автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Комплексный метод повышения энергоэффективности газовых двигателей с высокой степенью сжатия и укороченными тактами впуска и выпуска

ЛУКШО Владислав Анатольевич

КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ И УКОРОЧЕННЫМИ ТАКТАМИ ВПУСКА И ВЫПУСКА

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

- 7 СКТ 2015

Москва - 2015

005562944

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт» (ФГУП «НАМИ»).

Научный консультант доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Кутенёв Вадим Фёдорович (ФГУП «НАМИ»).

Официальные оппоненты:

Иващенко Николай Антонович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана», заведующий кафедрой «Тепловые двигатели»;

Драгомиров Сергей Григорьевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», профессор кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки»;

Хряшёв Юрий Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный технический университет», профессор кафедры «Двигатели внутреннего сгорания».

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет» (МАМИ).

Защита состоится «23» декабря 2015 г. в 14.00

на заседании диссертационного совета Д217.014.01 при ФГУП «НАМИ», 125438, г. Москва, ул. Автомоторная, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГУП

«НАМИ»

http://nami.ru/directions/scientific-activitv/dissertation-council

Автореферат разослан « /О » сентября 2015

г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

e-mail: rinat.kurmaevi®nami.ru

Курмаев Ринат Ханяфиевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Природный газ наиболее весомая альтернатива жидким моторным топливам нефтяного происхождения. В Российской Федерации парк автомобилей, работающих на компримированном (сжатом) природном газе (КПГ) составляет около 100 тыс. автомобилей. В ближайшей перспективе, он должен существенно вырасти, главным образом за счёт увеличения доли автобусов и коммунальной техники, работающей на природном газе. Именно на этом виде автотранспортной техники использование газового топлива будет наиболее эффективно.

В последние годы автопроизводители, в том числе и отечественные, начали производство автомобилей и автобусов с газовыми двигателями, созданных на базе дизельных двигателей. Однако непреложным остаётся факт, что АТС с газовыми двигателями имеют худшие показатели по эксплуатационному расходу топлива по сравнению с аналогичными по рабочему объёму дизельными двигателями.

Учитывая, что вопросы экономической целесообразности при переходе на альтернативные виды топлива имеют первостепенное значение, достижение высокой топливной экономичности газовых двигателей является непреложным условием успеха в деле расширения применения газовых топлив. Определение оптимальных законов управления рабочим процессом через конструктивные и регулировочные параметры двигателя при конвертации его в газовый с целью достижения наилучшей топливной экономичности и является одной из основных проблем сегодняшнего двигателестроения.

Вышеизложенное показывает, что выбранная тема исследования —

«Комплексный метод повышения энергоэффективности газовых двигателей с высокой степенью сжатия и укороченными тактами впуска и выпуска» является актуальной.

Степень проработанности проблемы. Особенности рабочего процесса газовых двигателей достаточно давно изучаются, но кардинальных решений по улучшению топливной экономичности газовых двигателей практически нет. По крайне мере, реализованных на практике. Проблемы, связанные с повышением топливной экономичности у газовых двигателей, конвертированных из дизельных двигателей фактически те же, что и у бензиновых двигателей. Но при этом надо иметь в виду, что методы улучшения показателей бензиновых двигателей касаются моторов другого класса, как с точки зрения категорий транспортных средств для которых они предназначены, так и особенностей конструкции (рабочий объём, максимальная частота вращения и пр.). Характер

и диапазон рабочих режимов у бензиновых двигателей, например, для АТС

-»

.5

категории Ml значительно отличается от характера распределения нагрузок газовых двигателей для АТС категорий МЗ и N3. Требования к ресурсу газовых двигателей для АТС этих категорий могут отличаться от бензиновых в 2-3 раза. В связи с этим направления выбора технических решений по улучшению показателей газовых и бензиновых двигателей существенно отличаются.

Исследованиям рабочих процессов двигателей на газовых и других альтернативных топливах посвящены работы отечественных учёных Васильева Ю.Н., Гайворонского А.И., Генкина К.И., Голубкова Л.Н., Гольдблата И.И., Грехова Л.В., Девянина С.Н. Звонова В.А., Золоторевского JI.C., Ерохова В.И., Кавтарадзе Р.З, Карницкого В.В., Коклина И.М., Корнилова Г.С., Кутенёва В.Ф., Лиханова В.А., Луканина В.Н., Лупачева П.Д., Морозова К.А., Панова Ю.В., Певнева Н.Г., Савельева Г.С., Самоль Г.И., Свиридова Ю.Б, Хачияна

A.C., Шатрова Е.В., Шишкова В.А., Шишлова И.Г., Филипосянца Т.Р., Фомина

B.Н. и др. Созданию математических моделей и расчётным исследованиям термодинамических циклов посвящены работы Дьяченко В.Г., Иващенко H.A., Ивина В.И., Козлова A.B., Кулешова A.C., Матюхина Л.М., Стечкина Б.С. и др. Вопросы влияния АТС на экологию отражены в трудах Варшавского И.Л., Звонова В.А., Жегалина О.И., Каменева В.Ф, Козлова A.B., Корнилова Г.С., Кутенева В.Ф., Эфроса В.В. и др.

За рубежом исследованиям газовых двигателей посвящены работы А1-Sarkhi A, Chen J, Kamel M., Karim G.A., Kim S. S., Lyford-Pike, Mikaisen Y.D., Miller R.H., Raine R. R., Ribeiro O., Shimoda H., Tsunoda A., Varde K. S., Wang R., Wang Y.D., Witt A., Zhang G., Zhao Y,

Проведенный аналитический обзор литературных данных по направлениям работ, связанных с совершенствованием показателей газовых двигателей, позволил констатировать, что основная проблема при конвертации дизельных двигателей в газовые заключается в их высокой теплонапряжённости. И решается эта проблема главным образом за счёт дефорсировки двигателя по мощности и крутящему моменту. Поиск путей достижения высоких мощностных показателей в сочетании с высокой топливной экономичностью представляет собой одну из задач настоящего исследования.

Целью диссертации является разработка научно и экспериментально обоснованных методов повышения энергоэффективности газовых двигателей, методологии формирования требований к газовому двигателю и его системам, реализуемым в конструкции при проектировании с целью обеспечения наилучшей топливной экономичности при высоких мощностных показателях.

Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать отечественный и мировой опыт в области создания высокоэкономичных газовых двигателей, их систем питания и алгоритмов управления рабочими процессами для определения их дальнейшего развития.

2. Теоретически обосновать оптимальные пути конвертации дизельных двигателей в газовые, в зависимости от их назначения.

3. Разработать комплекс математических моделей рабочих процессов двигателя с различными термодинамическими циклами при использовании газовых топлив.

4. Разработать основные принципы оптимизации систем газораспределения, питания, воздухоснабжения и управления газовыми двигателями нового поколения.

5. Экспериментально исследовать различные способы конвертации дизельных двигателей в газовые двигатели и выявить наиболее эффективные методы повышения энергоэффективности газовых двигателей.

6. Оценить эколого-экономическую эффективность перехода автотранспорта на газовые виды топлива в их полном жизненном цикле (ПЖЦ).

Предметом исследования являются газовые двигатели и комплексная оценка эффективных методов создания газовых двигателей и его компонентов с целью достижения наилучших энергетических, экономических и экологических показателей на стадии проектирования и создания нового поколения газовых двигателей.

Методы исследования базируются на основных положениях теории двигателей, термодинамики, теории планирования эксперимента с использованием экспериментальных факторных моделей, теории корреляционного и регрессионного методов анализа. Экспериментальные исследования двигателей проводились в моторных боксах, в стендовых и лабораторно-дорожных условиях на натурных образцах двигателей, на грузовых автомобилях и автобусах с использованием современных средств измерения и обработки результатов эксперимента по международным требованиям Правил ООН.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

разработаны научные основы выбора оптимального термодинамического цикла для газового двигателя и методов оптимизации его рабочих процессов;

- разработаны основные принципы управления газовыми двигателями с высокой степенью наддува и методы оптимизации конструктивных и регулировочных параметров систем двигателя;

- теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность существенного повышения энергетических и экономических показателей

газового двигателя за счёт организации рабочего процесса с укороченными тактами впуска и выпуска без изменения геометрической степени сжатия;

- разработана классификация газовых двигателей и способов их управления с целью оптимизации выбора конструкторских решений;

- получены результаты комплексных исследований влияния различных конструктивных и регулировочных факторов на показатели газовых двигателей;

экспериментально подтверждено повышение энергетических и экономических показателей газового двигателя за счет организации рабочего процесса с укороченными тактами впуска и выпуска и высоким наддувом без изменения геометрической степени сжатия;

осуществлена оценка эколого-экономической эффективности применения газовых топлив в полном жизненном цикле автотранспорта.

Достоверность результатов исследований достигается разработкой математических моделей на основе фундаментальных законов и уравнений термодинамики, теплотехники, механики, теории двигателей внутреннего сгорания, физической обоснованностью принятых допущений и подтверждается согласованием результатов расчета с экспериментальными данными. Достоверность результатов эксперимента обуславливается использованием поверенных и аттестованных комплексов и измерительных приборов, и оборудования, используемых, в том числе, при сертификации продукции по международным Правилам ООН.

Практическая значимость работы состоит:

- в разработке расчётных моделей для исследования двигателей с укороченным тактом впуска и выпуска, и выбора его компонентов;

- в разработке технических требований к конструкции современных газовых двигателей и его систем;

-в разработке и создании конструкции нового поколения газового двигателя, конвертируемого из дизеля с высокими экономическими и мощностными показателями;

в разработанных рекомендациях по выбору параметров фаз газораспределения, систем турбонаддува, систем впрыскивания топлива, катализаторов для очистки отработавших газов в системах выпуска газовых двигателей различного назначения;

Реализация результатов работы. Расчётные и конструкторские решения реализованы при постановке на производство газобаллонной аппаратуры на ОАО «Новогрудский завод газовой аппаратуры» (Республика Беларусь), ОАО «Газавтоматика» (г. Калининград), НПО «Завод им. Фрунзе» (г. Пенза).

Теоретические и практические рекомендации автора были использованы при создании газовых двигателей на ОАО «КАМАЗ» и ОАО «Автодизель», при разработке и постановке на производство газобаллонных автобусов «ЛиАЗ» (ООО «Русские Автобусы -Группа ГАЗ»).

