двигатель» и сопровождалось ужесточением требований к качеству топлив. Такой подход, в свою очередь, вызывал увеличение затрат энергии при производстве топлив и повышение их стоимости.

Так, применительно к бензиновым ДВС, увеличение КПД за счёт повышения степени сжатия требует увеличения детонационной стойкости топлива. Для повышения октанового числа необходимо подвергать химическому облагораживанию прямогонные бензиновые фракции, используя дорогостоящие многостадийные каталитические процессы. Процессы ароматизации каталитического риформинга осуществляются при высоких температурах (-500 °С) и давлениях (30 - 40 атм) со значительной затратой энергии и потерей части ресурсов сырья (~ 30%). При этом из бензина удаляется наиболее экологически чистый элемент - водород. В результате содержание в товарных неэтилированных автобензинах высокооктановых, но сильнотоксичных и нагарообразующих компонентов - ароматических углеводородов и особенно бензола - существенно превышает современные нормы. В связи с этим при современной переработке приходится решать проблему, обратную предыдущей - разработки и внедрения технологий производства высокооктановых автобензинов нового поколения - малоароматизированных и со сверхнизким содержанием бензола и гетеропримесей, что делает процесс переработки еще более сложным [3, 4].

Что касается топлив для дизелей, то проблема обеспечения экологиче-

ски чистых дизельных топлив менее драматична [4]. Но если увеличение бензиновых фракций возможно за счет вторичной переработки тяжелых остатков нефти, то возможность получения дизельного топлива таким путем ограничена [75].

Существенного результата в повышении эффективности системы «перерабатывающий завод - топливо - двигатель» можно было бы добиться, если обеспечить эффективную работу ДВС на дешёвых и менее энергозатратных в изготовлении видах топлива, т.е. топливах, к которым не предъявляются жесткие требования по октановому (цетановому) числу и испаряемости. Примером такой замены в сфере топлив нефтяного происхождения может быть замена дизельного топлива и бензина топливом широкого фракционного состава (ШФС). Это должно значительно повысить эффективность переработки сырья, снизить требования к технологическому совершенству перерабатывающих заводов (за счёт отказа от дорогостоящих методов нефтепереработки), повысить долю используемых нефтепродуктов при сохранении имеющегося технологического уровня и в итоге привести к экономии углеводородного сырья. Анализ, проведенный в работе [75], дает следующие ориентировочные цифры. Замена бензина (ОЧИ 93) топливом ШФС приведе т к двухкратному снижению себестоимости топлива и удельных капиталовложений. Замена топливом ШФС относительно простого и менее энергозатратного в изготовлении дизельного топлива приведет к снижению эксплуатационных затрат при производстве на 15 - 20%, а капиталовложений - на 5060% (за счет уменьшения объема гидроочистки).

Продолжая рассматривать систему производства и потребления топлива в целом, отметим, что одной из мировых тенденций решения проблем, связанных с функционированием этой системы, является переход на альтернативные виды топлива. Наиболее приемлемым могло бы быть топливо, применение которого вписывается в кругооборот углерода и водорода в природе. Таковыми являются топлива из растительного сырья, при использовании которых не происходит роста содержания углекислого газа в атмосфере,

а производство и переработка могут быть налажены практически в любой стране мира. Одним из таких топлив, способных частично, а в перспективе, возможно, и полностью, заменить традиционные нефтяные топлива, может стать этанол. Объясняется это практически неисчерпаемой сырьевой базой (при производстве из непищевого лигноцеллюлозного сырья и органических отходов), относительной простотой производства и хранения [7, 8].

Как и в случае с традиционными топливами, анализ системы «перерабатывающий завод - топливо - двигатель» даёт более полное представление о перспективах внедрения этанола. Переход на этанол в странах с относительно холодным климатом пока вызывает серьезные затруднения. Проблема организации эффективного рабочего процесса и пуска двигателя на этаноле при низких температурах окружающей среды не решена. Минимальная температура надежного пуска двигателя на этаноле составляет ~ +10°С. Этим объясняется необходимость добавки в этанол некоторого количества бензина. Этанол, получаемый обычными методами ректификации, не может содержать более 95,57% по массе основного вещества, что соответствует содержанию этилового спирта в нераздельнокипящей (азеотропной) смеси с водой при нормальном давлении. С увеличением концентрации водного этанола в бензине повышается вероятность расслоения топливной смеси с появлением водноспиртового слоя. В связи с этим, для получения устойчивых бензоэтанольных смесей требуется применение абсолютизированного этанола (с концентрацией воды не более 0,2 - 0,5%) и специальных присадок, что вызывает значительное увеличение затрат энергии при производстве спиртового топлива и повышение его стоимости. Обеспечение возможности работы двигателя на обводненном этаноле позволило бы снизить энергозатраты при производстве и снизить требования к технологическому совершенству перерабатывающих заводов. Анализ, приведенный в работе [87] показывает, что в сравнении с абсолютизированным этанолом энергозатраты при производстве обводненного этанола (35-65%об.) ниже в ~ 1,7 раза.

В то же время, добавление в рабочую камеру двигателя воды является

перспективным способом понижения токсичности отработавших газов. Этот метод может одновременно удовлетворить требованиям снижения выбросов оксидов азота, снижения теплонапряженности двигателя, снижения температуры выхлопа и при этом не ухудшить мощностные и экономические показатели двигателя. При использовании в качестве топлива водных растворов этанола метод представляет особый интерес. Этанол является наилучшим топливом, с точки зрения добавления воды, поскольку он образует с водой растворы.

Таким образом, как в случае с нефтяными топливами, так и в случае с альтернативными топливами, эффективность системы «перерабатывающий завод - топливо - двигатель» может быть повышена, если обеспечить эффективную работу ДВС на дешёвых и менее энергозатратных в изготовлении видах топлива, т.е. топливах, к которым не предъявляются жесткие требования по октановому (цетановому) числу и испаряемости.

Очевидно, что для доказательства возможности создания двигателя, работающего на таких топливах, будет достаточно доказать его способнос ть работать на дизельном топливе, бензинах и водных растворах этанола. Необходимо отметить, что обеспечение работы двигателя на данных топливах (далее - многотопливность) важно не только с точки зрения доказательства возможности работы на топливах ШФС или обводненном этаноле. Подобная многотопливность необходима еще и потому, что современные масштабы производства и применения продуктов нефтепереработки ставят под сомнение скорую возможность отказа от традиционных топлив. Следует ожидать эволюционного перехода к применению топлив ШФС или, например, обводненного этанола. Поэтому многотопливность двигателя является важным элементом обеспечения постепенного и безболезненного перехода от использования сложившейся номенклатуры топлив ископаемого происхождения к топливам широкого фракционного состава и возобновляемым, участвующим в кругообороте веществ в природе. К тому же сейчас сложно предугадать будущую номенклатуру применяемых топлив, поэтому именно возможность

работы на выбранном наборе топлив отражает «гибкость» рабочего цикла по отношению к октановому числу и испаряемости топлива. Эта «гибкость», в свою очередь, расширяет возможности в создании или выборе того топлива, которое будет иметь лучшие характеристики с точки зрения экологии и энергозатрат при производстве. Одно лишь доказательство возможности работы на топливе ШФС не в полной мере отражало бы эту способность.

