автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливно-воздушную смесь

На правах рукописи

003052905

Смоленский Виктор Владимирович

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ В БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ПРИ ДОБАВКЕ ВОДОРОДА В ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНУЮ СМЕСЬ

Специальность 05.04.02 - "Тепловые двигатели"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тольятти - 2007

003052905

Работа выполнена на кафедре «Тепловые двигатели» Тольяттинского государственного университета

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Шайкин Александр Петрович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Носырев Дмитрий Яковлевич

Доктор технических наук, профессор Васильев Андрей Витальевич

Ведущая организация: ОАО «АВТОВАЗ»

Защита диссертации состоится «23» марта 2007 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.264.01 Тольяттинского государственного университета по адресу: 445667, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Белорусская, 14, актовый зал УНИ.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Тольяттинского государственного университета по адресу 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Автореферат разослан «22» февраля 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 212.264.01, д.т.н., профессор

П.Ф.Зибров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие автомобилестроения происходит при быстром росте цен на углеводородное топливо с одной стороны и экологическим загрязнением атмосферы отработавшими газами в крупных городах с другой стороны, что обуславливает поиски различных направлений по снижению токсичности и улучшению экономичности работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Наиболее перспективным направлением, как по снижению токсичности, так и повышению экономичности является воздействие на рабочий процесс и применение альтернативных видов топлива, таких как природный газ, синтез-газ и водород, т.е. непосредственно на причины образования токсичных веществ и эффективность работы двигателя.

Вопросу использования водорода посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Показано, что при малых добавках водорода (до 5-6% от массы топлива) отмечаются такие особенности сгорания как: заметное расширение пределов воспламенения и горения топливно-воздушной смеси (TBC), значительное снижение токсичности отработавших газов (ОГ) по оксиду углерода и несгоревшим углеводородам (СН), увеличение полноты сгорания, меньшая зависимость характеристик двигателя от угла опережения зажигания. Особенно ярко эти особенности проявляются при обеднении смеси. Отличительной особенностью водорода является, значительное улучшение всех перечисленных параметров, какое не наблюдается при использовании других добавок.

Разработка двигателя работающего на бензине с малыми добавками водорода требует учета особенностей его сгорания. Начальный этап разработки - тепловой расчет рабочего процесса, позволяющий определить пути улучшения рабочих характеристик уже разработанных и проектируемых двигателей. Расчет должен быть доступным для инженера и учитывать особенности процесса сгорания при добавке водорода в TBC. В тепловом расчете основными проблемами являются определение продолжительности воспламенения (первой фазы сгорания) и скорости распространения пламени во второй и третьей фазе, а также характеристики тепловыделения. Необходимо отметить, что точность расчета по любой из методик определяется в первую очередь, именно, характеристикой тепловыделения. В практике, как в России, так и в зарубежных исследовательских и конструкторских центрах, принята полуэмпирическая характеристика полученная И.И. Вибе. Основными её недостатками являются сложность определения в процессе конструкторской разработки показателя характера сгорания m и продолжительности процесса сгорания, а также отсутствие данных по влиянию на них малых добавок водорода.

Анализ литературы показывает, что применение водорода в качестве добавки в TBC является перспективным альтернативным топливом для ДВС, а особенности процесса сгорания таких смесей изучены не полностью. Причем его влияние на скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения практически не изучено. В связи с этим определение особенностей сгорания бензовоздушных смесей при малых добавках водорода, и на основе этого закономерностей, связывающих средние скорости распространения пламени и характеристику тепловыделения с изменением режимных параметров работы двигателя, для проведения расчета сгорания на стадиях проектирования и доводки двигателя является актуальным.

Целью работы является улучшение характеристик процесса сгорания в бензиновых двигателях за счет изменения свойств топливно-воздушной смеси при добавке водорода.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

1) определение особенностей влияния добавок водорода в TBC на продолжительность сгорания и среднюю скорость распространения пламени в первой, второй и третьей фазе сгорания;

2) получение полуэмпирических зависимостей для расчета скорости распространения пламени в основной, второй и третьей фазах сгорания при изменении свойств TBC и режимных параметров работы двигателя;

3) вывод зависимости для прогнозирования показателя характера сгорания характеристики тепловыделения при изменении свойств TBC и режимных параметров работы двигателя.

ОБЪЕКТ исследования - процесс сгорания углеводородных топлив в двигателях с искровым зажиганием при добавке водорода в топливно-воздушную смесь.

ПРЕДМЕТ исследования - прогностические показатели средних скоростей распространения пламени в первой, второй и третьей фазе, а также характеристики тепловыделения при изменении свойств TBC за счет добавки водорода.

Методы исследования. При проведении исследований применялись экспериментальные методы, включающие стендовые испытания на одноцилиндровой исследовательской установке УИТ-85, методы эмпирического анализа, статистическая обработка данных и компьютерное моделирование.

