автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Использование наземными транспортными средствами силовых установок с ДВС и газовой связью

п о ««

Иосгавашй ордена Летша, ордена Октябрьской Ренолгцки и ордена Трудового Красного Знамени государственник технический университет ин. Н. О. Шумана

На правах рукшиеи уда 621. 436

ГАЙГОРОШШ АЛЕША1ЩР ИВАНОВИЧ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШУЗЕУВДЙ! ТРЛЖЮТНЬШ СРЕДСТВАМИ СГШ)ШХ УСТАНОВОК С ДВС И ГАЗОВОЙ СВЯЗЬЮ

05.04. Сй - тепловые двигатели

Лвторс^/эрат

дагсертации на поисками» у юной степени кандидата техь.моеких наук

.¿V 'У •'

гаоота выполнена на кафедре "Комбинированные двигатели внутреннего сгорания" Московского ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени государственного технического университета им. Н. 3. Баумана.

Научный руководителе доктор технических наук,

профессор И. Г. Круглов

Официальные оппоненты:

доктор технических чаук,

про4>- jcop М.Г.Махакько

кандидат технических наук Г.М.Савельев

Ведущее пред! риятие: Научно-исследовательский

институт двигателей (НИИД)

"7 LU-Oft J¿

Зашита состоится îxût___1993 г. ь 14 часов

на заседания специализированного Coi. эта К 053.15.05 "Тепловые ыашшш и теоретические основы теплотехники" МГГУ им. Н. Э. Шум-дна по ¿адресу: 107005, Москва, Лефортовская набережная, д. 1, корпус факультета "Энергомашиностроение",

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. IIЭ. Баумана.

Ваш огаыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреедения, просим направлять по адресу: 107005, Москва, 2-й Хаушская ул., д. б, МГТУ им. ИЗ. Шумана, ученому секретарю Совета К 063. Iii. 05.

Учений секретарь споичзлдоироьаниэго Сое = та каи.шг.эт технических и: ук.

дчц'чп'

,■///■<'■ Ú'üa.u'Í и-й1'ИМ0в

Тпи.ПГТ.1). Яас.¿-SC. Tu р. //JO.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Высокие экономические показатели двигателей внутреннего сгорания (ДЮ) на номинальных режимах работы в эксплуатации, как правило, не могут быть реализованы в связи о невозможностью полного совмещения области экономичной работы двигателя с областью эксплуатационных режимов силовой установки (СУ). Большую часть времени (для городских условий до Q5X от рабочего) двигатель работает на неустановившихся режимах, на которых существенно ухудшаются его экономические и экологические показатели. Стабилизация режимов работы двигателя в составе СУ наземных транспортных средств позволила Ou существенно снизить эксплуатационный расход топлива и уменьшить суммарный выброс токсических веществ в окружающую среду.

Одним из возможных решений приближения условий работы ЛВС к оптимальным может быть использование его в составе су с газовой связью, при которой двигатель служит источником получения не механической энергии, а газа высокого давления, направляемого в расширительную машину, соединенную с движителем транспортного средства Эти установки обладают высокими эксплуатационными качествами, такими как бесступенчатая передача, близкая к идеальной тяговая характеристика, автоматическая приспособляемость к профилю пути и др.. Кроме того, в них может быть реализована идея рекуперации анергии торможения с последуюиим ее использованием при разгоне.

К настоящему времени известно значительное число возможных вариантов исполнения СУ с газовой связью, что существенно затрудняет их общий термодина! ¡ческий анализ, а имеюсаяся на- ' учно-техничеосая литература не дает однозначного ответа на вопрос о степени эффективности термодинамических преобразований в них. Поэтому актуальной задачей являются теоретические и экспериментальные исследована в области таких установок.

Целью работы является разработка на базе программ1«-математического обеспечения ебцзго методологического ¡пдуо/п, позволяющего с ¡'четом основных потерь оценить термодинамическую и эксплуатационную' эффективность использования ДЮ n транспортной силовой уотшпкки с газовой связью.