Выше обсуждались вопросы, связанные с возможностью снижения энергозатрат при производстве топлив. Преобразование энергии топлива в механическую энергию, осуществляемое в ДВС, также должно осуществляться с максимально высоким КПД. Исторически сложившиеся два типа поршневых ДВС (с воспламенением от искры (или бензиновые) и воспламенением от сжатия (дизели)) имеют свои преимущества и недостатки. Бензиновые двигатели отличаются низкой удельной массой и низкой топливной экономичностью. Дизели обладают высокой топливной экономичностью, но относительно высокой удельной массой. Если рассматривать двигатель в составе силовой установки для мобильных средств, можно прийти к выводу, что он должен совмещать лучшие качества этих типов двигателей, т.е. быть экономичным как дизель и обладать удельной массой, характерной для бензиновых двигателей. Удельная масса важна не только с точки зрения обеспечения мобильности. В случае, например, транспортного средства, это непосредственно влияет на его экономичность.

Учитывая массовость производства поршневых двигателей, необходимо добавить еще одно требование к рабочему процессу, диктуемое экономическими соображениями: желательно, чтобы рабочий цикл реализовывался на базе традиционного поршневого ДВС.

Таким образом, актуально решение проблемы создания рабочего цикла, позволяющего совместить лучшие качества двух существующих типов поршневых ДВС: топливную экономичность дизеля и удельную массу бензинового, и работать:

- на всей существующей номенклатуре товарных топлив для автотрак-

торных ДВС;

- на дешёвых и малоэнергозатратных в производстве альтернативных видах топлива, т.е. топливах, к которым не предъявляются жесткие требования по октановому или цетановому числу и испаряемости.

Рассмотрим, каким требованиям должен удовлетворять рабочий цикл, чтобы совместить в себе топливную экономичность дизеля и удельную массу бензинового двигателя.

Традиционные бензиновые двигатели имеют к моменту воспламенения уже подготовленную, близкую к однородной, смесь. Это условие налагает два ограничения, которые определяют их низкую топливную экономичность:

- по максимальной (вблизи 10) степени сжатия, т.к. в однородных смесях при повышенных степенях сжатия возникает детонация;

- по максимальному обеднению топливовоздушной смеси, т.к. в однородных смесях при умеренно высоких степенях сжатия (12-15) бедный концентрационный предел искрового воспламенения близок к составу с а « 1-1,5.

Эти же ограничения практически исключают возможность реализации работы на низкооктановых топливах. С другой стороны, однородная стехио-метрическая смесь, в сочетании с искровым воспламенением позволяют реализовать высокую литровую мощность.

Дизели имеют к моменту самовоспламенения неоднородную смесь, что позволяет реализовать качественное регулирование и бездетонационное сгорание. Но многотопливный цикл в безнаддувном варианте можно реализовать лишь при высоких степенях сжатия (более 20) [38]. Повышенные значения максимального давления цикла при высоких степенях сжатия определяют высокие нагрузки на детали цилиндропоршневой группы и КШМ, что приводит к увеличению механических потерь и требует более прочной конструкции двигателя. При использовании топлив с низкими цетановыми числами (например, бензинов) указанные явления усиливаются, поэтому время работы дизеля на резервных топливах по техническим условиям, как прави-

ло, не превышает 10% от общего ресурса двигателя [35]. Снижение степени сжатия в быстроходных безнаддувных модификациях до уровня 12-15 позволило бы снизить массу и габариты двигателя без увеличения расхода топлива [34, 40, 122]. Однако в традиционном дизеле снижение степени сжатия менее 15 приводит к ухудшению смесеобразования, воспламенения и сгорания.

К тому же, в связи с ограничениями по максимальной частоте вращения и минимальному значению коэффициента избытка воздуха дизели имеют низкую, относительно поршневых ДВС с искровым воспламенением, литровую мощность. При работе на топливах с низкими цетановыми числами ситуация только ухудшается.

Ситуация существенным образом не меняется и в случае применения наддува. Хотя, например, в дизелях с неразделенными камерами сгорания удалось существенно повысить удельную мощность за счет увеличения среднего эффективного давления (до 2 МПа и выше) и частоты вращения вала до 3700 - 4500 1/мин [108]. Такие показатели достигнуты с помощью высокого наддува (от 0,22 МПа) и многократного впрыска топлива. Но при таком наддуве существенно возрастает максимальное давление цикла. Для его ограничения снижают степень сжатия относительно безнаддувных вариантов. Однако снижение имеет предел, определенный процессом самовоспламенения. К тому же остается нерешенной проблема реализации многотоп-ливности. При наддуве бензиновых двигателей обостряется проблема борьбы с детонацией.

Таким образом, из вышеизложенного следует следующее резюме - для того, чтобы двигатель совмещал в себе топливную экономичность дизеля и удельную массу бензинового двигателя при работе на различных топливах необходимо, чтобы многотопливность реализовывалась при следующих основных требованиях к рабочему циклу:

1. Отсутствие ограничений по степени сжатия (целесообразный, исходя из вышеизложенных соображений, диапазон в безнаддувном варианте 12 -15).

2. Качественное регулирование мощности - работа в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха (на уровне современных дизелей).

3. Работа в широком диапазоне частот циклов (на уровне современных двигателей с искровым воспламенением).

Для реализации перспективного рабочего цикла в первую очередь необходимо решить вопросы, связанные с обеспечением надежного воспламенения и бездетонационного сгорания.

Степень разработанности темы. Существенный вклад в изучение различных аспектов проблемы внесли М.М. Вихерт, А.Н. Воинов, И.И. Гершман, В.Г. Дьяченко, H.A. Иващенко, B.C. Кукис, Е.А. Лазарев, А.П. Лебединский, Л.В. Малявинский, Б.П. Рудой, Ю.Б. Свиридов, А.Е. Свистула, A.C. Соколик и другие ученые ВНИИНП, МГТУ им. Баумана, НАМИ, ХПИ, ЦНИТА, ЮУрГУ, Deutz, Komatsu, MAN, Orbital, Ricardo, Southwest Research Institute, Texaco. Несмотря на успехи в решении отдельных вопросов, в комплексе проблема многотопливности при сочетании преимуществ дизелей и бензиновых ДВС не решена.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработать и исследовать рабочий цикл поршневого ДВС для удовлетворения следующим требованиям:

1. Отсутствие ограничений по степени сжатия (целесообразный диапазон в безнаддувном варианте 12 - 15).