Достоверность полученных результатов исследования обусловлена большим объемом экспериментов, применением методов статистической обработки данных, а также подтверждается хорошей сходимостью результатов исследования процесса сгорания с результатами отечественных и зарубежных исследований проведенных на экспериментальных установках и реальных автомобильных двигателях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в установлении закономерностей влияния малых добавках водорода в TBC на среднюю скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения на основе измерений ионного тока в пламени, и включают полученные результаты:

- способ определения третьей фазы сгорания, а также показателя характера сгорания по изменению ионного тока пламени;

- эмпирическую зависимость для определения средней скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания, при малых добавках водорода в TBC;

- полуэмпирическую зависимость для определения средней скорости распространения пламени во второй и основной (первая и вторая) фазах сгорания, при малых добавках водорода в TBC;

- эмпирическую зависимость для определения характеристики тепловыделения, при малых добавках водорода в TBC.

ПРАКТИЧЕСКУЮ значимость исследования представляют:

- результаты исследований сгорания бензовоздушных смесей с добавкой водорода в бензиновом ДВС, показавшие значительные возможности по сокращению длительности сгорания во всех трех фазах;

- система измерения и записи сигналов на датчике ионизации оригинальной конструкции, позволяющей размещать датчики ионизации практически на любой двигатель без существенной его доработки, в том числе в наиболее удаленной от свечи зажигания зоне КС;

- полученные эмпирические зависимости определения средних скоростей распространения пламени в основной, второй и третьей фазе сгорания, а также показателя характера сгорания ш, для TBC с добавками водорода, что позволят сократить сроки на проектирование и доводку новых ДВС, работающих на бензине с добавками водорода.

Исследования проводились согласно государственному заказу по проекту «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 205, раздел 03 «Экологически чистый и высокоскоростной транспорт», 2004 г, и областному ГРАНТу для студентов, аспирантов и молодых ученых 2006 года «Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при изменении качества топливной смеси».

Реализация результатов работы.

Расчетные зависимости рекомендованы к внедрению НТЦ ОАО «АВТОВАЗ», и реализованы в областном ГРАНТе для студентов, аспирантов и молодых ученых 2006 года.

Материалы работы применяются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания».

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ в 2006 и 2007 годах, а также на следующих конференциях: МНТК «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград -2005; ВНТК с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ, Тольятти - 2004, 2005; 49-я МНТК ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров", МГТУ «МАМИ», Москва - 2005; Международный симпозиум «Образование через науку», МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва - 2005; Международном симпозиуме по водородной энергетике, МЭИ, 2005 г. Москва; МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» Россия, Челябинск 2006 г; МНК «Ломоносов», Москва, МГУ 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся следующие положения:

1) результаты экспериментальных исследований особенностей процесса сгорания при добавке водорода в топливно-воздушную смесь, а именно: на продолжительность сгорания и скорость распространения пламени в первой, во второй и третьей фазах сгорания;

2) эмпирическая зависимость скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания с изменением свойств TBC и параметрами работы двигателя;

3) полуэмпирические зависимости скорости распространения пламени в основной и второй фазах сгорания с изменением свойств TBC и параметрами работы двигателя;

4) эмпирическая зависимость показателя характера сгорания m с изменением свойств TBC и параметрами работы двигателя.

Структура и объем диссертации.

Диссертации состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 159 наименований. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, иллюстрированного 3 таблицами и 72 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и выбранного направления исследования, сформулирована его цель и задачи.

В первой главе диссертации исследованы вопросы сгорания углеводородных топлив и распространении пламени в цилиндре поршневого ДВС с искровым зажиганием, проблемы математического моделирования рабочего процесса, а также применения водорода и его влияния на процесс сгорания.

Вопросами сгорания углеводородных топлив занимались такие отечественные ученые как H.H. Семенов, A.C. Соколик, Д.А. Франк-Каменецкий, Я.Б. Зельдович, К.И. Щелкин, Е.С. Щетинков, зарубежные ученые Б. Льюис, Г. Эльбе, Ю. Варнатц, У. Маас, Дамкелер, Карловиц и другие. Анализ многочисленных исследований показал, что распространение фронта пламени по гомогенной TBC можно разделить на три основных вида: ламинарное распространение фронта пламени, турбулентное при мелкомасштабной турбулентности потока и турбулентное при крупномасштабной турбулентности потока.

Скорость распространения ламинарного пламени определяется физико-химическими свойствами смеси, её температурой и давлением. H.H. Семенов получил уравнение для скорости пламени, в основу которого был положен тепловой механизм с учетом диффузии молекул:

I 2 Л Тмакс

ил=]п ' , Н, (1)

где Я - теплопроводность; ап- концентрация рабочего тела; р0 - плотность исходного газа; L -теплотворная способность горючей смеси; СО - скорость химической реакции.

Основные затруднения при использовании предложенной зависимости заключаются

в определении скорости химической реакции а » е RT, когда в течение нескольких миллисекунд происходит изменение в объеме КС температуры от температуры сжатия до температуры горения, причем Е также зависит от температуры.

Скорость распространения пламени при мелкомасштабной турбулентности потока зависит в большей мере от ламинарной скорости распространения пламени при данных условиях, чем от масштаба турбулентных пульсаций. Дамкелер предложил при переходе от описания ламинарного пламени к мелкомасштабному турбулентному пламени просто ограничиться заменой молекулярной диффузии на турбулентную диффузию:

где V - коэффициент динамической вязкости; £ - коэффициент турбулентной диффузии.

