автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Формирование оптимального закона тепловыделения действительного рабочего цикла дизеля

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

Уклейкин Владимир Евгеньевич

ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ЗАКОНА ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 - тепловые двигатели

Москва - 2009 г.

003481124

Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей инженерного факультета Российского Университета Дружбы Народов

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Гусаков C.B.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Марков В.А.

- кандидат технических наук, доцент Пономарев Е.Г.

Ведущая организация - Московский государственный технический

университет «МАМИ» (МГТУ «МАМИ»)

Защита состоится 25 ноября 2009 г. в 15— часов, на заседании диссертационного совета Д 212.203.33 в Российском университете дружбы народов по адресу: г. Москва, ул. Подольское шоссе, д. 8/5, ауд. 425

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

Ваши отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.203.33.

Адрес электронной почты: ferrymanworker@yandex.ru

Автореферат разослан 24 октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

диссертационного совета, , у

к.т.н., профессор yO^/t^O'^A^ Виноградов JI.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постоянно усложняющаяся ситуация с энергоресурсами в мире, активизирует научно-исследовательские работы по сокращению удельного потребления двигателями внутреннего сгорания моторных тонлив. Такие двигатели, являясь энергоагрегатом с двойным преобразованием энергии, имеют определенные резервы улучшения топливной экономичности на стадии преобразования теплоты в механическую работу, происходящей при совершении работы газовыми силами в цилиндре ДВС. Традиционно используемые для этих целей термодинамические циклы при простоте и наглядности анализа, в силу ряда условий их описания, не позволяют вести оптимизацию подвода теплоты к рабочему телу при произвольных законах теплоподвода и тепловых потерь, момента начала теплоподвода, его продолжительности, различных ограничениях и т.д., поэтому требуются иные методы анализа. Современному транспортному поршневому двигателю свойственны очень высокие показатели по динамической нагруженности цилиндро-поршневой группы: максимальной скорости нарастания давления и наибольшему давлению цикла (максимальное давление в цилиндре может достигать 15 МПа и более), поэтому дальнейшее повышение коэффициента полезного действия за счет увеличения фактора динамичности, т.е. интенсификации тепловыделения при положении поршня вблизи ВМТ, не всегда целесообразно. Параметры динамической нагруженности могут служить ограничениями при выборе оптимального закона теплоподвода, обеспечивающего наивысшую топливную эконо мичность поршневого двигателя.

Таким образом, тема диссертации, связанная с изысканием возможностей повышения КПД транспортного двигателя внутреннего сгорания, параметра, который становится нормируемой характеристикой силового агрегата автомобиля (Европейский Союз предполагает к 2012 году снизить допустимые выбросы транспортным средством диоксида углерода с 160 до 120 г/км), является актуальной.

Целью диссертационной работы является исследование расчетных циклов ДВС в обобщенном виде, с расширением подходов, используемых при построении термодинамических циклов поршневых двигателей, и создание методик расчета действительных циклов с ограничениями, наклады-

ваемыми реальной конструкцией двигателя, для оптимизации теплоподво-да к рабочему телу, из условий обеспечения повышения индикаторного коэффициента полезного действия поршневого двигателя.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи.

1. Теоретически обосновать характеристики теплоподвода к рабочему телу, обеспечивающие наивысший КПД, при ограничениях параметров цикла реального ДВС, проанализировать перспективные рабочие циклы ДВС.

2. Обосновать методические подходы к исследованию малогабаритного дизеля индицированием рабочего процесса, комплектацию испытательного стенда, проанализировать применимость калориметрического устройства для замера малых расходов топлива.

3. Разработать методику и провести расчетно-теоретический анализ циклов поршневых ДВС при политропных процессах сжатия-расширения.

4. Разработать методику и провести параметрический анализ модифицированного термодинамического цикла поршневого ДВС

Методы исследования. В работе применены теоретические, расчет-но-теоретические и экспериментальные методы исследования, в том числе и математическое моделирование процессов, протекающих цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Достоверность результатов. Математическое моделирование осуществлялось на основе фундаментальных понятий и уравнений, а также общепринятых подходов к описанию исследуемых процессов на основе выбора и учета основных влияющих факторов, экспериментальные исследования проводились с применением поверенных контрольно-измерительных приборов с анализом в работе погрешностей измерений и обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы заключается в том, в диссертации разработаны новые методы анализа рабочих циклов ДВС, сочетающие достаточную простоту и наглядность, свойственную термодинамическому анализу циклов, с учетом ограничений на параметры цикла со стороны конструкции реального двигателя, произвольных законов тепловыделения и тепловых потерь и других параметров, что характерно для ресурсоемких «тя-

желых» моделей рабочих процессов ДВС.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики и расчетные программы предельных рабочих циклов, позволяют проводить расчетно-теоретический анализ возможностей повышения индикаторного КПД вновь проектируемых ДВС; предложенная методика расчета калориметрического расходомерного устройства, позволяет проектировать их для условий испытаний малоразмерных ДВС.

Реализация результатов работы. Расчетные методики и программы расчетов анализа предельных циклов двигателей внутреннего сгорания используются в учебном процессе кафедры теплотехники и тепловых двигателей РУДН.

Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Материалы, включенные в диссертацию, были представлены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН (г. Москва, 2007, 2008, 2009 гг.), всероссийской научно-практической конференции «Инженерные системы - 2008» (Москва, РУДН), научно-технической конференции, посвященной 40-летию кафедры двигателей ЧВВАКИУ (Челябинск, 2008, ЧВВАКИУ), международной научно-практической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение» (Киров, 2009, Вятская ГСХА).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит 121 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 11 таблиц и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 101 наименований и приложения на 8 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы и дана ее краткая характеристика.

В первой главе проведен анализ исследований, посвященных методам расчетно-теоретического прогнозирования параметров двигателей

внутреннего сгорания на основе моделирования протекания их рабочих циклов. Исторически эти изыскания ведут начало от работ С. Карно. Большой вклад в создание расчетньк методов анализа действительного рабочего цикла внес основоположник: русской школы профессор В.И, Гриневецкий и его последователи академик B.C. Стечкин, чл.-корр. Н.Р. Брилинг и профессор Е.К. Мазинг и др. Аппроксимацией функций те-плоиспользования и анализом влияния динамики тепловыделения на показатели рабочего цикла также занимались К.И. Генкин, Б.М. Гончар, В.А. Константинов, И.И. Вибе, Н.С. Акулов, В.К. Кошкин, Е.А. Лазарев и др. Построение моделей различного уровня детализации рабочего процесса ДВС, с учетом в той или иной степени особенностей процессов топливо-подачи, смесеобразования и сгорания, у нас в стране осуществляли В.П. Алексеев, Р.И. Барсуков, Н.Х. Дьяченко, Б.П. Пугачев, Ю.Б. Свиридов, В.З. Махов, C.B. Гусаков, Н.Ф. Разлейцев, М.С. Столбов, H.A. Иващенко, Р.З. Кавтарадзе и многие другие исследователи. Безусловно, в сложных «тяжелых» моделях, учитывающих большое количество физико-химических процессов, протекающих в рабочем объеме камеры сгорания поршневого двигателя, приближение к реальному циклу ДВС лучше и точность предсказания результирующих характеристик процесса выше. Однако понять причинно-следственные связи в этих моделях значительно сложнее, чем в относительно простых, подобных термодинамическим, моделях, взаимосвязь явлений в которых легко поддает анализу.

Анализ выполненных ранее работ позволил сформулировать задачи данного исследования.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию характеристик теплоподвода к рабочему телу, обеспечивающих наивысший КПД, при ограничениях параметров цикла реального ДВС. В качестве таких ограничительных параметров чаще всего выступают максимальное давление цикла pz и предельная скорость нарастания давления в камере сгорания {dp/dcp )шах. Из основ термодинамию-! следует, что при заданной степени сжатия максимальный термический КПД имеет цикл с подводом всей теплоты в верхней мертвой точке. Рассматривая развернутую по углу ПКВ индикаторную диаграмму (рис.1), можно представить предельный цикл таким (линия 5), что от момента начала активного тепловыделения скорость

нарастания давления будет соответствовать предельной {¿¡р/с1(р )пы, а если, после достижения ограничения по максимальному давлению цикла рг, из условий обеспечения двигателем заданного уровня среднего индикаторного давления, требуется дальнейший теплоподвод к рабочему телу, то его необходимо осуществлять так, чтобы поддерживать давление на уровне рг. Понятно, что момент начала активного тепловыделения, также должен быть оптимизирован из условия обеспечения максимального КПД (<ру)-

,Р

Рис.1. Термодинамические циклы с подводом теплоты при у=со«5Г (1) и смешанным теп-лоподводом (2, 3), оптимизированные (по углу ШСВ) термодинамические циклы со смешанным теплоподводом (4) и предельный цикл (5)

Ру ВМТ

Так как использовать аналитические выражения для оценки термического КПД рассматриваемой диаграммы без определенных допущений не представляется возможным, для анализа была применена простая термодинамическая модель цикла, реализованная численно. Проверка проводилась по известной аналитической зависимости для КПД смешанного цикла.

