автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение топливо-экономических и экологических параметров ДВС организацией процесса с самовоспламенением гомогенного заряда

к?

На правах рукописи

003448832

ЕПИФАНОВ ИВАН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОПЛИВО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВС, ОРГАНИЗАЦИЕЙ ПРОЦЕССА С САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ГОМОГЕННОГО

ЗАРЯДА

05.04.02 - тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ОПТ 2008

Москва - 2008 г.

003448832

Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей инженерного факультета Российского университета дружбы народов

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гусаков Сергей Валентинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кавтарадзе Реваз Зурабович

доктор технических наук, доцент Кульчицкий Алексей Рэмович

Ведущая организация: Московский государственный агроинженерный

Защита состоится "5 " ноября 2008 г. в "15-00" часов, на заседании диссертационного совета Д 212.203.33 в Российском университете дружбы народов по адресу; 117198, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу; 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

университет им. В.П.Горячкина

Автореферат разослан X" _ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.203.33,

кандидат технических наук, доцент Л.В.Виноградов

А/7-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Ресурсы продуктов переработки горючих ископаемых (нефть, природный газ, уголь и пр.), используемых в ДВС в качестве топлив, весьма ограничены. Побочным негативным фактором эксплуатации ДВС являются выбросы вредных веществ. К особо опасным относятся содержащиеся в отработавших газах (ОГ) оксиды азота (NOx) и дисперсные частицы (сажа). Рабочий процесс в поршневых ДВС при самовоспламенении гомогенной смеси от сжатия (ЯСС/ процесс) совмещает высокую топливную экономичность, высокий КПД порядка величины или даже выше дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива и предельно низкие концентрации сажи и NOx в ОГ.

В тоже время HCCI процессу свойственны сложности его организации и от их успешного разрешения зависит, получат ли двигатели этого типа распространение на потребительском рынке. Необходимо в широком диапазоне эксплуатационных режимов управлять моментом начала самовоспламенения (МНС) смеси, который существенно влияет на КПД цикла и вредные выбросы. В HCCI ДВС не используются принудительное искровое зажигание топ-ливно-воздушной смеси (TBC), способное обеспечивать оптимальный угол воспламенения в град. ПКВ, а также регулирование угла опережения впрыска топлива, свойственное дизелю. Склонность к неустойчивой работе HCCI двигателя есть результат его высокой чувствительности к начальным условиям:, температуре смеси на впуске, химическому составу приготавливаемого топлива и др. Устойчивая работа достигается в относительно узком рабочем диапазоне, ограниченном трудностями получения регулярного воспламенения при малых нагрузках на бедных или разбавленных смесях, а также контроля процесса тепловыделения на больших нагрузках влияющего на динамические нагрузки КШМ и уровень шума. Преодолению последних способствует управление химико-кинетическими (ХК) процессами горения.

Работа посвящена расчетно-теоретическим методам анализа HCCI процесса в ДВС, использующим ХК механизмы горения различных топлив, исследованию влияния различных факторов на характеристики процесса, что позволяет целенаправленно совершенствовать нетрадиционный рабочий процесс, улучшая топливную экономичность и снижая токсичность ОГ.

Целью исследования является определение особенностей организации и методов управления HCCI процессом для различных топлив.

При этом необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать математическую модель и программу расчета на ПЭВМ рабочего процесса HCCI двигателя, учитывающую химическую кинетику для случаев одной и нескольких зон.

2. Используя однозонную модель HCCI процесса и ХК механизм GRI-Mech 3, провести параметрический анализ влияния конструкционных и режимных параметров (степени сжатия е, начальной температуры Тт, коэффициента избытка воздуха а) на характеристики рабочего процесса для пропана в качестве топлива.

3. Оценить, с использованием к-е модели, газодинамической состояние сме-

си пропана с воздухом и распределение температуры по камере сгорания (КС) ДВС типа ТВ1 на момент, предшествующий самовоспламенению для разных частот вращения коленчатого вала п с учетом тепломассообмена и турбулентности. Использовать полученные данные в многозонной модели ЯСС/ процесса как начальные.

4. Провести идентификацию расчетной однозонной и многозонной моделей ЯСС/ процесса по результатам обработки экспериментальных данных дизеля У1¥ ТВ1, работающего на пропане, используя ХК механизм окисления природного газа.

5. Исследовать влияние изменения состава биогаза на МНС, выбросы ЫОх и другие показатели одноцилиндровой НСС1-установки, используя одно-зонную модель с ХК механизмом окисления природного газа.

6. Рассмотреть влияние присадки диметилэфира (ДМЭ) к природному газу (ПГ) на горение в одноцилиндровой НСС1-установке при помощи формальной и ХК моделей.

7. Определить период задержки самовоспламенения (ПЗС) и основные стадии воспламенения смеси ДМЭ/ПГ для одноцилиндрового ЯСС/ДВС.

8. Выявить зависимость ПЗС, экономичности и экологических показателей ЯСС/ процесса для смеси ДМЭ/ПГ от коэффициента избытка воздуха а, начальной температуры и процентного содержания ДМЭ при помощи многопараметрического анализа.

Объект исследования. В работе использовались математические модели ЯСС/ процесса и анализировались экспериментальные данные, полученные на одноцилиндровом двигателе 8,25/11,4, конвертированном для работы по ЯСС/ процессу. Также, в основу численных экспериментов положены конструкционные особенности 4-тактного 4-цилиндрового двигателя У1¥ ТВ1 79,5/95,5. В работе исследовались влияние на ЯСС/ режим различных топлив: пропана, метана, ДМЭ, биогаза и их комбинаций.

Научная новизна работы:

- с использованием алгоритмов ХК определены зависимости величин выбросов ЫОх, индикаторного КПД и др. показателей ЯСС/ ДВС от температуры окружающей среды, степени сжатия, состава топливно-воздушной смеси и цетанового числа для пропана, биогаза, ДМЭ, ПГ;

- исследовано влияние частоты вращения п на состояние смеси в фазе, предшествующей началу ЯСС/ горения, при использовании газодинамической к-е модели;

- в допущениях многозонной ХК модели определены концентрации ЫОх и индикаторная диаграмма ЯСС/ ДВС с учётом распределения топлива и температуры по объёму КС для 10 зон. При этом в качестве начальных условий приняты результаты, полученные на выходе газодинамической к-е модели;

- исследовано влияние присадки ДМЭ к ПГ на горение в КС одноцилиндровой ЯСС/ установки. В использованной при этом формальной модели горения входными данными служили результаты однозонных прогонов ХК алгоритма;

- определены длительности ПЗС для смеси ДМЭ/ПГ; диаграммы скорости тепловыделения, диаграммы молярных долей ключевых компонентов реакций по углу ПКВ; основные стадии горения в ЯСС/ режиме ДВС. При этом использован включающий образование NOx ХК механизм окисления ДМЭ, отныне объединяющий преимущества двух ранее известных механизмов окисления ПГ и ДМЭ;

- посредством многопараметрического анализа исследованы влияния состава топлива и начальной температуры на ПЗС; установлены четыре области ПЗС; определены топливно-экономические и экологические характеристики горения смеси ДМЭ/ПГ в ЯСС/ДВС.

Практическая значимость работы состоит в:

- адаптация программы расчёта химической кинетики к исследованию ЯСС/ процесса, которая позволяет: а) получить значения вредных выбросов до эксперимента; б) проводить численные исследования с любым числом зон в КС, что способствует возрастанию достоверности итоговых результатов; в) использовать известные ХК механизмы, позволяющие исследовать горение топлив различного состава и образование вредных выбросов; г) рассмотреть ЯСС/двигатели различных конструкций;

- реализации ХК механизма в единый комплекс, учитывающий совместное влияние двух процессов: образования NOx и горения смеси ДМЭ/ПГ;

- определении диапазона изменения состава смесевых топлив, в котором достигается максимальное значение КПД ЯСС/двигателя;

- определении рабочих диапазонов ЯСС/ двигателя для смесевых топлив с использованием ХК моделирования.

Реализация результатов работы. Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре теплотехники и тепловых двигателей и проведении НИР в Российском университете дружбы народов.

Апробация работы. Работа заслушана и одобрена на заседании кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Материалы, включенные в диссертацию, были представлены на Научно-технической (НТ) конференции инженерного факультета РУДН, Москва 2006, 2007, 2008 гг.; международной НТ конференции «Двигатели 2008», Хабаровск, ТГУ, 2008 г.; всесоюзном НТ семинаре по автоматическому регулированию и управлению теплоэнергетических установок, МВТУ им.Н.Э.Баумана, 2007, 2008 гг.; международной НТ конференция «Двигатель

- 2007», Москва, МВТУ им.Н.Э.Баумана, 2007 г.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 7 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 102 наименования и приложения. Содержит 139 страниц машинописного текста, включая 82 рисунка, 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования двигателей с ЯСС/ процессом, обеспечивающим высокую топливную экономичность при низкой эмиссии вредных веществ с ОГ.

В первой главе приведены литературный обзор исследований влияния различных факторов на экологические и экономические параметры ЯСС/ ДВС, анализ причин и методы снижения образования ИОх и сажи. Изложены ожидаемые преимущества ЯСС/ДВС, текущее состояние проблемы, история развития ЯСС/ технологии горения. Выполнено сравнение эксплуатационных характеристик и токсичности ОГ традиционных и ЯСС/двигателей. Рассмотрены существующие модели ЯСС/ процесса и возможности использования различных топлив в гомогенном режиме горения. Приведена классификация ХК механизмов и методы управления НСС1 процессом.