Разработаны конструкции и изготовлена опытная партия автомобилей «Урал» и автобусов «ЛиАЗ» с высокоэкономичными газовыми двигателями, использующих в качестве топлива природный газ.

Основные положения работы использованы при создании парка газобаллонных автомобилей на автотранспортных предприятиях Краснодарского и Ставропольского краёв, Новгородской области, предприятиях ООО «ГАЗПРОМ».

Положения теоретических и практических результатов диссертационной работы были использованы при разработке ряда ОСТ, ГОСТ и разделов в ТР ТС 018-2011.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод расчёта параметров рабочего процесса в виде математических моделей термодинамических циклов со смешенным подводом и отводом теплоты с различными способами управления длительностью тактов впуска и расширения.

2. Метод расчётной оптимизации фаз газораспределения с укороченным тактом впуска с целью достижения наилучшей топливной экономичности и максимального среднего давления цикла при условии бездетонационной работы двигателя.

3. Методы оптимизации систем питания и воздухоснабжения высокофорсированного газового двигателя с укороченными тактами впуска и выпуска.

4. Методы повышения топливной экономичности высокофорсированного газового двигателя на основе согласования работы систем управления топливоподачей, зажиганием и воздухоснабжением.

5. Метод конвертации дизельного двигателя в газовый двигатель с целью достижения максимальных мощностных показателей и наилучшей топливной экономичности без изменения геометрической степени сжатия.

6. Результаты экспериментальных исследований опытных образцов нового газового двигателя с высокими мощностными и экономическими показателями.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований неоднократно докладывались на: VII Международной научно-практической конференции «Сжатый и сжиженный газ - 2004» Мальта; Конференциях GasSUF 2004,2006, 2007 гг., Москва; Конференции «Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов», 2005г.

Москва; 61, 63, 64, 65, 66-ой научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), 2003-2008гг, Москва; Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов» 2006 г, Москва; IV Международном автомобильном научный форуме, 2006г., Москва; IV Международной конференции «Газ в моторах - 2011», 2011г.,Москва; VIII Международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве», 2014, г. Протвино, М.О.; 12-ом Международном автомобильном научном форуме «Экологическая безопасность и энергоэффективность автотранспортных средств» 2014 г. Москва; Третьей международной конференции "КПГ-2014", CREON, 2014г. Москва; 2-ом Международном форуме конференций Адама Смита «Автотранспорт на газомоторном топливе» 2014 г., Москва; Российском автомобильном форуме конференций Адама Смита, 2015г., Москва; 39, 82 и 90 Международных научно-технических конференциях ААИ.. 2002, 2013 и 2014 гг Москва, Дмитров М.О., Иркутск.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 2 монографиях, в 51 печатных работах, в том числе в 29 работах в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций, в 2-х работах в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus, и 10 авторских свидетельств и патентов.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения с общими выводами, списка литературы из 166 наименований. Диссертация содержит 365 стр. машинописного текста, 44 таблицы, 162 рисунка.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы научная проблема и цель диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ отечественного и мирового опыта по исследованию, разработкам, производству газовых двигателей и путям повышения их эффективности.

Рассмотрены результаты работ, проведенных в ФГУП «НАМИ», ВНИИГАЗе, МАДИ, ОАО «КАМАЗ», ОАО «Автодизель», ОАО «Барнаултрансмаш», по исследованию различных вариантов конструктивного исполнения газовых двигателей, их систем питания и зажигания при конвертации дизелей.

Приведены результаты работ по исследованию и созданию газовых двигателей ведущими зарубежными исследовательскими, автомобильными и моторостроительными компаниями AVL; Caterpillar; Cummins; GE Jenbacher; FEV; Iveco; MAN; Mercedes; Mitsubishi, Renault, Skania; Tedom, Volvo; Waukesha, Wesport.

Газовые двигатели для АТС общей массой свыше 3,5 тонн создаются на базе дизельных двигателей. При конвертации дизельного двигателя в газовый возможны несколько вариантов изменения конструкции двигателя, приведенных на рисунке 1.

Наиболее распространённым, а на сегодняшний день практически единственным решением является способ изменения степени сжатия путём замены поршневой группы. При этом геометрическая степень сжатия принимается в диапазоне 10,5 - 13,0 единиц. Созданные таким способом газовые двигатели при установке на автотранспортные средстве имеют худшие (до 30%) показатели по эксплуатационным раходам газового топлива (в объёмных единицах) по сравнению с дизельным аналогом.

Представлет интерес такой способ улучшения топливной экономичности, как применение цикла Миллера, реализуемый в бензиновых двигателях и в стационарных газовых двигателях. В диссертации проанализированы различные концепции по реализации укороченного такта впуска.

Рисунок 1 - Способы конвертации дизельного двигателя в газовый с искровым

зажиганием

Высказано предположение о том, что для целей конвертации дизелей в газовые может быть использована идея укороченного такта впуска, как средства снижения эффективной степени сжатия без изменения геометрической.

Проведённый аналитический обзор результатов исследований газовых двигателей и путей повышения их эффективности позволил выявить малоизученные вопросы и определить задачи настоящего исследования -решение проблемы выбора способа конвертации дизельного двигателя в газовый, разработка методов оптимизации рабочих процессов, конструктивных и регулировочных параметров систем двигателя.

Во второй главе представлены результаты расчётных исследований рабочих процессов газовых двигателей, конвертированных из дизелей различными способами.

В классической теории двигателей при определении термического КПД (?д) идеализированного цикла учитывается только теплота, подводимая и отводимая в изохорных и изобарных процессах, а процессы сжатия и расширения принимаются как адиабатные, т.е. без теплообмена. В ходе предварительны расчётных исследований, выполненных в настоящей работе, выявлено, что определить различия в показателях термодинамического цикла при различных способах организации цикла с продолженным расширением по классическим зависимостям не представляется возможным.

В связи с этим, разработана феноменологическая модель термодинамических циклов для последующего анализа и принятия решения о способах конвертации дизельного двигателя в газовый двигатель.

Рассматривался обобщенный цикл со смешанным подводом и отводом теплоты, как более универсальный с точки зрения анализа возможностей повышения 77, двигателя, работающего по циклам с укороченным тактом впуска.

Укороченный такт впуска в цикле Миллера может быть реализован, как известно, двумя способами - ранним и поздним закрытием впускного клапана. На рисунке 2 показаны принятые для расчёта «р-У» диаграммы идеализированных циклов с двумя способами управления впускным клапаном.

Для оценки /д и среднего давления теоретического цикла при разных способах организации цикла с продолженным расширением (укороченным тактом впуска), принималось во внимание передача теплоты и на линиях сжатия и расширения.

0,04

500 1000 1500 гооо V, см.куб

1КЮ

1500 1000 V, см.ку£

500 1000 1500 2000 V, см. куб

а)

б)

в)

Рисунок 2 - Идеализированные свёрнутые индикаторные «p-V» диаграммы циклов со смешанным подводом теплоты: «а» - с укороченным тактом впуска, раннее закрытие впускного клапана; «б» - с укороченным тактом впуска, позднее закрытие впускного клапана; «в» - цикл Отто

Важной характеристикой цикла с укороченным тактом впуска является отношение действительного хода расширения к действительному ходу сжатия, названное «коэффициентом Аткинсона», или «А,».

Подведенная в цикле теплота может быть определена как:

41= J dqcz,+j dq:,z I / dqlb+f dqa,f, (1)

Абсолютное значение отведенной в цикле теплоты:

q2=j dqv +/ dq/a+J dqaal+f dqf,a+f dqac (2)

Принимая во внимание то, что согласно первому закону термодинамики политропный процесс описывается как:

dq=du+pdV =C,dT+pdV =CpdT-Vdp =C„dT (3)

и подставив значения подводимой и отводимой теплоты, и проведя сокращения, получим выражение для определения /у.

Л,

=/--7ТГ —

' п, "

L кд ■ J -1/ц

V ' ' (tii -1)

с. I (П2-к) > И)

L-l + kJ.t(p-I) + Lp(——г-1

5"'-' (П2-1)

где: А, - степень повышения температуры (Т/Тс); £- геометрическая степень сжатия (У/Ус)', А, - отношение с/г,,; S- степень последующего расширения ((V V-);

п/, «¿-показатели политроп сжатия и расширения соответственно; р- степень предварительного расширения (VJ Гс); к,и кг- показатели адиабат в процессах сжатия и расширения соответственно;

Были рассмотрены различные варианты расчётов работы и среднего давления цикла: через rj, цикла, через разницу подведенной и отведенной теплоты и через работу, рассчитанную по отдельным участкам цикла.

В общем случае (для способов 1 и 2) работа цикла:

Li = L;i +L:b + Lfa +Laia + Laifi + Lfla+ Lac (5)

Для расчёта показателей теоретического цикла необходимо определить максимальную температуру и степень повышения давления в циклах со смешанным подводом и отводом теплоты. В классической теории двигателей максимальную температуру (Г-) цикла принято определять через уравнение сгорания. Однако в цикле с укороченным тактом впуска определить влияние

уменьшения количества рабочего тела в цилиндре на максимальную температуру по этому уравнению невозможно.

Предложен вариант расчёта Т., учитывающий передачу теплоты на участках такта впуска после закрытия впускного клапана в общем балансе теплоты.

Тогда уравнение количество теплоты, подводимой к рабочему телу запишем:

qimpm=ZHumm, (6)

где:£- коэффициент использования теплоты.

При определении массы рабочего тела шрт учитывались: коэффициент продувки камеры сгорания; коэффициент наполнения (nv), в том числе с учётом агрегатного состояния топлива; способ смесеобразования и др.

После преобразований получим следующее выражение для определения количества теплоты, подводимой с топливом;

1=_Щц_

(1+ aL)(I+^)+ (1-кпрсл) 7Kf" (?)

£ (£-1 )tfiT]ry«

Теплота, вводимая в цикл, может быть выражена через максимальную температуру цикла Г./. После подстановки значений температур и сокращения получим:

При определении Гг/по зависимости (9) значения q, следует принять равным правой части уравнения (7).

Это выражение использовано для оценки X, в циклах с подводом теплоты при постоянном объёме.