2. Качественное регулирование мощности - работа в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха (на уровне современных дизелей).

3. Работа в широком диапазоне частот циклов (на уровне современных двигателей с искровым воспламенением).

4. Работа на всей существующей номенклатуре товарных топлив, выпускаемых для автотракторных ДВС.

5. Работа на водных растворах этанола (без добавки традиционных топлив).

В соответствии с целью формулировались задачи исследования:

1. Сформулировать гипотезу о возможности организации бездетонационного сгорания топлив различного октанового числа и испаряемости в двигателе с искровым воспламенением. Процесс должен быть реализован в условиях рациональных (для объединения в двигателе топливной экономичности дизеля и удельной мощности бензинового двигателя) степеней сжатия и качественного регулировании мощности.

2. Разработать систему математических моделей, описывающих процессы в топливоподающей аппаратуре и камере сгорания двигателя с предлагаемым многотопливным рабочим циклом, включая математическую модель рабочего процесса компрессор-форсунки, математическую модель развития топливовоздушной струи в камере сгорания, математическую модель сгорания.

3. Обосновать с помощью численного моделирования рациональную степень сжатия в экспериментальных установках.

4. Провести исследование возможности формирования в районе искрового разряда концентрационных и скоростных полей топливовоздушной смеси, необходимых для ее воспламенения.

5. Провести численное исследование влияния характеристики выгорания топлива в предлагаемом рабочем цикле на эффективный КПД и скорость нарастания давления. Расчетным путем провести оценку перспективности снижения эмиссии оксида азота за счет увеличения содержания воды в зоне реакции.

6. Разработать экспериментальные установки на базе полноразмерных двигателей для подтверждения гипотезы о возможности организации безде-

тонационного сгорания различных топлив в условиях рациональных степеней сжатия и качественного регулировании мощности.

7. Провести необходимые для подтверждения гипотезы экспериментальные исследования работы ДВС на дизельном топливе, низкооктановом бензине, этиловом спирте и спиртоводных смесях.

Научная новизна. Новыми научными результатами, полученными в работе, являются:

1. Принципы организации рабочего цикла ДВС, направленные на обеспечение многотопливности двигателя в рациональном диапазоне степеней сжатия (12 - 15), в условиях качественного регулирования мощности во всем диапазоне нагрузок, в широком диапазоне скоростных режимов. Процессы смесеобразования и сгорания в рабочем цикле включают в себя:

1.1 Нагрев и частичное испарение топлива в процессе сжатия богатой топливовоздушной смеси в полости насос-форсунки непосредственного впрыска (компрессор-форсунки). Впрыск топливовоздушной смеси.

1.2 Организация зоны обратных токов топливовоздушной струи в камере сгорания для формирования концентрации и скорости смеси в районе искрового разряда, необходимых для воспламенения. Обратные токи образуются при впрыске струи в специально организованное углубление (предкамеру) в камере сгорания и содержат пары и капли топлива с пограничного, наиболее подготовленного, слоя струи.

1.3 Неоднородное распределение состава топливовоздушной смеси в рабочей камере для обеспечения бездетонационного сгорания и качественного регулирования мощности. В зависимости от октанового числа топлива, термодинамических условий в камере сгорания, нагрузки и частоты циклов двигателя реализуется различная степень неоднородности и различный механизм сгорания:

а) Сгорание преимущественно однородной топливовоздушной смеси. Инициируется искровым разрядом на поздних стадиях распространения струи.

б) Комбинированное сгорание. Первый этап инициируется искровым разрядом и включает сгорание части смеси в турбулентном фронте. На вю-ром этапе, в результате повышения давления и температуры несгорсвшсй смеси, возникает самовоспламенение и многоочаговое сгорание, характерное для дизеля. Управление степенью неоднородности смеси и, тем самым, интенсивностью ударных и детонационных волн, осуществляется изменением момента начала впрыска и момента первичного воспламенения искрой.

в) Сгорание неоднородной (преимущественно предварительно не перемешанной) топливовоздушной смеси. Инициируется искровым разрядом на начальной стадии распространения струи. В крайнем проявлении процесса воспламенение искровым разрядом может стать необязательным - горение происходит в результате самовоспламенения.

2. Математическая модель комбинированного сгорания. Модель позволяет рассчитывать процесс комбинированного сгорания с учетом механизма воспламенения и сгорания на каждом этапе. Модель позволяет также описать процессы сгорания в традиционных типах поршневых ДВС (дизелях и бензиновых), как частные случаи комбинированного сгорания.

3. Математическая модель рабочего процесса компрессор-форсунки. Модель позволяет описать параметры двухфазной топливовоздушной смеси (скорость, температуру, давление, состав смеси в каждой фазе) во всем потенциально возможном диапазоне существования двухфазного состояния в рабочей камере компрессор-форсунки (при до- и сверхкритических давлениях, максимально возможная температура двухфазного состояния соответствует критической температуре углеводорода) в предельных условиях тепломассообмена, определяемых термодинамическим равновесием двухфазной смеси.

Теоретическая значимость. Созданы теоретические основы организации рабочего цикла многотопливного ДВС, расширяющие существующие представления о сгорании различных топлив при сочетании преимуществ дизелей и бензиновых двигателей.

Практическая значимость:

1. Принципы организации многотопливного рабочего цикла и результаты его исследования могут служить базой при проектировании перспективных ДВС, использующих широкий спектр как товарных, так и перспективных топлив.

2. Математическая модель комбинированного сгорания в сочетании с системой моделирования «Альбея» позволяет на стадии проектирования прогнозировать характеристики рабочего цикла двигателя и определять направления доводочных работ.

3. Математическая модель рабочего процесса компрессор-форсунки позволяет на стадии проектирования оценить параметры двухфазного течения, что дает возможность сократить объем экспериментальных исследований и, тем самым, снизить затраты материальных ресурсов и времени на отработку технических решений.

Математическая модель комбинированного сгорания в качестве самостоятельного модуля включена в систему моделирования «Альбея», используемую в научном процессе, лабораторных и практических занятиях студентов кафедры ДВС УГАТУ. Программа расчета рабочего процесса компрессор-форсунки используется в исследовательской работе студентов и аспирантов. Результаты работ внедрены в учебный процесс при разработке основной образовательной программы высшего профессионального образования (специализация «Двигатели, работающие на биотопливах»).

Принципы организации многотопливного рабочего цикла, результаты его исследования и математические модели используются в Центре перспективных разработок Уфимского моторостроительного производственного объединения при разработке двигателя для малой авиации, работающего на керосине.