Из первой главы следует, что создание рабочего процесса, лишенного недостатков ДВС с искровым зажиганием и дизеля и использующего их достоинства- сложная, но как показывает анализ современных тенденций двига-телестроения, перспективная задача.

Во второй главе приведены теоретические основы организации рабочего процесса с самовоспламенением гомогенного заряда от сжатия, физико -химические параметры смесевого топлива (биогаза, ДМЭ/ПГ), рассмотрены особенности самовоспламенения гомогенных топливно-воздушных смесей, динамика развития реакции горения в ЯСС/ двигателе и алгоритм синтеза рабочего цикла ЯСС/ двигателя.

При этом в используемой однозонной модели ЯСС/ двигателя допускается, что смесь обладает свойствами идеального газа, гомогенная и однофазная. В многозонной же модели также принято, что в каждой зоне смесь также гомогенна.

Начальный состав смеси задавался в молярных долях, рассчитанных из стехиометрического уравнения, записанного в общем виде:

(1)

1/в-СОг+|-1/а-Я3О + Цх+^-0(1-1/в)-О2 + 3.76 где: СхНуО,-условная «молекула топлива»;

х+^-^-необходимое для сгорания стехиометрическое количество кмоль кислорода воздуха;

а- коэффициент избытка воздуха а в КС; Суммарное количество молей:

и? =1/а

Молярная доля к-го компонента:

^-§ 4 76, (2)

(3)

"г

Зависимость начальной температуры смеси в цилиндре после закрытия впускного клапана от а с учётом дополнительного подогрева:

Т„=ТВ-3,7 1/а + 108,9 1/а\ (4)

Где : Т0 - температура свежего заряда

В модели, основанной на формальной ХК, развитие процесса горения рассматривается как протекание бимолекулярной реакции окисления топлива. Реакция характеризуется эффективной энергией активации и экспоненциальной зависимостью скорости реакции от температуры.

В однозонной модели пространственное распределение давления и температуры гомогенной смеси в текущий момент времени по объёму цилиндра принято однородным. Не учитываются: неоднородность состава смеси по объёму, степень турбулизации заряда и объём смеси, находящейся в тепловых зазорах над уплотнительными поршневыми кольцами. Для оценки тепловых потерь применена модифицированная модель Вошни.

В многозонной модели сняты некоторые допущения, принятые для одно-зонного моделирования, такие, как отсутствие расслоения топливовоздушно-го заряда по объёму КС, однородность температурного поля. Давление, в отличие от температуры, в зонах КС принято одинаковым.

При многозонном моделировании НСС1 процесс разбит на два этапа: сжатие, при котором основную роль играет турбулентность и горение в основном определяемое химической кинетикой окисления топлива. Такой подход позволяет сократить объём вычислений и повысить их точность в сравнении с однозонной моделью.

Дифференциальное уравнение многозонной модели ЯСС/двигателя

=-"-> (5)

Изменение молярной концентрации со временем

_, Ы ^

где 1- индекс вещества; ц, масса одного моля ¡-ого компонента ]-ой зоны; с, - удельная теплоёмкость при постоянном объёме ¡-ого компонента ^ой зоны; ы, у - удельная молярная внутренняя энергия ¡-ой специи .¡-ой зоны; 8 -количество компонентов химических реакций; Q - потери теплоты в стенки; ш, - скорость образования ¡-ой частицы ]-ой зоны; объём V находится из уравнения кинематики ДВС.

При описании характеристик турбулентного потока в НСС1 двигателе использована стандартная полуэмпирическая двухпараметрическая диссипа-тивная к-е модель, основанная на двух уравнениях для кинетической энергии турбулентности к и скорости диссипации её энергии е. Система уравнений позволяет вычислить значения турбулентной вязкости цт в камере сгорания. При этом использованы две эмпирические константы, определяемые экспериментально для турбулентных струй, приемлемые для инженерных задач данного класса.

Механизм самовоспламенения гомогенной TBC носит многостадийный характер и обусловлен, внешними и режимными параметрами, химическими свойствами топлива, которые существенно влияют на условия самовоспламенения. Последние можно изменять, используя смесевые топлива из двух компонентов с различными цетановыми числами, варьируя соотношениями между ними. Существенную роль в формировании как интегральных, так и локальных параметров рабочего процесса HCCI двигателя играет ПЗС. В работе рассмотрены его зависимости от: начальной температуры и давления смеси, коэффициента избытка воздуха, свойств топлива, условий теплообмена и др.

Из работы Curran H., Pitz W. J., Marinov N. M, и др согласно анализа чувствительности для значений температуры 650, 850 и 1200 К приведены основные реакций окисления ДМЭ. Описаны условия применения ХК механизма окисления природного газа (ПГ) GRI-Mech 3, учитывающего кинетику горения с участием 53 компонентов и 325 реакций. Механизм включает основные реакции горения метана, этана, пропана, включая реакции образования N0 и других компонентов.

На основании вышеизложенного была составлена блок-схема, реализована программа расчёта HCCI процесса для одной и нескольких зон совместно с разработанной ранее Гусаковым C.B. формальной моделью. В третьей главе приведено описание аппаратурно - программного обеспечения и отмечены особенности алгоритма обработки индикаторных диаграмм для пропана и 15% добавки ДМЭ к метану, при начальных температурах на впуске 130, 150, 170°С для а от 2,7 до 4,55 для случая одноцилиндровой HCCI установки.

При обработке экспериментальных данных было обнаружено, что существует скачёк продолжительности горения в смеси ДМЭ с метаном до 13 — 14 град ПКВ при запаздывании момента самовоспламенения начиная 6 град. ПКВ после ВМТ. Этот разрыв обусловлен кинетикой горения двухтопливной смеси. Изменение скорости тепловыделения обусловлено каждым из топлив, входящим в состав рабочей смеси. При использовании однозонного ХК моделирования удалось выяснить, что по мере запаздывания фазировки горения ДМЭ выгорает прежде, чем химическая реакция окисления метана вступает в действие. Это временное запаздывание в реактивности двух компонентов в сочетании с охлаждением при расширении и приводит к значительному увеличению длительности тепловыделения.

Из экспериментальных исследований известно, что возрастание концентраций NOx и СО в ОГ HCCI двигателя связано с более ранним началом тепловыделения, обусловленным более, богатыми смесями. Для достижения требуемого момента воспламенения необходимо понижение температуры на входе в двигатель. Организация более позднего горения позволяет получить уровни концентрации NOx менее 10 ррт.

В четвертой главе приводятся результаты анализа ЯСС/ процесса с учетом различных механизмов ХК, процессов и явлений.

Однозонное моделирование. Выполнен расчёт с использованием ХК механизма окисления природного газа GRI-Mech 3.0 и анализ процесса сгорания пропана в зависимости от начальной температуры смеси на впуске (7]„= 425 -463 К), коэффициента избытка воздуха а=5,0; 3,85; 3,0 в HCCI-процессе и степени сжатия е= 16,0 - 19,8 для одноцилиндровой установки. Давление на впуске - 107 кПа.

На рис.1 представлены три поверхности, отображающие зависимость индикаторной мощности (yVj) от Тт и е при трех значениях а. При увеличении Тт гомогенной смеси от 425 до 463 Кие, принятой равной 19,8, наблюдается понижение N\ вследствие снижения плотности рабочего тела. При той же е (нижняя поверхность для «/=5) N, с ростом Тт также уменьшается. Тем самым показано, что максимальная N, в цилиндре HCCI двигателя развивается при наименьшей Тт (при максимальной плотности рабочего заряда) и наибольшей е.

Для заданных Tin и е при а3=Ъ нижняя граница диапазона устойчивой работы (линия Ь) определяется прямой, проведённой по двум точкам с координатами (s = 17,3; 7]„ = 425 К) и (16; 440). При а2=3,85 (17,9; 425) и (16; 446). При а3=3 (18,45; 425) (16; 450). На плоскости XOY, рис.1, показаны линии уровня, отображающие описанный выше характер изменения N-, от параметров Тт и е при трех значениях а.

Рис.1 Зависимости индикаторной мощ- Рис.2 Зависимость выбросов окси-ности (Ni, кВт) от исходной температу- дов азота (NOx, г/(кВт-ч)) от ис-ры смеси (71п, К), степени сжатия (е) при ходной температуры смеси (Тт, К), фиксированных коэффициентах избытка степени сжатия (е) при фиксиро-воздуха (й/=5; а2=3,85; а3=3) ванных коэффициентах избытка

воздуха (а/=5; «¿=3,85; а3=3) На рис.2 приведены три поверхности зависимостей выбросов оксидов азота NOx для значений ау=5 (нижняя); а2=3,85 (средняя); а3=3 (верхняя). Выбросы NOx зависят от максимальной температуры, что учитывается константами скорости химических реакций в механизме Зельдовича, включённого в модель GRI-Mech 3.0.

На рис.2 показано, что при а3=3 наблюдается резкий рост содержания компонентов NOx в ОГ с увеличением Т-ш и е. Содержание вредных компонентов в пределах диапазона, ограниченного линией, проведённой по точкам

(в = 19,2; Тт = 463 К) и (19,8; 457,7), лежит в пределах 2 г/(кВт-ч), что удовлетворяет нормам «Евро-5» по эмиссии NOx. Кроме того, ЯСС/ процесс показал высокую эффективность (индикаторный КПД до 0,53 при а/ = 5; до 0,54 при а2=3,85 и до 0,55 при а3=3). Горение гомогенной смеси при а> 2 не приводит к образованию сажи. Удельный индикаторный расход топлива понижается при увеличении е, уменьшении Г,„ и равен 138 г/(кВт-ч) для а/ = 5; 142 г/(кВт-ч) для а/=3,85 и 144 г/(кВт-ч) для а.,=Ъ.