По разработанной феноменологической модели термодинамических циклов были выполнены расчёты с целью оценки различий в показателях циклов, в том числе с укороченным таком впуска, осуществляемых разными способами. Установлено, что расчёт по классическим формулам даёт завышенное значение термического КПД и соответственно заниженные значения работы и среднего давления цикла при расчётах через КПД и через баланс введённой и отведенной теплоты. Сравнение показателей цикла Отто и циклов с укороченным тактом впуска, реализуемых двумя способами, показало, что г1, цикла, раелизуемого по способу 1 на 0,5% выше, чем по способу 2, и на 10% выше, чем в цикле Отто, а среднее давление цикла по второму способу на 4-5% выше, чем по первому, но на 26% меньше, чем в цикле Отто.

12

Соответственно следует ожидать и снижения эффективного КПД в цикле Миллера на полных нагрузках в атмосферном (безнаддувном) двигателе.

Далее рассмотрен основной вопрос, оказывающий влияние на эффективный КПД на частичных нагрузках- насосные потери. Применение цикла Миллера, как известно, связывается с возможностью увеличения механического КПД (i]„ex) на малых нагрузках за счёт снижения насосных потерь.

На рисунке 3 показана зависимость этих потерь и расчётных значений удельных эффективных расходов топлива в зависимости от среднего эффективного давления ре. При расчёте эффективных показателей учитывались значения потерь на трение по результатам прокрутки базового дизельного двигателя при различных частотах вращения. Расчёт проведен для частоты вращения 1600 мин"1.При использовании цикла Миллера с высокой геометрической степенью сжатия основной эффект в

улучшении топливной экономичности достигается не только за счёт снижения насосных потерь, но и за счёт увеличения термического КПД цикла и соответственно увеличения индикаторного КПД.

На частичных нагрузках для достижения равных значений среднего давления цикла, дросселировать двигатель, работающий по циклу Миллера требуется меньше, чем двигатель, работающий по циклу Отто. Это означает, что на сходственных режимах давление в конце такта впуска в цикле Миллера будут больше, и соответственно меньше насосные потери. Этот факт является одним из весомых преимуществ цикла Миллера, способствующим повышению г/е на частичных нагрузках.

Следует отметить и другой факт. Эффект снижения насосных потерь с уменьшением нагрузки снижается. Если на средних нагрузках разница в величине насосных потерь между циклом Миллера и циклом Отто составляет 30%, то при нагрузке менее 20% от максимальной, разница уже не столь велика и составляет 7%.

Р-к, МЛа

ge. гкВ|/ч 380

300 260 220 180

0,3 ре. МП л

Рисунок 3 - Зависимость насосных потерь рнас „ ge от нагрузки для трёх циклов:

Отто (кривые 1), Миллера по способу «а» (кривые 2) и Миллера по способу «б»(кривые 3)

Такой характер изменения насосных потерь по нагрузочной характеристике является следствием появления т.н. «обратной петли» на линии расширения, когда давление в конце такта расширения становится меньше давления на такте выпуска.

На рисунке 4 показаны расчётные индикаторные диаграммы циклов Отто (а) и цикла Миллера (б) при нагрузке 5% от максимальной. С целью устранения этого явления в цикле с укороченным тактом впуска предложено ввести управление началом открытия выпускного клапана для исключения «обратной петли» на такте расширения. Фактически это способ организации рабочего процесса высокоэкономичного двигателя с управляемым термодинамическим циклом (controlled thermodynamic cycle - CTDC). Характер индикаторной диаграммы показан на рисунке 4в.

а б в

Рисунок 4 - Индикаторные диаграммы для циклов Отто (а), Миллера (б) и цикла CTDC с укороченными тактами впуска и выпуска (в) на режимах малых нагрузок (ре=0,05 МПа)

Рассмотрена возможность бездроссельного регулирования наполнением за счёт изменяемого момента закрытия впускного клапана. Установлено, что при этом способе регулирования, одновременно с уменьшением количества впускаемого рабочего тела снижается и эффективная степень сжатия со всеми вытекающими последствиями. Снижение г,ь сводит к минимуму выигрыш от снижения насосных потерь. На режимах малых нагрузок, при регулировании наполнения цилиндров путём раннего закрытия впускного клапана, улучшение г]е по сравнению с использованием варианта с фиксированным коэффициентом А,, но с повышенной геометрической степенью сжатия, не превышает 2-3%.

Применение термодинамического цикла с укороченными тактами впуска и выпуска с фиксированным А, и высокой геометрической степенью сжатия, представляет собой оптимальный вариант с точки зрения соотношения затрат

на изменение конструкции и достигаемой эффективности в части снижения насосных потерь.

Представленные во второй главе результаты исследований на основе математической модели термодинамических циклов со смешенным подводом и отводом теплоты позволили выбрать способ организации рабочего процесса, определить диапазон регулируемых параметров цикла с укороченными тактами впуска и выпуска для достижения наилучших показателей газового двигателя. Предпочтение отдано циклу с продолженным расширением путём применения раннего закрытия впускного клапана (58-65 град, до НМТ) и раннего открытия выпускного клапана (25-25 град до НМТ),

В третьей главе проведен анализ энергетических и экономических показателей газовых двигателей, конвертированных различными способами на основе экспериментальных и расчётных исследований с целью конкретизации направлений по решению проблемы повышения топливной экономичности.

Для получения опытных данных для расчётной модели газового двигателя было проведено индицирование безнаддувного двигателя рабочим объёмом 1,6 литра с использованием в качестве топлива бензина и природного газа.

Проведён сравнительный анализ индикаторных показателей бензиновых и газовых двигателей. Отмечено, что при работе на газовых топливах уменьшаются максимальные температуры цикла Tz. увеличивается длительность первой фазы сгорания, уменьшается степень повышения давления. Показано влияние продолжительности сгорания и коэффициента тепловыделения на индикаторные показатели rj, и р, для разных топлив.

Основные изменения в параметрах процессов сгорания рассмотренных двигателей определяются отличиями в свойствах топлив, и, как следствие, в параметрах рабочей смеси. Наиболее важным является различия в длительности фаз сгорания и в объемной теплоте сгорания природного гат, которая существенно ниже, чем у бензина и у дизтоплива.

Для дальнейшего анализа способов улучшения эффективных показателей газового двигателя были проведены расчётные исследования газового двигателя с учётом конечной скорости сгорания.

Использована адаптированная в ФГУП «НАМИ» двухзонная математическая модель процесса сгорания и образования выбросов оксидов азота, разработанная профессором В.А. Звоновым. При определении количества выгоревшего топлива и скорости сгорания использовалась зависимость И.И. Вибе.

В расчётные зависимости при определении параметров цикла внесены поправки, учитывающие то, что для цикла с укороченным тактом впуска,

действительные значения рабочего объёма, степени сжатия и коэффициента наполнения будут отличаться от геометрических.

Проведено сравнение показателей двигателей, работающих по трём термодинамических циклов (Тринклера, Отто и Миллера). Установлено, что в цикле Миллера 77, на 2-3 % выше по сравнению с циклом Тринклера. Однако >]с будет хуже на 8%. Снижение эффективных показателей на полных нагрузках является существенным негативным следствием использования цикла Миллера без наддува.

Таким образом, в безнаддувном варианте цикл Миллера не представляет интереса с точки зрения улучшения эффективных показателей двигателя. Дальнейшее рассмотрение возможности применения цикла Миллера должно быть связано с применением турбонаддува. При этом следует иметь в виду, что степень наддува для достижения одной и той же величины среднего эффективного давления в двигателе, работающего по циклу Миллера должна быть больше, чем в двигателе с циклом Отто на величину, пропорциональную соотношению А,.

Учитывая, что вновь разрабатываемый газовый двигатель создаётся на базе дизельного двигателя, и предназначен он для установки на то же транспортное средство,

проведено сравнение

действительных индикаторный показателей дизельного и газового двигателей. На рисунке 5 показаны индикаторные диаграммы дизельного рИСунок 5 - Расчётная развёрнутая

двигателя и газового индикаторная диаграмма дизельного и газового двигателя (по циклу Отто). двигателя

Первое, что следует отметить при переводе дизеля на газовое топливо -это уменьшение среднего давления цикла в безнаддувном варианте. Проведен сравнительный расчётный анализ эффективных показателей (rj„ rie и ge) дизельного двигателя и газового двигателя, работающего по циклам Отто и Миллера. Отмечено, что при переходе от цикла с воспламенением от сжатия к циклу с искровым зажиганием будут действовать два фактора в противоположных направлениях. Первый - из-за уменьшения степени сжатия с 16-18 до 11-13 ед. приведёт к снижению на 5-7%, второй - из-за перехода с

1ЗД 16С l'O 1ÄC 190 ИЗО 210 220 230 2*0 КО 260 2>0 230 240 Ш НО 520

цикла со смешанным подводом теплоты на цикл с подводом теплоты при постоянном давлении будет способствовать повышению rfr на 6-8%.

Изменение эффективных показателей двигателя при различных составах смеси показано на рисунке 6.

Рисунок 6 - Изменение удельного эффективного расхода топлива и индикаторного КПД по составу т/в смеси в двигателях.

1 и 6 - с воспламенением от сжатия; £ = 17; Лямбда=1,3, дизтопливо

2 и 7 - с воспламенением от сжатия; £ =17; Лямбда=1,8; дизтопливо

3 и 8 - с принудительным зажиганием; £ =17; бензин

4 и 9 - с принудительным зажиганием; £ =10,5; метан

5 и 10- с принудительным зажиганием; с укороченным тактом впуска (цикл Миллера); £ g = 17; £ = 10,5; метан

Отметим, что г/, газового двигателя на полных нагрузках практически не снижается по сравнению с базовым дизельным двигателем. Более того, при работе на метане могут быть получены лучшие показатели по удельным (массовым) расходам топлива на полных нагрузках. Этот факт объясняется более высокой массовой теплотой сгорания метана.

На полных нагрузках, в газовом двигателе можно ожидать, при одинаковых значениях ph увеличение г], при существенно более высоких температурах отработавших газов по сравнению с дизельным двигателем (на 100-120°С).

Рассмотрены показатели газовых и дизельных двигателей на частичных нагрузках. Если на полных нагрузках отличия в эффективных и энергетических показателях между газовым и дизельным двигателем не существенны, то на частичных нагрузках газовый двигатель значительно уступает дизельному двигателю по экономичности.

Результаты исследования широкой гаммы газовых двигателей, работающих на газовых топливах, конвертированных из дизельных двигателей классическим способом по циклу Отто, анализ показателей рабочего процесса, а, также, результаты теоретических исследований показали, что существуют

17

резервы по повышению топливной экономичности в части снижения насосных потерь, увеличения степени сжатия, снижения температуры отработавших газов за счёт организации цикла с продолженным расширением. Реализация этих резервов позволит создать газовой двигатель нового поколения, превосходящему по топливной экономичности на частичных нагрузках существующие газовые двигатели, конвертированные по циклу Отто на 1020%.