Скорость распространения пламени при крупномасштабной турбулентности потока зависит в большей мере от турбулентности потока, чем от ламинарной скорости распространения пламени при данных условиях. Широкое распространение за рубежом получила формула Дамкелера - Карловица, которая является продолжением работ К.И. Щелкина:

где Vt - турбулентная скорость распространения пламени, 11л - ламинарная скорость распространения пламени, и' - турбулентность потока.

Существующие формулы для скорости распространения пламени предназначены для стационарно протекающих процессов и не могут применяться для условий поршневых ДВС, где процесс сгорания происходит при постоянно изменяющемся давлении, температуре и турбулентности. Применение этих формул требует разработки очень сложных трехмерных программ для определения давления, температуры и турбулентности в каждый момент времени и для каждой точки камеры сгорания, что является очень сложной и трудоемкой операцией. Например, скорость турбулентных пульсаций и\ изменяется от оси цилиндра к стенкам — в 10 раз, а по оси цилиндра при движении от нижней мертвой точки к верхней в 3 раза.

Анализ исследований процесса сгорания и распространения пламени в цилиндре бензиновых ДВС показал, что для современных представлений, описанных в работах A.C. Соколика, Н.В. Иноземцева, В.К. Кошкина, М.О. Лернера, А.Н. Войнова, И.И. Вибе, W.A. Daniel, J.B. Heywood, S. Curry и др., характерна разработка различных математических моделей сгорания (двух зонных, многозонных и т.д.). Основные трудности при создании математических моделей сгорания заключаются в определении средних скоростей сгорания и характеристики тепловыделения.

Для характеристики тепловыделения общепризнанной является полуэмпирическое выражение, полученное И.И. Вибе:

где уу - часть топлива, выгоревшая за цикл; {,_ - продолжительность сгорания; т - показатель характера сгорания.

Основной недостаток данного выражения является сложность определения продолжительности сгорания ^ расчетным методом, а методов определения показателя характера сгорания ш без проведения экспериментальных исследований вообще не существует. Поэтому определение показателя характера сгорания при расчетах на стадии проектирования является очень длительным и дорогостоящим. В связи с этим показатель характера сгорания задается предположительно от 2 до 5, что

(3)

(4)

вносит значительные неточности в определение реальной характеристики тепловыделения. Поэтому необходимо разработать способ определения показателя сгорания ш для всех режимов работы бензинового двигателя с добавками водорода при минимальном количестве натурных испытаний, с учетом скорости распространения пламени.

Для анализа процесс сгорания принято разделять на фазы:

- первая фаза - начальная, отвечает формированию развитого фронта пламени из начального очага горения, возникшего между электродами свечи, ее продолжительность определяется как время от подачи искры до момента, соответствующему подъему давления над линией сжатия по индикаторной диаграмме;

- вторая фаза - основная, состоит в распространении турбулентного фронта пламени по большей части камеры сгорания, в результате чего сгорает основная часть TBC. Ее окончание определяется, точкой максимума давления на индикаторной диаграмме или достижением пламени наиболее удаленной части КС;

- третья фаза - заключительная, в ней происходит завершение сгорания в объеме и догорание в пристеночных слоях. Как показали исследования, распространение пламени в пристеночных слоях происходит по законам ламинарного или мелкомасштабного турбулентного сгорания;

- основная фаза - включает в себя первую и вторую фазу сгорания, начинается с момента подачи искры, и завершается при достижении пламени наиболее удаленной части КС.

Одним из основных способов, позволяющих улучшить экологические и экономические показатели двигателя, являются воздействие на рабочий процесс и применение альтернативных топлив. Наиболее перспективным в этом направлении является применение альтернативных видов топлив. Но требуется учет особенностей их сгорания, особенно малых добавок водорода в бензовоздушные смеси. В этом направлении известны работы А.И. Мищенко, Г.Н. Злотина, H.A. Иващенко, В.Н. Луканина, А.П. Шайкина, М.М. Русакова, Л.Н. Бортникова, W.A. Daniel, J.B. Heywood и другие. Показано, что добавка водорода вносит свои особенности в процесс сгорания: значительно расширяет пределы устойчивого горения, уменьшает задержку воспламенения (первую фазу), увеличивает скорость распространения пламени, снижает токсичность ОГ по несгоревшим углеводородам, изменяет токсичность по оксиду азота. Следует отметить, что увеличение количества добавляемого водорода более (6-8%) по массе топлива снижает его эффективность как активизирующей добавки. Происходит как бы замещение одного топлива другим. Эксперименты, как правило, проводились при изменении параметров TBC на входе и определение характеристик работы двигателя на выходе, крутящий момент, токсичность и т.п. Каким образом изменялись параметры процесса сгорания - скорость распространения пламени, длительность сгорания и его отдельных фаз практически не рассматривались. Не определены закономерности, связывающие токсичность ОГ и экономичность работы двигателя со скоростями распространения пламени.

Современные исследования по образованию токсичных компонентов в ОГ показали существование зависимостей их концентрации со средними скоростями сгорания. Так концентрация оксидов азота зависит от средней скорости распростране-

ния пламени в основной фазе, а несгоревших углеводородов в третьей, что показано в работах П.В. Ивашина, J.B. Heywood и др.