Изменение Тт может достигаться, например, за счет подогрева воздушного заряда во впускном коллекторе, для чего требуется установка электрического подогревателя или теплообменника с ОГ. Подогрев заряда позволяет расширить рабочий диапазон ЯСС/ двигателя в область низких нагрузок (рис.1). Однако, при таком способе управления в случае относительно малых значений а существенно возрастают концентрации NOx (рис.2) По данным Flowers D. L., тепловая инерционность системы подогрева воздуха на впуске препятствует применению этого способа управления в быстроменяющейся дорожной ситуации.

Высокие е предпочтительнее для ЯСС/ двигателя из-за повышенного КПД и индикаторной мощности; при этом самовоспламенение TBC происходит с опережением из-за повышения температуры смеси. Меньшие значения е лучше подходят для поддержания устойчивой работы на малых нагрузках.

Газодинамическая к-е модель. Склонность к неустойчивой работе HCCI двигателя — результат его высокой чувствительности к начальным условиям, а именно, химическому составу топлива, температуре смеси на впуске и др. Предпринята попытка дать характеристику состояния TBC в цилиндре на момент, предшествующий самовоспламенению и выявить влияние частоты вращения коленчатого вала (и) на распределение концентрации топлива в КС и температуры внутри цилиндра с учетом процессов газодинамики.

Для моделирования и исследования влияния начальных условий в КС при организации ЯСС/ процесса прототипом выбран современный автомобильный дизель с турбонаддувом VW TDI 79,5/95,5, с непосредственным впрыском топлива, рабочим объёмом 1,9 л, степенью сжатия 19, рабочим диапазоном п: 800-3600 мин"1, углами опережения открытия и запаздывания закрытия впускного клапана 16 и 25 град. ПКВ, соответственно. Экспериментальные данные, используемые автором, получены на реконструированном дизеле для работы в ЯСС/ режиме: форсунки заменены на охлаждаемые датчики давления, турбокомпрессор удалён, установлен подогреватель воздуха на впуске. В качестве топлива использован пропан.

Двумерный расчёт носит оценочный характер и позволяет определить характеристики потока рабочей смеси в диаметральной плоскости цилиндра ЯСС/ двигателя.

При этом давление на впуске принято равным 0,1 МПа. Начальная температура смеси достигает 435°К за счет подогрева воздуха перед впускным коллектором. Поверхность внутренних стенок впускного коллектора гладкая. Для предотвращения детонации смесь во впускном коллекторе выбрана бед-

ной (а ~ 2,8), использован 30% перепуск ОГ, повышающий общую температуру смеси и замедляющий горение. В начале расчета принято равенство температур по всему объему КС и во впускном патрубке, смесь гомогенна.

Расчет показал, что с увеличением и температура в КС растёт (рис.3 а), что является результатом снижения потерь теплоты за счёт сокращения времени отводимого на такты впуска и сжатия.

Результаты расчёта коэффициента избытка воздуха а в поперечном разрезе КС для разных частот вращения приведены на рис.3 б.

Установлено, что распределение а по диаметру поршня D имеют выпуклость. Обогащение смеси (уменьшение а) вблизи стенок цилиндра обусловлено траекторией движения топливовоздушной смеси (вдоль стенок) в процессе впуска, а также склонностью тяжёлых молекул топлива накапливаться

Поскольку проходные сечения открытого клапана в диаметральной плоскости цилиндра с левой и правой сторон различны, распределение а относительно оси цилиндра несимметрично. С ростом п смесь становится богаче в левой половине КС (см. рис.3 б) и беднее в правой как следствие различия расходов в прилегающих к клапану областях КС. С ростом п падение а происходит быстрее со стороны противоположной клапану из-за возрастания скорости движения TBC на такте впуска.

С ростом п доля кислорода в цилиндре к началу поступления TBC в КС не изменяется. С ростом п - а уменьшается (рис.3 б).

Многозонное моделирование с использованием результатов газодинамического расчёта в качестве входных данных. Многозонная ХК модель учитывает результаты газодинамической k-е модели; при этом для 10 зон выполнен расчет процесса горения в интервале 10 град ПКВ до ВМТ. На рис.4 представлены результаты эксперимента а также расчета, полученного для случаев одно- и многозонной моделей в виде зависимостей давления от угла ПКВ.

Резкое возрастание давления (кривая 1) обусловлено зависимостью скоростных параметров реакций от температуры, однородной по всему объёму КС. Кривая 2 для многозонной модели удовлетворительно согласуется с экспериментом (кривая 3). Тем самым подтверждается наличие зон горения с начальными данными, адекватными состоянию рабочего тела на начало расчёта.

в областях КС с более низкими температурами.

Ü 10 20 30 40 50 60 А ММ fä ^

Рис.3 Распределение а) температуры смеси и б) а по диаметру поршня D

Рис.5 Значения выбросов а) N0 и б) N02 в ОГ[ррш];

Рис.4 Зависимости давления в КС от угла ПКВ; 1- расчет по однозонной модели; 2- расчет по многозонной модели; 3-эксперимент (дизель ТОГ)

На рис.5 а, б приведены результаты расчета зависимостей N0 и N02 от угла ПКВ, соответственно. Температура горения влияет на их образование, что учитывается константами скоростей химических реакций в ХК механизме СШ-МесИ 3.0; при этом в процессе горения с увеличением угла ПКВ N0 окисляется до >ТО2.

Использование биогаза и многопараметрический расчёт в однозонной модели.

Для иллюстрации применения альтернативных топлив на НСС1 ДВС рассмотрен биогаз. Для расчётов в случае одноцилиндровой установки Тт принята 483 град. К на впуске. Состав биогаза зависит от исходного сырья, поэтому исследовано влияние его композиции на характеристики НСС1 ДВС. Доля С02 в смеси метан-углекислый газ (С02+СН4=1) задавалась в диапазоне 0,03-Ю,50. Результаты отображают влияние изменения состава биогаза на МНС, выбросы 1М0х, индикаторный КПД и другие показатели ЯСС/ двигателя (рис.6).

ПКВСН4>

Рис.6 Влияние момента начала самовоспламенения и состава топлива на индикаторный КПД.

75,0 ПКВ 100.0

125.0

Однозонное ХК моделирование с последующим использованием его результатов в формальной модели (случай ДМЭ). Представляется возможным решить задачу регулирования МНС в HCCI двигателе для основного топлива с низким цетановым числом (ЦЧ), используя ДМЭ как присадку к метану. Известно, что ДМЭ малотоксичен, обладает малой задержкой самовоспламенения и не приводит к дополнительному образованию сажи.

В детальном ХК механизме окисления ДМЭ, описанном в работе Hori М, Matsunaga N.. Marinov N., и др., дополнительно применён субмеханизм,

учитывающий образование NOx, основанный на описаниях GRI-MECH 2.11, Dean и Bo::elli, и Atkinson.

Влияние присадки ДМЭ к ПГ на горение в одноцилиндровой HCCI установке исследовано в три этапа: а) апробирован ХК механизм в однозонной модели и проведено сравнение с экспериментом при а =3,03, доле ДМЭ 0,15, Т0=448 К; б) подобраны значения энергии активации на основании совпадения МНС, получаемого посредством однозонной ХК модели и модели формальной ХК; в) выполнена оценка МНС без привлечения ХК механизма согласно уравнению (7). Результаты представлены на рис.7.

Еа = 52869 - 22740 ■ ДМЭ + 20188- (ДМЭ f, (7)

Применение уравнения регрессии первого порядка приводит к существенному рассогласованию с экспериментом;

С увеличением доли ДМЭ более ранний МНС, ожидаемый в ЯСС/двигателе, подтверждается расчётом (рис.8).

Рис.7 Давление в КС: 1-эксперимент; 2-расчет по однозонной ХК модели с исходными условиями натурных испытаний; 3- расчет по математической модели на базе формальной ХК

Рис.8 Момент начала самовоспламенения в зависимости от коэффициента избытка воздуха и доли диметилэфира в смеси СН4+СНЗОСНЗ С учётом того обстоятельства, что ЯСС/ двигатель чувствителен к качественному регулированию TBC, необходимо адекватное управление им изменением состава смеси (а). Установлено, что при изменении а в интервале 2,56 +4,76 МНС изменяется в пределах 20+30 град. ПКВ, состав ОГ (рис.11) и индикаторный КПД (рис.9). На рис.10 представлен порог горения (кривая 1), при приближении к которому индикаторная мощность N-, НСС1 двигателя резко падает до нуля (отсутствие самовоспламенения).

Выбросы NOx в зависимости от состава TBC для топлива СН4+СНЗОСНЗ в ЯСС/ двигателе, рассчитанные согласно однозонной ХК модели, отображены на рис.11. Установлено, что ЯСС/двигатель удовлетворяет нормам «Евро 4» по NOx (до 3,5 г/кВтч).