По результатам расчётных исследований разработаны технические требования к газовому двигателю нового поколения, конвертированному из дизельного двигателя, его системам и компонентам.

Разработаны требования по конструкции головки блока цилиндров с целью размещения свечей зажигания, индивидуальных катушек зажигания и высоковольтных токопроводов.

Разработаны требования к системам питания, зажигания, управления газовым двигателем и компонентам этих систем.

В четвёртой главе приведены результаты расчётной оптимизации систем газового двигателя с укороченными тактами впуска и выпуска с целью выбора конструкции.

Реализация цикла с укороченным тактом впуска в форсированном газовом двигателе требует решения нескольких взаимосвязанных задач:

- разработка метода расчётной оптимизации фаз газораспределения;

разработка метода расчётной оптимизации системы питания, обеспечивающей распределённый фазированный впрыск газа;

- разработка метода расчётной оптимизации системы воздухоснабжения;

Оптимизация фаз газораспределения включала в себя определение

соотношения степени сжатия и степени расширения (коэффициента А,), с целью достижения в высоконаддувном двигателе максимальных 77, и ре, а также снижения эффекта «обратной петли» на такте расширения.

Установлено, что при неизменных геометрических параметрах двигателя (ход поршня, геометрический рабочий объём, объём камеры сгорания), с изменением А, существует диапазон значений этого коэффициента, при котором rji имеет явно выраженный максимум (см. рисунок 7).

Такой характер зависимости /7, от А, является следствием взаимного влияния двух факторов: с одной стороны, увеличением соотношения степени расширения к степени к действительной степени сжатия, способствующего увеличению КПД и, с другой стороны, уменьшением собственно действительной степени сжатия, приводящим к уменьшению 77,. На этом же графике показано так же, как изменяется действительная (эффективная) степень сжатия £,.

Таким образом, для того, чтобы при конвертации дизеля с ег 17,5 - 18 ед. получить вэ газового двигателя в диапазоне 11-14 ед., необходимо установить распределительный вал с фазами, обеспечивающими величину А, в диапазоне 1,2... 1,4. При этом /д останется практически на уровне дизельного двигателя. Смысл применения цикла Миллера для конвертации дизельного двигателя в газовый, как уже отмечалось выше, заключается именно в возможности снижения эффективной степени сжатия путём изменения момента закрытия впускных клапанов с сохранением геометрической степени сжатия.

Для снижения эффективной степени сжатия до и-1^ ед. треоуется закрыть впускной клапан в диапазоне углов поворота коленчатого вала (ПКВ) -95 -120°С от ВМТ (см. рисунок 8).

Как показали расчёты, меньшее значение угла (ПКВ от ВМТ), при котором закрывается впускной клапан, позволит снизить действительную степень сжатия и снизить риск детонации, но приведёт к существенному снижению действительного г]п и, как следствие, к необходимости увеличения степени наддува для достижения заданных значений по мощностным показателям.

В этой связи представляет интерес рассмотреть зависимость величин наддува впускаемого воздуха (давления в конце такта впуска) и давления в конце такта сжатия при разных значениях но при одинаковых значениях ре . Давление в конце такта впуска (ра) определится из условия достижения требуемого максимального массового расхода воздуха исходя из требования поддержания заданного значения ре. Показатели двигателя определялись по расчётной модели, описанной во второй главе.

На рисунке 9 показаны зависимости ра и рс, от величины коэффициента А,. Расчёты проводились при одинаковых значениях ре=1,6 МПа и частоте вращения 1600 мин*1. Обращает на себя внимание тот факт, что с увеличением А, до значений 1,3-1,4, давление рс сначала уменьшается, а затем начинает

Рисунок 7 - Влияние отношения А, на изменение действительной степени сжатия и индикаторного КПД (при Vc = const и Vj = const) 1 - % ;2 - еэ

увеличиваться. В диапазоне оптимальных по КПД значений А,, давление в конце такта сжатия отличаются не более, чем на 2-2,5 %.

'а

Рисунок 8 — Зависимость действительной степени сжатия ея от угла ПКВ двигателя, при котором закрывается впускной клапан и соответствующий ему ход поршня 5П: 1 - действительная степень сжатия, 2 -ход поршня, 3 - оптимальное значение момента закрытия впускного клапна

f

Рисунок 9 - Зависимость давления в конце такта сжатия рс (кривая 1) и давления в конце такта впуска ра (кривая 2) от величины коэффициента А, с учётом соответствующего изменения и гКривые 3 и 4 -изменение давлений ра и рс при постоянных значениях/7е и r/v. Во всех случаях рс = const (1,6 МПа)

Это означает, что, при условии поддержания постоянного значения рс, нет особого смысла максимально укорачивать такт впуска, и снижать действительную степень сжатия, с точки зрения ограничения максимальных давлений рс и снижения вероятности детонации, а можно ограничиться его минимальным значением, обеспечивающим высокий т],. и минимальное значение давления в конце такта сжатия. Сложный характер кривой 2 объясняется тем, что при увеличении А,, и при поддержании постоянногорл изменение r]t, происходит по тому же закону, что и /7, на рисунке 7.

Таким образом, при заданной величине ре, значения коэффициента А,, при которых достигаются наилучшие показатели по топливной экономичности и минимальные значения давления в конце такта сжатия, лежат в диапазоне -1.2...1,4.

При выбранных фазах газораспределения с укороченными фазами впуска и выпуска задача профилирования кулачка при условии обеспечения безударной работы ГРМ решалась с помощью программных продуктов разработанных в ФГУП «НАМИ» на базе методики Л. В. Корчемного и специализированного программного продукта Cam Analyzer v4.0.

В ходе расчетов по оптимизации профиля кулачка с учетом технологических ограничений получено, что максимально возможная величина угла открытого состояния впускного клапана составляет 135°-145° по углу ПКВ. При этом угол закрытия впускного клапана должен составлять не более 120° после ВМТ, что соответствует степени сжатия около 13,5 - 14 ед.. Было спроектировано несколько вариантов распределительных валов с различной стратегией реализации циклон с укороченным тактом выпуска и с укороченным тактом выпуска для экспериментальной оценки этих вариантов и решения вопроса о выборе стратегии для пилотного образца двигателя.

В результате проведенных расчётов были приняты для реализации два варианта фаз газораспределения и профилей кулачков распределительных валов (см. рисунок 10).

Вал №1 - вариант «цикл Миллера» с ранним закрытием впускного клапана:

- впускной клапан - ширина фазы открытого состояния 143,3° угла ПКВ (открытие 21,4° до ВМТ, закрытие 58,7 до НМТ), высота кулачка 6,0 мм, максимальный подъем клапана 7,94 мм);

- выпускной клапан - без изменений.

Вал №2 - Вариант CTDCc ранним закрытием впускного клапана и поздним открытием выпускного клапана):

- впускной клапан - аналогичен варианту вала№1;

- выпускной клапан - ширина фазы открытого состояния 221,9° угла ПКВ (открытие - 20,2° до НМТ + 180° + 21,7° после ВМТ), высота кулачка 7,86 мм, максимальный подъем клапана 10,4 мм).

/7 Ч У*

/ у Выпуск ^

220 240 260 2 80 300 320 340 360 390 400 420 440 460 4S0 300 520 углл [1KB. град

Рисунок 10 - Диаграмма фаз газораспределения экспериментальных распределительных валов для реализации цикла Миллера: 1 - впускной клапан валов №1 и №2; 2 - выпускной клапан вала №2; 3 - штатный впускной клапан; 4 - выпускной клапан штатный и вала № 1

Таким образом, реализован способ профилирования впускного клапана, отличающийся от способов, применяемых другими разработчиками двигателей с циклом Миллера. Суть этого подхода заключается в том, что были изменены профили не только на фазе закрытия, но и на фазе подъёма впускного и выпускного клапанов с применением вогнутого профиля. Этот приём позволит на 10-12% увеличить «время-сечение» открытого состояния клапанов и повысить наполнение цилиндров свежим зарядом при сохранении «время-сечение» выпускного клапана при укороченном такте выпуска.

Далее рассмотрены результаты работ по созданию системы питания и исследованию особенностей процесса смесеобразования в двигателе с укороченным тактом впуска.

Как показали результаты исследований, в современных транспортных газовых двигателях применяется распределённый не фазированный впрыск газа во впускной коллектор. Трудность реализации фазированного впрыска при внешнем смесеобразовании заключается в том, что объём цикловой подачи газового топлива составляет 135 — 140 см3 (при н.у.), что почти в 900 раз превышает объём цикловой подачи жидкого топлива (например, бензина). В связи с этим разработчики вынуждены существенно сократить угол перекрытия клапанов в ВМТ для исключения попадания топлива в выпускную систему в момент перекрытия клапанов. Однако уменьшать угол перекрытия клапанов для двигателя с ранним закрытием впускного клапана нецелесообразно.

В двигателе с укороченным татом впуска время, отводимое на подачу топлива сокращается практически в два раза (до 8-9 мс.). Результаты расчётов представлены на рисунке 11.

Задача обеспечения требуемого динамического диапазона рабочих характеристик форсунки для реализации фазированного распределённого впрыска решалась путём отработки алгоритма управления электроприводом форсунок, регулирования давления газа перед форсункой, оптимизацией конструкции форсунки и её электромагнитных параметров.

Для экспериментальной оценки принятых технических решений были разработаны и изготовлены несколько вариантов системы питания с распределённым фазированным впрыском (см. рисунки 12 и 13.).

Исследованы пути достижения максимально возможных значений среднего эффективного давления по внешней скоростной характеристике за счёт оптимизации системы воздухоснабжения, включающей устройства регулирования наполнением (дроссельный узел, ДУ), систем наддува и охлаждения надувочного воздуха.

Оптимизация по выбору диаметра заслонки дроссельного узла ДУ заключалась в достижении наилучшей чувствительности по углу открытия ДЗ (пропорциональное изменение угла открытия ДЗ и расхода воздуха через ДУ во всём диапазоне регулирования от холостого хода до максимального) при наименьшем перепаде давления на ДЗ при полных нагрузках.