Модели и методики расчета процессов в топливоподающей аппаратуре и камере сгорания двигателя применяются в ГСКБД ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК» (г. Челябинск) для совершенствования характеристик дизелей как специаль-

ного, так и промышленного назначения с целью удовлетворения требованиям экономичности и мощности, а также снижения требований к качеству и номенклатуре топлив.

Методология и методы исследования. При выполнении работы использованы методы теории рабочих процессов ДВС; методы математического моделирования сложных систем, включая методы численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений и систем уравнений в частных производных; методы натурного моделирования (при исследовании процессов в камере сгорания); методы экспериментальных исследований ДВС. Исследование носило расчетно-экспериментальный характер. Математические модели проверялись на достоверность в эксперименте. В экспериментальном исследовании количественно определено влияние нового рабочего цикла на индикаторные и эффективные показатели и токсичность выбросов двигателя.

Положения, выносимые на защиту:

1. Принципы организации рабочего цикла ДВС, направленные на обеспечение многотопливности двигателя в рациональном диапазоне степеней сжатия, в условиях качественного регулирования мощности во всем диапазоне нагрузок, в широком диапазоне скоростных режимов.

2. Математическая модель комбинированного сгорания, обобщающая описания процессов сгорания в традиционных типах ДВС.

3. Математическая модель рабочего процесса компрессор-форсунки, основанная на описании парожидкостного равновесия с применением единых уравнений состояния для расчета свойств сосуществующих равновесных фаз.

4. Результаты теоретического исследования процессов смесеобразования и сгорания при помощи разработанных математических моделей.

5. Результаты экспериментального исследования разработанного рабочего цикла при работе двигателя на низкооктановом бензине, дизельном топливе, этиловом спирте и спиртоводных смесях.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на корректном использовании фундаментальных уравнений термодинамики, механики жидкости и газа и теории рабочих процессов ДВС; использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, применении современного математического аппарата, получении экспериментального материала на современном исследовательском оборудовании, обеспечивающем достаточную точность регистрации параметров; сопоставлении результатов расчета процесса сгорания с данными экспериментов на реальном ДВС; обобщении известных частных решений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гарипов, Марат Данилович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1: Учеб. руководство: Для втузов - 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит, 1991600 с.

2. A.c. 1087681 СССР, МКИ3 F 02 М 25/10. Система питания двигателя внутреннего сгорания/ А.Е. Свистула, Д.Д. Матиевский (СССР). - №3556791/25-06; за-явл. заявл. 29.08.83; Опубл. 1984; Бюл. № 13.

3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа.-Уфа: Гилем, 2002.-672 с.

4. Ахметов С.А. Приоритеты в стратегии развития нефтепереработки и двигате-лестроения/ С.А. Ахметов, Р.Д. Еникеев.- Препринт.- Уфа: Гилем, 2006. 20 с.

5. Бретшнайдер Ст. Свойства жидкостей и газов. - M.-JL: Химия, 1966. - 536с.

6. Басевич В .Я. и др. Испарение и горение капли углеводородного топлива. 1. Неэмпирическая модель испарения однокомпонентной капли//Химическая физика.- 2002,- том 21, №3.- с. 58-67.

7. Борисов А.О. Мотор работает на спирто-водной смеси/ А.О. Борисов, Р.Д. Еникеев, М.Д. Гарипов // Сельский механизатор.- 2007,- №6.- С. 40-41.

8. Борисов, А.О. Рабочий процесс многотопливного поршневого двигателя / А.О. Борисов, М.Д. Гарипов, Р.Д. Еникеев, A.A. Черноусов. - Уфа, «ДизайнПоли-графСервис», 2008. - 272 с.

9. Борисов, А.О. Математическая модель комбинированного сгорания в тепловых двигателях / А.О. Борисов, М.Д. Гарипов, Р.Д. Еникеев, A.A. Черноусов // Вестник СГАУ.- 2008.- №2. - С. 97-102.

Ю.Брусиловский А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. А.И. Брусиловский. - М.: «Грааль», 2002, 575 с.

11. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ // Пер. с англ. Г.Л. Агафонова; Под ред. П.А. Власова. М.: Физматлит. 2003. 352 с.

12. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателя. Скорость сгорания и рабочий цикл двигателя. - Свердловск: Машгиз, 1962 - 269 с.

13. Войнов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях.- М.: Машиностроение, 1977.- 277 с.

14. Гайворонский А. И. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях / А. И. Гайворонский, В. А. Марков, Ю. В. Илатовский; Открытое акционерное общество "Газпром", Информационно-рекламный центр газовой промышленности (ООО "ИРЦ Газпром") .- Москва: ИРЦ Газпром, 2007 480 е.: ил.

15.Галиев P.A. Воспламенение топливовоздушного факела искрой в двигателях внутреннего сгорания: Дис. канд. техн. наук. - Уфа, 1994. - 130 с.

16. Гарипов М. Д. Влияние подачи воды на эмиссию оксида азота при окислении околостехиометрических метановоздушных смесей/ М. Д. Гарипов, Р.Ю. Са-кулин//Изв. вузов. Авиационная техника. - 2011. - № 3. - С. 23 - 27.

17.Гарипов М.Д. Исследование возможности реализации многотопливного рабочего процесса в ДВС со степенью сжатия 12,5/ М.Д. Гарипов// Вестник УГА-ТУ.- 2010.- Т. 14, № 1(36).- С. 20 - 24.

18.Гарипов М.Д. Исследование возможности реализации многотопливного рабочего процесса в ДВС с искровым воспламенением /М.Д. Гарипов// Вестник академии военных наук.- 2010.-№1 (30) (спецвыпуск).- С. 36 - 39.

19.Гарипов М. Д. Исследование сгорания обводненного этанола в поршневом ДВС/ М. Д. Гарипов, Р.Ю. Сакулин, К.Н. Гарипов, Р.Ф. Зиннатуллин//Изв. вузов. Авиационная техника. - 2012. - № 1. - С. 27 - 30.

20.Гарипов М.Д. Качественное регулирование нагрузки в многотопливном ДВС с искровым воспламенением/М.Д. Гарипов// Вестник УГАТУ.- 2012,- Т. 16, №2(47).- С. 142 - 145.

21.Гарипов М. Д. Новая концепция организации бездетонационного сгорания низкооктановых топлив в ДВС с искровым зажиганием / М. Д. Гарипов // Автомобильная промышленность. - 2010. - № 4. - С. 8-11.

22.Гарипов М.Д. Унифицированный рабочий процесс поршневых ДВС: Дисс...на соискание ученой степени кандидата технических наук/ Уфа, 2004 - 105 с.