Методы исследовали:-. Ееогавлеияач в работе цель утирается сочетанием теоретических и чкепериненталышх i •£•?•.доп гч— .торгаш. Пр;; тгп;/.-г:г:8о:-глх «ecwsorasitt

ьапись различны? метозн ¡»я- .г!!,"«а т* телик» .'ггл- *га»у :•. •• •.-.. ;

также специально разработанные расчетные программы, написанные на алгоритмическом языке Turbo С применительно к персональным ЭВМ типа IBM AT. Достоверность результатов,' полученных при теоретических исследованиях, проверялась при исследованиях, возможностей испарительного охлаждения, созданной на базе двигателя 24 8. Б/11.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены наиболее перспективные конструкционные схемы исполнения СУ с газовой связью, а также особенности работы ДВС в их составе; . .... ..

- определено вдияние основных термодинамических параметров работы газовой части на КЦЦ всей установки;

- разреботана методика оценки возможной термодинамической эффективности СУ с ДВС ,и газовой связью;

- разработана методика эксергетического.анализа таких установок и сравнения ух с другими типами установок;

- получены расчетные зависимости, позволяющие с учетоь «теплового баланса ДВС оценить максимально возможные теоретические значения КПД комбинированных силовых установок , в том числе и с газовой связью ;

- разработана конструкция газораспределительного механизма, позволявшего расширительной машине эффект ипю работать при высоких частотах вращения;

- разработано программно-математическое обеспечение позволяющее моделировать работу СУ с ДВС и газовой связью с учетом основных потерь и возможных ездовых циклов движения транспортных средств;

1 - экспериментальным путем получено подтверждение справедли-

. вости расчетных методов. Практическая ценность . Предложены защищенные авторскими свидетельствами силовые установки с двигателем Стирлинга и газовой связью, а такхэ конструкции газораспределительных механизмов для эффективной работы расширительных машин при высоких частотах „вращения. Рг сработанное программно-математическое обеспечение позволяет г.элучать достоверные характеристики СУ с ДВС и газ-, гол связью y :¿ на этапе технического проекта.

Результаты исследований Екедрены в лаборатории ИСА1ГР Ин ститута Проблем Ыапиноьедения РАН, а также в отделе комОиниро -ванных двигателей внутреннего сгорания НИК Энергетического Ma -юпюстрсежы. ¡

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены п отрослевой конференции молодых ученых и специалистов предприятия п. я, А-1877 в 1062 г. , заседаниях кафедры "Комбинированные двигатели внутреннего его -иия" (1991, 1993 гг.), на всесоюзной школе-семинаре "Совремеи -нь&е проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок" (Москва, 1991 г.). на 49-й всесоюзной научно-методической и начно-исследовательской конференции МЛДИ (Москва, 1991 г.).

Публикации. Ш теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 авторских свидетельств СССР.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения с выводами, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на страницах 127 машинописного текста, содержит 67 рисунков, 10 таблиц, трех приложений . Список использованной литературы включает 123 наименования.

Автор выражает глубокую признательность за научное руководство доктору технических наук профессору Круг лову КГ., а также сотрудникам начно-производственной фирмы "Энергодар" за помощь и участие в проведении экспериментальных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении. приводится краткое обоснование актуальности проведенного исследования.

В первой главе рассмотрены основные пути повышенна эксплуатационной экономичности транспортных СУ с ДОС, проведен анализ различных возможных вариантов гч исполнения, а также сформулированы задачи теоретических и экспериментальных исследования диссертационной работы.

Шказано, что совершенствование силовой установки, в составе которой работает ДВС, является основным резервом улучшении экономических и экологических показателей наземных транспортных средств в эксплуатации. Рассмотрены такие направления как утилизация тепловых потерь двигателя 8а счет газотурбинного наддува и использования паросилового циклз при утилизации нкзгсопо-тенциадьней теплоты, подогрев дизельного топлива и прямая рециркуляция части выпускных газов дизеля при ого работе с ка-¡шми нагрурчгми и др.. Отмечено, что эксплуатационный расход топлива мотет Сеть сувдсгзенно уиеньсган за счет оптимизации ре-

о

жимов работы двигателя с учетом типичных режимов нагружения. Подробно рассмотрены различные схемы в транспортных СУ с рекуперативным торможением, реализация которых позволяет снизить расход топлива на 15...25". Сделан вывод о том, что имеются реальные технические возможности существенного улучшения экономических и экологических показателей СУ наземных транспортных средств с ДЮ.