Проверка показала, что модель с точностью до четырех знаков вычисляет термический КПД, равный для рассматриваемых вариантов: 1. - т]1 = 0,621 (v = const, Л = 3,55); 2. - Tjt = 0,619 (смешанный цикл, Л = 3,55, р = 1,15, (pi = 10С1 ПКВ после ВМТ); 3. - T)v = 0,571 (смешанный цикл, рг = 12 МПа, Л = 3,55, р = 2,30, <pz = 30° ПКВ после ВМТ). Оптимизация начала активного тепловыделения для варианта 3 с ограничением по максимальному давлению цикла pz =12 МПа, с продолжительностью тепло-подвода 30° ПКВ, позволил увеличить термический КПД на 3,7% до T]t = 0,592 при (Ру= 10° ПКВ до ВМТ.

Предельный цию1 с ограничениями рг = 12 МПа и (dp/dq>)шах = 0,5 МПа/°ПКВ (кривая 5, рис.1) с общей продолжительностью подвода теплоты 30° ПКВ, оптимизированный по началу активного тепловыделения (fy

= 15° ПКВ до ВМТ) имеет термический КПД Т]1 = 0,592, т.е. на 6,1% выше смешанного цикла с воспламенение в ВМТ и на 2,4% выше оптимизированного смешенного цикла.

Рассмотренная методика была использована в составе комплекса мероприятий по оценке возможности повышения показателей действительного цикла дизеля размерности АМПО. В основу были положены экспериментальные данные, полученные в ЦНИИМ. Удельный индикаторный расход серийного двигателя в этом случае составлял 185 г/кВтч.

Расчет по методике предельного цикла (с ограничением реального цикла .Р.г=9,0 МПа и ф/я^Ю,5 МПа/град.) дал разницу в удельном индикаторном расходе реального и предельного циклов около 11 г/кВт-ч. Эта разница представляет поправку на «не идеальность» реальных процессов тепловыделения и была использована при переходе от предельного цикла к ориентировочным показателям действительного цикла в дальнейших расчетах. При ограничениях по рг= 15 МПа, (¿рМ<р)тах= 0,8 МПа/град. и исходных параметрахра = 0,22 МПа; Та = 350 К; £=16,5; а= 2,76 и 0,15 предельные индикаторные значения по экономичности составили 151 г/(кВт-ч), что составило прогнозируемую топливную экономичность цикла £,= 162 г/(кВт-ч).

В третьей главе рассмотрены в методические подходы к исследованию малогабаритного дизеля путем ивдицирования рабочего процесса и разработана методика расчета устройства, основанного на калориметрическом принципе действия, замера малых расходов топлива, порядка 0,1... 1 кг/ч, характерных для малоразмерных ДВС.

Устройство (рис.2) состоит из 17-образной металлической трубки 1, закрепленной в держателе 2. Элементы 3 и 4 держателя 2, к которым под-

4

Рис.2. Конструкция калориметрического расходомера

-и

водится напряжение ± Ут, изолированы друг от друга и имеют электрический контакт с соответствующими участками трубки 1. Средние части верхнего, по схеме, и нижнего участков трубки 1 имеют контактные площадки 5, к которым подключается измерительный прибор (ИП). Участки трубки 1, одновременно являются нагревательным элементом и плечами измерительного моста.

Топливо, с некоторой начальной температурой, поступает в II-образную трубку со стороны клеммы а. По трубке течет ток, вызванный, приложенным к клеммам а-/и с-с1, напряжением У-1П, за счет которого в материале трубки выделяется теплота и трубка нагревается. Вследствие теплопередачи топливо, текущее по трубке также нагревается, снижая температуру трубки. Вследствие того, что по различным участкам трубки течет топливо с различной температурой, различной будет и температура участков трубки. Сопротивление материала трубки зависит от температуры, что используется для преобразования температуры в электрический сигнал. При изменении скорости течения топлива в трубке (изменении расхода топлива) меняются условия теплопередачи, температура различных участков трубки и величина электрического сигнала, по которому можно оценивать массовый расход топлива.

В диссертации приведен вывод нестационарных режимов работы расходомера. При установившимся режиме течения топлива вычисления можно значительно упростить, исходя из следующих рассуждений. На элементарном участке трубки за малый промежуток времени г выделяется количество теплоты Q\, которое идет на повышение температуры, поступившего с предыдущего участка топлива, от 1," до /жк

и достижение элементарным отрезком трубки температуры /т ст, при которой интенсивность теплопередачи будет такой, чтобы за время гот трубки топливу передается количество теплоты равное

(1)

Определив из (1) к из уравнения (2) можно вычислить /т_ст, как

f -г

t -ли—Л1 +

'ici Л ~

a

a-F.-T

Учитывая зависимость сопротивления материала трубки электрическому току в зависимости от его температуры, и решая условия: протекания тока по мосту Уотсона, можно вычисляется напряжение на измерительном приборе Vmi.

ш 2

\

v \

\

---н -— ___

0,2 0,4 0,6 0.8 1 1.2 Массовый часовой расход топлива, кг/ч

а.

0,4 0,6 0.8 t 12

Массовый часовой расход топлива, кг/ч

б.

Рис. 3. Расчетная зависимость выходного напряжения Ут1 (а) и приращения температуры (б): — выходного участка трубки; ----топлива на выходе из прибора

Как видно из приведенных на рис.3 расчетных данных, при напряжении питания Ут = 5 В и скважности импульсов питания 0,0001 топливо, проходя через прибор, нагревается при минимальном расходе 0,2 кг/ч на 5,2°С, что вполне допустимо из условий безопасности.

В четвертой плане приводятся основные результаты расчетно-теоретических исследований. Вначале рассмотрены результаты применения метода анализа цикла, поршневого двигателя, основанного на термодинамическом цикле со смешанным подводом теплоты, в котором сжатие и расширение рассматриваются как политропные процессы с постоянными показателям П\ и п2 (рис.4), что позволяет выявить их влияние на основные показатели цикла (рис.5). Расчет для первого участка можно произвести по формуле ()сг, =т-су -(Тг< -Тс), так как входящие в нее значения темпера-

зависимостям Т„ = 71

туры

можно

вычислить

по

Тг- = Гс • Я = Га • Л • г"1 1. Вычисления теплоты (З^ и а также температуры Г2, 7'ь и степеней предварительного р и последующего расширения можно провести, решая систему из шести уравнений

+ б2Ь = • Я и - бл =т-Ср-(Тг- тг.);

' <ЗгЪ=™-су-^(Тг-Ть); Тг=Т.-р; Тъ = Тг ■ ; с = «1 -1

где массовые теплоемкости (су = / /4, ср = / /4), полученные при рассмотрении рабочего тела - воздуха, как двухатомного газа, имеющего мольную теплоемкость при постоянном объеме = 20,8 кДж/(кмоль-К) и при постоянном давлении Ср. р = 29,1 кДж/(кмоль-К). Среднее индикаторное давление можно вычислить по известной зависимости для смешанного цикла.

Рис.4. Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания со сжатием и расширением рабочего тела по политропе

Как видно из рис.5 при уменьшении показателя политропы сжатия (от значения щ=к = 1,40) происходит увеличение теплоты теряемой при сжатии в окружающую среду, и среднее индикаторное давление цикла р„ падает. Следствием увеличения тепловых потерь является снижение конечного давления сжатия рс и, при постоянной степени повышения давления Л, уменьшение максимального давления цикла рг. Снижение температурного перепада Тг< - Тс на участке изохорного подвода теплоты (с - г"), вследствие снижения температуры Тс и постоянства Л, приводит к уменьшению количества теплоты, подводимой к рабочему телу ()сг-, и большему ее выделению на участке с изобарным теплоподводом 0,т<г (г'-г), что при-

водит к увеличению степени предварительного расширения р. В результате уменьшается индикаторный КПД 77, цикла.

2,о т- О.кДж; о; л

1800

1400

1200

— ~ _ 1000

400

200

р.;рь,кТТа

1,38 Г^ 1,40

1,32

- р2, мТТа -

1,34

1,36

1,38 П1 1,40

Рис.5. Влияние на основные параметры рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания показателей политропы сжатия щ и расширения:-п2 = 1,28;---------щ = 1,22

При уменьшении показателя политропы расширения п2 количество теплоты подводимой к рабочему телу на линии расширения растет. Давление рь и, соответственно, температура Ть в конце расширения также растут, температурный перепад (Гъ - Га) 'увеличивается, следствием чего является растет и теплоо гвод £>ъа- В результате происходит снижение индикаторного КПД цикла т)\, несмотря на то, что из-за перераспределения теплоты с участка изобарного теплоподвода (г'-г) на политропическое расширение (г - Ь) степень предварительного расширения р уменьшается. Среднее индикаторное давление р, также снижается.