23.Гарипов М.Д. Экспериментальное исследование влияния степени обводненности спиртового топлива на характеристики ДВС с унифицированным рабочим процессом/М.Д. Гарипов, К.Н. Гарипов, Р.Ю. Сакулин // Вестник У Г АТУ.-2010.- Т. 14, № 2 (37).- С. 7 - 12.

24.Гарипов М.Д. Искровое воспламенение в условиях глубокого расслоения топ-ливовоздушного заряда в рабочей камере ДВС/ М.Д. Гарипов, К.Н. Гарипов, А.Г. Хафизов // Вестник УГАТУ.- 2007,- Т.9, №6 (24). - С. 114 -120.

25.Гарипов М.Д. Влияние воды на кинетику окисления метановоздушных смесей в условиях поршневого ДВС /М.Д. Гарипов, A.A. Гиниятов, Р.Ю. Сакулин // Вестник УГАТУ.- 2008.- T.l 1, № 2 (29).- С. 74-84.

26. Гарипов М.Д. Расчетное исследование влияния степени сжатия на эффективные показатели дизеля/М.Д. Гарипов, Г.Р. Назмутдинова, Р.Ю. Сакулин // Вестник УГАТУ.- 2012.- Т. 16, № 2 (47).- С. 138 - 141.

27. Гарипов М.Д. Перспективы развития поршневых ДВС/ М.Д. Гарипов, Б.П. Ру-дой//Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сб. науч. трудов. Уфа: Гилем.- 2003.-С. 33 -48.

28. Гарипов М.Д. Влияние степени сжатия и способа регулирования нагрузки на эффективные показатели поршневых ДВС/М.Д. Гарипов, Р.Ю. Сакулин // Пол-зуновский вестник.- 2006.- №4.- С. 54-57.

29. Гарипов М.Д. Прогнозирование обводненности спиртоводяной смеси на индикаторную эффективность цикла ДВС/М.Д. Гарипов, A.A. Черноусов // Вестник УГАТУ.-2007,- Т. 9, № 6 (24).- С. 107-113.

30.Гарипов М.Д. Работа поршневого ДВС с искровым воспламенением на обводненном этаноле / М. Д. Гарипов, Р.Ю. Сакулин, Р.Ф. Зиннатуллин // Автомобильная промышленность. - 2011. - № 8. - С. 9-11.

31.Гарипов М.Д. Экспериментальные характеристики двухтактного бензинового двигателя с высокой степенью сжатия/ Р.Д. Еникеев, О.П. Домбровский, М.Д. Гарипов // Двигателестроение. - 2012. - № 3.- С. 7-11.

32.Гарипов М.Д. Математическая модель рабочего процесса поршневого ДВС с комбинированным сгоранием/ М.Д. Гарипов, Б.П. Рудой //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвуз. сб. науч. трудов. -Вып. 20.- 2004. - С. 444 - 451.

33.Гарипов М.Д. Экспериментальное исследование рабочего процесса поршневого ДВС с комбинированным сгоранием/ М.Д. Гарипов, Б.П. Рудой //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвуз. сб. науч. трудов. -Вып. 20.- 2004. -С. 452 - 461.

34.Гершман И.И. Многотопливные дизели/ И.И. Гершман, А.П. Лебединский.-М., «Машиностроение», 1971, 224 с.

35.Грехов Л. В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов / Л. В. Грехов, Н. А. Иващенко, В. А. Марков. —М.: Изд-во Легион-Автодата, 2004. — 344 с.

36.Гужов А.И. Исследование истечения газожидкостной смеси через цилиндрические насадки при критических параметрах/ А.И. Гужов, В.Ф. Медведев/ЛГеплоэнергетика.- 1966.- №8.- С. 81-83.

37.Гужов А.И. Некоторые особенности истечения газожидкостной смеси через цилиндрические насадки/ А.И. Гужов, В.Ф. Медведев //Теплоэнергетика.-1966.-№11.- С.68-70.

38.Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. М., «Машиностроение» 1983.-372с.

39.Демьянов Л.А. Многотопливные двигатели/ Л.А. Демьянов, С.К. Сарафанов.-М.: Воениздат, 1968.- 104 с.

40.«Дизельные двигатели KHD, работающие на метаноле», Экспресс-информация «Конструкции автомобилей».- №9.- 1984.- с. 4 - 5.

41.Еникеев Р.Д. Рабочий процесс перспективного поршневого ДВС/ Р.Д. Еникеев, М. Д. Гарипов // Вестник УГАТУ.- 2006. -Т.7, №3. - С. 12 - 22.

42.Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика,- М.: Наука. 1984.-374 с.

43.Зельдович Я.Б.. Классификация режимов экзотермической реакции в зависимости от начальных условий: Препринт. Черноголовка: АН СССР.- 1978,- 7 с.

44.Зельдович Я.Б.. Распространение пламени по смеси реагирующей при начальной температуре: Препринт. Черноголовка: АН СССР.- 1978.- 7 с.

45.Зельдович Я.Б., Компанеец A.C. Теория детонации. М., Гостехиздат, 1955.188 с.

46. Иванов А. А. и др. Новые технологии сжигания природного газа для экологически чистой энергетики // Известия РАН. Энергетика.- 2007.- №5.- С. 115-124.

47.Кормилицын В.И. Экологические аспекты сжигания топлива в паровых котлах.- М.: Издательство МЭИ, 1998.- 336 с.

48. Кузнецов Н.М.//ДАН СССР.-1981,- Т. 257, №4,- С. 858.

49. Кукис B.C. Особенности рабочего процесса дизеля с пневматическим распы-ливанием топлива / B.C. Кукис, И.А. Харенко// Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». - С. 166-172.

50.Кукис B.C. О целесообразности и возможности реализации пневматического распыливания топлива в дизелях / B.C. Кукис, И.А. Харенко // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Научный журнал. - Вып. 2. -Новосибирск: ФГОУ ВПО «НГАВТ».- 2010. - С. 184-189.

51 .Кулманаков С.П. Применение присадки воздуха при использовании рапсового масла в качестве топлива для дизелей/ С.П. Кулманаков, A.B. Шашев, А.Е. Свистула, Т.Д. Матиевский, С.С. Кулманаков // Ползуновский вестник. - 2010.-№1. - С.21-27.

52. Лазарев Е.А. Совершенствование моделирования закономерностей выгорания топлива в дизеле//Двигателестроение.- 1985.- №12.- С. 11 -12.

53. Марков В. А. Токсичность отработавших газов дизелей / В. А. Марков, P.M. Баширов, И. И. Габитов .- 2-е изд., доп. и перераб. - Москва : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 .- 376 с. : ил.

54. Марков В. А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах/ В. А. Марков, А.И. Гайворонский, JI.B. Грехов, H.A. Иващенко. -М.: Легион-Автодата, 2008.464 е.,ил.