Создание двигателей использующих в качестве альтернативного топлива бен-зовоздушные смеси с малыми добавками водорода требует знания не только качественного, но и количественного воздействия на основные параметры процесса сгорания и, особенно на скорость распространения пламени при изменении свойств TBC за счет добавки водорода.

Для более глубокого понимания и разработки математических моделей, учитывающих влияние водорода на скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения, необходимо получать информацию о процессе сгорания в различных зонах камеры сгорания. Наряду с многочисленными известными методами изучения и визуализации процессов сгорания в цилиндре ДВС (скоростная киносъемка с помощью кварцевых окон в цилиндре, лазерный метод и т.д.) в настоящее время за рубежом возродился интерес к изучению процессов сгорания с помощью явления ионизации в пламени углеводородных топлив. Изучением процесса сгорания в цилиндре ДВС с использованием явления электропроводности в пламени занимались такие ученые, как Г.С. Аравин, Н.В. Иноземцев, H.H. Семенов, A.C. Соколик, I. Andersson, L. Eriksson, J.B. Heywood, G. Nlootat, R. Calcotte, D.E. Maier, и др. Показана перспективность этого направления и возможность применения датчиков ионизации на транспортных ДВС без существенных изменений в их конструкции. Данное обстоятельство определило способ экспериментального исследования, выполняемого в работе.

Таким образом, обзор состояния вопроса позволяет определить направление и способы экспериментального исследования, а также основные задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

Во второй главе обосновывается выбор установки УИТ-85 в качестве экспериментальной модели реального транспортного ДВС, приводится описание экспериментальной установки, излагается методика проведения исследований, а также дается оценка погрешностей результатов проведенных измерений.

УИТ-85 представляет собой одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель с изменяемой степенью сжатия, отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 1.35. Коленчатый вал приводится во вращение электромотором. Обороты поддерживаются постоянными - два скоростных режима: 600 и 900 мин'1. Однородность TBC обеспечивается конструкцией подогреваемого впускного трубопро-Рисунок 1 - Схема установки иониза- вода Влажность воздуха и температура TBC на ционного датчика в камере сгорания „

УИТ-85: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - впУске поддерживаются постоянными. Эти осо-

свеча зажигания; 4 - место для уста- бенности конструкции позволяют максимально новки датчика. снизить межцикловую нестабильность работы

двигателя. В камере сгорания (рисунок 1) имеется штатное место, в которое устанавливается магнитострикционный или ионизационный датчик. Конструкция УИТ-85 позволяет достаточно точно контролировать режимные параметры работы ДВС (температура охлаждающей жидкости, степень сжатия, обороты, состав смеси, УОЗ) и изменять их независимо друг от друга.

Для исследования характеристики тепловыделения и продолжительности задержки воспламенения использовался штатный магнитострикционный датчик, позволяющий регистрировать изменение скорости нарастания давления в цилиндре двигателя, динамическая погрешность датчика составляет 0.05 мс.

Для проведения исследования характеристик сгорания был использован пяти-электродный ионизационный датчик, на котором фиксируется импульс напряжения ионного тока, возникающий в момент соприкосновения фронта пламени с электродами. Ионизационный датчик, представленный на рисунке 2, представляет собой многоканальную систему, состоящую из наружного корпуса и пяти электродов заключенных в нем. Для изолирования электродов от корпуса применены керамические соломки. Данная схема расположения электродов в корпусе ионизационного датчика способствует получению независимых друг от друга сигналов при подаче напряжения, а также дает возможность обзора объемной картины распространения фронта пламени в отдаленных от источника зажигания областях камеры сгорания. Для записи осциллограмм с магнитострикционного и ионизационного датчика использовался цифровой многоканальный осциллограф на базе АЦП Е-440 фирмы "Ь-СагсГ, погрешность прибора составляет 0.01% по времени и 0.3% по амплитуде. Блок-схема системы измерения ионного тока показана на рисунке 3. Между электродами ионизационного датчика создается разность потенциалов с помощью источника постоянного тока гальванического типа. Напряжение на клеммах источника составляет 9 В. На первый канал аналогового ввода осциллографа подается сигнал с электромагнитного датчика, установленного на проводе высокого напряжения свечи зажигания. При искровом разряде на этом датчике возникает импульс тока, который фиксируется осциллографом и используется для синхронизации развертки осциллограммы. Т.е. начало осциллограммы для каждого рабочего цикла соответствует моменту искрового разряда на свече зажигания. Таким образом, сигнал с магнитострикционного и ионизационного датчика синхронизируется на экране осциллографа по искре, что позволяет определять продолжительность процесса сгорания и скорость нарастания давления в процессе сгорания.

В соответствии с решаемыми задачами, испытания проводились при степени сжатия 7 на двух скоростных режимах п = 600 и 900 мин"', угол опережения зажигания варьировался от 9 до 32 градусов поворота коленчатого вала, при изменении физико-химических свойств смеси. Варьирование физико-химических свойств смеси осуществлялось изменением состава смеси (а изменялось от 1 до пределов бедного срыва) и введением в ТВС активизирующей добавки водорода в малых количествах, до 6% от общей массы топлива. Массовая доля водорода в топливе определялась как:

IЗвШ*'* - А

V © р о

V

Рисунок 2 - Пяти электродный ионизационный датчик

H = GH2*100%/(GH2 + Gß, (5)

где Gh2 - расход водорода (кг/ч), G/- расход бензина (кг/ч).