Для параметрического анализа влияния на КПД цикла характера тепловыделения был применен алгоритм расчета модифицированного термо-

динамического цикла, в котором имелась возможность деформации кривой скорости тепловыделения и изменение начала подвода теплоты. Для наглядности скорость тепловыделения аппроксимировалась двумя участками: первым, с «мгновенным» подводом доли дг, суммарной теплоты при постоянном объеме и вторым, с линейно уменьшающейся скоростью тепловыделения, продолжительностью (рк град. ПКВ.

Несмотря на условность такой динамики тепловыделения, принятый закон близок к характеру тепловыделения в реальном дизеле. Действительно, кинетическая стадия сгорания (так называемое: быстрое, взрывное, неуправляемое и т.п. сгорание), характеризуется очень малой продолжительностью в град, угла поворота коленчатого вала, а диффузионное сгорание идет', как правило, со снижающейся скоростью по мере выгорания топлива и затухания турбулентности, генеривуемой эффектами защемления объемов камеры сгорания вблизи ВМТ.

Угол поворота коленчатого вала, град ПКВ

Рис.6. Характер изменения давления и температуры в цилиндре двигателя при различных моментах начала теплоподвода (19ч в функции угла поворота коленчатого вала: 1. - грч = 30° до ВМТ; 2. - <рч = 22° до ВМТ; 3. - <рч = 14° до ВМТ; 4. - <рч = 6° до ВМТ; 5. - срч = 10° ПКВ после ВМТ

Одним из исследованных факторов, явилось начало подвода теплоты к рабочему телу. На рис.6 приведены графики изменения текущего давле-

ния, среди етермодинамической температуры рабочего тела и количества подведенной теплоты в функции угла поворота коленчатого вала для различных моментов начала подвода теплоты

Рис.7. Коэффициент полезного действия цикла в функции угла начала подвода теплоты (ря к рабочему телу

-К Л -» -М -15 -10 -5 ИИ

Для данной серии расчетов, давление и температура рабочего тела в момент начала такта сжатия составляли 100 кПа и 300 К, соответственно, степень сжатия принята равной 16. Коэффициент избытка воздуха а =1,5, что при рабочем объеме цилиндра, равном 1 литру, соответствовало цикловому выделению теплоты бЦИЩ1 = 2,44 кДж.

Теплота подводилась, как это было оговорено выше, в две стадии, причем в первой стадии выделялось 30% суммарной теплоты, вводимой в цикл. Общая продолжительность теплоподвода (продолжительность диффузионной стадии сгорания) составляет 88° ПКВ.

Как видно из рис.6 по мере смещения начала тепловыделения по ходу угла поворота коленчатого вала (от <рч = 30° до ВМТ до <рч = 10° ПКВ после ВМТ) при неизменном количестве вводимой в цикл теплоты, приводит к существенному деформированию цикла. Следствием этого явилось изменение коэффициента полезного действия (рис.7), КПД имеет явно выраженный максимум, соответствующий оптимальному для данных условий углу начала тепловыделения <рч» 17° до ВМТ.

Используя данный алгоритм, были также проведены исследования доли теплоты, подводимой в первой стадии, продолжительности теплоподвода, абсолютного количества теплоты, вводимой в цикл и др.

В целом совокупность предложенных методик позволяет достаточно просто и эффективно анализировать резервы повышения КПД циклов поршневых ДВС изменением как условий теплоподвода (сгорания в реальном цикле), так и тепловых потерь на всех участках цикла.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен предельный цикл, который при законе тепловыделения с общей продолжительностью подвода теплоты 30° ПКВ, с ограничениями по характеру изменения текущего давления в цилиндре: скорости нарастания давления на начальном участке сгорания (ф/с/^)^ = 0,5 МПа/°ПКВ и максимальному давлению цикла рг = 12 МПа, оптимизированный по началу активного тепловыделения фу = 15° ПКВ до ВМТ, имеет термический КПД = 0,592, т.е. на 6,1% выше смешанного цикла с воспламенением в ВМТ и на 2,4% выше, оптимизированного смешенного цикла по началу теплоподвода. Показано, что использование предельного закона тепловыделения при комплексной оптимизации рабочего процесса дизелей семейства АМПО позволяет снизить удельный индикаторный расход топлива на 11 г/кВтч.

2. Принято, что наряду с индицированием рабочего процесса важнейшую роль для оценки КПД цикла имеет замер расхода топлива, что представляет определенную трудность для малоразмерных ДВС. Выбранное для этих целей калориметрическое устройство, обладая предельно простой конструкцией и не имеющее движущихся частей, удовлетворяет необходимой точности регистрации (типичная погрешность менее 2%), а проведенные, по разработанной в диссертации методике его расчета, вычисления, показали, что в диапазоне изменения расхода 0,2-1,2 кг/ч напряжение на измерительном приборе изменяется в достаточных для регистрации пределах, от 8,8 до 1,4 мВ, а топливо, проходящее через прибор, нагревается при минимальном расходе на 5,2°С, что вполне допустимо из условий безопасности.

3. Разработана простая методика, позволяющая проводить расчетно-теоретический анализ циклов поршневых ДВС при политропных процессах сжатия-расширения, которая дает возможность в наглядной форме оценивать влияние на основные параметры рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания потерь теплоты на различных участках цикла, позволяя целенаправленно вести их снижение.

4. Разработанная методика параметрического анализа модифицированного термодинамического цикла поршневого ДВС с законом тепловыделения, подобном реальной кривой скорости тепловыделения в современных фор-

сированных дизелях, используя которую были проведены исследования кроме влияния начала подвода теплоты доли теплоты, подводимой в первой стадии, продолжительности теплоподвода, абсолютного количества теплоты, вводимой в цикл. Так коэффициент полезного действия имеет явно выраженный максимум, соответствующий оптимальному для данных условий углу начала тепловыделения <pq ~ 17° до ВМТ при степени сжатия равной 16, коэффициенте: избытка воздуха от =1,5, что соответствует цикловому выделению теплоты ¡2ЦИКЛ = 2,44 кДж на 1 л рабочего объема.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ. ДИССЕРТАЦИИ

1. Гусаков C.B., Уклейкин В.Е. Анализ цикла поршневого ДВС при полит-ропных процессах сжатая-расширения // Вестник: РУДН: Серия «Инженерные исследования». - М.: Изд-во РУДН, 2008г., №2, С 90 - 94.

2. Гусаков C.B., Уклейкин В.Е. Расчётный анализ предельного цикла поршневого ДВС // «Инженерные системы - 2008»: всероссийская научно-практическая конференция: Тезисы докладов. Москва, 7-11 апреля 2008 г. - М„ РУДН, 2008. -С.116.

3. Гусаков C.B., Уклейкин В.Е. Оптимизация тепловыделения в дизеле, с учётом ограничений по параметрам рабочего процесса // Материалы научно-технической конференции, посвященной 40-летию кафедре двигателей ЧВВАКУ, Челябинск: Изд-во ЧВВАКИУ, 2008. - С. 39 - 43.

4. Гусаков C.B., Епифанов КВ., Уклейкин В.Е. Перспективы использования низкокалорийных газовых топлив в ДВС // Сб. научных трудов. Материалы Международной научно-практической конф. «Наука-Техно логия-Ресурсо-сбережение», Киров: Изд-во Вятской ГСХА, 2009. - С. 40 - 45.

5. Гусаков C.B., Епифанов КВ., Уклейкин В.Е., Эльгобаши Эльхагар М.М. Исследовательские тормозные стенды для испытаний малогабаритных ДВС // Вестник РУДН: Серия «Инженерные исследования». - М.: Изд-во РУДН, 2009г., №2, С.92 - 98

6. Гусаков C.B., Уклейкин В.Е., Афанасьева КВ., Эльгобаши Эльхагар М.М. Построение математичеасих моделей прогнозирования и снижение выбросов вредных веществ, применением альтернативных топлив на переходных режимах работы дизеля // АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное топливо, № 5,2009. - С.14 - 18.

Уклейкин Владимир Евгеньевич «Формирование оптимального закона тепловыделения действительного рабочего цикла дизеля»

Целью диссертационной работы является исследование расчетных циклов двигателей внутреннего сгорания в обобщенном виде, с расширением подходов, используемых при построении термодинамических циклов поршневых двигателей, и создание методик расчета действительных циклов с ограничениями, связанными с реальной конструкцией двигателя, для оптимизации подвода теплоты к рабочему телу, из условий обеспечения повышения индикаторного коэффициента полезного действия поршневого двигателя.