55.Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/ Пер. с чешек. В.Б. Иванова; Под ред. А.Р. Бенедиктова.-М.: Машиностроение, 1987.-320 с. Ил.

56.Мелькумов Т.М. Теория быстроходного двигателя с самовоспламенением/ Т.М. Мелькумов. - М.: Государственное издательство оборонной промышленности», 1953. - 407 с.

57.Методические указания по моделированию рабочих процессов ДВС в интерактивной системе имитационного моделирования «Альбея» / Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т; сост. Губайдуллин И.С., Загайко С.А., Рудая Н.В. и др. - Уфа, 1997. -43 с.

58. Моделирование механических потерь ДВС в системе имитационного моделирования «Альбея»/ Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т; сост. С.А. Загайко. - Уфа, 1996.-74 с.

59.Моделирование устройств на базе ДВС с вязкоупругим поршнем в системе имитационного моделирования «Альбея»/ Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т; сост. С.А. Загайко. - Уфа, 1998. - 22 с.

60.Патент на полезную модель 42073 Российская Федерация, МПК7 F 02 М 25/022. Система питания дизеля. / Свистула А.Е., Матиевский Д.Д., Калюжный Е.М., Тактак А. (РФ) - № 2004121938/22; заявл. 19.07.2004; опубл. 20.11.04, Бюл. №32.

61. Патент США № 4381077.

62.Патент США № 4394963.

63.Патент США № 5271372.

64.Патент США № 5694905.

65.Патент США № 6293232.

66.Перспективные автомобильные топлива: Пер. с англ.- М.: Транспорт. 1982-319 с.

67.Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие/ Пер. с англ. Под ред. Б.И. Соколова.-З-е изд., перераб. и доп.-Л.: Химия, 1982.-592 е., ил .-Нью-Йорк, 1977.

68.Рудой Б. П. Топливная экономичность ДВС: Учебное пособие. - Уфа: УАИ, 1985.-80 с.

69.Рудой И.Б. Высокочастотный впрыск малых цикловых доз топлива: Дис. канд. техн. наук. - Уфа, 1987. - 130 с.

70.Свистула А.Е. Гидродинамический расчет топливной системы дизеля с учетом ввода присадки в линию высокого давления / А.Е. Свистула // Ползуновский вестник. - 2006. - №4. - С. 171-178.

71.Свистула А.Е. Повышение экономичности и снижение вредных выбросов дизеля воздействием на рабочий процесс присадки газа к топливу/ А.Е. Свистула, Д.Д. Матиевский // Вестник АлтГТУ. - 2000. - №2. - С. 122-128.

72.Свистула А.Е. Снижение расхода топлива и вредных выбросов дизеля воздействием на рабочий процесс присадки газа к топливу: Дис. канд. техн. наук. -Барнаул, 1986.-228 с.

73.Свистула А.Е. Снижение сажевыделения и расхода топлива в дизеле присадкой газа и воды к топливу / А.Е. Свистула // Ползуновский вестник. - 2007. -№4. - С.95-103.

74.Свиридов Ю. Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л., «Машиностроение», 1972. 224 с.

75.Свиридов Ю.Б. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей/ Ю.Б. Свиридов, Л.В. Малявинский, М.М. Вихерт.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979.-248 е., ил.

76. Система имитационного моделирования «Альбея» (ядро). Руководство пользователя. Руководство программиста: Учебное пособие / Горбачев В.Г., Загай-ко С.А., Рудая Н.В. и др.; Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т. Уфа, 1995, 112 с.

77.Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М., АН СССР, 1960.- 427 с.

78.Теория двигателей внутреннего сгорания. Под ред. Н. X. Дьяченко. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974, 552 с.

79.Тумановский А.Г. Проблема и пути создания малотоксичных камер сгорания для перспективных стационарных ГТУ/ А.Г. Тумановский, М.Н. Гутник, В.Д. Васильев, Л.В. Булысова, М.М. Гутник // Теплоэнергетика.- 2006.- №4,- С. 2225.

80.Фисенко В.В. Критические двухфазные потоки.-М.: Атомиздат, 1978, 160 с.

81 .Хисматуллин К.А. Взаимосвязь основных конструктивных параметров ГВТ двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой: Дис. канд. техн. наук.-Уфа, 1996.- 130 с.

82.Шароглазов Б.А. Двигатели внутреннего сгорания: Теория, моделирование и расчет процессов / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементьев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 344 с.

83.Aggarwal S. К., Mongia Н. С. "Multicomponent and High-Pressure Effects on Droplet Vaporization", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2002, vol. 124 pp. 248-255.

84.Amneus P., Mauss F., Kraft M., Vressner A. et al. NOx and N20 formation in HCCI engines: SAE Technical Paper 2005-01-0126. URL: http://como.cheng.cam.ac.uk/publications/2005-01-0126.pdf (дата обращения 29.09.2011).

85.Arcoumanis С., Kamimoto Т. Flow and Combustion in Reciprocating Engines. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.

86.Baumgarten C. Mixture Formation in Internal Combustion Engines. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006.

87.Beyerlein S., Mcllroy D., Blackkketter D., Steciak J., Clarke E., Morton A., Homogeneous charge combustion of aqueous ethanol. Report N01-09 / National institute for advanced transportation technology university of Idaho. URL: ntl.bts.gov/data/letter ak7KLK316.pdf (дата обращения 10.02.2012).

89.Brewster S. Initial Development of a Turbo-charged Direct Injection El00 Combustion System/ S. Brewster //Society of Automotive Engineers. Paper 2007-01-3625.

90.Brewster S. The Effect of El00 Water Content on High Load Performance of a Spray Guide Direct Injection Boosted Engine/ S. Brewster, D. Railton, M. Maisey, R. Frew// Society of Automotive Engineers, Paper 2007-01-2648.

91.Garipov M. D. Investigation of aqueous ethanol combustion in the reciprocating internal combustion engine/M. D. Garipov, R. Yu. Sakulin, K. N. Garipov and R. F. Zinnatullin//Russian Aeronautics (Iz VUZ), 2012, Volume 55, Number 1, Pages 3640.

92.Garipov M. D. Water feed influence on nitric oxide emission under oxidation of near-stoichiometric air-methane mixtures/M. D. Garipov and R. Yu. Sa-kulin//Russian Aeronautics (Iz VUZ), 2011, Volume 54, Number 3, Pages 264-271.

93.Carlisle H. The Effect of Fuel Composition and Additive Content of Injector Deposits and Performance of an Air Assisted Direct Injection Spark Ignition (DISI) Research Engine/ H. Carlisle, R Frew, J Mills, A Aradi, N Avery // Society of Automotive Engineers, Paper 2001-01-2030.

94.Cathcart G., Yang K. Air Assisted Direct Injection - Fuel Economy with Global Emissions solutions. Paper 20025359/ JSAE, Yokohama.