Погрешность определения коэффициента избытка воздуха да = 0.023, массовой доли водорода в топливе ЛЯ = 0.0032.

Показано что погрешность характеристик ионного тока: амплитуда сигнала — Sf„ = 5.65%, время начала сигнала - St0 = 4.64%, время продолжительности сигнала - ör„ = 6.38%. Характеристик магнитострикционного датчика промежутку времени от искры до Pz -ötf= 8.97%.

В третьей главе приводятся результаты измерения ионного тока и сигнала с магнитострикционного датчика при изменении варьируемых параметров и их анализ.

Для осциллограмм с магнитострикционного датчика, записанных в отдельных циклах на одном режиме, производилось осреднение и оценка по характерному параметру - промежутку времени ti от искрового разряда до отрыва линии давления от линии сжатия, которое принималось, как продолжительность первой фазы сгорания.

Для осциллограмм ионного тока, записанных в отдельных циклах на одном режиме, производилось осреднение и оценка по характерным параметрам, рисунок 4:

1) промежуток времени t от искрового разряда до возникновения импульса, т.е. достижения пламенем ионизационного датчика, что принималось за продолжительность основной фазы сгорания

2) продолжительность сигнала т, принималась за про, t . . х . должительность третьей фазы сгорания

Рисунок 4 - Параметры оценки 3) амплитуда I импульса ионного тока на осциллограм-осредненного импульса ме-

Анализ продолжительности фаз сгорания показал что, увеличение оборотов сокращает продолжительность сгорания по времени, но при этом увеличивает по углу поворота кривошипа. При этом выявилась существенная особенность процесса сгорания, заключающаяся в том, что при добавке водорода произошло сокращение продолжительности всех фаз сгорания.

Определено влияние режимных параметров и свойств TBC на амплитуду ионного тока, которая отражает скорость химических реакций во фронте пламени, определяющуюся физико-химическими свойствами TBC.

По экспериментальным данным определено влияние режимных параметров и свойств смеси на скорость распространения пламени в первой, второй, основной и третьей фазах сгорания. Очевидно, что скорость распространения пламени не может быть меньше скорости при прямолинейном движении фронта пламени от свечи к

Рисунок 3 - Блок-схема системы измерения ионного тока: 1 - катушка зажигания, 2 - э/м датчик, 3 - свеча зажигания, 4 - ионизационный датчик.

датчику. Поэтому для определения характерной «средней» скорости фронта пламени в этой фазе сгорания достаточно поделить характерный размер КС, соответствующий пути распространения фронта пламени на время t:

Средняя скорость распространения пламени в «основной» фазе, соответствующей распространению фронта через весь объем камеры сгорания, за промежуток времени от искрового разряда до возникновения ионного тока:

Voc„ = D,/toa,t (6)

где D = 85 мм, - диаметр цилиндра.

По результатам испытаний была определена скорость распространения пламени во второй фазе. Так как согласно данным полученных из литературных источников, первая фаза заканчивается, когда пламя выходит за пределы электродов свечи зажигания, то расстоянием, пройденным пламенем в первой фазе сгорания можно пренебречь. Тогда средняя скорость распространения пламени во второй фазе определяется как расстояние от свечи зажигания до наиболее уделенной части камеры сгорания деленное на продолжительность второй фазы:

V2 = D/t2, (8)

где D = 85 мм, - диаметр цилиндра, t2 - продолжительность второй фазы, t2 = Wh - ti, где toc„ -продолжительность основной фазы, мс; ti - продолжительность первой фазы сгорания.

Средняя скорость пламени U3 в третьей фазе сгорания при выгорании смеси в полости датчика ионизации, показывает скорость распространения пламени в пристеночном слое и определяется как:

U3=//T, (7)

где / — характерный размер полости датчика ионизации — 3,5мм.

Показано что на среднюю скорость распространения пламени в основной фазе сгорания примерно одинаковое влияние оказывает турбулентность смеси (обороты) и свойства TBC, рисунок 5. А средняя скорость распространения пламени в заключительной фазе в основном зависит от свойств TBC, рисунок 6, т.е. от добавки водорода и состава смеси.

Рисунок 5 Средняя скорость распространения пламени в основной фазе.

6Q0-1 3-5%

900-13-! %

900-22-С %

600-13-0' 1 Л

900-13-0 У.

1 1,1 1,2 а 1,3 1,4 1,5

Рисунок 6 Средняя скорость распространения пламени в третьей фазе.

Результаты экспериментального исследования показали, что малые добавки водорода в бензовоздушную смесь приводят к следующим особенностям протекания процесса сгорания:

- происходит сокращение продолжительности всех фаз сгорания;

- во 2-ой фазе сгорания влияние 5% добавки водорода на среднюю скорость распространения пламени сравнима с увеличением скоростного режима на 50% (эквивалентное возрастанию турбулентности на 1,66 раза);

- в третьей фазе сгорания влияние малых добавок водорода более значительное, чем увеличение скоростного режима.