Ukleykin Vladimir Evgenievich «Formation of optimal law of real heat in cycle of diesel»

The purpose of dissertational work is research of settlement cycles of internal combustion engines in the generalized kind, with expansion of the approaches used at construction of thermodynamic cycles of piston engines, and creation of design procedures of the valid cycles with the restrictions connected to a real design of the engine, for optimization of a supply of heat to a working body, from conditions of maintenance of increase of display efficiency of the piston engine.

Типография Издательства РУДН 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д.З Подписано в печать 21.10.09.0бъем 1,25 Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ №1110

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДВС

1.1. Историческая справка

1.2. Анализ рабочего процесса ДВС на уровне термодинамической идеализации с учетом длительности теплоподвода

1.3. Анализ рабочего процесса ДВС на уровне термодинамической идеализации с учетом угла опережения начала подвода теплоты

1.4. Анализ рабочего процесса ДВС с оценкой эффекта от трансформирования реальной кривой теплоиспользования

1.5. Анализ рабочего процесса ДВС с аппроксимацией закона тепловыделения

1.6. Задачи исследования

Глава 2. РАСЧЕТНО - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ПРОЦЕССА ПОДВОДА ТЕПЛОТЫ К РАБОЧЕМУ ТЕЛУ

2.1. Теоретическое обоснование характера теплоподвода, обеспечивающего наивысший КПД, при ограничениях параметров цикла реального ДВС

2.2. Расчетный анализ перспективных рабочих циклов ДВС

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В ДВС

3.1. Особенности проведения экспериментальных работ по исследованию рабочего процесса ДВС

3.2. Экспериментальная установка для исследования параметров рабочего процесса малогабаритного дизеля ^

3.3. Экспериментальные исследования рабочего процесса малогабаритного дизеля методом индицирования ^д

3.4. Устройство для измерения малых расходов топлива

3.5. Оценка погрешностей измерений

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

4.1. Оптимизация тепловыделения в дизеле, с учетом ограничений по параметрам рабочего процесса

4.2. Анализ цикла поршневого ДВС при политропных процессах сжатия-расширения

4.3. Программа расчета модифицированного термодинамического цикла

4.4. Результаты параметрического анализа модифицированного термодинамического цикла

Целью диссертационной работы является исследование расчетных циклов ДВС в обобщенном виде, с расширением подходов, используемых при построении термодинамических циклов поршневых двигателей, и создание методик расчета действительных циклов с ограничениями, накладываемыми реальной конструкцией двигателя, для оптимизации теплоподво-да к рабочему телу, из условий обеспечения повышения индикаторного коэффициента полезного действия поршневого двигателя.

В работе дана историческая справка зарождения теории рабочих процессор ДВС. Проведен обзор и дана классификация известных по литературным источникам методов анализа рабочих процессов ДВС на уровне термодинамической идеализации с учетом длительности теплоподвода, с учетом угла опережения начала подвода теплоты, с оценкой эффекта от трансформирования реальной кривой теплоиспользования, с аппроксимацией закона тепловыделения и проанализированы их возможности, достоинства и недостатки.

Сформулированы основные задачи исследования.

В работе проведен расчетно - теоретический анализ процесса подвода теплоты к рабочему телу, дано теоретическое обоснование характера теплоподвода, обеспечивающего наивысший КПД, при ограничениях параметров цикла реального ДВС, описана методика расчетного анализа перспективных рабочих циклов ДВС.

В работе рассмотрены методические подходы к экспериментальному исследованию рабочего процесса в ДВС, особенности проведения экспериментальных работ по исследованию рабочего процесса ДВС, описана экспериментальная установка для исследования параметров рабочего процесса малогабаритного дизеля, приведены результаты экспериментальных исследований рабочего процесса малогабаритного дизеля методом инди-цирования. Дано описание и рассмотрен метод расчета устройства для измерения малых расходов топлива и оценена погрешность измерений в ходе эксперимента.

В работе приводятся результаты численных экспериментов по оптимизации тепловыделения в дизеле, с учетом ограничений по параметрам рабочего процесса, анализ цикла поршневого ДВС при политропных процессах сжатия-расширения и расчетный анализ предельного цикла поршневого ДВС.

Теоретически проанализирован предельный цикл реального ДВС, обеспечивающий максимальный КПД при ограничениях, накладываемых реальной конструкцией двигателя.

В работе проанализированы подходы к регистрации быстропроте-кающих процессов в ДВС (индикаторных диаграмм), приведено описание исследовательского моторного стенда, оборудованного системой индици-рования и результаты обработки индикаторных диаграмм.

Сделаны выводы и рекомендации по работе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен предельный цикл, который при законе тепловыделения с общей продолжительностью подвода теплоты 30° ПКВ, с ограничениями по характеру изменения текущего давления в цилиндре: скорости нарастания давления на начальном участке сгорания (dp/dcp)max = 0,5 МПа/°ПКВ и максимальному давлению цикла pz = 12 МПа, оптимизированный по началу активного тепловыделения сру = 15° ПКВ до ВМТ, имеет термический КПД rj t = 0,606, т.е. на 6,1% выше смешанного цикла с воспламенением в ВМТ и на 2,4% выше, оптимизированного смешенного цикла по началу теплоподвода. Показано, что использование предельного закона тепловыделения при комплексной оптимизации рабочего процесса дизелей семейства АМПО позволяет снизить удельный индикаторный расход топлива на 11 г/кВт-ч.

2. Принято, что наряду с индицированием рабочего процесса важнейшую роль для оценки КПД цикла имеет замер расхода топлива, что представляет определенную трудность для малоразмерных ДВС. Выбранное для этих целей калориметрическое устройство, обладая предельно простой конструкцией и не имеющее движущихся частей, удовлетворяет необходимой точности регистрации (типичная погрешность менее 2%), а проведенные, по разработанной в диссертации методике его расчета, вычисления, показали, что в диапазоне изменения расхода 0,2-1,2 кг/ч напряжение на измерительном приборе изменяется в достаточных для регистрации пределах, от 8,8 до 1,4 мВ, а топливо, проходящее через прибор, нагревается при минимальном расходе на 5,2°С, что вполне допустимо из условий безопасности.

3. Разработана простая методика, позволяющая проводить расчетно-теоретический анализ циклов поршневых ДВС при политропных процессах сжатия-расширения, которая дает возможность в наглядной форме оценивать влияние на основные параметры рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания потерь теплоты на различных участках цикла, позволяя целенаправленно вести их снижение.

4. Разработанная методика параметрического анализа модифицированного термодинамического цикла поршневого ДВС с законом тепловыделения, подобном реальной кривой скорости тепловыделения в современных форсированных дизелях, используя которую были проведены исследования кроме влияния начала подвода теплоты доли теплоты, подводимой в первой стадии, продолжительности тепло-подвода, абсолютного количества теплоты, вводимой в цикл. Так коэффициент полезного действия имеет явно выраженный максимум, соответствующий оптимальному для данных условий углу начала тепловыделения (pq « 17° до ВМТ при степени сжатия равной 16, коэффициенте избытка воздуха а =1,5, что соответствует цикловому выделению теплоты £)цикл = 2,44 кДж на 1 л рабочего объема.

1. Батраков Ю.М. Исследование процессов в цилиндре двигателя по индикаторным диаграммам методом локальной оптимизации: Автореф. дис. .канд. техн. наук. — JL: ЦНИДИ, 1975.

2. Брилинг Н. Р.,. Вихерт М. М, Гутерман И. И. Быстроходные дизели. М.: Машгиз, 1951.-С. 354.

3. Валъехо П. Применение раздельной подачи топлива растительного происхождения в малоразмерный дизель с целью улучшения его экологических показателей: Автореферат дисс. . канд. техн. наук: 05.04.02. М.: Российский университет дружбы народов, 2000. - 16 с.

4. Валъехо П., Гусаков С.В., Прияндака А. Экспериментальное определение кинетических констант воспламенения растительных топлив в условиях ДВС // Вестник Российского университета дружбы народов. Инженерные исследования. 2003. - № 1. - С. 29-31.

5. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М. - С: Машгиз, 1962.271 с.

6. Вибе И.И. Полуэмпирическое уравнение скорости сгорания в двигате-лях//Поршневые двигатели внутреннего сгорания: Тр. конф. М.: АН СССР, 1956. -С.185-191.

7. Возницкий И.В., Пунда А. С. Аппроксимация скорости тепловыделения в цилиндрах судовых дизелей//Судовые силовые установки: Сб. трудов. вып.12. - JL: Транспорт, 1974. - С. 10-15.