95.Cathcart G., Yang K., Worth D., Anderson L. An OCP Four Stroke Vehicle Application - A Practical Study of the Strategies for Future Fuel Consumption and Emissions Solutions. / Global Powertrain Congress, Stuttgart, 1999.

96.Cathcart G., Tubb J. Application of Air Assisted Direct Fuel Injection to Pressure Charged Gasoline Engines. Paper 2002-01-0705/ Society of Automotive Engineers.

97.Cathcart G. Development of Lightweight 2-Stroke & 4-Stroke Heavy Fuel UAV Engines/ G. Cathcart, G. Dickson, J. Tubb// AUSVI, Orlando, 2006

98.Cathcart G. Fundamental Characteristics of an Air-Assisted Direct Injection Combustion System as Applied to 4-Stroke Automotive Gasoline Engines/ G. Cathcart, C. Zavier// Society of Automotive Engineers. Paper 2000-01-0256.

99.Cathcart G. Improving Robustness of Spray Guided DI Combustion Systems: The Air Assisted Approach/ G. Cathcart, D. Railton// JSAE, Yokohama. Paper 20015360/ JSAE, Yokohama.

100. Cathcart G. The Application of Air-Assist Direct Injection for Spark-ignited Heavy Fuel 2-Stroke and 4-Stroke Engines/ G. Cathcart, G. Dickson, S. Ahern// Society of Automotive Engineers. Paper 2005-32-0065.

101. Cathcart G. The Potential of Gasoline Direct Injection for Small Displacement 4-Stroke Motorcycle Applications/ G.Cathcart, S. Ahern, R. Houston// Society of Automotive Engineers, Paper 2004-32-0098.

102. Changlin Y.; Aggarwal S. K. "A high-pressure droplet model for spray simulations", Journal of engineering for gas turbines and power, 2006, vol. 128, №3, pp. 482-492.

103. Chauveau C., Davidenko D.M., Sarh В., Gokalp I., Avrashkov V, Fabre C. PIV Measurements in an Underexpanded Hot Free Jet. 13th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon, Portugal, 26-29 June, 2006. Paper # 1161.

104. Cordon D., Clarke E., Beyerlein S., Steciak J., Cherry M. Catalytic igniter to support combustion of ethanol-water/air mixtures in internal combustion engines. Paper 2002-01-2863 / Society of Automotive Engineers. URL: papers.sae.org/2002-01 -2863/ (дата обращения 10.02.2012).

105. Curtis, E., Uludogan, A., and Reitz, R. "A New High Pressure Droplet Vaporization Model for Diesel Engine Modeling"// SAE Technical Paper 952431, 1995, doi: 10.4271/952431.

106. Effects of Piston Surface Treatments on Performance and Emissions of a Metha-nol-Fueled, Direct Injection, Stratified Charge Engine. B. West, J. B. Green. National Technical Information Services (NTIS). U.S. Department of Commerce. July 1994.

107. Eichlseder H., Kluting M., Piock W. F. Grundlagen und Technologien des Ottomotors. Der Fahrzeugantrieb. Springer-Verlag/Wien 2008.

108. Golloch R. Downsizing bei Verbrennungsmotoren. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005.

109. Grundlagen Verbrennungsmotoren: Simulation der Gemischbildung, Verbrennung Schadstoffbildung und Aufladung; mit 31 Tabellen / Günter P. Merker/Christian Schwarz (Hrsg.). Wiesbaden: Vieweg + Teubner. 2009

110. Houston R., Cathcart G. Combustion and Emission Characteristics of Orbital's Combustion Process Appied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4S Engines. Paper 980153/ Society of Automotive Engineers.

111. Houston R. High Specific Power Output Direct Injection 2-Stroke Engine Applications/ R. Houston, G. Bell, S. Ahern//Society of Automotive Engineers. Paper 2005-32-0066.

112. Houston R., Stocker H. Air Assisted Gasoline Direct Injection. / Automobile and Engine Technology Conference, Aachen, 1998.

113. Influence of Fuel Variables on the Operation of Automotive Open and Pre-Chamber Diesel and Spark Ignited Stratified Charge Engines: A Literature Study Covering Petroleum and Syncrude Derived Fuels. Prepared by: J.R. Needham, Ricardo Consulting Engineers Ltd., Bridge Works Shoreham-by-Sea. U.S. Department of Commerce National Technical Information Service. September, 1980.

114. Kee, R. J., Rupley, F. M., Meeks, E., and Miller, J. A.: "CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package For The Analysis Of Gasphase Chemical And Plasma Kinetics," Sandia National Laboratories Report SAND96-8216 Printed May 1996.

115. Kee, R. J., Rupley, F. M. and Miller, J. A.: "The CHEMKIN Thermodynamic Data Base," Sandia National Laboratories Report SAND87-8215B (1990).

116. Leighton S. Fuel Economy Advantages on Indian 2-stroke and 4-stroke Motorcycles fitted with Direct Fuel Injection/S. Leighton//Society of Automotive Engineers. Paper 2003-26-0019.

117. Mack J.H., Flowers D.L., Aceves S.M., Dibble R.W., Direct use of wet ethanol in a'homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine: Experimental and numerical results. Paper # 07F30-30 // Fall Meeting of the Western States Section of the Combustion Institute Sandia National Laboratories, Livermore, CA. URL: escholarship.org/uc/item/6cd5b6vq (дата обращения 10.02.2012).

118. Marek Stas, Wajand Jan. Bestimmung der Vibe-Parameter für den Zweiphasigen Brennverlauf in Direkteinspritz-Dieselmotoren/"MTZ: Motortechn. Z.", 1988, 49, № 7-8, 289-293.

119. Marinov N.M., Pitz W.J., Westbrook C.K., Hori M., Matsunaga N. An experimental and kinetic calculation of the promotion effect of hydrocarbons on the NO-N02 conversion in a flow reactor // Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 27, №1. pp. 389-396, 1998.

120. Methodology STAR-CD Version 4.14. - CD-adapco, 2010 - 390c.

121. Ottomotor mit Direkteinspritzung. Verfahren, Systeme, Entwicklung, Potenzial/ Richard van Basshuysen (Hrsg.).Friedr. Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007.

122. Phatak R.G. Investigation of a spark - assisted diesel engine/ R.G. Phatak, K. Komiyama//"SAE Techn. Pap. Ser.", 1983, №830588, 8pp.

123. Physical and life sciences directorate. URL: https://www-pls.llnl.gov/?url=science andtechnology-chemistry-combustion-nox (дата обращения 29.09.2011).

124. Simulating combustion : simulation of combustion and pollutant formation for engine development / Günter P. Merker, Christian Schwarz, Gunnar Stiesch, Frank Otto. - Berlin ; Heidelberg ; New York : Springer. 2006.