Однозонная ХК и формальная ХК модели могут быть использованы для оптимизации состава топлива, конструктивных и регулировочных пара-

метров ЯСС/ двигателя по критериям экономичности и токсичности, причём последняя обеспечивает существенную экономию машинного времени;

Ni, кВт

ДМЭ. доли

Рис. 11 NOx в зависимости от состава топлива [г/кВтч]

ДМЭ, доли

Рис.10 Индикаторная мощность в зависимости от состава топлива, [кВт]; зависимость 1— ограничение рабочего диапазона ЯСС/ двигателя «снизу»

Период задержки самовоспламенения (ПЗС) для смеси ДМЭ/ПГ. При одно-

Рис.9 Индикаторный КПД в зависимости от состава TBC с топливом СН4+СНЗОСНЗ

зонном моделировании с использованием усовершенствованной ХК модели окисления ДМЭ получены диаграммы зависимости скорости тепловыделения и молярных долей ключевых компонентов реакций от ПКВ и выделены характерные стадии его воспламенения (рис.12). Молекула Н02СН20СН0, как отмечалось при описании механизма, отвечает за низкотемпературную стадию окисления, а радикал СН3ОСН2 за высокую.

Из рис.12 видно, что зависимость скорости тепловыделения имеет три максимума (Maxi, Мах2 и МахЗ). Первый соответствует низкотемпературной стадии самовоспламенения ДМЭ, второй и третий — высокотемпературным стадиям окисления. Интервал ПКВ от Maxi до Мах2 соответствует первой фазе задержки самовоспламенения (область NTC); от Мах2 до МахЗ -второй фазе задержки самовоспламенения.

Для упомянутых интервалов, характерны провалы в скорости тепловыделения (рис.12), обусловленные особенностями низко- и высокотемпературного субмеханизма окисления ДМЭ. Область NTC заметно выражена при температурах =800^1100К, где вклад замедляющих реакций (ß-распада) наибольший и отрицательный.

Вторая стадия тепловыделения инициируется при отклонении реакций окисления ДМЭ от области NTC в сторону увеличения вклада в реактивность системы высокотемпературных реакций до Мах2 (при Т=1228К). Отрицательный вклад реакции ß-распада СН3ОСН2 с образованием метила и формальдегида в реактивность системы сказывается на дальнейшем снижении скорости тепловыделения (от Мах2 вправо). При этом молярные доли радикала СН3ОСН2 уменьшаются (C-D рис.12).

Метан начинает реагировать уже на первой стадии окисления, при этом его молярные доли уменьшаются (=-10 ПКВ рис.12). В дальнейшем молеку-

лы метана образуются из других углеводородных соединений (в диапазоне -10,0—1,8 ПКВ рис.12).

пкв вмт

Рис.12 Скорость тепловыделения [Дж/град] и молярные доли радикалов Н02СН20СН0, СН3ОСН2, молекул метана и ДМЭ [ррт] При достижении температуры рабочего тела в КС 1142,8К (ПКВ = -1,8 град) молярные доли метана начинают сокращаться. Молекулы ДМЭ к этому моменту прореагировали почти все и основная высокотемпературная стадия его окисления постепенно вытесняется окислением малореактивного метана до МахЗ, входящего в начальный состав смеси (рис.12 зависимость СН4 от ПКВ). Однако, механизм горения ДМЭ в области температур выше 1200 К, характерной для третьей точки МахЗ, не апробирован на натурных испытаниях и требует подтверждения.

Окисление ДМЭ к началу третьей стадии горения смеси ДМЭ/ПГ вытесняется окислением малореактивного метана, входящего в начальный состав смеси (рис.12 зависимость СН4 по ПКВ). Из схем реакций следует, что источником образования конечных компонентов С02 и Н20 при ПКВ>-1,8 являются молекулы СН4 и СН302. При этом молекулярные доли СН4 в диапазоне -4,0<ПКВ<-1,8 растут за счёт реагента СНЗ (рис.12).

Воздействие состава топлива и начальной температуры на ПЗС смеси ДМЭ/ПГ; экономические и энергетические показатели ЯСС/двигателя. Многопараметрический анализ влияния состава топлива и температуры на процесс горения выполнен при а в интервале от 2,50 до 4,17, характерном для ЯСС/ДВС и при 7,„ в пределах 300-350 К, для 75% ДМЭ в смеси с метаном.

На рис.13 представлен график изменения задержки самовоспламенения на интервале от Maxi до МахЗ в зависимости от а и Тт.

Ширина области NTC и второй стадии задержки самовоспламенения при обогащении смеси в условиях повышения начальной температуры

уменьшаются. Установлено, что температуры, соответствующие максимумам скоростей тепловыделения Maxi, Мах2, МахЗ, увеличиваются; диапазон углов: для Maxi уменьшается в пределах К2 ПКВ, Мах2 - 5-ИО ПКВ; МахЗ -7^10 ПКВ, соответственно.

Однако, зависимости длительностей задержек самовоспламенения от начальной температуры для первой и второй фазы задержки самовоспламенения получаются различными.

На рис. 14а,б приведены соответствующие результаты расчета индикаторного КПД и выбросов ЫОх.

Рис.13 Длительности Рис.14а) Индикаторный б) Выбросы NOx суммарной стадии за- КПД в зависимости от [г/кВтч] в зависимости держки самовоспламене- начальной температуры от начальной температу-ния (от Maxi до МахЗ) [К] и а ры [К] и а

[град.ПКВ] в зависимости от начальной температуры [К] и а

Влияние коэффициента избытка воздуха и доли ДМЭ в смеси с ПГ на ПЗС и другие показатели HCCI процесса. Здесь ПЗС определён как отрезок снижения в диапазоне от 0,1 до 0,35% от начальной молярной доли кислорода в град. ПКВ (рис.15).

Поверхность на рис.15 отображает процессы окисления ДМЭ. Одно-зонное моделирования позволяет установить 4 области ПЗС (зоны от 1 до 4, рис.15). С увеличением процентного содержания ДМЭ вначале происходит плавное снижение ПЗС из области 1 до зоны 2, затем увеличение до зоны 3 и последующее более резкое снижение в области 4. Характерное смещение третьей зоны в сторону увеличения концентрации ДМЭ при обеднении смеси выделено линией А (рис.15). При увеличении а происходит повышение высоты гребня (вдоль линии А).

Две опорные точки 0,1 и 0,35 % от начального содержания 02 иллюстрируют действие ХК механизма ДМЭ при изменении а и доли ДМЭ. Разность между этими точками (ПЗС) оказалась сопоставимой с экспериментальными значениями ПЗС для метана, водорода и др. топлив, несмотря на разные начальные условия и используемые топлива, что указывает на сходство процессов замедления реакций при использовании ДМЭ. При этом, в за-

висимости от того, в каких температурных зонах оказались эти опорные точки, можно судить о том, будет ли ПЗС увеличиваться или нет.

С увеличением доли ДМЭ температуры соответствующих крайних точек ПЗС понижаются и МНС смещается в сторону более ранних ПКВ с более низкой температурой. При этом сдвиге процесс окисления переходит из высокотемпературной высокореактивной зоны в область с отрицательным температурным коэффициентом (ЫТС =800-Н100К). Как отмечалось при описании механизма реакций ДМЭ, преобладающее воздействие уменьшения общей реактивности системы в данной области оказывают реакции Р-распада.

Выполненные исследования характеристик горения ДМЭ необходимы при рассмотрении гибридных рабочих процессов, включающих несколько режимов, например комбинации ЯСС/ горения запальной дозы на такте сжатия и основного горения непосредственно впрыснутого топлива. Эта разновидность режимов горения подлежит анализу в ходе последующих приложений разработанных автором ХК моделей. Для управления началом воспламенения в фазе ЯСС/ горения, в целях снижения детонации и расширения диапазона нагрузок на впуск предполагается подавать смесь ДМЭ с ранее рассмотренными автором комбинациями топлив.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная однозонная нульмерная химико-кинетическая модель ЯСС/ процесса позволяет рассчитать основные характеристики поршневого двигателя, работающего в условиях различных начальных температур, степени сжатия е и нагрузок, определить пределы горения: нижний - пропуски самовоспламенения и верхний - превышение порога нормируемых вредных выбросов. Показано, что подогрев заряда, а также повышение е позволяют расширить рабочий диапазон ЯСС/ двигателя в область высоких нагрузок, при этом минимально допустимые для сохранения устойчивости режима значения е и начальной температуры возрастают. Однако, при использовании этих способов управления наблюдается значительный рост N0* в области малых значений коэффициента избытка воздуха а.

2. Использованная в работе газодинамическая к-г модель турбулентного тепломассообмена позволила проанализировать состояние смеси до начала ЯСС/ горения. При этом с увеличением п температура, неоднородности по

''' 0,0 °'1 ДМЭ, доли

Рис.15 Зависимость ПЗС [ПВК] от а и процентного содержания ДМЭ в смеси СН4+ СН3ОСН3

температуре и составу смеси в КС ДВС возрастают, а коэффициент наполнения понижается. При расчёте процесса горения её результаты приняты в качестве начальных условий в многозонной ХК модели.

3. Многозонное нульмерное ХК моделирование ЯСС/ процесса с использованием для входных данных результатов газодинамического расчета позволило определить концентрации NOx с учётом распределения топлива и температуры по объёму КС для 10 зон. Увеличение числа зон повышает точность результатов вычислений, что в большей мере соответствуют экспериментальным данным, но приводит к значительному возрастанию времени счёта.