8. Воинов А.Н. Процессы сгорания в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1965. - 212 с.

9. Гончар Б.М. Теоретический цикл дизеля.// Энергомашиностроение.-1967.-№11.-С 35-38.

10. Горбунов В.В., Патрахалъцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1998.-216 с.- 11311. ГОСТ 17.2.2.01-84. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерения.

11. ГОСТ Р 41.49-99. Дизели автомобильные. Выбросы вредных веществ. Нормы и методы измерения.

12. Грехов JI.B., Иващенко Н.А., Маркое В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей.- М.: Изд-во «Легион-Автодата», 2005.-344с.

13. Гусаков С.В, Валъехо Пабло Модель сажеобразования в дизеле со смешанным способом смесеобразования. Известия ТулГУ, сер. Автомобильный транспорт, вып.9, 2005. - С. 179-185.

14. Гусаков С.В. Разработка методов совершенствования процессов смесеобразования и сгорания в поршневых двигателях/ Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. — МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2002 г.

15. Гусаков С.В., Анджана Прияндака Метод расчета выбросов NOx и сажи на переходных режимах работы дизеля. Матер. IX Междунаро-дю науч. практ. Семинара, г. Владимир, 2003, С.240-243.

16. Гусаков С.В., Махов В.З., Гелдиалиев А. О возможности анализа процесса сгорания по индикаторной диаграмме.- Тр. МАДИ "Автотракторные ДВС".- 1980

17. Гусаков С.В., Патрахалъцев Н.Н. Планирование, проведение и обработка данных экспериментальных исследований ДВС (учеб. пособие). М.: Изд-во РУДН, 2004, 168 с.

18. Гусаков С.В. Использование формально- кинетических зависимостей Вибе для описания динамики процессов в МКТС Тезисы V-научно-практ. сем. «Соверш. мощностных, эконом, и эколгич. показ. ДВС», Владимир, 1995, С.65-67.

19. Гусаков С.В., Епифанов И.В., Уклейкин В.Е., Элъгобаши Элъхагар М.М. Исследовательские тормозные стенды для испытаний малогабаритных ДВС // Вестник РУДН: Серия «Инженерные исследования». — М.: Изд-во РУДН, 2009г., №2, С.92 98

20. Гусаков С.В., Уклейкин В.Е. Анализ цикла поршневого ДВС при по-литропных процессах сжатия-расширения // Вестник РУДН: Серия «Инженерные исследования». М.: Изд-во РУДН, 2008г., №2, С 90 -94.

21. Гусаков С.В., Уклейкин В.Е. Оптимизация тепловыделения в дизеле, с учётом ограничений по параметрам рабочего процесса // Материалы научн.-технич. конференции, посвященной 40-летию кафедре двигателей ЧВВАКУ, Челябинск: Изд-во ЧВВАКИУ, 2008. С. 39 - 43.

22. Гусаков С.В., Уклейкин В.Е. Расчётный анализ предельного цикла поршневого ДВС // «Инженерные системы 2008»: всероссийская научно-практическая конференция: Тезисы докладов. Москва, 7-11 апреля 2008 г. - М., РУДН, 2008. - С.116.

23. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/ Д.Н. Вырубов, А.С. Орлин, В.Н. Ивин и др. Под. ред. Орлина А.С. и Круглова М.Г. - М.: Машиностроение, 1983. -372с.

24. Девянин С.Н., Марков В.А., Семенов В.Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей. М.: Изд-во МГАУ им. В.П. Горячкина, 2008. - 340 с.

25. Дьяченко Н.Х., Магидович Л.Е., Пугачев Б.П. Об аппроксимации характеристик тепловыделения в дизелях//Тр. ЛПИ.-1969.-№310-С.73-76

26. Дьяченко Н.Х., Магидович Л.Е., Пугачев Б.П. Определение основных параметров характеристик тепловыделения при сгорании в дизелях/Пруды ЛПИ. 1970. - №316. - С.54-57.

27. Звонов В.А., Фурса В.В. Применение метода математического планирования эксперимента для оценки токсичности двигателя//Двигатели внутреннего сгорания: Сборник. Вып. 17. - Харьков: Высшая школа, 1973.

28. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 57с.

29. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл . двигателя/ Б.С. Стечкин, К.И. Генкин, B.C. Золотаревский и др. — М.: Изд-во АН СССР, 1960.

30. Кавтврадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -592 с

31. Кудрявцев В.А. О некоторых закономерностях динамики тепловыделения в дизелях//Сб. научн. тр. ЦНИДИ. 1970. - Вып.60. - С.13-19.

32. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. М.: Изд-во Академический проект, 2004. - 400 с.

33. Кульчицкий А.Р., Честное Ю.И. Оценка дымности дизелей на переходных режимах // Сб. тез. докл. НАМИ М.: НИЦИАМТ. - 1989. -С.106 — 107.

34. Кульчицкий А.Р., Ю.И. Честное Ю.И., Петров В.Л. Оценка уровнядымности ОГ дизелей при испытаниях по циклу ELR / Автомобильная промышленность. — 2002, №6

35. Кутенев В.Ф., Свиридов Ю.Б. Экологические проблемы автомобильного двигателя и пути оптимального решения их // Двигателестрое-ние, 1990. №10. — С.55-62.

36. Лазарев Е.А. Основные принципы, методы и эффективность совершенствования процесса сгорания для повышения технического уровня тракторных дизелей: Автореф. дис. . .докт. техн. наук. Челябинск: ЧПИ, 1986.

37. Лъотко В., Луканин В.Н., Хачиян А. С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000.-311 с.

38. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. -376 с.

39. Махов В.З. Процессы сгорания в двигателях: Учебное пособие. М.: Изд-во МАДИ, 1980. - 76 с.

40. Махов В.З. Процессы сгорания в двигателях: Учебное пособие. М.: Изд-во МАДИ, 1980. - 76 с.

41. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Д.: Изд-во ЛГУ, 1983. - С.36-40.

42. Сербинов А.И. Роль физических и химических процессов при самовоспламенении распыленных жидких топлив. — Сгорание в транспортных поршневых двигателях. М.: Изд-во АН СССР, 1951. -С.267-298.

43. Создание рабочего процесса для перспективного двигателя мощностью 200 кВт с удельным расходом топлива не более 163 г/кВт-ч./С.В. Гусаков, Е.Г. Пономарев, С.Н. Девянин и др. // Научн. технич. отчет.-ЦНИИМ, 1988.-232с.

44. Сороко-Новицкий В.И. Динамика процесса сгорания и влияние его на мощность и экономичность двигателя. М.: Машгиз, 1946.

45. Стечкин Б. С. Индикаторная диаграммадвигателя и процесс выделения тепла/ Сгорание и смесеобразование в дизелях. Труды научно-технической конф. М.: 1960. - С. 143 - 147.

46. Стечкин Б. С., Генкин К.И., Золотаревский В. С., Скородинский И.В. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя. М.: Изд-во АН СССР, 1960. -198с.

47. Столбов М.С., Эфрос В.В. Новая модель термодинамического процесса . Труды междун. научн.-техн. конф. «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения». — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2006. - С.92-94

48. Столбов М.С., Эфрос В.В. Совмещенный термотропный процесс «сжатие-расширение» . Труды междун. научн.-техн. конф. «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения». - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2006. - С.94-97

49. Столбов М.С., Эфрос В.В. Теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания. Известия ТулГУ, сер. Автомобильный транспорт, вып.9,2005 — С.201-208

50. Техническая термодинамика. Под ред. В.И.Крутова. М.: Высшая школа, 1971. - 472 с.

51. Толстое А.И. Индикаторный период запаздывания воспламенения и динамика быстроходного двигателя с воспламенением от сжа-тия//Исследование рабочих процессов в быстроходных дизелях: Тр. НИЛД, 1955. №1. - С.5-55.

52. Топливные системы и экономичность дизелей / И.В. Астахов, Л.Н. Голубков, В.И. Трусов и др. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

53. УонгХ. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров.- М.: Атомиздат, 1979.

54. Чеснокое С.А. Химический турбулентный тепломассоперенос в двигателях внутреннего сгорания. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - 466 с.

55. Alia G. H. "Computer simulation of a four stroke spark ignition engine " En. Corners. Mng., vol. 43, 2002, pp. 1043-1061.

56. Adler Ulrich "Automotive Handbook", Robert Bosch GmbH, 1993

57. Anand. W.J.D. andRoc.G.E. "Gas Flow in Internal Combustion Engine" GT Foulis & CO Ltd. England, 1974

58. Arsie I., Pianese C. and Rizzo G. "Models for the Prediction of Performance and Emissions in a Spark Ignition Engine A Sequentially Structured Approach", SAEPaper 980779, 1998.