Проведен подробный анализ известных вариантов исполнения СУ с газовой связью (передачей), который позволил выявить их основные щ)имушэства и недостатки перед традиционной СУ с ДО!. К главным недостаткам таких установок следует отнести то, что в них осуществляются лишние по сравнению с традиционной СУ преобразования энергии »13 одного вида в другой, приводящие к повышенным потерям, и, кроме того, они уступают по удельным весо-габаритным показателям СУ с ЛВС и механической передачей. Так, в случа- воздушной передачи ее вес составляет 607. веса дизеля. В тоже время аа счет утилизации теплоты имеется возможность существенно повысить их термодинамическую эффективность. К достоинствам СУ с газовой связью следует отнести бесступенчатую передачу, близкую к идеальной тяговую характеристику, глубок, л утилизацию тепловых потерь двигателя и стабилизацию режимов его работы. Отмечается, что И" зюц^яся научно-техническая литература не дает однозначного ответа на вопрос о степени эффективности термодинамических преобразс аний в таких установках по сравнению с традиционными.

Проведенный анализ подтвердил возможность реализации в СУ с газовой связью основных способов повышения эксплуатационной экономичности транспортных СУ с ДВС.

На основании вып.э изложенного, целью настоящего расчет-но-эксперишнтального исследования является:

- разработка общего методологического подхода, позволяющего оценивать термодинамическую эффективность различных вариантов исполнения СУ с газовой передачей энергии , а также наметить ' пути возможного поеышэния пока?атолеЯ этих установок;

- рагоаботка по оаможностй универсального программного и математического обеспечения , с помощью которого момю расчитывать рабочие процессы различных тепловых схем таких установок с'учетом вовможного егдового цикла дешм ••

ния транспортного средства;

- подробный анализ и расчет показателей конкретной тепловой схемы СУ с газовой связью на базе разработанного программно-математического обеспечения;

- экспериментальная проверка достоверности описания рабо -чих процессов таких установок на примере исследования эффективности применения в компрессоре установки испарительного охлаждения.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с оценкой термодинамической эффективности СУ транспортных средств с газовой связью.

Для анализа термодинамической эффективности выбрана обоО-прнная тепловая схема таких установок (рис.1), в состав которой входят основные элементы, присущие этим установкам: тепловой двигатель, приводимый от него компрессор, ресивер-нагреватель, расширительная машина и ресивер-охладитель. Показано, что КЦД установки ,

где - эффективный КПД теплового двигателя, - коэффициент передачи, равный отношению работы на выходном валу расширительной машины к работе, подведенной к компрессору. При заданной эффективности теплового двигателя КПД установки будет определяться значением >?„. На рис. 2 показаны различные термодинамические циклы работы газовой части передачи, которые могут быть приняты при анализе. Для каждого из этих щитов получены выражения для определения оп ■ Например, для цикла 1- 2"' - 3 - 4'

Кг/

йг -Я

где степень повышения давления при сжатии. степень

подогрева рабочего тела в нагревателе , ^ и - адиабатные КПД расширительной машины и компрессора .кип- показатели адиабаты рабочего тела : политропы сжатия, дт - снижение температуры конца сжатия по сравнении с температурой ».рк адиабатной сяатии. Анализ зависимости коэффициента передачи от чтений входягзк ъ него параметров позволил выявить оенонньк- пуп? достижения нжсиулльной эффективности СУ с газовой связьп . 'то максимальное сгаиюние температуры конца сжатия в коиг.^ссор'-

го тела перед расширительной машиной; использование в ¡сачестЕе рабочего тела газовой части передачи одно- либо двухатомных газов с показателями изознтропы.к» 1.4 ; применение в качестве компрессора и расширительной машины машин объемного вытеснения.