Четвертая глава посвящена обобщению и анализу результатов экспериментов, изучению взаимосвязи средней скорости распространения пламени и показателя характера сгорания ш характеристики тепловыделения по методу И.И Вибе с режимными параметрами работы двигателя и свойствами смеси, а также оценке возможности практического применения экспериментального исследования.

Для обобщения и оценки влияния скоростного режима работы двигателя на продолжительность сгорания в первой, второй, и третьей фазах сгорания использованы относительные значения уровня скорости пламени. Анализ относительного влияния варьируемых параметров на первую, вторую и третью фазу показал что:

- увеличение оборотов с 600 до 900 (рисунок 7), приводит к сокращению первой и второй фазы сгорания по времени на 30% и 20% для а = 1 и 19% и 9% для а = 1.4 соответственно, рисунок 7. Но при этом продолжительность второй фаза сгорания увеличивается по углу поворота коленчатого вала, что приводит к увеличению продолжительности третьей фазы на 40% для а = 1 и 30% для а = 1.4. Общая продолжительность сгорания уменьшилась на 22% а = 1 и 8% для а = 1.4;

а Зфаза

д 1 фаза

X 2 фаза

Рисунок 7 Относительная продолжительность сгорания при изменении оборотов с 600 до 900 мин'1 по составу смеси а для 1, 2 и 3 фазы, режим работы: УОЗ = 13, без водорода.

1.4 1,2 1

о

£0,6 0,4 0,2 О

е—х—5 Г- л -

д__

X 1 фаза УОЗ-19 О 2-фаза УОЗ-19 д 3-фаза УОЗ-19

1,3

1,4

Рисунок 8 Относительная продолжительность сгорания при изменении УОЗ с 13 до 19° ПКВ по составу смеси а для 1 2 и 3 фазы, режим работы: 900 мин , без водорода.

- увеличение УОЗ с 13 до 19 (рисунок 8), приводит к уменьшению продолжительности второй и третьей фазы сгорания на 8% и 50% для а = 1 и 3% и 30% для а = 1А соответственно, за счет завершения сгорания ближе в ВМТ. Но при этом продолжи-

тельность первой фазы увеличивается 9% для а = 1 и 21% для а = 1.4. Общая продолжительность сгорания уменьшилась на 6% а = 1 и 12% для а = 1.4;

- обеднение смеси от а = 1 до а = 1.4 увеличивает продолжительность первой, второй и третьей фазы сгорания, на 170%, 50% и 600% соответственно, рисунок 9; Общая продолжительность сгорания увеличилась на 248%;

s 4 ь>

з 2

1 о 3 фаза □ 1-фаза д 2-фаза

г? 0,7

о

н £

^ 0,6

0,5

0~— 1 _ А а

1 ° у — —

'-----

□ 1 ф л 2 А аза

♦ 3 фаза

1,1

1,2

1,3

1.4

1.5

Рисунок 9 Продолжительность сгорания по составу смеси а относительно а = 1 для 1 2 и 3 фазах сгорания, режим работы: 900 мин , УОЗ = 13, без водорода.

Рисунок 10 Продолжительность сгорания при добавке 3% водорода в ТВС относительно сгорания без водорода по составу смеси а для 1, 2 и 3 фазы, режим работы: 900 мин', УОЗ =13.

- влияние добавки водорода на продолжительность фаз сгорания выявило существенную особенность процесса сгорания, заключающуюся в том, что произошло сокращение продолжительности всех фаз сгорания. Так добавка 3% (рисунок 10), приводит к сокращению продолжительности первой фазы на 15%, второй - на 12% для а=1 и на 24% для а = 1,4; и третьей фазы на 32% для а = 1 и на 43% для а = 1,4. Общая продолжительность сгорания уменьшилась на 12% а = 1 и 28% для а = 1.4.

Анализ результатов исследований особенностей распространения пламени при добавке водорода в ТВС позволил установить математические зависимости средних скоростей распространения пламени в третьей, второй и основной фазе сгорания от параметров работы двигателя и свойств смеси.

В ходе определения математической зависимости средней скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания была получена следующая эмпирическая формула:

. J1,8745-й^ -3,0781-or+0,494 j

U3"

-1,4969а2+ 2,5635-а+| 10-^-2,17

U,

ц9оо;

■2,3 Н2~

Н

н

■V,

п

(9)

где U3 - средняя скорость пламени в третьей фазе сгорания; U„ - средняя скорость поршня; V0 -Объем камеры в момент подачи искры; Уь - полный объем цилиндра; Hj - суммарное содержание водорода в 1 кг ТВС; НТ0Ш1 - содержание водорода в 1 кг смеси бензина; а - коэффициент избытка воздуха.