X

.ur-л мдевсе«

\\

Рисунок 12 - Рампа газовых форсунок и системы зажигания

Рисунок 11 - Расчётная цикловая подача газа по внешней скоростной характеристике: 1 — цикловая подача газа; 2 — время открытого состояния впускного клапана; 3 - время открытия форсунки для обеспечения требуемой цикловой подачи

Рисунок 13 — Размещение системы питания и зажигания на двигателе

Разработан метод выбора диаметра дроссельной заслонки на основе расчётной модели определения объёмной скорости потока воздуха во впускном трубопроводе.

Объёмная скорость в зоне установки ДУ определяется действительным рабочим объёмом цилиндра, частотой вращения двигателя и площадью проходного сечения трубопровода. Объём воздуха, проходящий через ДУ не зависит ни от нагрузки, ни от сопротивления в трубопроводах и местных сужениях. Полученная зависимость для выбора ДЗ показана на рисунке 14. Дано теоретическое обоснование метода выбора ДУ для циклов Отто и Миллера

Vv, м*/с GB кг/ч

Ne, кВт

240 220 Ne 800

1 ЯП ------- н_// 600

140 120 ly Gl. > Опт 500 400

100 ff 4 ^ 300

80 200

40 20 | 100

0 H 0

10 20 30 40 50 60 ™ 80ДДР, мм

Рисунок 14 - Объёмная скорость (К),

мощность двигателя (Ne) и массовый применительно к базовому двигателю расход воздуха (Gs) при изменении одной размерности и одинаковыми диаметра дроссельной заслонки: 1 - цикл МОЩНОстными показателями. Миллера, 2 - цикл Отто

Следующий шаг оптимизации системы воздухоснабжения заключался в выборе турбокомпрессора (ТКР). Предварительно были определены расчетные характеристики и основные геометрические размеров колес компрессора и турбины ТКР для обеспечения оптимального воздухоснабжения двигателя на режимах внешней скоростной характеристики.

Расчёты осуществлялись с помощью адаптированной к разрабатываемому двигателю программы ФГУП «НАМИ», моделирующей внешнюю скоростную характеристику газового двигателя с турбонаддувом и с охлаждением надувочного воздуха. Расчёты показали, что, для компенсации низкого коэффициента наполнения, обусловленного использованием цикла Миллера, необходимо обеспечить достаточно высокое давление наддува, равное 230...240 кПа.

Оптимизация системы турбонаддува включала в себя следующие шаги. Предварительный выбор ТКР по расчётной модели. Экспериментальная оценка для уточнения расчётных параметров. Уточнение выбора моделей ТКР и экспериментальные исследования для окончательного выбора ТКР с оптимизацией алгоритма управления углом опережения зажигания и углом открытия ДЗ.

В результате разработанных методов оптимизации фаз газораспределения с укороченными тактами впуска и выпуска, систем питания и воздухоснабжения и проведенных расчётных исследований выбраны конструктивные параметры систем двигателя для экспериментальных исследований.

В пятой главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований и оптимизации параметров газового двигателя с высокой степенью сжатия и укороченными тактами впуска и выпуска.

Дано обоснования выбора базовой модели дизельного двигателя, приведены его технические данные и результаты его испытаний с целью получения его характеристик для дальнейшего сравнения с результатами исследований газовых двигателей, конвертированных различными способами.

Приведено описание конструкции нового газового двигателя и технология его конвертации.

На основании расчётов, изложенных в главах 3 и 4 и по результатам предварительных испытаний с имитатором (эмулятором) сигналов управления двигателем, были разработаны технические требования к блоку управления (ЭБУ) и электронной системе управления двигателем (ЭСУД). В соответствии

24

с этими требованиями специалистами ФГУП «НАМИ» были разработаны и изготовлены макетные образцы блоков ЭСУД. ЭБУ обеспечивал работу на стехиометрических т/в смесях, управление топливоподачей с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах, управление системой зажигания с обратной связью по детонации и совместную работу с бифункциональной системой нейтрализации отработавших газов. Базовая комплектация газового двигателя получила наименование — «мод.821.10». На рисунке 15 показана принципиальная схема систем газового двигателя.

Рисунок 15 - Принципиальная схема систем газового двигателя мод. 821.10

На первом этапе были проведены исследования показателей газового двигателя со штатным распределительным валом и различными геометрическими степенями сжатия (ег).

Вариант 1: - двигатель мод. 821.10 с ег =17,5, со штатным распределительным валом, без ТКР. Исследования проводились с целью оценки условий появления детонации. Величина максимального среднего эффективного давления не превысило 0,8 МПа на пределе по детонации.

Вариант 2: - двигатель мод. 8212.10-112 (конвертированный по циклу Отто) с ег =11,5, со штатным распределительным валом, с ТКР базового дизельного двигателя мод. BWB2G.

Максимальная мощность двигателя мод. 8212.10-112 составила 140 кВт и максимальный крутящий момент 630 Нм при 120 - 1400 мин*'. Мощностные показатели ограничены только высокими температурами ОГ перед турбиной.

25

Кратковременно двигатель мог выдавать момент более 800 Нм, но при длительной работе (более 15-20 минут) возникала опасность выхода из строя ТКР.

На рисунке 16 показаны удельные эффективные расходы топлива по нагрузочной характеристике двух вариантов в сравнении с дизельным двигателем. Обращает на себя внимание то, что при работе с высокой степенью сжатия и штатным распределительным валом отмечается лишь незначительное улучшение топливной экономичности по сравнению с двигателем со степенью сжатии 11,5. Этот результат был ожидаем, так же как и высокая склонность

Эксперимент был проведен с целью получения исходной базы для сравнения

Для проведения второго этапа экспериментальных исследований был подготовлен двигатель мод. 8212.10-221 с распределительным валом №1 (укороченный такт впуска, кулачок выпускного клапана -штатный). Задача этого этапа экспериментальных исследований заключалась в оптимизации системы Рисунок 16 - Нагрузочные воздухоснабжения с целью характеристики трёх двигателей: 1 - цикл достижения наилучших мощностных Otto g-=/7 5- 2 - цикл Otto e,=II 5- 3 - показателей газового двигателя с дизель , е =17,5; 4- граница детонации укороченным тактом впуска.

Были проведены испытания с четырьмя типами ТКР. Путём последовательного чередования расчётов и контрольных экспериментов с целью уточнения расчётных параметров, выбран ТКР модели BWS200G, обеспечивающий оптимальное формирование внешней скоростной характеристики.

По внешней скоростной характеристике в диапазоне частот вращения 1300 - 2000 мин-1 обеспечено превышение давления во впускном коллекторе над давлением в выпускном коллекторе перед ТКР, что дало улучшение топливной экономичности на полных нагрузках.

Выбранный ТКР обеспечил низкие гидравлические потери на выпуске на малых нагрузках. Этот факт подтверждён экспериментальной проверкой путём принудительного открытия перепускного клапана на холостом ходу и малых нагрузках.

такого двигателя к детонации.

В соответствии с расчётами, приведенными в главе 4, был изготовлен распределительный вал, у которого помимо укороченного такта впуска был реализован и укороченный такт выпуска (вал №2). Такой вал обеспечивает более высокую эффективную степень расширения по сравнению со штатным валом и соответственно большее соотношение эффективной степени расширения и эффективной степени сжатия. Увеличение степени расширения должно дать положительный эффект по снижению расхода топлива на малых нагрузках и по снижению температуры ОГ перед ТКР. Внешние скоростные характеристики двигателя с двумя вариантами распредвалов показаны на рисунке 17.

Максимальная мощность двигателя 180 кВт (Мкр = 750 Нм при частоте 2300 мин"1) была достигнута и с одним и с другим распредвалами.Оптимальный угол опережения зажигания устанавливался по максимальному крутящему моменту, но с ограничениями, учитывающими два условия.

Первое - не допускать увеличения температуры

отработавших газов перед турбиной свыше 750 - 800С, и второе - не допускать детонации.

Эти ограничения не позволили получить с валом № 1 высоких значений крутящего момента на средних частотах вращения. Надо отметить, что основное

преимущество вала № 2 состояло именно в возможности снизить температуру ОГ в среднем на 85— 110 С при равных условиях по наполнению. Другое преимущество - снижение удельных расходов топлива по нагрузочным характеристикам.

Применение вала №2, реализующего рабочий процесс с укороченными тактами впуска и выпуска обеспечило мощностные показатели двигателя на уровне базового дизельного двигателя без признаков нарушений в

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

п, мин'

Рисунок 17 - Внешняя скоростная характеристика двигателя мод.8212.10.221 с распредвалом №2 { ) в сравнении с вариантом двигателя мод.8212.10.321 с валом №1 ( )

протекании рабочего процесса.

В диссертации исследованы вопросы, связанные с аномальными отклонениями от нормального сгорания в газовых двигателях. Из-за ограничений по профилированию кулачков и другим соображениям, изложенным в работе, расчётная эффективная степень сжатия составила 13,5 -14 ед. И хотя при проведении предварительных испытаний не было отмечено отклонений от нормального сгорания, тем не менее, проведены исследования по оценке склонности разрабатываемого двигателя к детонации.

В работах, посвященных изучению этой проблемы показано, что детонацию можно исключить в широком диапазоне режимов для практически всех видов газовых топлив за счет турбулизации заряда, обеднения топливно-воздушной смеси и уменьшения угла опережения зажигания.

Результаты экспериментальных исследований показали, что в двигателе, конвертированному в газовый по циклу Миллера, без изменения геометрической степени сжатия и с сохранением поршня с «камерой в поршне» удаётся добиться бездетонационной работы во всём диапазоне нагрузочных и скоростных режимов.

На рисунке 18 показана регулировочная характеристика по УОЗ (полный дроссель, 1600 мин4, температура воздуха после ТОНВ - 40-50С). Отметим два момента.

Первый - оптимальные УОЗ для достижения максимального крутящего момента и наименьших расходов топлива отличаются.

Изменять УОЗ можно в достаточно широком диапазоне без ущерба для топливной

экономичности.

Второй - существуют две границы по детонации. Верхняя (по максимальному углу) не требует пояснений, а нижняя граница связана со следующим эффектом. При уменьшении УОЗ значительно возрастает температура ОГ, что приводит к увеличению эффективности ТКР, и, как следствие, к возрастанию давления наддува и давления в конце такта сжатия.