Для анализа варианта исполнения СУ с воздушной передачей был использован эксергетический метод. В качестве теплового двигателя установки взят двухтактный дизе~ь с противоположно движущимися поршнями. В результате анализа установлено, что наибольшие потери зксергии имеют место в компрессоре силовой установки и расширительной машине, которые частично компенсируются увеличением эксергил рабочего тела в ресивере-подогревателе. ГЬлучено выражение для относительного зксергетического КПД ¡¡j"« которое мсжно использовать при сравнении СУ с газовой передачей и какой -либо другой передачей:

Л £т - ЕЕ - Efr

где Ет - эксергил топлива; 2Е - сумма потерь зксергии в зле -ментах СУ с газовой свявыо ; Еог - эксергия отработавших га -аов на выходе из нагревателя; Q^f и <рГр - эффективная механическая энергия двигателя и КПД трансмиссии сравниваемой установки; Е* и Е* - зксергии потоков охлаждающей воды на входе и выхо -де двигателя.

О учетом того, что отводимую от теплового двигателя теплоту можно разделить на высокопотенциальную и низкопотеициаль-ную, получены выражения, позволяющие с учетом соотношения этих теплот (теплового баланса двигателя) определить теоретическое максимально возможное значение КЦД ^"различных установок. Так, для СУ с газовой связью, выражение для определения имеет вид:

где J7» - КОД основного теплового двигателя; tf ц у? - относи -тельные величины отводимых от двигателя низкопотенциальной и высокопотенциальной теплот; и lie - темпе ратуры соответ -стпуту.х отводимых тегш^1; Т. - температура окружающей среди.

В третьей главе рассмотрены особенности рабочих процессов . ДОЗ, райзтакдах в состаие СУ с газовой связью.

В СУ, в которых двигатель непосредственно приводит компрессор силовой установку, подадалй рабочее тело в расииритель-' иую рабочий процесс- ДЮ не претерпит серьезных измене- •

Kt»tS D л «гч»»»глЛ ttt»»^ rmmwnmt «л »

т;. j>J ^o/jen v wi ^аппчеппип A WJU рск/ид а cm i vnvcxx *»Ht;LMIA ^

О

самодействуюяих клапанов компрессора (не более 1500 мин ) частота врагрния двигателя должна выбираться с учетом зтого обстоятельства. Т.е. двигатель, возможно, нужно дефорсировзть по часюте вращения или поставить между ним и компрессором специальный редуктор. Кроме того, поскольку выпускные газы двигателя использупгся для подогрева рабочего тела перед расширительной машиной, несколько возрастет противодавление на выпуске, однако дополнительные потери, связанные с этим, не превысят 1... 2Х от теплоты, подведенной с топливом в двигатель. !

В СУ с газовой связью двигатель кинематически не связан с движителем транспортного средства и, кроме того, в составе .установки имеется значительный запас энергии в виде энергии сжатого газа в ресивере-нагревателе. Поэтому требования по приемистости двигателя могут бить значительно снижены. Это позво- . лит уменьшить установленную мощность двигателя на 15... 302, а также форсировать его наддувом в большей степени,-чем это возможно в.обычных СУ транспортных средств.

Рабочее тело для газовой части установки может вырабатываться непосредственно в цилиндре ДВС, рабочие процессы которого в этом случав претерпят значительные изменения. В случае использования схемы А. Н. Шелеста необходимо высокое • давление наддува (Р* > 0. бМПа). При этом работа двигателя в режиме механического гврврп.тор« гой^лла с большим коэффициентом избытка воздуха (£2.8 ), что приводит к малоэффективному использованию рабочего объема двигателя. Значительное возрастание противодавления и зависимость его от нагрузки расширительной машины ухудшает индикаторные показатели двигателя. ■ Оценка эффективности работы такого двигателя по сравнению с комбинированным двигателем показывает, что только в области больших давлений наддува (Рк > О.9ЫПА) и высоких адиабатных КПД компрессора и расширительной машины (свыше 0.85) комбинированный двигатель имеет более худшие показатели.