59. AVL, "AVL Boost Users Guide Version 3.4", AVL List GmbH, Graz Austria ,1998

60. Blair G.P. Design and Simulation of Four-Stroke Engines, SAE, 1999.

61. Borman G.L. and Ragland K. W. Combustion Engineering, WCB McGraw-Hill, 1998.

62. Buttsworth D. R. "Spark Ignition Internal Combustion Engine Modelling using Matlab", Faculty of Engineering & Surveying Technical Reports, University of Southern Queensland, 2002.

63. Chan S. H. and Zhu J. "Modelling of engine in-cylinder thermodynamics under high values of ignition retard", Int. J. Therm. Sci., vol. 40, 1999, pp. 94-103.

64. Depcik C. "Open-Ended Thermodynamic Cycle Simulation", M.S. Thesis, University of Michigan, Ann Arbor, 2000.

65. Patton, K. J., Nitschke, R. G., andHeywood, J. B. Development and evaluation of a performance and efficiency model for spark-ignition engines. SAE paper 890836, 1989.

66. Ferguson C.R. andKirkpatrickA.T. Internal Combustion Engines Applied Thermosciences, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2001.

67. Sandoval, D. and Heywood, J. B. An improved friction model for spark-ignition engines. SAE paper 2003-01-0725, 2003.

68. Ferguson, Colin R, "Internal Combustion Engines Applied Thermodynamics". John Wiley & Sons, Canada , 1986

69. G. Sitkei Heat Transfer and Thermal Loading in Internal Combustion Engines, Akademiai Kaido:Budapest, 1974.

70. Gordon S. and McBride B. J. "Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Composition, Rocket Performance, Incident and Reflected Shocks, and Chapman Jouguet Detonations", NASA publication SP-273, 1971.

71. Grill M, Chiodi M., Berner H. and Bargende M. "Calculating the Thermodynamic Properties of Burnt Gas and Vapor Fuel for User-Defined Fuels",

72. MTZ 05/2007, 2007, pp. 398.

73. Нага S. On The Effective Heat Release In C.F.R. Engine. Nynan Kickan. Intern. Combust. Engine, 1971, No9, P.ll-20.

74. Heisler, Heinz "Advanced Engine Technology", London, 1995

75. Heywood J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York: McGraw-Hill, 1988.

76. Horlock J.H. and Winterbone D.E. editors, The Thermodynamics and Gas Dynamics of Internal Combustion Engines, Volume II, Clarendon Press, Oxford, 1986.

77. Kawaguchi Y., Maki Т., Tarada K. Effects of Pilot Injection with a Single Fuel Nozzle on a Direct Injection Diesel Engine. Bulletin of the JSME, vol.15, No 86, 1972, P.973-981.

78. Klell M. "Expert Lecture on Internal Combustion Engine Fundamentals", Jcnbachcr Energy Systems gas Engine Project, Gray, 1998

79. Kodah Z. H., Soliman H. S., Abu Qudais M. and. Jahmany Z. A "Combustion in a spark-ignition engine", Appl. Energy, vol. 66, 2000, pp. 237-250.

80. Lenz H.P. "Mixture Formation In Spark-Ignition Engines", Springer-Verlag Book Company . New York, 1992

81. Makartchouk A. Diesel Engine Engineering: Thermodynamics, Dynamics, Design, and Control, Marcel Dekker, Inc., New York, Basel, 2002.

82. McBride B. J., Gordon S. and Reno M.A. "Coefficients for Calculating Thermodynamic and Transport Properties of Individual Species", NASA Technical Memorandum 4513, 1993.

83. Moran, Michael J. & Shapiro, Howard N." Fundamental of Engineering

84. Thermodynamics ", John Wiley & Sons Inc, USA

85. Olikara C. and Borman G. L. "Calculating Properties of Equilibrium Combustion Products with Some Application to I.C. Engines", SAE Paper 750468, 1975.

86. Raine R. R., Stone C. R. and Gould J. "Modelling of Nitric Oxide Formation in Spark Ignition Engines with a Multi-zone Burned Gas", Combustionand Flame, vol. 102, 1995, pp. 241-255.

87. Ramos J.I. " Internal Combustion Engine Modeling ", Hemisphere Publishing Corporation, USA, 1989

88. Sher E. and Hacohen Y. "On the Modeling of a SI 4-Stroke Cycle Engine Fueled with Hydrogen-Enriched Gasoline", Int. J. Hydrogen Energy, vol. 12, 1987, pp. 773-781.

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

90. Stone R. R. Introduction to Internal Combustion Engines. Macmillan Press, 1999.

91. Theiss T.J., Conklin J. C., Thomas J.F., Armstrong T.R. Comparison of prime movers suitable for usmc expeditionary power sources. Oak Ridge National Laboratory (ORNL) -2000/116

92. Woschni G. "A Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine", SAE Paper 670931, 1967.

93. Colin R. Ferguson Internal Combustion Engines: Applied Thermosciences. Wiley, John & Sons, Incorporated November 01, 2000, 384 p.

94. ПРИМЕР РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ПРИ ПЕРЕМЕННОМ КОЭФФИЦИЕНТЕ ИЗБЫТКА ВОЗДУХАра=100.ООО Та=300.ООО к= 1.400 Alfa= 1.500 Vh= 1.000 е= 16.000 Ql= 2.442

95. Тшах= 2261.711 FiTmax= 15.000 Tsrl= 2052.139 Tsr2= 1542.587 Tsr= 1783.665

96. ООО 4 9 О 65 217 6 687 18 67 87 1 157 122 22 т 736

97. ООО 4 7 118 2169 О 6 8 18 90 166 163 042 22 т 2 9533 • ООО 4 5 266 2161 435 1912 О 1 9 169 114 21 ш 8 5334 „ ООО 4 3 505 2153 8 04 1933 431 17 5 336 21 я 4 12

98. ООО 4 1 832 2 14 6 187 1954 4 О 1 18 1 7 04 2 0 ш 97 0

99. ООО 4 О 242 2138 593 197 4 „ 9 3 О 18 8 215 20 а 52 9

100. ООО 38 731 2131 028 1995 018 194 8 66 2 0 ш 08738 „ ООО 37 2 95 2123 496 2 О 1 4 „ 664 2 О 1 653 1 9 . 64 6

101. ООО 35 931 2116 001 2033 8 68 2 О 8 57 3 19 204

102. О ООО 34 633 2 10 8 542 2052 631 215 622 18 7 634 1 ООО 33 4 0 О 2101 119 2070 952 222 7 98 18 322

103. ООО 32 227 2093 730 2 О 8 8 832 2 ЗО О 9 5 17 8 8 О

104. ООО 31 111 208 6 373 2106 271 237 512 17 4384 4 ООО зо 04 9 2 07 9 043 2123 2 68 2 4 5 043 1 6 9974 5 ООО 29 О 3 8 2 О 7 1 736 2139 823 2 52 686 16 5554 6 ООО 2 8 О 7 4 2064 447 2155 „ 937 2 60 4 37 16 114

105. ООО 27 156 2 057 „ 169 2 17 1 610 2 68 2 92 15 6734 8 ООО 2 6 281 2 04 9 899 218 6 ш 84 1 27 6 2 4 6 15 2314 9 ООО 25 44 6 2042 62 8 2201 630 284 2 98 14 7 90

106. ООО 2 4 650 2035 351 2215 „ 97 9 2 92 441 14 34 8

107. ООО 23 8 8 9 2 02 8 0 60 2229 w 8 8 5 300 67 4 13 907

108. ООО 23 162 2 02 0 750 2243 350 308 991 13 4 65

109. ООО 22 4 67 2 013 4 12 22 56 37 4 317 388 13 024

110. ООО 21 8 03 2006 04 1 22 68 956 325 8 63 12 582

111. ООО 2 1 167 1998 62 9 22 81 097 334 4 11 12 141

112. ООО 20 558 1991 168 22 92 я 7 9 6 343 02 8 11 699

113. ООО 19 975 1983 653 2304 . 054 351 7 11 11 258

114. ООО 19 4 16 197 6 „ 075 2314 87 0 3 60 454 10 т 81659 • ООО 18 8 8 О 1968 42 9 2325 2 4 5 369 255 10 375

115. ООО 18 366 1960 7 07 2335 17 8 37 8 1 О 9 9 933

116. ООО 17 872 1952 902 2344 67 0 387 013 9 4 92

117. ООО 17 397 194 5 0 О 8 2353 720 395 963 9 05063 « ООО 16 94 1 1937 019 2362 32 9 4 0 4 954 8 609

118. ООО 1 6 502 192 8 927 2370 497 4 13 983 8 167

119. ООО 16 080 192 0 727 237 8 223 423 045 7 72 6

120. ООО 15 674 1912 413 238 5 507 432 138 7 284

121. ООО 15 282 1903 » 977 2392 350 4 4 1 258 6 8 4 3

122. ООО 14 904 18 95 414 2398 751 4 5 О 4 ОО 6 401

123. ООО 14 54 О 188 6 718 24 04 711 459 560 5 960

124. ООО 14 18 9 1877 884 24 10 230 4 68 735 5 519

125. ООО 13 8 50 1868 » 905 24 15 3 О 7 477 922 5 077

126. ООО 13 522 1859 77 6 2419 942 4 87 116 4 635

127. ООО 13 205 1850 4 92 2424 136 4 96 315 4 194

128. ООО 12 8 99 184 1 04 6 2 427 8 8 9 5 О 5 513 3 7 5375 ф ООО 12 602 1831 434 2431 200 514 7 О 9 3 3117 6 ООО 12 315 1821 651 2434 07 0 523 8 97 2 870