Полученная формула, для средней скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания, учитывает в себе следующие параметры, влияющие на скорость распространения пламени в третьей фазе:

Un — средняя скорость поршня, Un = Sn/30, где S - ход поршня, п - обороты двигателя, она учитывает влияние скоростного режима работы, определяет интенсивность турбулентности TBC в процессе сгорания и в третьей фазе сгорания; Fj/Vh- отношение объем камеры в момент подачи искры к полному объему цилиндра, характеризует начальные условия для воспламенения смеси, учитывает влияние степени сжатия и угла опережения зажигания;

^ - отношение количества добавляемого свободного водорода к количеству

^тот

связанного водорода содержащегося в бензине, оценивает влияние свободного водорода;

а — коэффициент избытка воздуха, учитывает влияние состава смеси на ламинарную скорость распространения пламени.

В соответствии с исследованиями П.В. Ивашина и А.П. Шайкина для стехио-метрической и обедненной TBC средняя скорость распространения пламени в третьей фазе определяет концентрацию несгоревших СН в ОГ. Экспериментально показано, что минимальная концентрация несгоревших СН для коэффициента избытка воздуха а > 1 и добавки водорода от 0 до 6% соответствует отношению средних скоростей распространения пламени в третьей фазе для определяемых условий к значению этой скорости при а = 1, равному 0,67. Следовательно, полученная зависимость (9) позволяет определить параметры работы двигателя и количество добавляемого водорода, обеспечивающих минимальную концентрацию несгоревших СН вОГ.

Полученная математическая формула имеет высокую сходимость с экспериментальными данными, рисунок 11.

Рисунок 11 Средняя скорость распростра- Рисунок 12 Средняя скорость распространения нения пламени в третьей фазе сгорания, для пламени в основной фазе сгорания, для 600 600 мин"1, У03=13° ПКВ, добавка водорода мин"1, У03=13° ПКВ, добавка водорода до 6% до 6% от массы топлива: точки - экспери- от массы топлива: точки - эксперимент, кре-мент. крестики - расчет. стики - пясчет

В ходе определения математической зависимости средней скорости распространения пламени в основной фазе сгорания за основу принималась формула Дам-

келера-Карловица (3). В ней вместо значения ламинарной скорости распространения пламени использовалась средняя скорость распространения пламени в третьей фазе сгорания, отражающая физико-химические свойства TBC. Скорость турбулентных пульсаций выражалась через среднюю скорость поршня, т.к. анализ литературы показал, что турбулентность потока пропорциональна числу оборотов, поэтому в качестве критерия оценки турбулентности потока была выбрана средняя скорость поршня.

V

' осн

и,

-0,32475

+ 1 +

2 Ur

( "п Л 1-е и>

Un

к )

(10)

где, УосН - средняя скорость распространения пламени в основной фазе сгорания; из - средняя скорость пламени в третьей фазе сгорания; и„ - средняя скорость поршня; Уо - объем камеры в момент подачи искры, Уь - полный объем цилиндра.

Полученная полуэмпирическая формула имеет высокую сходимость с экспериментальными данными, что показано на рисунке 12. Также, сравнение относительного изменения средней скорости распространения пламени в основной фазе, полученные Иноземцевым с результатами расчета показало, что полученные математические формулы практически точно учитывают влияние, изменения угла опережения зажигания, скоростного режима работы, состава смеси а.

В ходе определения математической зависимости средней скорости распространения пламени во второй фазе сгорания была получена следующая полуэмпирическая формула:

U,

Чл

U3

(a-l)-lO-

Н^-Н

топл

H

Vh

+ 1 +

( Л

2 U3 1-е'^

U.n U з \ )

(П)

топл

где V2 - средняя скорость распространения пламени во второй фазе сгорания; U3 - средняя скорость пламени в третьей фазе сгорания; Ua - средняя скорость поршня; Vg - объем камеры в момент подачи искры; Vh - полный объем цилиндра; Нг - суммарное содержание водорода в 1 кг TBC; Нтопл - содержание водорода в 1 кг смеси бензина; а - коэффициент избытка воздуха.

Полученная математическая зависимость имеет высокую сходимость с экспериментальными данными, рисунок 13.

Известно, что концентрация N0 по механизму Я.Б. Зельдовича, В.А. Звонова, J.B. Heywood, I. Andersen в ОГ определяется температурой продуктов сгорания, концентрацией свободного кислорода и азота в зоне высокой температуры, а также временем их пребывания в зоне высокой температуры. Уровень температуры продуктов сгорания, время пребывания и процесс расширения главным образом определяются средней скоростью распространения пламени во второй фазе.

Для определения влияния водорода на характеристику тепловыделения экспериментально были определены показатели характера сгорания для каждого исследуемого режима. Показатель характера сгорания подбирался таким образом, что формы расчетного давления соответствовала форме давления полученного интегрированием сигнала с магнитострикционного датчика. Для оценки влияния водорода на энергетические показатели двигателя на рисунке 14 и 15 приведены расчетные

значения характеристики тепловыделения и давления в цилиндре двигателя без водорода и с 5% добавкой водорода.