Рабочее тело для газовой части установки можно получать в цилиндре четырехтактного двигателя, если на такте сжатия осуществлять перепуск части рабочего тела з ресивер. Дли ташй схемы работы получены выражения для определения индикаторных показателей двигателя, анализ которых показал необходимость значительного увеличения рабочего объема двигателя по сравнению с обычным двигателем.

Кроме того, проведен анализ возможности использования пво

бодншюршневых двигателей в СУ с газовой связью. В связи с тем, что в таких двигателях высокая термодинамическая эффективность работы возможна в узком диапазоне изменения нагрузок, сделан вывод о том, что их использование на транспортных СУ вряд ли целесообразно.

В четвертой главе г.роведен анализ рабочих процессов расширительных машин, которые могут применят ся в СУ' с газовой связью.

Рассмотрены принципиальные различия в рабочих характеристиках динамических и вьлеснительных (объемньи) расширительных машин. Динамические машины имеют благоприятную для транспортного средства характеристику изменения кривой крутящего момента, непрерывно уменьшающегося при уменьшении частоты вращения. Одноко при уменьшении частоты вращения до нуля (что соответствует вамедлению скорости движения транспортного средства и его остановке) в идеальной динамической машине массовый расход не изменяется, а в идеальной объемной - уменьшается до нуля. Эта особенность динамической машины обусловливает повышенный расход рабочего тела в ней при эксплуатации. Для мощностей, реализуемых в СУ наземных транспортных средств, изоэнтро,пный КПД динамической машины оказывается меньше КПД объемной расширительной машины. Поэтому использование объемных расширительных машин в СУ с ДВС и газовой связью более целесообразно.

Проведен подробный анализ особенностей рабочих процессов обьемных расширительных машин. Полученные аналитические зависимости учитывают различные особенности протекания рабочих процессов и позволяют оценить их термодинамическое совершенство, а такие зависимость индикаторных показателей от параметров цикла работа Показано, что индикаторный КЦЦ зависит только от геометрии индикаторной диаграммы и вида рабочего тела и не зависит от давления и температуры поступающего рабочего тела . Зависимость изменения среднего индикаторного давления от степени наполнения рабочего объема подтверждает тот фгтг. что объемная расширительная машина может быть многократно форсирована увели-чокнем наполнения ;

Furo проведено сравнение двух основных способов регулирования производительности объемных расширительных машин; дросселированием рабочего редана впуско и изменением наполнения рабочего объема (стсеччо.Ч)., При регулировании дросселированием шгикиторшй КПД и области шлих нагрузок (меньших 40% от мак-

е~

симальных) существенно меньше аналогичного показателя при регулировании отсечкой. В области элыпих нагрузок, когда потери работоспособности рабочего тела при недорасширении (в случае регулирования отсечкой) увеличиваются, более выгодно регулирование дросселированием. Поскольку при эксплуатации силовш установки транспортных средств большую часть времени работам на частичных режимах, сделан вывод о том, что регулирование производительности отсечкой более целесообразно.

Анализ особенностей работы газораспределительных механизмов объемных расширительных машин позволил выявить ряд присущих им существенных недостатков: наличие жесткой связи между фазами газораспределения приводит к тому, что при уменьшении наполнения возрастает работа оставшегося посла выпуска рабочего -ела; при малых отсечках средняя скорость движения золотника незначительна, что приводит к большим потерям на дросселирование; поочередный впуск и выпуск рабочего тела через один и тот же канал приводит к неоправданно большим тепловым потерны. С учетом этих Недостатков спроектирован механизм газораспределения, в котором регулирование производительности осуществляется изменением фазы движения двух возвратно-поступательно движущихся золотников flpji относительно друга При этом впуск и выпуск рабочего тела осуществляется через раздельные окна, a i^isu впуска и выпуска независимы.

В пятой главе представлена методика моделирования рабочих процессов СУ с ДВС и газовой связью.