129. ООО 12 037 1811 691 2436 498 533 О 7 6 2 4287 8 ООО 11 7 67 18 0 1 550 2438 485 542 241 1 9877 9 ООО 1 1 505 17 91 222 2440 ОЗО 551 » 38 9 1 545

130. ООО 11 252 17 8 0 7 02 2 4 4 1 134 5 60 516 1 104

131. ООО 11 0 05 17 69 98 6 244 1 796 569 620 0 66282 « ООО 10 7 66 1759 07 0 24 42 016 57 8 697 0 221

132. ООО 10 7 66 1759 07 0 24 42 016 57 8 697 О ООО

133. ООО 8 8 19 1661 613 2 4 4 2 016 667 320 0 ООО

134. ООО 7 486 1585 639 2442 016 7 50 150 0 ООО

135. ООО 6 553 152 6 447 2442 016 825 0 0 1 о ООО

136. ООО 5 8 8 9 14 8 0 594 2442 016 8 9 О ф 3 67 0 ООО

137. ООО 5 415 144 5 « 516 2442 016 94 5 3 69 0 ООО

138. ООО 5 079 1419 28 6 2442 016 98 9 655 0 ООО

139. ООО 4 847 1400 4 62 2442 016 1023 2 4 6 0 • ООО

140. ООО 4 » 698 1387 997 2442 016 1 О 4 6 375 0 • ООО

141. ООО 4 618 1381 # 185 24 42 016 1059 32 5 0 ф ООО18 0 ООО 4 598 1379 532 2442 016 1062 „ 5 О 0 0 ОООра=100.ООО Та=300.ООО к= 1.400 Alfa= 3.000 Vh= 1.000 е= 16.000 Ql= 1.221

142. Tmax= 1557.364 FiTmax= 10.000 Tsrl= 1338.650 Tsr2= 939.023 Tsr= 1128.094

143. ООО 1 4 8 72 12 62 564 1114 94 3 300 674 6 95352 . ООО 1 4 399 125 6 211 112 1 675 3 О 8 991 6 7 3353 ф ООО 13 94 8 12 4 9 919 1128 187 3 17 388 6 512

144. ООО 13 517 12 4 3 68 3 1134 47 8 325 „ 8 63 6 2 91

145. ООО 13 106 1237 4 97 1140 54 8 334 4 11 6 070

146. ООО 12 713 1231 „ 356 114 6 398 343 „ 028 5 850

147. ООО 12 338 122 5 252 1152 027 351 711 5 62 9

148. ООО 1 1 97 9 1219 182 1157 435 3 60 • 4 54 5 408

149. ООО 1 1 ф 63 6 12 13 13 9 1162 » 622 369 2 55 5 187

150. ООО 11 3 О 7 12 07 119 1167 58 9 378 1 О 9 4 967

151. ООО 10 992 1201 115 1172 335 387 013 4 74 6

152. ООО 1 О « 690 1195 123 117 6 » 8 60 3 95 9 63 4 • 525

153. ООО 1 0 400 1189 138 1181 165 404 954 4 304

154. ООО 10 122 1183 155 1185 2 4 8 4 13 983 4 08 4

155. ООО 9 8 55 117 7 168 1189 111 423 045 3 8 63

156. ООО 9 599 117 1 17 4 1192 9 754 432 138 3 642

157. ООО 9 352 1165 168 1196 ш 17 5 4 4 1 2 58 3 422

158. ООО 9 115 1159 14 6 1199 37 6 4 50 4 00 3 • 2 О 1

159. ООО 8 887 1153 102 12 02 356 4 59 560 2 98070 9 ООО 8 667 1147 032 1205 115 4 68 7 35 2 75971 m ООО 8 4 55 114 0 934 1207 653 477 922 2 „ 538

160. ООО 8 251 1134 8 01 12 09 97 1 4 87 » 116 2 3 18

161. ООО 8 054 112 8 631 12 12 0 68 4 96 315 2 0 97

162. ООО 7 8 64 1122 42 О 12 13 945 505 « 513 1 87 675 „ ООО 7 68 0 1116 „ 164 1215 600 514 709 1 6567 6 ООО 7 5 О 3 1109 ф 858 12 17 035 52 3 8 97 1 4357 7 ООО 7 331 1103 50 0 1218 2 4 9 533 07 6 1 214

163. ООО 7 166 1097 ф 087 12 19 2 42 542 2 41 0 9937 9 ООО 7 ОО 5 1090 613 1220 015 551 38 9 0 773

164. ООО 6 850 1084 077 1220 567 560 516 0 552

165. ООО 6 699 1077 475 1220 8 98 5 69 620 0 331

166. ООО 6 553 1070 803 1221 008 578 697 о 110

167. ООО 6 553 107 0 803 122 1 008 57 8 697 0 ООО

168. ООО 5 3 68 ЮН 478 1221 008 667 320 0 ООО

169. ООО 4 557 965 23 0 1221 008 750 150 0 ООО112 # ООО 3 98 9 92 9 198 1221 008 825 001 о ООО

170. ООО 3 585 901 28 6 1221 008 8 90 3 67 0 ООО132 • ООО 3 297 879 933 1221 008 94 5 369 0 ООО

171. ООО 3 092 8 63 « 966 1221 008 98 9 655 о ООО

172. ООО 2 951 852 507 1221 008 102 3 24 6 0 ООО

173. ООО 2 8 60 8 4 4 . 919 122 1 008 10 4 6 375 0 ООО

174. ООО 2 8 11 8 4 0 w 772 1221 008 1059 32 5 о • ООО

175. ООО 2 799 839 7 66 1221 008 1062 5 ОО 0 ОООра=100.ООО Та=300.ООО к= 1.400 Alfa= 4.500 Vh= 1.000 е= 16.000 Ql= 0.814

176. Tmax= 1334.595 FiTmax= 8.000 Tsrl= 1100.820 Tsr2= 737.835 Tsr= 909.570

177. ООО 23 825 1137 62 6 637 ф 34 0 169 114 7 2 84

178. ООО 22 8 07 112 9 097 64 4 477 17 5 336 • 7 137

179. ООО 2 1 8 4 5 112 0 732 651 4 67 18 1 7 04 6 990

180. ООО 2 0 935 1112 533 658 310 188 2 15 6 8 4 3

181. ООО 2 0 07 4 11 О 4 4 98 665 ОО 6 194 8 66 6 696

182. ООО 1 5 800 1059 614 7 02 090 237 512 5 8 134 4 ООО 1 5 214 1052 651 7 07 756 2 4 5 043 5 6664 5 • ООО 1 4 658 104 5 82 4 7 13 274 2 52 68 6 5 5184 6 • ООО 1 4 131 1039 127 7 18 64 6 2 60 437 5 371