4. Показано, что ЯСС/ процесс позволяет применять низкокалорийные топлива, например биогаз. Результаты моделирования показали, что при изменении состава биогаза и коэффициента избытка воздуха а можно достичь начала самовоспламенения TBC вблизи ВМТ на бедных смесях, при а - 5,88 и содержании метана в биогазе =50%. Изменение МНС на 3..4 град.ПКВ приводит к снижению КПД на 3-4%- результат, недостижимый в ДВС с искровым зажиганием;

5. Формальная ХК, без привлечения трудоёмких ХК расчётов при помощи полинома 2-й степени, позволяет оценить влияние доли ДМЭ на МНС топлива, варьированием энергии активации. При этом выбором соотношения между долями ДМЭ и метана в смеси получен максимальный индикаторный КПД ЯСС/ процесса при а = 0,21 и ДМЭ=0,20. При изменении доли ДМЭ в пределах 0,04-0,20 МНС изменяется в пределах 20-30° ПКВ при этом одноцилиндровая ЯСС/ установка может работать в диапазоне нагрузок 2,5-4,3 кВт;

6. Объединив механизмы детального окисления ДМЭ и образования NOx удалось оценить выбросы NOx в зависимости от состава TBC. Для выполнения норм токсичности «Евро 5» по NOx следует ограничить мощность за счет состава топлива: доли ДМЭ до =0,17, а до =2,78.

7. В результате однозонного моделирования с использованием улучшенного ХК механизма окисления ДМЭ получены диаграммы скорости тепловыделения, молярных долей ключевых компонентов реакций по углу ПКВ, выделены основные стадии горения смеси ДМЭ/ПГ и определены длительности периодов задержки самовоспламенения. Горение смеси ДМЭ/ПГ идёт в три стадии (выявлен третий пик тепловыделения при температуре свыше 1600 К) и имеет преимущество по сравнению с тепловыделением в две фазы из-за пониженной максимальной температуры и, как следствие, снижение выбросов NOx. Однако, с увеличением его продолжительности понижается КПД ДВС;

8. Окисление ДМЭ к началу обнаруженной третьей стадии горения смеси ДМЭ/ПГ вытесняется окислением малореактивного метана, входящего в начальный состав смеси (зависимость СН4 по ПКВ). Различие в фазах тепловыделения обусловлено кинетикой горения каждого из топлив, входящим в состав рабочей смеси. Так длительность горения двутопливной смеси увеличилась до 13-14° ПКВ при запаздывании МНС до 6°ПКВ после ВМТ.

9. Рассмотрено воздействие а и Тт на ПЗС смеси ДМЭ/ПГ, экономические и энергетические показатели HCCI ДВС. Расчёт показал, что с увеличением Т,„ температура при максимальной скорости тепловыделения Maxl понижается, что влияет на первую стадию самовоспламенения и вместо ожидаемого уменьшения суммарного ПЗС происходит обратное. При уменьшении а эффект увеличения суммарного ПЗС с ростом T¡„ усиливается. Кроме того, с ростом Тт процесс сгорания затягивается и смещается в сторону более ранних углов ПКВ, что отрицательно влияет на индикаторную эффективность процесса и эмиссию NOx. При уменьшении а сгорание происходит в более узком диапазоне ПКВ, но из-за повышенных температур горения смещается в сторону ранних углов ПКВ. Максимум индикаторной эффективности процесса наблюдается в диапазоне а от = 3,6 до 4,0 и начальной температуры от Тт ~ 300 до 320 К.

Ю.Исследовано влияние а и доли ДМЭ в смеси с ПГ на ПЗС и другие показатели HCCI процесса, а также выявлено 4 области ПЗС. Установлено, что для случая одноцилиндровой HCCI установки требования норм токсичности «Евро 5» удовлетворяются при а от 3,33 и выше, долями ДМЭ от 0,1 до 0,5.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гусаков С.В., Епифанов И.В. Современные подходы к моделированию HCCI процесса // Вестник РУДН: Серия «Инж. исслед.».- М.: Изд-во РУДН, 2008г., №2,4 с.

2. Гусаков С.В., Епифанов И.В. Исследование HCCI процесса с использованием нульмерной однозонной химико-кинетической модели горения // Вестник РУДН: Серия «Инж. исслед.».- М.: Изд-во РУДН, 2008г.,№2, 6 с.

3. Гусаков С.В., Епифанов И.В. Расчёт концентраций оксидов азота в HCCI-двигателе с использованием многозонной нульмерной ХК модели // Вестник РУДН: Серия «Инж. исслед.». - М.: Изд-во РУДН, 2008г., №2, 5 с.

4. Гусаков С.В., Епифанов И.В. Газодинамические процессы в HCCI двигателе до момента самовоспламенения // международная конференции Двига-тель-2007, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., 5 с.

5. Гусаков С.В.,, Вальехо П.Р. Довольное А.М., Епифанов И.В. Транспортный ДВС с самовоспламенением гомогенного заряда // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008г., №5, 6 с.

6. Гусаков С.В., Вальехо П.Р., Л.Л.Эспиноза, Епифанов И.В. Расчетное исследование применения смеси природного газа с диметилэфиром в качестве топлива при реализации HCCI процесса в ДВС // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2008 г., №8,6 с.

7. Gusakov S.V., Vallejo P.R, L.L. Espinosa, Epifanov I.V. Control del motor con el proceso HCCI a través del étre dimetíco // Universidad tecnológica del Perú, 2008г., 5c.

8. Гусаков C.B, Довольнов A.M., Епифанов И.В. Управление рабочим процессом самовоспламенением гомогенного заряда транспортного ДВС // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, Машиностроение 2007, №3

Подписано в печать 01.10 2008 г

Печать трафаретная

Заказ № 888 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (499) 788-78-56 www autoreferat ru

Введение.

Глава 1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЖИМА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОМОГЕНННОГО ЗАРЯДА ОТ СЖАТИЯ КАК ОДИН ИЗ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ДВС.

1.1 Текущее состояние проблемы.

1.2 История развития HCCI!CAI технологии горения.

1.2.1 Общие положения.

1.2.2 Управляемое самовоспламенение в бензиновых двигателях.

1.2.3 ЯСС/дизели.И

1.3 Сравнение эксплуатационных характеристик и токсичности ОГ традиционных и HCCI двигателей.

1.4 Существующие модели HCCI процесса.

1.5 Классификация химико-кинетических механизмов.

1.6 Методы управления HCCI процессом.

1.7 Использование различных топ лив в гомогенном режиме горения.

1.7.1 Диметилэфир.

1.7.2 Биогаз.

1.8 Итоги обзора.

Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА С САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ГОМОГЕННОГО ЗАРЯДА ОТ СЖАТИЯ С УЧЁТОМ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ.

2.1 Моделирование HCCI двигателя.

2.1.1 Подготовка начальных данных.

2.1.1.1 начальный состав смеси.

2.1.1.2 учёт влияния q>.

2.1.1.3 расчёт биогаза.

2.1.2 Система уравнений химической кинетики.

2.1.3 Модель с формальной химической кинетикой.

2.1.3.1 Тепловые потери.

2.1.4 Однозонное моделирование.

2.1.4.1 Тепловые потери.

2.1.5 Многозонная модель.

2.1.6 Газодинамическая к-е модель.

2.2 Химическая кинетика HCCI процесса.

2.2.1 Анализ чувствительности.

2.2.2 Период задержки самовоспламенения.

2.2.3 Схема основных реакций окисления ДМЭ.

2.2.4 Схема окислении природного газа GRI-MECH3.0.

Глава 3 АППАРАТУРНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ.

3.1 Описание одноцилиндровой установки.

3.2 Результаты экспериментов на одноцилиндровом ЯСС/двигателе.

3.3 Выводы.

Глава 4 РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА HCCIДВС.

4.1 Однозонное моделирование.

4.2 Газодинамическая k-s модель.

4.3 Многозонное моделирование с использованием результатов газодинамического расчёта в качестве входных данных.

4.4 Использование биогаза и многопараметрический расчёт с использованием однозонной модели.

4.5 Однозонное ХК моделирование с последующим использованием его результатов в формальной модели (случай ДМЭ).

4.6 Период задержки самовоспламенения (ПЗС) для смеси ДМЭ/ПГ.

4.7 Воздействие состава топлива и начальной температуры на ПЗС смеси ДМЭ/ПГ, экономические и энергетические показатели HCCI процесса.

4.8 Влияние ф и процентного содержания ДМЭ в смеси с ПГ на ПЗС и другие показатели HCCI процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

В последние десятилетия одним из приоритетных направлений развития двигателестроения является разработка рабочих процессов ДВС, обеспечивающих выполнение жестких норм законодательства по ограничению эмиссии вредных веществ с отработавшими газами (ОГ). Перспективной в этом смысле является разработка двигателя с самовоспламенением от сжатия топ-ливовоздушной смеси, что обещает возможности достигать значительного снижения токсичных выбросов по сравнению с двигателями с принудительным зажиганием (ДсИЗ) и дизелями. Как и в ДсИЗ, поступающая в двигатель с самовоспламенение гомогенного заряда от сжатия (HCCIот англ. Homogeneous Charge Compression Ignition) топливовоздушная смесь (ТВС) находится в состоянии, близком к гомогенному, что обуславливает отсутствие сажи в продуктах сгорания. При сжатии ТВС температура в камере сгорания (КС) повышается до уровня, при котором топливо самовоспламеняется и происходит объемное сгорание при отсутствии фронта пламени. Скорость перемешивания топлива с воздухом не оказывает влияния на рабочий процесс в HCCI двигателе. Преимуществом режима является низкая средняя температура цикла без образования высокотемпературных локальных зон, благодаря чему, выбросы оксидов азота весьма малы.