В основу этой методики был положен ряд принципов, в частности: максимальное структурирование программы; типовое описание термодинамических процессов в полостях; разработка типовых модулей и типовой структуры управляющей программы; использование логических таблиц для задания типов полостей, процессов в , полостях и взаимосвязей полостей по истечению и ряд других. Это позволило разработать в значительной степени универсальную програмыу, позволяющую моделировать работу разнообразных по исполнению СУ с ДВС и газовой свявг.ю при минимальных вносимых Изменениях. В рамка* этой программы силовая устаношв представляется в виде совокупности полостей и сред, обменивающихся тжду собой массой и энергией, причем параметры сред постоянны?, а параметры полостей - непрерывно меняющиеся. Процессы в каздой из полостей списываются следующей системой обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, кото-

• 1 о

рыв интегрируются методом Рунге-Кутта:

д. ^

с/и . <Юу + <Щг _ Л. + <¿74 _ _ +

^ ' ' <Ц СИ сИ си сИ £*■£

с^&п с№а _ ¿Оп + .

" сИ сИ сИ еИ '

й&<-с1б8п ые^Г) о, ¿Вш» х 7., с/б}}!»- ч, -

" ен + 1 ¡а. аь (2)

_Ь> 7* + с/Ь *

^ = - 0-г<) Ф + «'Ч» *

■ (з)

йЙТ - - (изменение энергии сгорания); (4)

с/(г х 1 '

- (изменение энергии теплопередачи); (5)

с/I-

¿к- - (изменение работы); (6)

- А 1 - (изменение поступления массы); (7)

а Ь

-}&('■•) - (изменение поступления энергии); (8)

- (изменение удаления массы); (9)

иГ

423-Ш -¡к(...) - (изменение удаления энергии); (10)

а/г '

~ (изменение удаления массы через кольца);(11)

Лг } '

- (изменение удаления энергии через кол. );(12)

- (изменение массы обризутагося пара); (13)

ыI- '

-Л*4ч (■..) (изменение теплоты ¡:ягрг?я аидкпгги) ; (14)

сУ (

I / ) - I <•; пенно энтальпии сбрна-ся n-.ua); (10) с11 " 7

д^2 •■) " (изменен»'} работы сжатия паров лид-ти); (16) ~(Ць ~ (■ • •) - (изменение скорости движения поршня); (1?)

- ■■) - (изменение перемещения поршня), (13)

где ъ< - коэффициент остаточных газов; и - теоретическое коли -чество воздуха для сгорания 1 кг топлиез; ^т - цикловая подача топлива В уравнениях с (1) по (3) слагаемые с индексом "1" относятся к нормальному протекание процессов, а с индексом "2" -учитывают забросы в направления, противоположные истечению.

Уравнение (IV описывает закон сохранения энергии для разомкнутой системы, уравнение (2) - изменение в цилиндре массы чистого воздуха, а уравнение (3) - массы "чистых" продуктов сгорания. Уравнения с (4) по (18) не приводятся полностью вследствие их простоты и стремления не загромождать описание последующей расшифровкой входящих в них символов. Можно отметить только, что уравнение (4) аналогично уравнению Вибе, уравнение (5) Вошни, а уравнение (13) - Максвелла.

После каэдого шага интегрирования в каждой полости определяется значение удельной внутренней энергии, затем с игпользо-вэд ем термодинамически» таблиц процедурой линейной интерполяции температура рабочего тела и по характеристическому уравнению давление. Для учета особенностей ?1ссплуатации СУ в исходных данных используются среднестатистические ездовые циклы движения транспортного средства

Используя разработанную программ моделирования проведен расчет прототипа силовой установки городского пассажирского автобуса типа ЛИАЗ, в которой в качестве теплового двигателя взят двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями. Режим разгона автобуса осуществляется частично за счет энергии, аккумулированной при торможении. Па рис. 3 приведены основные результаты расчета, из которых следует, что двигатель работает в узком диапазоне нагрузочной характеристики и расчетное изменение цикловой подачи топлива за весь ездовой цикл движения не превысило £5У.. Таким образом, получен важный еывод о тон, работа ЛВС в составе СУ с газовой связью моаит быть значительно стабилизирована. Расчетное значение КПД установки на установившемся режима работы составило 0.294.

В шестой главе привечены результаты экспериментальных и.с-

V- ■

лодований испарительного охлаждения, используемого в компрессоре СУ с газовой связью.