183. ООО 13 631 1032 555 723 87 0 2 68 2 92 5 22 4

184. ООО 13 155 102 6 Ю1 728 94 7 27 6 2 4 6 5 О 7 74 9 ООО 12 „ 7 04 1019 7 61 733 877 2 8 4 2 98 4 930

185. ООО 12 275 1013 52 8 738 660 2 92 441 4 7 83

186. ООО 11 8 66 1007 398 743 295 300 674 4 636

187. ООО 11 47 8 1001 „ 3 64 7 47 784 308 991 4 4 88

188. ООО 11 108 995 42 1 752 12 5 317 « 388 4 341

189. ООО 1 0 7 55 98 9 5 64 756 319 32 5 8 63 4 194

190. ООО 10 419 98 3 7 87 7 60 366 334 4 11 4 О 4 7

191. ООО 10 098 97 8 084 7 64 « 2 65 3 4 3 028 3 900

192. ООО 9 792 972 452 7 68 018 351 711 3 753

193. ООО 9 500 966 884 771 623 3 60 454 3 605

194. ООО 9 221 961 37 6 775 082 3 69 255 3 4 58

195. ООО 8 954 955 922 77 8 393 378 109 3 311

196. ООО 8 698 950 519 781 557 387 013 3 164

197. ООО 8 454 94 5 161 784 57 3 395 9 63 3 017

198. ООО 8 22 0 939 8 4 4 7 87 4 4 3 4 04 954 2 870

199. ООО 7 995 934 5 63 7 90 166 4 13 983 2 722

200. ООО 7 780 929 315 7 92 7 4 1 423 04 5 2 575

201. ООО 7 574 924 095 7 95 169 4 32 138 2 428

202. ООО 7 375 918 898 7 97 4 5 О 4 4 1 258 2 2 8 1

203. ООО 7 185 913 722 7 99 584 4 50 400 2 134

204. ООО 7 002 908 562 801 571 4 59 560 1 9877 0 ООО 6 82 6 903 4 15 803 4 10 4 68 735 1 8397 1 » ООО 6 » 657 898 27 6 805 102 477 922 1 69272 « ООО 6 4 94 893 14 3 806 64 8 4 87 116 1 545

205. ООО 6 337 8 8 8 011 808 О 4 6 4 96 315 1 3987 4 ООО 6 18 6 882 878 8 0 9 2 9 6 505 513 1 2 51

206. ООО 6 040 877 7 4 0 8 10 4 00 514 7 0 9 1 1047 6 ООО 5 899 872 594 8 11 357 523 8 97 0 957

207. ООО 5 7 63 8 67 „ 437 812 166 533 07 6 0 809

208. ООО 5 632 8 62 265 812 82 8 542 2 4 1 0 6627 9 ООО 5 505 857 077 813 343 551 389 0 ф 515

209. ООО 5 383 851 8 68 8 13 711 5 60 516 0 368

210. ООО 5 2 64 84 6 637 8 13 932 569 620 0 221

211. ООО 5 14 9 84 1 38 1 8 14 00 6 57 8 697 0 07 4

212. ООО 5 14 9 841 381 8 14 00 6 57 8 697 0 ООО

213. ООО 4 » 218 7 94 7 66 814 « 00 6 667 32 0 0 ООО

214. ООО 3 581 758 427 814 00 6 7 50 150 0 ООО

215. ООО 3 134 730 115 8 14 00 6 825 « 001 0 ООО

216. ООО 2 817 7 0 8 » 183 8 14 006 8 90 367 0 ООО

217. ООО 2 590 691 405 814 006 945 369 0 ООО

218. ООО 2 429 678 859 814 006 989 655 0 ООО

219. ООО 2 319 669 8 55 814 006 1 О 2 3 2 4 6 0 ООО

220. ООО 2 247 663 8 93 8 14 00 6 1046 375 0 ООО

221. ООО 2 209 66 0 634 8 14 00 6 1059 32 5 0 ООО180 ф ООО 2 199 659 8 4 4 814 „ 00 6 10 62 500 0 т ОООра=100.ООО Та=300.ООО к= 1.400 Alfa= б.ООО Vh= 1.000 е= 16.000 Ql= 0.611

222. Tmax= 1227.401 FiTmax= 6.000 Tsrl= 981.905 Tsr2= 637.241 Tsr= 800.308

223. ООО 19 34 6 992 550 4 8 8 . 60 0 18 1 704 5 2 433 6 ООО 18 ф 52 1 98 4 275 4 93 ф 733 18 8 ф 215 5 132

224. ООО 17 742 97 6 « 182 4 98 . 754 194 8 66 5 022

225. ООО 17 « 0 0 6 968 2 68 503 ф 66 6 201 „ 653 4 ф 911

226. ООО 16 310 960 530 508 4 67 208 573 4 8 01

227. ООО 15 653 952 ф 966 513 158 215 ф 622 4 6914 1 ООО 15 031 94 5 57 0 517 738 222 ф 7 98 4 ф 580

228. ООО 14 ф 4 43 938 ф 34 0 522 208 230 ф 0 95 4 470

229. ООО 13 887 931 2 69 52 6 568 237 „ 512 4 3 604 4 ООО 13 3 60 924 352 530 817 2 4 5 ф 043 4 2 4 9

230. ООО 12 „ 8 61 917 58 5 534 ф 956 252 68 6 4 1394 6 ф ООО 12 388 910 9 62 538 ф 98 4 2 60 437 4 02 9

231. ООО 11 94 0 904 „ 4 7 8 542 „ 902 2 68 2 92 3 9184 8 ООО 11 515 8 98 12 6 54 6 710 27 6 2 4 6 3 8 0 84 9 ООО 11 111 8 91 902 5 5 О 4 0 8 2 8 4 2 98 3 69750 „ ООО 10 72 8 8 85 800 553 995 2 92 » 4 4 1 3 587

232. ООО 1 0 3 63 879 8 15 557 47 1 300 67 4 3 477

233. ООО 10 0 17 873 94 1 560 838 308 m 991 3 3 66

234. ООО 9 68 8 8 68 172 5 64 0 94 3 17 388 3 25654 „ ООО 9 374 8 62 504 567 239 325 8 63 3 „ 14 6

235. ООО 9 07 6 8 5 6 931 57 О 274 334 4 11 3 035

236. ООО 8 7 91 8 51 4 4 9 57 3 199 343 „ 028 2 925

237. ООО 8 52 0 8 4 6 052 57 6 013 351 7 11 2 8 14

238. ООО 8 2 61 84 0 7 35 578 718 3 бО 4 54 2 7 0459 ф ООО 8 014 835 4 94 58 1 311 3 69 2 55 2 594

239. ООО 7 777 8 ЗО 324 583 „ 795 378 109 2 4 83

240. ООО 7 552 82 5 22 1 58 6 168 387 0 13 2 373

241. ООО 7 336 820 18 О 58 8 4 3 О 395 963 2 2 63

242. ООО 7 130 815 197 5 90 „ 582 4 04 954 2 152

243. ООО 6 932 8 10 2 68 592 62 4 4 13 983 2 042

244. ООО 6 743 8 05 388 594 55 6 423 0 4 5 1 931

245. ООО 6 561 8 00 555 596 „ 377 432 138 1 82 1

246. ООО 6 387 7 95 7 64 598 ф 088 4 4 1 258 1 71168 ф ООО 6 22 0 7 91 011 599 „ 68 8 4 50 . 400 1 600

247. ООО 6 0 60 7 8 6 ф 293 601 „ 17 8 459 ф 5 60 1 4 90

248. ООО 5 906 78 1 ф 606 602 И 557 4 68 . 735 1 • 3807 1 ООО 5 758 77 6 . 94 8 603 82 7 4 77 ф 922 1 2 69

249. ООО 5 615 772 ф 314 604 т 98 6 4 87 „ 116 1 159

250. ООО 5 4 7 8 7 67 701 60 6 ш 034 4 96 ф 3 15 1 04 9

251. ООО 5 34 6 7 63 107 606 972 505 513 0 938

252. ООО 5 219 758 52 8 607 8 0 0 514 709 0 • 8287 6 ООО 5 097 753 962 608 ф 517 523 ф 8 97 0 7 17

253. ООО 4 97 9 7 4 9 ф 405 609 125 533 07 6 0 607

254. ООО 4 8 65 744 855 609 62 1 542 ф 241 0 ф 4 977 9 ф ООО 4 7 55 7 4 0 30 9 610 . 007 551 389 0 . 38 680 . ООО 4 64 9 735 7 64 6Ю ф 283 5 60 ф 516 0 ф 27 6

255. ООО 4 54 6 731 ф 2 19 610 ф 4 4 9 569 620 0 166

256. ООО 4 ф 4 47 72 6 . 669 610 ф 504 57 8 697 0 055

257. ООО 4 ф 447 72 6 ф 669 610 . 504 57 8 . 697 0 ООО

258. ООО 3 „ 643 68 6 410 610 ф 504 667 ф 320 0 ООО102 в ООО 3 « 093 655 025 610 504 750 . 150 0 ООО

259. ООО 2 ф 7 07 630 573 610 504 825 ф 001 0 ООО

260. ООО 2 . 4 33 611 631 610 ф 504 8 90 ф 367 0 ООО

261. ООО 2 ф 237 597 ф 14 1 610 504 945 ф 3 69 0 • ООО

262. ООО 2 . 098 58 6 . 305 610 504 98 9 . 655 0 ООО

263. ООО 2 ф 002 57 8 52 9 610 504 1023 2 4 6 0 ООО

264. ООО 1 941 573 380 610 ф 504 1046 375 0 ООО

265. ООО 1 908 57 0 566 610 „ 504 1059 325 0 ООО1 8 О ф ООО 1 900 569 883 610 504 1062 ф 500 0 ф ООО