125. Smyth J. G., Indra F., Sczomak D. P. Zentraleinspritzung - die Zukunft der Direkteinspritzung? Central Injection - the Heart of the Next Generation DI-Gasoline Engine?/ J. G. Smyth, F. Indra, D. P. Sczomak // Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2001.

126. Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine / Rudolf Pischinger, Manfred Kell, Theodor Sams. Wien ; New York, NY : Springer. 2009.

127. Worth D., Yang K., Brogan M., Swallow D., Brisely R. A New Approach to Meeting Future European Emissions Standards with the Orbital Direct Injection Gasoline Engine.. Paper 2000-01-2913/ Society of Automotive Engineers.

128. Zhaoa F., Lai M.-C., Harrington D.L. Automotive spark-ignited direct-injection gasoline engines/Progress in Energy and Combustion Science 25 (1999) 437-562.

129. Zhu G.-S, Reitz R.D..Aggarwal S. K. "Gas-phase unsteadiness and its influence on droplet vaporization in sub- and super-critical environments", International Journal of Heat and Mass Transfer 44, 2001, pp. 3081-3093.

УФИМСКОЕ

1П1Я1ДПИ1ШlilEAIIEIIE

/Л. ri. /i

№

на Ns

7c J- tW

Россия, 450039. Уфа. ул. Ферина. дом 2 Телетайп ! телекс 162340, "RICA RU" факс: -7(347) 238-37-44. тел: [phone], e-mail:[e-mail], cawr:www.umpo.ru ОГРН 1020202388359, КПП 997850001, ИНН 0273008320, ОКПО 07503916

«Утверждаю» ¡мститель управляющего директора ' по инновациям ■стивным щюграммам

В.Ю.Иванов

2013 г.

АКТ

внедрения результатов докторской диссертации «Многотопливный рабочий цикл поршневых ДВС» Гарипова Марата Даниловича в проектной и производственной деятельности Центра перспективных разработок УМПО

Комиссия в составе главного инженера проекта ЦПР УМПО Нурмухаметова В.Ф., ведущего инженера-конструктора ЦПР УМПО Едренкина К.О, ведущего инженера-конструктора ЦПР УМПО Бекишева P.P. отмечает, что полученные Гариповым М.Д. результаты используются при проектировании и доводке двигателей разработки ЦПР УМПО. В числе этих результатов - принципы организации многотопливного рабочего цикла поршневых ДВС и система математических моделей, описывающих процессы в топливоподающей аппаратуре и камере сгорания двигателя с многотопливным рабочим циклом.

Использование разработанных в диссертации Гарипова М.Д. технических решений позволяет совершенствовать характеристики поршневого авиационного двигателя, разрабатываемого в ЦПР УМПО, в части возможности использования тяжелых топлив (керосин, дизельное топливо) и снижения расхода топлива.

Главный инженер проекта Ведущий инженер-конструктор Ведущий инженер-конструктор

В.Ф.Нурмухаметов К.О. Едренкин P.P. Бекишев

АКТ

внедрения результатов докторской диссертации «Многотопливный рабочий процесс поршневых ДВС» Гарипова Марата Даниловича в проектной и производственной деятельности ГСКБД ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК»

Комиссия в составе главного конструктора направления Дегтярева А.Г., главного специалиста ученого секретаря НТС Маслова А.П. отмечает, что полученные Гариповым М.Д. результаты используются при проектировании и доводке дизелей разработки ГСКБД ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК». В числе этих результатов - способ организации рабочего процесса поршневого ДВС, позволяющий существенно увеличить удельную мощность и топливную экономичность дизелей, а также методики расчета процессов в топливоподающей аппаратуре и камере сгорания двигателя. Использование разработанных в диссертации Гарипова М.Д. технических решений позволяет совершенствовать характеристики дизелей как специального, так и промышленного назначения с целью обеспечения требований экономичности и мощности, а также снижения требований к качеству и номенклатуре то-плив. Применение данных методик позволяет рассчитывать процессы впрыска, смесеобразования, воспламенения и горения в дизелях с непосредственным впрыском топливо-воздушной смеси при работе на различных топливах, сократить объемы экспериментальных исследований и тем самым значительно снизить трудозатраты, затраты материальных ресурсов и времени при разработке новых моделей и модификаций дизелей.

Кроме этого, в настоящее время в рамках выполнения государственного контракта по федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» ОКР «Разработка технологии производства унифицированного ряда высокофорсированных дизельных двигателей мощностью 650-900 л.с.», специалисты ГСКБД ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК» приступили к формированию информационного пространства по созданию силовых модулей на основе САЬБ/ИПИ технологий, в котором предполагается использование разработанной Гариповым М.Д. математической модели рабочего процесса в качестве одного из элементов информационного пространства.

Главный конструктор направления

А.Г. Дегтярев

Главный специалист, ученый секретарь НТС ГСКБД, канд. техн. наук

А.П. Маслов

УТВЕРЖДАЮ Щ^г^Щрекгор по У4661100 Работе>

внедрения результатов научно-исследовательской работы Рарипова М.Д.

в учебный процесс

Мы, нижеподписавшиеся, составили настоящий акт о том, что результаты, полученные Гариповым М.Д. при проведении научно-исследовательской работы, а именно - математическая модель комбинированного сгорания, математическая модель расчета рабочего процесса компрессор-форсунки, результаты теоретического исследования процессов смесеобразования и сгорания при помощи разработанных математических моделей, результаты экспериментального исследования разработанного рабочего процесса при работе двигателя на низкооктановом бензине, дизельном топливе, этиловом спирте и спиртоводных смесях, внедрены в учебный процесс кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Уфимского государственного авиационного технического университета при подготовке бакалавров и магистров по направлению подготовки 141100 «Энергетическое машиностроение», дипломированных специалистов по специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», специализации «Двигатели, работающие на биотопливах».

Математическая модель комбинированного сгорания в качестве самостоятельного модуля включена в систему моделирования «Альбея», используемую в научном процессе, лабораторных и практических занятиях студентов кафедры ДВС УГАТУ. Программа расчета рабочего процесса компрессор-форсунки, результаты расчетных и экспериментальных исследований используются студентами при выполнении выпускных квалификационных работ по указанным направлениям подготовки и аспирантами кафедры по специальности 05.04.02 - Тепловые двигатели. Результаты расчетных и экспериментальных исследований используются при изучении дисциплины «Рабочие процессы и конструирование двигателей, работающих на биотопливах».

Зав. кафедрой

Доцент кафедры

«Двигатели внутреннего сгорания», к.т.н., доцент

«Двигатели внутреннего сгорания», д.т.н., профессор

Р.Д. Еникеев

С.А. Загайко

Начальник учебно-методического

управления,

к.т.н., доцент

А.З. Тлявлин