Проведенный во 2-й главе анализ термодинамической эффективности таких СУ показал, что снижение температуры конца сжатия в компрессоре установки является одним из наиболее эффективных путей достижения высоких экономических показателей. В скоп очередь, одним из наиболее эффективных спосодов приближения процесса сжатия к изотермическому является использование испарительного охлаждения. осуществляемого впрыском жидкости либо в полость сжатия, либо во впускной коллектор компрессора.

В экспериментальной части исследовались возможности испа рительпого охлаждения при использовании в качестве теплоотвгця изй жидкости воды и этилового спирта.

Для обработки экспериментальных данных разработана программа полиномиальной регрессии по методу наименьших квадратов, структурная схема которой и описание приведены в диссертации..

В результате были получены диаграммы снижения температуры конца сжатия гТ по сравнению с изоэнтропным процессом при разных степенях повышения давления X*. и частотах вращения п при использовании воды и этилового спирта и соответствующие им полиномиальные зависимости. Наибольшую пратическую ценность имеют диаграммы изменения относительного снижения температуры конца снятия дТ ппн использовании этилового спирта по сравнению с водой, которыз показывают, что в области низких значений нецелесообразно использование *юды , а в области высоких - этилового спирта .

вывода

1. Сило установки с ДВС и газовой связью наиболее целесообразно ипяодьговать в транспортных средствах, эксплуатируемых л городских условиях. При атом наиболее перспективной следует считать схему установки с замгаутой воздушной передачей и рэсивчрами высокого и низкого давлений таких объемов, к'лоры-? Си обеспечивали возможность хотя бы частичной ре купе-рч'ши снятии торможения с последукшм ее использованием при рл.тоне тпегпртного средства.

С. п сихгчлй устанос»» с двигателем внутреннего сгорания и гййопси "!.л?!.р ¡гут Сыть реализо&'ыы нее основные способ: п. 1№п>и: гчег.ду-ггааюнной тошшвкоЛ мг.опомтшсстя традицио»;

Г«.

пых силовых установок наземных -урзнспорных средств.

3. Наличие в газовой части установки ресивера высокого давления позволяет значительно уменьшить время работы ДЕС на неустановившихся режимах. При этом результаты расчетных исследований показали, что изменение щаиовой тюдачи топлива к городском ездовом цикле может не превышать 25... 35%. Это позволит? сн^э^ть вбросы отравляющих веществ в окружающую среду в 2.5.,. б раза .

4- $о^нальрзд мощность двигателя внутреннего сгорания а силовой установке о разовой связью может быгь уменьшена на 20-302 по сравнению о прототипом вследствие наличия в составе установки периодически восполняемого запаса энергии в виде энергии сжатого газа

5. Требования, предъявляемые к двигателю по приемистости при его работе в составе такой установки, могут быть значительно снижены, что позволит форсировать его турбонаддувом в большей степени, чем в обычной силовой установке.

6. Для повышения термодинамических показатьлай СУ с газовой связью целесообразно максимально снижать температуру воздуха в конце сжатия в компрессоре установки с последующим его подогревом перед расширительной машиной на 120-140К.

7. Степень повышения давления в компгосеоре силовой установки целесообразно выбирать не менее 7-8,

8. В качестве рабочего тела газовой части необходимо использовать одно- либо двухатомные гаеы с показателем изоэнропы к > 1. 4.

9. В контуре гагор.ой части установки в качестве компрессорной и расширительной маглин целесообразно использовать машины обменного типа

10. При испольэогдвии испарительного охлаждения в кош-рессоре установки в качестве теплсотво.цящей яркости вместо води необходимо илпользоо-иь мад:ости с низкой температурой испарения, в четности, этиловьй спирт, позволявший при высоких частота:', ьт^шы лодуччгь Сол*.»> низкую температуру конца

п.чптня.

О.г.чггич:' по,-'¿л-'нид диссертации опубликованы в работах: • 1. Ыцрях двг кнтлзлектуальных АРМ в мюинострсеиии/ В. Д.