28

М кр, Нм Тог. С

ее. г/нВтч

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

УОЗ

Рисунок 18 - Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания (давление наддува 190 кПа, полный дроссель): 1 - удельный эффективный расход топлива; 2 -крутящий момент; 3 - температура ОГ; 4 - границы детонации

На части скоростных режимов (в диапазоне частот вращения 1800 - 2200 мин"1) и высоких температурах впускаемого воздуха эти две границы отличаются мало, в связи с этим, традиционный способ снижения детонации -уменьшение УОЗ может дать обратный эффект - лавинообразное увеличение интенсивности детонации.

С учётом этого эффекта разработан алгоритм управления двигателем по защите его от детонации, заключающийся в согласованном управлении углом опережения зажиганием и дроссельной заслонкой на аварийных режимах.

При испытании двигателя удалось выставить оптимальные УОЗ и получать заданные показатели по мощности и по топливной экономичности без признаков детонации. При частотах вращения менее 1300 мин-1 детонации не было даже при температурах впускаемого воздуха в диапазоне 80-85С.

Рассмотрены, также вопросы, связанные с калильным зажиганием. При условии оптимального, с точки зрения теплоотвода, проектирования места установки, конструкции токопроводов, расположения свечей зажигания в КС и выбора типа свечей, калильного зажигания можно избежать. Даны рекомендации по выбору калильного числа.

Далее рассмотрены результаты исследований по достижению современных требований по выбросам вредных веществ с ОГ.

В работах НАМИ и других исследователей при испытаниях газовых двигателей отмечается высокий уровень выбросов метана, в разы превосходящий действующие стандарты. В связи с этим требуется применение каталитических нейтрализаторов с большим содержанием благородных металлов, существенно (в три и более раз) превосходящим их концентрации в обычных окислительных нейтрализаторах для бензиновых и дизельных моторов.

Рассмотрены используемые технологии очистки ОГ ДВС, работающих на природном газе. Установлено, что, в зависимости от применяемого коэффициента избытка воздуха, компонентного состава газа, а также температуры ОГ перед ТКР используются различные системы нейтрализации. При работе двигателя на стехиометрических смесях - бифункциональные системы (Т\УС), а при работе на обеднённых смесях -системы, объединяющие окислительные, Т\УС и процессы селективного каталитического восстановления (БСИ-технологии).

Безусловно, работа двигателя на бедных смесях может дать дополнительный эффект по улучшению топливной экономичности, и это показано в материалах диссертации, но стоимость системы нейтрализации с использованием БСЯ-технологии более высокая, и требует дополнительных затрат в эксплуатации. Предварительные расчёты показали, что для

создаваемого двигателя по соотношению первоначальных затрат, затрат в эксплуатации и топливной экономичностью предпочтение следует отдать варианту с применением системы Ти'С.

Определены зоны бифункциональное™ трёхкомпонентного нейтрализатора (изготовлен ООО «МТЦ МСП» по разработанным автором техническим требованиям).

Приведены результаты испытаний газового двигателя с системой нейтрализации Т\УС по достижению требований экологического класса 5. Показаны пути достижения требований экологического класса 6.

Далее выполнен анализ результатов экспериментальных исследований по улучшению топливной экономичности.

В ходе экспериментальных исследований оптимизированы регулировочные параметры систем топливоподачи, зажигания и параметров наддува и отработаны алгоритмы управления.

Методы оптимизации систем питания, зажигания и воздухоснабжения высокофорсированного газового двигателя на основе взаимосогласованной работы этих систем путём расчёта, проведения многофакторного эксперимента включали в себя следующие этапы.

Оптимизация системы питания заключалась в следующем:

- выбор геометрических параметров, электротехнических характеристик, газодинамических характеристик, производительности газовых форсунок;

- выбор конструкции газовой рампы;

- выбор способа подвода газа от форсунок к впускным клапанам;

- выбор диапазона давления в газовой рампе и регулирование давления в газовой рампе в зависимости от нагрузки;

- отработка алгоритмов формирования управляющих сигналов;

- оптимизация элементов обратной связи по составу отработавших газов.

Достигнутый результат - обеспечена фазированная подача газа в

цилиндры во всём диапазоне нагрузочных режимов, снижена неравномерности распределения смеси по цилиндрам (до 5%), сокращено время (до 1,5-2 мс) на неуправляемые процессы газовых форсунок (время открытия и закрытия), устранены «подскоки» клапана в процессе закрытия, повышена стабильность удержания клапана газовой форсунки в открытом состоянии, снижен разброс между отдельными газовыми форсунками по производительности при малых и больших подачах (до 4-6%).

Оптимизация системы зажигания заключалась в следующем:

- выбор конструктивных параметров компонентов системы зажигания (тип катушки зажигания, тип свечей зажигания, конструкция токопроводов

высокого напряжения, тип и характеристики управляющих драйверов блока управления);

формирование импульса, длительности искрового разряда, формирование базовых матриц углов опережения зажигания и алгоритмов формирования управляющих сигналов, включая защиту от детонации и от высоких температур ОГ.

Обеспечено стабильное поджигание рабочей смеси в цилиндре во всём диапазоне внешней скоростной характеристики без пропусков вспышек. Оптимизированы углы опережения зажигания при запуске и прогреве, сформирована внешняя скоростная характеристика, обеспечивающая достижение максимального крутящего момента, в том числе и на низких частотах вращения без детонационного сгорания при температурах впускаемого воздуха до 45-55 С. Выбранные углы опережения зажигания обеспечивают запас по детонации в пределах 5-7° ПКВ. Разработан и реализован алгоритм управления углом опережения зажиганием и дроссельной заслонкой при появлении детонации при температурах впускаемого воздуха выше 55С по датчику детонации.

Оптимизация системы воздухоснабжения заключалась в следующем:

- выбор типа и производительности компрессора;

- выбор теплообменника охлаждения наддувочного воздуха (ТОНВ);

- выбор типа дроссельного устройства и диаметра дроссельной заслонки;

- выбор законов управления открытием дроссельной заслонки с учётом работы на аварийных режимах.

Сформирована матрица углов открытия дроссельной заслонки по перемещению педали акселератора с коэффициент передачи по зависимостям, учитывающим низкую чувствительность двигателя к перемещениям дроссельной заслонки при углах открытия более 60%. Задача решена программным способом.

По окончании исследований с проведением экспериментов по комплексной оптимизации систем газового двигателя с высокой степенью сжатия и с укороченными тактами впуска и выпуска были определены его итоговые характеристики.

На рисунке 19 показаны нагрузочные характеристики газового двигателя с укороченными тактами впуска и выпуска. Обращает на себя внимание то, что для этого двигателя величины удельных эффективных расходов топлива в диапазоне от максимальной нагрузки до средних значений изменяются мало.

Одна из причин этого явления заключается в том, что при значениях рс выше 0,8 - 1,2 мПа давление во впускной трубе после дроссельной заслонки (Арас) становится выше, чем в выпускной трубе перед турбиной(4рт). И на этих нагрузках потери на дросселирование не просто отсутствуют, а напротив, имеется прирост работы цикла за счёт положительный разницы между величинами рас и рт {рас превышает давление рт). Такое соотношение давлений на выпуске и впуске отмечено практически во всём диапазоне частот вращения на полных нагрузках. Эффект был ожидаем и его Рисунок 19 - Сравнение нагрузочных подтверждение в эксперименте характеристик (п = 1800 мин"1): 1 - свидетельствует о правильном выборе газовый двигатель по циклу Миллера; 2 конструктивных параметров систем - газовый двигатель по циклу Отто; 3 - газораспределения и

базовый дизельный двигатель воздухоснабжения.

Некоторое увеличение насосных потерь при дросселировании проявляется только при нагрузках менее 30% от максимальной.

Обращает на себя внимание то, что газовый двигатель с укороченным тактом впуска имеет существенно лучшую топливную экономичность в диапазоне нагрузок свыше30-40% от максимальной по сравнению с газовым двигателем, работающим по циклу Отто. На больших нагрузках ije газового двигателя с укороченным тактом впуска практически совпадает с дизельными. Этот факт весьма примечателен, поскольку позволяет предположить, что и при установке нового газового двигателя на АТС можно ожидать получение существенного эффекта по снижению расхода газового топлива при установке нового газового двигателя по сравнению с газовым двигателем, конвертированным по циклу Отто.

На рисунке 20 показаны многопараметровые характеристики нового газового двигателя мод. 8212.10.312 (Цикл CTDC), двигателя мод. 8212.10.112 (Цикл Отто) и базового дизельного двигателя.

Цикл Otto Цикл CTDC Дизельный двигатель

Рисунок 20 - Многопараметровые характеристики двигателей (зависимости г|еот нагрузки)

При сравнительном анализе многопараметровых характеристик обращает на себя внимание, что зона нагрузочных режимов с г/,. более 0.37 - 0,38 у нового газового двигателя по циклу CTDC лежит примерно в той же области, что и для базового дизельного двигателя - при ре более 0,6 МПа. Тогда как для газового двигателя, конвертированного по циклу Отто со степенью сжатия 11,5 эта область отсутствует.

Область нагрузок с г]е более 0,28 у газового двигателя по циклу CTDC занимает 87%, у дизельного двигателя 93%, а у газового двигателя по циклу Отто -64%

В результате выполненных экспериментальных исследований показана возможность существенного улучшения (на 10-20%, в зависимости от нагрузки) улучшения эффективного расхода газового топлива по сравнению с газовым двигателем, конвертированным по классическому способу по циклу Отто, показана возможность достижения эффективного расхода газового топлива на уровне 180-190 г/кВтч (//<,=0,42 - 0,39) в широком диапазоне нагрузок (от 60 до 100 % от полной), доказана возможность форсировки газового двигателя до уровня 27-30 кВт/литр, и до среднего эффективного давления 1,8 МПа за счет оптимизации систем питания и зажигания, фаз газораспределения и системы турбонаддува.

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований различных АТС с разработанным новым газовым двигателем по оценке их эффективности в том числе в процессе полного жизненного цикла (ПЖЦ).

Для проведения расчетных исследований было создано две имитационных модели: городского автобуса большой вместимости и автомобиля-самосвала полной массой 17т. с помощью программного комплекса AVL Cruise 2011.3. При проведении расчетных и экспериментальных исследований также использовалось программное обеспечение и методики, разработанные в ФГУП «НАМИ».

В результате расчетов были получены зависимости, характеризующие изменение крутящего момента, мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя по времени цикла, определены вклады по времени отдельных режимов работы в общее время работы двигателя при выполнении ездового цикла по ГОСТ Р 54810-2011.