Для разных сортов топлив организация HCCI процесса возможна в двигателях со степенями сжатия большими, чем в ДсИЗ. При степенях сжатия, характерных для дизеля, тепловыделение в HCCI процессе приближается к изохорному, поэтому термический КПД выше, чем у традиционного дизеля. Кроме того, в HCCI двигателе при работе в установившемся режиме на частичных нагрузках удельный эффективный расход топлива ниже, чем у ДсИЗ, примерно на 20% [77].

Глава 1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЖИМА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОМОГЕНННОГО ЗАРЯДА ОТ СЖАТИЯ КАК ОДИН ИЗ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ДВС

1.1 Текущее состояние проблемы

В связи с ростом числа автомобилей в городах-мегаполисах снижение токсичных выбросов ДВС даже при применении катализаторов не приводит к существенному улучшению экологии. Поэтому нормы на токсичные выбросы наземного, воздушного и водного транспорта периодически ужесточаются. Конечной целью экологического законодательства является приведение норм по токсичным выбросам транспорта к так называемому нульвыб-росовому автомобилю {ZEV- zero emission vehicle), с приемлемыми эксплуатационными свойствами. Разработанная технология получения ZEV на топливных элементах, потребляющих водород, получаемый из воды посредством электричества, генерируемого из возобновляемых источников, отличается дороговизной. Поэтому автомобиль, работающий на водороде, не получил массового распространения.

Weiss и др. [98] использовали концепцию "well to wheels efficiency" для количественной оценки общей "цены" энергии и последующего влияния на окружающие среду различных автомобильных технологий. Была предпринята попытка оценить и сопоставить нынешние и вновь появляющиеся технологии с разработками, нацеленными на 2020 год. В каждом случае выполнялась оценка суммарных затрат, включая производство автомобиля, топлива и текущие цены. В итоге исследователи пришли к выводу, что в терминах потребляемой энергии на единичный пробег дизель-электрические и бензин-электрические гибриды находятся наилучшие решения. Автомобили на топливных ячейках, которые используют преобразователь для получения водородного топлива из бензина, показали наименьшую энергетическую эффективность. Дополнительные проблемы обусловлены малым диапазоном про5 бега и низкими эксплуатационными характеристиками, которые испытывают современные батареи. Главные проблемы, которые должны быть решены до того, как приступить к созданию инфраструктуры, связанной с поставками водорода - все эти и перечисленные обстоятельства говорят в пользу вывода: ДВС будут доминирующим транспортным средством в предсказуемом будущем. Фирмы Honda и Toyota предложили рынку бензоэлектрические гибридные двигатели. Так как технология неизбежно падает в цене и потребители всё больше осознают необходимость снизить использование нефтяного топлива, то можно ожидать, что популярность гибридных двигателей будет возрастать.

Гибридные автомобили являются некоторым скачком в сторону ZEV, при этом недавние разработки в традиционных искровых бензиновых двигателях и дизелях добились существенного улучшения показателей токсичных выбросов и потребляемого топлива. Использование трёхступенчатого каталитического преобразователя в бензиновых двигателях позволило снизить содержание в ОГ СО, несгоревших углеводородов СН и NOx, более чем на 90%. Для эффективной каталитической нейтрализации ОГ двигатель должен работать с бедной смесью [93]. Это требование на частичных нагрузках, приводит к небольшому, но значимому увеличению удельного расхода топлива.

Однако высокооборотные дизели с непосредственным впрыском, а также бензиновые ДВС прямого впрыска и расслоённого заряда допускают использование бедных смесей и изменение расхода топлива (и, следовательно, нагрузки) независимо от количества воздуха, поступающего в цилиндр. Поэтому эти подходы позволяют достигать значительного понижения удельного расхода топлива, например, на частичных нагрузках. Однако их работа вне стехиометрии мешает эффективному использованию традиционной последующей обработки ОГ для снижения NOx. Хотя и существуют технологии снижения NOx от ДВС на бедных смесях [86], в настоящее время они очень дороги и потребуют либо особого топлива в случае NOx катализатора,, либо бортовой системы и инфраструктуры поставки мочевины для катализатора, уменьшающего NOx. Еще проблема с дизелями - их тенденция к выбросам высоких уровней ТЧ.

Законодательство после Euro 5 и US Tier 2 требует контроля уровня ТЧ, который может быть достигнут с использованием фильтра и катализатора NOx. При этом на бедных смесях удельный расход топлива увеличивается в пределах 3-4%.

В последние десятилетия альтернативная технология горения, известная как HCCI или Controlled Auto Ignition {CAT), располагает возможностями достичь эффективности большей, нежели бензиновые ДВС прямого впрыска с расслоением заряда. Она приближается к показателям современных дизелей. В сравнении с дизелями и бензиновыми двигателями уровень содержания в ОГ NOx CAI двигателя на два порядка меньше, практически отсутствуют выбросы сажи. Возможности CAI двигателей могут соответствовать требованиям нынешнего и будущего законодательства без необходимости в дорогостоящем, сложном и не эффективном оборудовании обработки выпускных газов.

Потенциальные преимущества новой технологии горения САГ двигателей весьма значительны, но сам по себе режим горения должен быть организован с преодолением некоторых препятствий, таких как сложность по части управления фазировкой горения, ограниченный рабочий диапазон и высокие выбросы СН. В прошлом десятилетии были предприняты усилия не только по усовершенствованию понимания физических и химических процессов, связанных с этим режимом горения, но также новые технические решения для практических приложений, что привело к встраиванию нового режима CAI горения в некоторые дизели с прямым впрыском.

В исследованиях процесса HCCI в течение ряда лет принимают активное участие Opel, Renault, Lotus, IFP (Франция) и CRT (Швейцария), Университет Brunei (Великобритания), политехнический институтом Milano (Италия) и многие другие [46].

Концерн General Motors, компания Robert Bosch Corporation и Университет Стэнфорда разрабатывают новую технологию производства двигателей, которая обещают сделать бензиновые, дизельные и гибридные агрегаты более экономичными и экологичными. Партнеры работают над системой HCCI, которая, как утверждается, позволит значительно повысить эффективность бензиновых и гибридных двигателей. Система HCCI может повысить эффективность работы бензинового двигателя на 20%, значительно понизив выброс оксидов азота. Исследовательские программы усиленно финансируются из различных источников.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная однозонная нульмерная химико-кинетическая модель HCCI процесса позволяет рассчитать основные характеристики поршневого двигателя, работающего в условиях различных начальных температур; степени сжатия е и нагрузок, определить пределы горения: нижний — пропуски самовоспламенения и верхний - превышение порога нормируемых вредных выбросов. Показано, что подогрев заряда, а также повышение е позволяют расширить рабочий диапазон HCCI двигателя в область высоких нагрузок, при этом минимально допустимые для сохранения устойчивости режима значения е и начальной температуры возрастают. Однако, при использовании этих способов управления наблюдается значительный рост NOx в области малых значений коэффициента избытка воздуха а.

2. Использованная в работе газодинамическая к-е модель турбулентного тепломассообмена позволила проанализировать состояние смеси до начала HCCI горения. При этом с увеличением п, неоднородности по температуре и составу смеси в КС ДВС возрастают, а коэффициент наполнения понижается. При расчёте процесса горения её результаты приняты в качестве начальных условий в многозонной ХК модели.

3. Многозонное нульмерное ХК моделирование HCCI процесса с использованием для входных данных результатов газодинамического расчета позволило определить концентрации NOx с учётом распределения топлива и температуры по объёму КС для 10 зон. Увеличение числа зон повышает точность результатов вычислений, что в большей мере соответствуют экспериментальным данным, но приводит к значительному возрастанию времени счёта.

4. Показано, что HCCI процесс позволяет применять низкокалорийные топлива, например биогаз. Результаты моделирования показали, что при изменении состава биогаза и эквивалентного соотношения ср можно достичь начала самовоспламенения ТВС вблизи ВМТ на бедных смесях, при ср =

0,17 и содержании метана в биогазе -50%. Изменение МНС на 3.4 град.ПКВ приводит к снижению КПД на 3-4%- результат, недостижимый в ДВС с искровым зажиганием;

5. Формальная ХК, без привлечения трудоёмких ХК расчётов при помощи полинома 2-й степени, позволяет оценить влияние доли ДМЭ на МНС топлива, варьированием энергии активации. При этом выбором соотношения между долями ДМЭ и метана в смеси получен максимальный индикаторный КПД HCCI процесса при ср = 0,21 и ДМЭ=0,20. При изменении доли ДМЭ в пределах 0,04-0,20 МНС изменяется в пределах 20-30° ПКВ при этом одноцилиндровая HCCI установка может работать в диапазоне нагрузок 2,5-4,3 кВт;

6. Объединив механизмы детального окисления ДМЭ и образования NOx удалось оценить выбросы NOx в зависимости от состава ТВС. Для выполнения норм токсичности «Евро 5» по NOx следует ограничить мощность за счет состава топлива: доли ДМЭ до -0,17, ср до -0,36.

7. В результате однозонного моделирования с использованием улучшенного ХК механизма окисления ДМЭ получены диаграммы скорости тепловыделения, молярных долей ключевых компонентов реакций по углу ПКВ, выделены основные стадии горения смеси ДМЭ/ПГ и определены длительности периодов задержки самовоспламенения. Горение смеси ДМЭ/ПГ идёт в три стадии (выявлен третий пик тепловыделения при температуре свыше 1600 К) и имеет преимущество по сравнению с тепловыделением в две фазы из-за пониженной максимальной температуры и, как следствие, снижение выбросов NOx. Однако, с увеличением его продолжительности понижается КПД ДВС;

8. Окисление ДМЭ к началу обнаруженной третьей стадии горения смеси ДМЭ/ПГ вытесняется окислением малореактивного метана, входящего в начальный состав смеси (зависимость СН4 по ПКВ). Различие в фазах тепловыделения обусловлено кинетикой горения каждого из топлив, входящим в состав рабочей смеси. Так длительность горения двутопливной смеси увеличилась до 13-14° ПКВ при запаздывании МНС до 6°ПКВ после ВМТ.