Л. Г. ГЬвллочко, А. й. Гайкоронский и др . // Препр. Лони«гр-ядоксг<.- филиала и;ютртута машиноведения АН СССР. - 1991. ■ N55. • С. 1-44. - рус. • ■

l'utfEopoiicKjui А.!'.., Савинков А. M. Эксергетический анализ мил яги установки с воздуиноЛ передачей // Двигатели внутреннего сгорания: Республиканский межведомственный научно-технически;1. сборник, -1993. -Вып. N53. - С. 17-21.

3. ГайЕоронский А. И. Предельная эффективность комбинированных силовых установок. МГТУ. - Иосквз, 1993. - 7 с. Библиогр.: 3 низ в. - Рус. ( Деп. В ВИШИ 27.01.93. N175-B93.)

4. Гайвчронский А. И. Использование объемных расширительных !,;;,эин ь комбинированных силовых установках// Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок : Тезисы докладов Всесоюзной икллц-семенара. - Москва. 1991. - С. 52.

5. ГайЕоронскнй А. И., Савенков Л. Ы. Комбинированная силовая установка с воздушной передачей для городского автобуса// Науч-ио.методичеогсая и научно-исследовательская конференция МАДИ: Тезисы докладов 49-й Всесопзной конференции. - Москва, 1991. - С. 32-31.

6. А. с. 1113582 СССР, МКИ F 02 G 1/00. Силовая установка / Л. И. Гайворонский, П Г. Пронин / СССР /. - N3527667 / 25-06. Опубл. 15.09.84. Вол, N34 // Открытия, изобретения... - 1988.- -N¿4. - С. 4

7. А. с. 1638345 стер, МКИ F 02 G 1/00. Силовая установка / А. И. Гайворонт.нй, А. М. Савенков / СССР /. - N4662564/06. Опубл. 00. Об. 89. Era. N7 // Открытия, изобретения... - 1989. - N7. -

С. 213

8. А. с. 1540475 СССР, ЫКИ F 01 В 23/02. Поршневая расширительная мазшнл' А. И. Гайворонский, Ю. Г. Пронин, А. М. Савенков и др. СССР /. - N4426056/25-29. Опубл. 07.03.90. Пол. N9 //Открытия, изобретения... 1990. - Н9. - С. 47

9. А. с. 1245S17 ссор. МКИ F 25 В 9/00. Привод золотников перановой расширительной машины / Л. И. Гайворонский, Ю. Г. Пронин, А. М. Оэьеншв / СССР /. - N3639610/23-06. Опубл. 23.06.84. Бш. N27 // Открытия, изобретения... 1934. -N27. - С. 63

10. А. с. 162QG70 СССР, МКИ F 01 В 9/02,23/02. Поршневая ра^шнрипльная мзеина / А. И; Гайворонский. Л. Я Савенков / СССР '/. - t;<i&CS565/29. Опубл. 23. G2. 91, Гкл. N7 // Открытия, изобре-Тел!..]... - 1991. ИГ. - С. 145

Рис.1 Обобщенная тепловая схема силовых установок с газовой связью.

Т

йот? /

1.ГМ

Рис. 2 Расчетные термсд:а-:а:.'лческае циклы работы га-зозо:1 части передача.

' H,25

7,5 3.7S 0

tflPM

0,95 OJS

0,75

Pi,ma

1,0 O.i 0,6

Q4

1 / ATrc

i ' ,/Ис 1 \\

i, it Ii J NT" ! ! y tS\ i

Ii „- ! i 1 i

i

¡! 4 1 4 i flPM f 1 L.

V t?ÍPM I

: /; Ato i i

i

f i i i i

b/t, кВт Guc.ki

HO iZS 30 f О

di аз «2 Ql О

Ьс

fíO ,

m

-й 3

Q2

m 266 339 S3 2 ¿Ve, M a*

i t i и i ~ 1 ......

; i i \ 1 Í l¡

i ¡< j- if» ! Г -i-1

: 1 ' 1 i !

Л so

■ \hS

¡40 35

ZW S-2S

¿'i0

¿55 no MI, кВт

?nc.-i йзг.'еиьнле pawí:¡w ггхаг.тегсоз: а - caaos..:! усто

:;оз:-::;, .1 - двигателя

J