Полученные результаты по реальному распределению рабочих режимов в эксплуатации учитывались при оптимизации алгоритмов системы управления ДВС с целью достижения наилучших показателей по топливной экономичности.

Для экспериментальных исследований были изготовлены три больших городских автобуса и три грузовых автомобиля с разработанным новым газовым двигателем (см. рисунок 21).

Рисунок 21 — Автомобиль и автобус с новым газовым двигателем

В диссертации изложены результаты экспериментальных исследований АТС с газовыми двигателями различных моделей и разных способах конвертации.

Были проведены, также, испытания автомобиля в комплектации с базовым дизельным двигателем до его переоборудования в газобаллонный.

На рисунке 22 приведена характеристика топливной экономичности грузового автомобиля (№1) с новым газовым двигателем при постоянных скоростях движения.

Для сравнения показана характеристика другого грузового автомобиля (№2) с близкими характеристиками по снаряженной массе и аналогичными

34

мощностными характеристиками газового двигателя, работающего по циклу Отто.

Испытания автомобилей проводились на дорогах Центра «Испытания» ФГУП «НАМИ» (г. Дмитров). Новый газовый двигатель практически не уступает дизельному двигателю по топливной экономичности (в массовых единицах измерения1!, чего никогда не отмечалось при замене дизельных двигателей на газовые двигатели, работающие по циклу Отто. Сравнивая топливную характеристику нового двигателя с традиционным газовым двигателем отметим, что если при больших скоростях движения выигрыш в топливной экономичности не велик, то на малых скоростях разница достигает 40% в пользу нового двигателя.

С целью оценки топливной экономичности нового двигателя в условиях переменных нагрузок были проведены испытания автомобилей и автобусов по оценке скоростных свойств (ГОСТ 22576-90)и топливной экономичности по городскому ездовому циклу (ГОСТ Р 54810-2011). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Экономическая эффективность АТС с новым газовым двигателем

Параметр Автомобиль с дизельным двигателем. Автомобиль с новым газовым двигателем (цикл Миллера). Автомобиль с газовым двигателем (цикл Отто).

Средняя скорость, км/ч 31,2 29,63 30,98

Расход, кг/100 км 33,71 35,52 43,64

Затраты на топливо при годовом пробеге в 80 тыс. км, руб. 1 050 560 592 000 727 333

По результатам расчётных и экспериментальных исследований выполнена эколого-экономическая оценка эффективности использования

Va, км/ч

Рисунок 22 - Топливная характеристика установившегося движения автомобилей с газовыми двигателями: 1 — автомобиль №1 с новым газовым двигателем; 2 — автомобиль №2 с газовым двигателем, работающим по циклу Отто; 3 — автомобиль №1 с базовым дизельным двигателем

автотранспортных средств с газовыми двигателями нового поколения с улучшенными экологическими и энергетическими характеристиками, учитывающая результаты стендовых испытаний разработанного двигателя и результаты испытаний АТС с этими двигателями на дорогах «Центра испытаний» ФГУП «НАМИ».

Для проведения расчетов была использована разработанная во ФГУП «НАМИ» комплексная методика технико-экономической и экологической оценки перспектив использования альтернативных видов топлива на автомобильном транспорте. Экономический анализ ПЖЦ с использованием результатов экспериментов позволил оценить затраты на всех этапах от разработки нового вида продукции до ее утилизации.

В результате исследований установлено, что положительный экономический эффект получен только в статье затрат на топливо, по остальным затратам наблюдается отрицательный эффект, но в целом за период эксплуатации получен положительный эффект в размере 2,76 млн. руб.

Анализ периода окупаемости проекта с учетом предотвращенного экологического ущерба показал, что окупаемость АТС от применения КПГ в качестве топлива для автобуса ЛиАЗ-5292с новым газовым двигателем наступит в первый год эксплуатации.

Основные результаты и выводы.

1. В диссертационной работе решена важная научно-техническая проблема повышения энергоэффективности и топливной экономичности газовых двигателей, конвертированных из дизельных двигателей и предназначенных для установки на колёсные транспортные средства; разработаны теоретические положения по способам организации термодинамического цикла с продолженным расширением и методам оптимизации систем двигателя для достижения наилучших показателей по мощности, топливной экономичности и достижению современных требований международных Правил ООН по выбросам вредных веществ с отработавшими газами.

2. Разработан комплекс математических моделей и методик расчета:

- математическая модель термодинамических циклов со смешенным подводом и отводом теплоты учитывающая различные способы управления длительностью тактов сжатия и расширения и позволяющая рассчитать оптимальные соотношения степени расширения и степени сжатия;

- метод конвертации дизельного двигателя в газовый двигатель без изменения геометрической степени сжатия;

- метод расчётной оптимизации фаз газораспределения с укороченными тактами впуска и выпуска с целью достижения наилучшей топливной экономичности и максимального среднего давления цикла путём установления взаимосвязи граничных условий по максимальным давлению и температуре в конце такта сжатия, условий без детонационной работы двигателя, условий максимально возможного снижения насосных потерь;

- методы оптимизации систем питания, зажигания и воздухоснабжения высокофорсированного газового двигателя на основе взаимосогласованной работы этих систем путём расчёта, проведения многофакторного эксперимента и корреляционно-регрессионного анализа, и позволяющие определить оптимальное сочетание конструктивных, регулировочных параметров и алгоритмов управления по достижению наилучшей топливной экономичности;

3. Проведены исследования широкой гаммы газовых двигателей, конвертированных из дизельных двигателей классическим способом по циклу Отто, проведен анализ показателей рабочего процесса, что позволило разработать требования к газовому двигателю нового поколения, превосходящему по топливной экономичности на малых и средних нагрузках существующие газовые двигатели на 10-20%.

4. Обоснованы способы совершенствования рабочих процессов газовых двигателей путём разработки теоретически и экспериментально обоснованных алгоритмов управления распределённой фазированной подачей газа, дроссельной заслонкой (с разомкнутой связью от педали акселератора), перепускным клапаном ТКР, системой зажигания, составом топливно-воздушной смеси по обратной связи с Х-зондом, на основе согласования величин и форм управляющих сигналов исполнительными механизмами, что позволит конструкторам выбирать наиболее эффективные способы достижения наилучшей топливной экономичности и перспективных экологических требований. Предложен и запатентован ряд устройств и конструкций элементов газового двигателя, систем питания и зажигания, способствующих повышению экологических и технико-экономических показателей газовых двигателей.

5. Теоретически и экспериментально доказана эффективность разработанных методов конвертации, расчётной и экспериментальной оптимизации систем двигателя, и показана возможность достижения rje в диапазоне 0.37 - 0,41 в широком диапазоне нагрузок (от 60 до 100 % от полной), показана возможность форсировки газового двигателя до уровня 27-30 кВт/литр рабочего объёма, и до среднего эффективного давления 1,8 МПа за счет оптимизации конструкции и регулировочных параметров двигателя и его систем.

6. Экспериментально, по результатам исследований натурных образцов АТС с новым газовым двигателем, доказана возможность достижения топливной экономичности (в массовых единицах измерения) на уровне аналога АТС с дизельным двигателем.

7. Проведена оценка эколого-экономической оценки эффективности применения газовых двигателей на автотранспорте в ПЖЦ, учитывающая экологические и экономические аспекты реализации всех стадий жизненного цикла дизелей: производства, эксплуатации и утилизации.

8. Результаты диссертационной работы использованы при разработке ряда нормативно-правовых документов, внедрены в ООО «Русские Автобусы -Группа ГАЗ», ОАО «Автодизель», ОАО «КАМАЗ», в опытном производстве ФГУП «НАМИ».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монографии и учебные пособия.

1. Энциклопедия. Двигатели внутреннего сгорания, Том IV-14 / Лукшо В.А.,Филипосянц Т.Р.. Газовые и газодизельные двигатели / Москва: Изд-во «Машиностроение»,, 63,7 пл., 2013, с. 136-143 - ISBN 978-5-94275-623-9.

2. Ипатов A.A., Кутенёв В.Ф., Лукшо В.А., Теренченко A.C., Хрипач H.A. Автотранспорт и экология мегаполисов / М., Экология машиностроения, 2011г., 252 с.

3. Кутенёв В.Ф., Лежнев Л.Ю., Лукшо В.А., Олисевич О.В., Теренченко A.C., Хрипач H.A.. Системы и агрегаты современных энергоустановок для автомобилей и автобусов.//М., Экология машиностроения, 2012 г., 243 с.

Статьи в научных изданиях перечня ВАК.

4. Лукшо В.А. «Особенности конструкции современных систем питания автомобильных газовых двигателей». Исследование, конструирование и расчёт тепловых двигателей внутреннего сгорания: Сборник научных трудов. Труды НАМИ, 1993, С.75-87.

5. Лукшо В.А., Миронов М.Б. Повышение пожаровзрывобезопасности газобаллонной аппаратуры для автомобилей работающих на сжатом природном газе // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр. - М.: Труды НАМИ, 1998, С.122-130.

6. Лукшо В.А. Альтернативные топлива для автотранспорта // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр./Труды НАМИ. - 1999, Вып. 224, С. 137-150.

7. Лукшо В.А., Карницкий В.В., Минкин И.М. Природный газ как моторное топливо для городских автобусов / «Автомобильная промышленность», №8, 1999, С.7-8.

8. Лукшо В.А. Мовчанюк A.JI., Строганов A.B.. Чеповой И.В. О токсичности отработавших газов газодизельных двигателей //Автомобили и двигатели: Сб. науч. тр./НАМИ, 2001, Вып. 228, С.210-217.

9. Лукшо В.А., Гиринович М.П. Создание автотранспортных средств с двигателями, работающими на диметиловом эфире //Автомобили и двигатели: Сб. науч. тр./НАМИ. - М„ 2006, Вып. 236, С.21-26..

10. Лукшо В.А., Кутенёв В.Ф. Законодательные проблемы ускорения внедрения альтернативных топлив для улучшения экологии автомобильного транспорта // «Журнал Автомобильных инженеров», М., №3(44) 2007, С.8-12.

11. Лукшо В.А., ИпатовА.А., Кутенев В.Ф., Современные направления развития конструкций поршневых ДВС в условиях топливно-энергетического кризиса // «Грузовик&Строительно-дорожные машины, автобус, троллейбус, трамвай» Москва, "Издательство Машиностроение". №1, 2008, С.6-9

12. Лукшо В.А., Коноплев В.Н., Латышев А.П., Карнаухов Е.А., Исследование прочности свойств стальных баллонов высокого давления, находящихся в эксплуатации на грузовых АТС от 2 до 30 лет // Двигатели и экология: Сб. науч. тр./НАМИ - М., 2007, Вып. 238, С. 144-154. Ил. 1, табл. 9.

13. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю. Особенности конструктивных решений рядных и V - образных газовых двигателей, конвертированных из дизелей. «Автомобильная промышленность». 2009, №4, С.5-7.

14. Лукшо В.А., Тюфяков A.C., Григорьев Л.Ю. Технические аспекты обеспечения экологической безопасности АТС с газовыми двигателями // «Труды НАМИ» - Выпуск №242; Комбинированные энергоустановки автотранспортных средств: сб. научн. ст. - М.., 2009, С.133-137.

15. Лукшо В.А., Кутенёв В.Ф., Козлов A.B., Теренченко A.C. Теоретическое и экспериментальное исследование энергетической и эколого-экономической эффективности применения смесевых и биодизельных топлив в дизелях // Двигатели и экология: Сб. науч. тр./НАМИ. - М., 2007, Вып. 238, С. 84-94. Ил. 8., табл. 5.

16. Лукшо В.А., Миронов М.В., Об экономической эффективности использования природного газа, как моторного топлива на транспортных средствах с дизельными силовыми установками //Транспорт на альтернативном топливе, 2010, №2(14), С.20-26.

17. Лукшо В.А.. Зленко М.А., Кутенёв В.Ф., Ресурсы, техническая возможность и экономическая целесообразность получения и использования альтернативных топлив из биомассы сельхозпроизводства // «Труды НАМИ» Выпуск №243: Производство энергии и биотоплив второго поколения и? непищевой биомассы: VII Международный автомобильный научный форум (21-22 окт. 2009 г.) сб. докладов - М., 2010, С.3-21.

18. Лукшо В.А. Конвертация дизеля в газовый двигатель с регулируемым термодинамическим циклом // «Транспорт на альтернативном топливе», 2010, №6(18), С.44-50.

19. Лукшо В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C. Оценка показателей природного газа как моторного топлива в полном жизненном цикле // «Транспорт на альтернативном топливе», 2011, №3(21), С.4-9.

20. Лукшо В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C. Демидов A.A. Исследования показателей двигателя с искровым зажиганием при работе на газовых топливах // «Транспорт на альтернативном топливе», 2011, №6(24), С.28-33.

21. Лукшо В.А., Строганов В.А. Сертификация ГБА и нормативная база по переводу автотранспорта на ГМТ // «Транспорт на альтернативном топливе», 2012, №1(25), С.48-50.

22. Лукшо В.А. Математическая модель термодинамического цикла газового двигателя // «Транспорт на альтернативном топливе», 2012, №6(30), С.54-65.

23. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю. Влияние организации подачи топлива на показатели работы газового двигателя, конвертированного из дизеля // Труды НАМИ, сб.науч.ст. - М., 2012, Вып. №250, С.5-22.

24. Лукшо В.А., Теренченко A.C., Филипосянц Т.Р., Корнилов Г.С. Миронов М.В. Газодизели НАМИ // «Автомобильная промышленность», 2013, №10, С.18-19

25. Лукшо В.А. Выбор фаз газораспределения при конвертаци дизельного двигателя в газовый с укороченным тактом впуска // Труды НАМИ, сб.науч.ст. -М„ 2014. - Вып. №256, С.25-37.

26. Лукшо В.А. О повышении топливной экономичности автотранспортных средств с газовыми двигателями // Труды НАМИ, сб.науч.ст. - М„ 2014, Вып. №257, С.5-22

27. Лукшо В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C., Миренкова Е.А.. Анализ эколого-экономической эффективности автобусов, работающих на нефтяном и газовом топливах, в полном жизненном цикле // Труды НАМИ, сб.науч.ст. - М., 2014, Вып. №259, С.38-49

28. Лукшо В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C., Миренкова Е.А. Оценка эффективности применения компримированного природного газа в качестве топлива для автобусов с улучшенными экологическими и энергетическими характеристиками в полном жизненном цикле // Журнал ААИ, Материалы 90-ой Международной науч.-техн. конф. Иркутск, 9-10 апреля 2015, С.188-199.

29. Лукшо В.А., Нагайцев М.В. Альтернативные виды топлив для автотранспорта Крайнего Севера.// Журнал ААИ, Материалы 90-ой Международной науч.-техн. конф. Иркутск, 9-10 апреля 2015,С.207-213

Статьи в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus.

30. LukshoV.A., KozlovA.V., PanchishnyV.I., TerenchenkoA.S., Development of a complex catalytic conversion system for internal combustion engines fueled with natural gas.// Modem Applied Science Vol. 9, No. 8; 2015

Doi: http://ccsenet.org/iournal/index.php/mas/article/vievv/51807/27808

31. Luksho V.A., Kozlov A.V., Terenchenko A.S., Ter-MkrtichianYu.G., Karpukhin K.E. Technical and Economie Analysis of Vehicles Pollutant Emissions Réduction Technologies // Biosciences Biotechnology Research Asia, 2015, Vol. 12(2). Doi: http://dx.doi.org/10.13005/bbra/1852

Статьи в научных изданиях.

32. Панов Ю.В., Лукшо В.А. Газодизельные автобусы «Икарус» как фактор снижения вредного воздействия на загрязнение окружающей среды (устройство газобаллонной аппаратуры). Автомобильный транспорт: Экологическое обозрение. Серия охрана окружающей среды.информационный центр по автомобильному транспорту "Информавтотранс" Выпуск 2, Часть 1, Москва, 1997, 38 с. -

33. Лукшо В.А., Корнилов Г.С., Строганов А.В., Чеповой И.В.. Новый взгляд на проблемы применения газодизельных двигателей. Материалы конференций за 2000-2001гг. ААИ., вып.8. С.111-112.

34. Лукшо В.А., Строганов А.В. Токсичность отработавших газов газодизельных автомобилей. Сб. научн. докладов. Международная научно-практическая конференция «Земледельческая механика и растениеводство» Том 7.: ВИМ 2002, С. 170 -174.

35. Лукшо В.А., Бурцев В.А., Мовчанюк А.Л. «Создание газового двигателя с микропроцессорной системой управления на базе дизельного двигателя.ХХХ1Х Международная научно-техническая конференция ААИ. Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров. 25-26 сентября 2002 г. Москва, МГТУ «МАМИ» Сб. тезисов докладов. С.29.

36. Лукшо В.А., Жаров А.В., Корнилов Г.С., Перевод городского автотранспорта на газовое топливо. //Актуальные проблемы экологии Ярославской области. Выпуск 2. Материалы Второй научно-практической конференции. Ярославль, июнь, 2002. Том 1. С.73-78

37. Потапов В.Н., Орсик Л.С., Стативко В.Л., Лукшо В.А. «Рекомендации по использованию компримированного природного газа в качестве моторного топлива для транспортно-энергетических средств сельскохозяйственного назначения». - М.: «Издательство ВИМ», 2003, С.247.

38. Luksho. V. Syngas as a fuel for 1С and diesel engines: efficiency and harmful émissions cut-off/ V. Sobyanin, O. Brizitskiy, // Proceedings International Hydrogen Energy Congress and Exhibition IHEC 2005 Istanbul. - Turkey, 2005, P. 1-12

39. Лукшо B.A., Строганов А.В. Использование природного газа в качестве моторного топлива для дизельных двигателей: Обз. инф. Серия Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО <ИРЦ Газпром>, 2005, С.1-38.

40. Лукшо В.А. Однотопливная система питания диметиловым эфиром для дизельного двигателя //Альтернативные источники энергии для транспорта

и энергетики больших городов / Сборник докладов. Ч. 2. М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005, С. 19-28.

Патенты и изобретения.

41. Лукшо В.А., Миронов М.В., Григорьев Л.Ю. «Газовый двигатель внутреннего горения». Патент РФ на полезную модель № RU64704U1. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10 июля 2007г.

42. Лукшо В.А., Миронов М.В., Григорьев Л.Ю., Князев А.М. «Двигатель внутреннего горения». Патент РФ на полезную модель № RU64703U1 Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10 июля 2007г.

43. Лукшо В.А., Миронов М.В., Григорьев Л.Ю., Цапов H.H. «Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания». Патент РФ на полезную модель № RU65975U1 Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27 августа 2007г.

44. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю., Миронов М.В., «Свечной патрон». Патент РФ на полезную модель № RU68793U1. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27 ноября 2007г.

45. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю., Цапов H.H. «Тепловой двигатель для работы на газовом топливе». Патент РФ на изобретение № 2338901, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 20.11.2008г.

46. Лукшо В.А.,Григорьев Л.Ю. Цапов H.H. «Тепловой двигатель для работы на газовом топливе». Патент РФ на изобретение № 2338901, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 20.11.2008г.

47. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю. Цапов H.H. «Система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель» Патент РФ на изобретение № 2343303, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 10.01.2009г.

48. Лукшо В.А., Миронов М.В., Григорьев Л.Ю. «Устройство для зажигания горючей смеси в газовом двигателе». Патент РФ на изобретение № 2343305, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 10.01.2009г.

49. Лукшо В.А., Григорьев Л.Ю., Миронов М.В., «Устройство для подачи горючего газа в двигатель внутреннего сгорания». Патент РФ на изобретение № 2353792, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 27.04.2009г.

50. Лукшо В.А., Ванин В.К., Аболтин Э.В., Миронов М.В., Натепров Ю.Ю., Якунин Р.В. «Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания». Патент на изобретение № 2537660, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 11.11.2014г.

51. Лукшо В.А., Ванин В.К., Аболтин Э.В., Миронов М.В., Натепров Ю.Ю., Якунин Р.В. «Двигатель внутреннего сгорания». Патент на изобретение № 2543925, зарегистрировано в Госреестре изобретений РФ 03.02.2015 г.

Подписано в печать 15 сентября 2015 г. Формат А5. Объём 2,5 печатных листа Тираж 110 экз. Заказ № 724

Отпечатано в типографии "Реклама Готова!" ИП Лагута Р.Ю.

ИНН 280128639157, ОГРН ИП 308774623400731

Адрес 125493 г. Москва, ул. Авангардная,_ д.З, офис 1103

тел. 8(495) 642-34-23

http://reklamagotova.ru