9. Рассмотрено воздействие ср и Т-т на ПЗС смеси ДМЭ/ПГ, экономические и энергетические показатели HCCI ДВС. Расчёт показал, что с увеличением Тт температура при максимальной скорости тепловыделения Maxl понижается, что влияет на первую стадию самовоспламенения и вместо ожидаемого уменьшения суммарного ПЗС происходит обратное. При увеличении ф эффект увеличения суммарного ПЗС с ростом Тт усиливается. С ростом Т-т кроме увеличения суммарного ПЗС, процесс сгорания затягивается и смещается в сторону более ранних углов ПКВ, что отрицательно влияет на индикаторную эффективность процесса и эмиссию NOx. При увеличении ф сгорание происходит в более узком диапазоне ПКВ, но из-за повышенных температур горения смещается в сторону ранних углов ПКВ. Максимум индикаторной эффективности процесса наблюдается в диапазоне ф от ~ 0,25 до 0,28 и начальной температуры от Тт ~ 300 до 320 К.

Ю.Исследовано влияние ф и доли ДМЭ в смеси с ПГ на ПЗС и другие показатели HCCI процесса, а также выявлено 4 области ПЗС. Установлено, что для случая одноцилиндровой HCCI установки требования норм токсичности «Евро 5» по NOx удовлетворяются при ф от 0,1 до 0,3 и долями ДМЭ от 0,1 до 0,5.

1. Новый дизель для автомобилей Opel Astra // Автостроение за рубежом № 7 08.03-39.55, 2007 г., 12 с.

2. Сравнительная оценка различных технологий производства метанола и моторных топлив из природного газа и других углеводородных газов // Экологические системы, . http://esco-ecosys.narod.ru/2006 1/а1119.Мш#Попутныенефтяные газы . 2006 г.

3. О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива // Постановление Правительства Российской Федерации от 24 апреля 2007 г. N 290-ПП, 2007 г.

4. Астахов И. В., Трусов В. И., Хачиян А. С., и др. Подача и распылива-ние топлива в дизелях // М.: Машиностроение, 1972 г., 395 с.

5. Гусаков С. В., Епифанов И. В. Газодинамические процессы в HCCI двигателе до момента самовоспламенения // Международная научно-техническая конференция "Двигатель 2007", М.,МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 г., 5 с.

6. Гусаков С. В., Махмоуд М. Э.-Г. Э.-Х. Опыт моделирования рабочего процесса ДВС с воспламенением гомогенного заряда от сжатия // М.,РУДН, 2004 г., 4 с.

7. Гусаков С. В., Махмоуд М. Э.-Г. Э.-Х. Моделирование рабочего процесса поршневого двигателя с самовоспламенением гомогенного заряда // Серия Автомобильный транспорт. Известия тульского государственного университета, ТулГУ, 2003 г., 173-179. с.

8. Гусаков С. В., Патрахалъцев Н. Н. Планирование, проведение и обработка данных экспериментальных исследований ДВС // М.,РУДН, 2004 г., 168 с.

9. Гусаков С. В., Савастенко А. А. Физико-химические основы процессов смесеобразования и сгорания в ДВС // М.: Изд-во РУДН, 2001 г.,

10. Гусаков С. В., Юшин А. Е., Пономарев Е. Г., и др. Индицирование двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие // М.: Изд-во РУДН, 1996 г.,

11. Зельдович Я. Б., Беренблатт Г. И., Либрович В. Б., и др. Математическая теория горения и взрыва // Наука, М., 1980 Г., 478 с.

12. Калиткин Н. Н. Численные методы // М.: Наука, 1978 г., 515 с.

13. Кондратьев В. Н. Константы скорости газофазных реакций // 1974 Г., 512 с.

14. Кумагаи С. Горение // М.: Химия, 1980 Г., 256 с.

15. Лебедев О. Н., Сомов В. А., Калашников С. А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов // Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1990 г., 328 с.

16. Лосев С. А., Осипов А. И., Уваров А. В., и др. Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник // МГУ, М., 2002 г., 368 с.

17. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах // изд.-во Мир, М., 1948 г., 447 с.

18. Махмоуд М. Э.-Г. Э.-Х. Разработка методов управления HCCI ДВС // РУДН,Кандидатская диссертация, М. 2004 г., 155 с.

19. Семенов Н. Н. Цепные реакции // Д.: Госхимиздат, 1934 Г., 555 с.

20. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. // М.: Изд-во АН СССР, 1960 г., 428 с.

21. Черной Г. Г., Лосев С. А. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризированный справочник в 3-х томах, Т.1:Динамика физико-химических процессов в газе и плазме. // 1995 г., 350 с.

22. Чесноков С. А. Химический турбулентный тепломассообмен в ДВС // ТулГУ, Тула, 2005 г., 466 с.

23. Эмануель Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики // 1969 Г., 432 с.

24. Honda readies activated radical combustion two-stroke engine for production motorcycle // Automotive Engineer, pp. 90-92, SAE publications, 1975 r.

25. Система впрыскивания топлива Common Rail. Common rail fuel injection device // Пат. 6584953 США, МПК7 F 02 В 3/10. Isuzu Motors Ltd, Yomogida Koichiro. № 09/991240; Заявл. 14.11.2001, НПК 123/300, Опубл. 01.07.2003, 07.07-39.74П 2003 г.

26. China to Support Development of Dimethyl Ether as Diesel Alternative // http://vAvw.greencarcongress.com/2006/07/china to suppor.html. 2006 r.

27. Al-Rubaie M. A. R., , , и dp. Some Observation on the Effectivness of Additives for Reducing the Ignition Delay Period of Diesel Fuels // SAE-912333, 1991 r.

28. Alzueta M. U., Bilbao R., Glarborg P. Inhibition and Sensitization of Fuel Oxidation by S02 // Combustion and Flame, 127, 2001 г., 2234-2251 с.

29. Amneus P., Mauss F., Kraft M, и др. NOx and N20 formation in HCCI engines // Lund, Cambridge, 2005 г., 10 c.

30. Amsden A. A. KIVA-3V: A Block-Structured KIVA Program for Engines with Vertical or Canted Valves // Los Alamos National Laboratory Report LA-13313-MS, 1997 r.

31. Assanis D., Chang J., Guralp О., и др. New Heat Transfer Correlation for an HCCI Engine Derived from Measurements of Instantaneous Surface Heat Flux // Univ. of Michigan, GM R&D Center, 2004 r.

32. Atkinson R., Baulch D. L., Cox R. А., и др. II J.Phys.Chem.Ref.Data, 1992 г., 21:1125-1568 с.

33. Bengtsson J. Closed-Loop Control of HCCI Engine Dynamics // Lund Institute of Technology, Lund, 2004 г., 188 с.

34. Bromberg L., Rabinovich A. Homogeneous charge compression ignition control by the use of plasmatron fuel converter technology // Massachusetts Institute of Technology-Cambridge, Hydrogen Microplasmatron Technologies, Sharon, 2001 г., 16 с.

35. Buchwald R., Brauer M., Blechstein А., и др. Adaption of injection system parameters to homogeneous diesel combustion // SAE Paper 2004-010936, 2004 r.

36. Chapman E. M., al. e. Emissions Characteristics of a Navistar 7.3L Turbod-iesel Fueled with Blends of Dimethyl Ether and Diesel Fuel // SAE-2001-01-3626, 2001 r.

37. Chen Z., Konno M., Oguma M., и др. Experimental Study of CI Natural-Gas/DME Homogeneous Charge Engine // SAE-2000-01-0329, Ibaraki U.,Graduate School, 2000 г., 10 с.

38. Chen Z., Konno M., Oguma M., и др. Study on Homogeneous Premixed Charge CI Engine Fueled with LPG // SAE-2001-4339, Ibaraki U.,Graduate School, 2001 r.

39. Curran H., Pitz W. J., Marinov N. M., и др. A Wide Range Modeling Study of Dimethyl Ether Oxidation // Int. J. Chem. Kinet., Vol.30, 1998 г., 229-241 с.

40. Curran H., и др. The Rection Kinetecs of Dimether Ether. II:Low Temperature Oxidation in Flow Reactors // Int. J. Chem. Kinet., Vol.30, 2000 r.

41. Curran H. J., Gaffuri P., Pitz W. J., и др. A Comprehensive Modeling Study of n-Heptane Oxidation // Combustion and Flame, Vol 114, p. 114177, http ://www-cms. llnl. gov/combustion/combustion home .html. 1998 r.

42. Daesu J., Kazuaki I., Morimaza I. Combustion Analysis of Natural Gas in a Four Stroke HCCI Engine Using Experiment and Elementary Reactions Calculation // SAE International, KEIO Univ., 2003 г., 12 с.

43. Dean A. M., Bozzelli J. W. II Combustion Chemistry-II, Springer-Verlag, New York, 1997 r.

44. Duffy К., и др. Diesel HCCI results at Caterpillar // DOE DEER conference, 2003 r.

45. Duret P., Gatellier В., Miche M., и др. Исследование процесса HCCI // Innovative Diesel HCCI combustion process for passenger cars: the European SPACE LIGHT project, Ing. automob, 2003 г., 57-68 с.

46. Er lands son O. Early Swedish hot-bulb engines efficiency and performance compared to contemporary gasoline and diesel engines // SAE Paper 200201-0115,2002 r.

47. Fischer S. L., и др. The Raction Kinetics of Dimethyl Ether. I:Hight-Temperature Pyrolysis and Oxidation in Flow Reactors // Int. J., of Chem. Kin., Vol.32, 2000 r.

48. Fiveland S. В., Assanis D. N. Development and validation of a quasi-dimensional model for HCCI engine performance and emissions studies under turbocharged conditions // University of Michigan, 2002 г., 19 c.

49. Flowers D. L. Combustion in HCCI Engines: Experiments and Detailed Chemical Kinetic Simulations // LLNL univ.,Thesis (Ph.D.), 2002 г., 186 с.

50. Furhapter А., и др. CAI Controlled Auto Ignition - the Best Solution for the Fuel

51. Consumption Versus Emission Trade-Off? // SAE 2003-01-0754, 2003 r.

52. Gakumasawa H., Hirano Y., Hiroyasu H. Исследование работы дизеля по процессу HCCI // Res. Repts Fac. Eng. Kinki Univ. № 37 05.01-39.9, Kinki University, Japan, 2003 г., 167-171 с.

53. Glarborg P., Miller J. A., Kee R. J. Kinetic Modeling and Sensitivity Analysis of Nitrogen Oxide Formation in Well-Stirred Reactors // Combustion and Flame, 65, 1986 г., 177-202 с.

54. Group В. Recent developments in BMW's diesel technology // DOE DEER conference, 2003 r.

55. Gussak L. А., и др. The application of lag-process in prechamber engines // SAE Paper 750890, 1975 r.

56. Heywood J. B. Internal combustion engine fundamentals // 1988 г., 930 с.

57. Hori M., Matsunaga N., Marinov N., и др. An experimental and kinetic calculation of the promotion conversion effect of hydrocarbons on the NO-N02 in a flow reactor // 27th Symp. (int.) on Combustion, 1998 г., 8 с.

58. Kaimai Т., al. e. Effect of a Hybrid Fuel System with Diesel and Premixed DME/Methane Charge on Exhaust Emisstions in Small DI Diesel Engine // SAE-1999-01-1509, 1999 r.

59. Kaiser E. W., Yang J., Culp Т., и др. Homogenous Charge Compression Ignition Engine-out Emissions does flame propagation occur in homogeneous compression ignition? // Int. J. of Engines Research, Vol. 3, No. 4, 2003 г., 184-295 с.

60. Karpuk M. E., al. e. On Board Dimethyl Ether Generation to Assist Methanol Engine Cold Starting // SAE-881678, 1988 r.

61. Kee R. J., Rupley F. M., Meeks E., и др. CHEMKIN: A Software package for the analysis of gas-phase chemical and plasma kinetics // Sandia National Laboratories Report SAND96-8216, CA, 2000 r.

62. Kimura S., и др. New Combustion Concept for Ultra-clean and High Efficiency Small DI Diesel Engines // SAE Paper 1999-01-3681, 1999 r.

63. Koopmans L., Denbratt I. A four-stroke camless engine, operated in homogeneous charge compression ignition mode with a commercial gasoline // SAE paper 2001-01-3610, 2001 r.

64. Lavy J., Dabadie J., Angelberger С., и др. Innovative ultra-low NOx controlled auto-ignition combustion process for gasoline engines: the 4-SPACE project // SAE paper 2000-01-1837, 2000 r.

65. Law D., и др. Controlled combustion in an IC-engine with a fully variable valve train // SAE paper 2000-01-0251, 2000 r.

66. Leppard W. R. The auto-ignition Chemistry of n-Butane: An Experimental Study// SAE-872150, 1987 r.

67. Lida N. Combustion Completeness in the DME HCCI engine // Keio University, 2007 r.

68. Lida N., al. e. Auto-Ignition and Combustion of n-Butane and DME/Air Mixtures in a HCCI Engine // SAE-2000-01-1832, 2000, r.

69. Lindstedt R. P., Maurice L. Q. Detailed Chemical Kinetic Model for Aviation Fuels // Journal of Propulsion and Power, Vol. 16, No 2, 2000 г., 187195 с.

70. Loucks L. R, Laidler K. J., J C. // 452767-2773, Chem., 1967 r.

71. Najt P. M. Evaluating Threshold Knock With a Semi-Empirical Model Initial Results // SAE-872149, 1987 r.

72. Najt P. M., Foster D. E. Compression-ignited homogeneous charge combustion // SAE paper 830264, 1983 r.

73. Nishijima Y., Asaumi Y., Aoygi Y. Premixed Lean Diesel Combustion (PREDIC) using Impingement Spray System // SAE Paper 2001-01-1892, 2001 r.

74. Noguchi M., Tanaka Y., Tanaka Т., и др. A study on gasoline engine combustion by observation of intermediate reactive products during combustion// SAE paper 790840, 1979 r.

75. Ogink R. Computer Modeling of HCCI Combustion // Chalmers University of Technology,Thesis (Ph. D.), Sweden 2004 г., 140 с.

76. Olsson J., Johansson B. Closed loop control of an HCCI engine // SAE paper 2001-01-1031, 2001 r.

77. Onishi S., Hong lo S., Shoda К., и др. Active thermo-atmosphere combustion (ATAC) A new combustion process for internal combustion engines // SAE paper 790507, 1979 r.

78. Oran E. S., Boris J. P. Numerical Simulation of Reactive Flow // Ed. Elsevier, New York, 1987 r.

79. PfahlU., Fieweger K., Adomeit G. Self Ignition of Diesel-Relevant Hydrocarbon-Air Mixtures Under Engine Conditions // Twenty-Sixth Symposium (international) on Combustion, 1996 г., 781-789 с.

80. Pfeiffer R. Combustion control of the Homogenous Charge Compression Ignition dynamics // Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Sweden 2003 г., 58 c.

81. Rabitz H., Kramer M., Dacol D. Sensitivity Analysis in Chemical Kinetics // Ann. Rev. Phys. Chem 34, 1983 г., 419-461 с.

82. RouhiA. M. II Chem. and Eng., 1995 г., 37-39 с.

83. Ryan III T. W., Callahan T. J. Homogeneous charge compression ignition of diesel fuel 11 SAE paper 961160, 1996 r.

84. Searles R. A. Emission catalyst technology challenges and opportunities in the 21st century // International conference on 21st century emissions technology, IMechE, Conference Transactions 2000-2, ISBN 1 86058 322 9, 2000 r.

85. Shimazaki N., al. e. An Experimental Study of Premixed Lean Diesel Combustion// SAE-1999-01-0181, 1999 r.

86. Shudo Т., al. e. HCCI Combustion of Hydrogen, Carbon Monoxide and Dimethyl Ether // SAE-2002-01-0112, 2002 r.

87. Simmie J. M. Detailed chemical kinetic models for the combustion of hydrocarbon fuels // Department of Chemistry, National University of Ireland, 2003 г., 57 с.

88. Smith G. P., Golden D.M., Frenklach M., и др. GRI-Mech 3.0 11 Gas Research Institute, http://www.me.berkeley.edu/gri mech/. 1999 r.

89. Soylu S. Examination of Combustion Characteristics of an HCCI Engine // Department of Automotive Education, Sakarya University, Turkey, 1999 г., 10 c.

90. Stockinger V., Schapertons H., Kuhlmann U. Investigations on a gasoline engine working with self-ignition by compression // MTZ vol. 53, pp 80-85, 1992 r.

91. Stone R. Introduction to internal combustion engines // Macmillan Press, ISBN 0-333-86058 322 9, 2000 г., 171 с.

92. Su W. H., Lin Т., Zhao H., и др. Research and Development of an Advanced Combustion System for the Direct Injection Diesel Engine // Proc. Instn. Mech. Engrs Part D, Vol. 219, pp. 241-252, 2005 r.

93. Thring R. H. Homogeneous-charge compression ignition engines 11 SAE paper 892068, 1989 r.

94. Verbeek R., al. e. Global Assesment of Dimethyl-Ether: Comparison With Other Fuels // SAE-971607, 1997 r.

95. Walter В., Gatellier B. Development of the high power NADI concept using dual mode diesel combustion to achieve zero NOx and particulate emissions // SAE Paper 2002-01-1744, 2002 r.

96. Weiss M., Heywood J., и др. On the Road in 2020: A Life Cycle Analysis of New Automobile Technologies' // MIT Energy Laboratory Report EL00-003, MIT,Cambridge, MA, 2000 r.

97. Woschni G. Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine // SAE Paper 670931, 1967r.

98. Yanagihara H., Satou Y, Mizuta J. A simultaneous reduction of NOx and soot in diesel engines under a new combustion system (Uniform Bulky Combustion System UNIBUS) // 17th Int. Vienna Motor Symposium, 1996r.

99. Zhao F. Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines : key research and development issues // Society of Automotive Engineers, War-rendale, Pa., 2003 г., 658 с.

100. Zhao H., Li J., Ma Т., и др. Performance and analysis of a 4-stroke multi-cylinder gasoline engine with CAI combustion // SAE paper 2002-01-0420, 2001 r.

101. Zheng J., Miller D. L., Cernansky N. P. A Global Reaction Model for the HCCI Combustion Process // SAE International, Drexel University, US, 2004r., 10 c.