и 15 I

> ю

а X

□ ■ к л Г 4 й8 0,8

в А А 1 5 » 0.6

в 0.4

. _ □600-13 формула ■ 600-13 эксперимент

Д90СМЗ формула А 900-13 эксперимент

О 900-19 формула • 900-19 эксперимент 0.2

-------

0,8

1Л

1,4

=1,1 -Н=5*< ТА

1Р ,2 - л/ »- |,2-Н*0%

Г/ / "1.1- 4=0%

■

Л V

0 10 <р, град. ПКБ ОТ ВМТ

20

зо

Рисунок 13 Средняя скорость расоростране-ния шгамсни во второй фазе сгорания, для скоростного режима работы 600 и 900 мин'1, Рисунок 14 Характеристика тепловыделения, для

УОЗ 13 и 19° Г1КВ, без водорода. 900 мин"1, У03=13° ПКВ.

Полученные результаты показывают значительное улучшение эффективности процесса сгорания при добавке 5% водорода. Сгорание с добавкой водорода проходит за меньшее время в меньшем объеме КС, что повышает максимальное давление в цилиндре на 5% при а=£Д и на 10% при а=1,2, тем самым, улучшая мощностиые показатели работы двигателя.

В ходе определения математической зависимости показателя характера сгорания т была получена следующая эмпирическая зависимость:

.-0,35

т =

/у Л

оси

и

0483— +3,4822

№

Г! /

УИ

■ а

(12)

где Уос« — средняя скорость распространения пламени в основной фазе сгорания; Ш - средняя скорость поршня; - Объем камеры в момент подачи искры; Ук - полный объем цилиндра; а -коэффициент избытка воздуха

Полученная эмпирическая зависимость имеет высокую сходимость с экспериментальными данными, рисунок 16. Сравнение относительного изменения расчетных значений показателя характера сгорания ш показало их высокую сходимость с относительным изменением экспериментальных значений для реальных двигателей, приведенных в работе И.И. Вибе, при изменении угла опережения зажигания, скоростного режима работы и состава смеси а.

Полученные формулы позволяют оценить влияние добавки водорода на изменение средних скоростей распространения пламени в основной, второй и третьей фазах сгорания, а также на характеристику тепловыделения при различных режимных параметров работы двигателя. Тем самым полученные формулы позволят сократить количество натурных испытаний, а, следовательно, и время на проектирование новых автомобильных бензиновых ДВС работающих с добавками водорода.

60 120 180 240 300

<р, град. ПКВ от НМТ „ ., „

г Рисунок 16 Показатель характера сгорания

_ т, для 900 мин"1, У03=13° ПКВ, добавка

Рисунок 15 Расчетные индикаторные диаграммы, ,

для 900 мин'1, У03=13 ПКВ. водорода до 6%: точки - эксперимент, кре-

сгики - расчет.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате экспериментального исследования влияния режимных параметров работы двигателя и свойств топлива на продолжительность первой, второй и третьей фазы сгорания, выявлены особенности процесса сгорания бензовоздуш-ной смеси с малыми добавками водорода, заключающиеся в том, что сокращается продолжительность всех фаз сгорания. Показано, что добавка водорода 5% от массы топлива приводит к существенному улучшению протекания процесса сгорания. При этом получено:

— сокращение продолжительности первой фазы на 20% для а = 1; на 25% для а=1,2 и на 30% для а = 1,4; - второй фазы на 12% для а = 1, на 24% для а = 1,2 и на 36% для а = 1,4; - третьей фазы на 40% для а =1, на 50% для а=1,2 и на 60% для а=1,4;

— общее сокращение продолжительности сгорания составляет 15% для а=1, на 28% для а = 1,2 и 42% для а = 1,4.

Особенностью процесса сгорания при добавке водорода является также значительное увеличение скоростей распространения пламени во всех фазах сгорания.

2. На основе обобщения особенностей сгорания TBC при малых добавках водорода получены:

— эмпирическая зависимость для определения средней скорости распространения пламени в третьей фазе;

— полуэмпирические уравнения для определения средней скорости распространения пламени во второй и основной фазах сгорания.

Полученные математические зависимости для определения средних скоростей распространения пламени для различных фаз сгорания позволяют определить влияние режимных параметров работы двигателя и количества добавляемого водорода в TBC на концентрацию СН в ОГ и на условия образования NO.

3. Выведена эмпирическая зависимость показателя т характеристики тепловыделения, позволяющая прогнозировать протекание процесса сгорания в зависимости от режимных параметров работы двигателя и свойств топлива при проектировании и доводки новых ДВС, работающих на бензине с добавками водорода, а также определять условия, обеспечивающие экономичность двигателя. Показано что малая добавка водорода 5% от массы топлива, повышает максимальное давление в цилиндре двигателя на 5% для а = 1,1, на 10% для а = 1,2 и на 30% для а = 1,4.

4. Разработанный способ проведения испытаний с использованием явления электропроводности пламени, позволяющий определять третью фазу сгорания, а также расчетные зависимости рекомендованы для НТЦ ОАО «АВТОВАЗ».

Основное содержание работы опубликовано в работах: Работы, в изданиях рекомендованных ВАК:

1. Будаев С.И., Ивашин П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Электропроводность пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием // ж-л. Автотракторное оборудование №3. - М:2004 - С.42-44.

2. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания // Известия Самарского научного центра РАН специальный выпуск ЕЬРГГ-2005 том 1. - Самара, 2005 - С. 299-305.

Работы, в других изданиях:

3. Будаев С.И., Ивашин П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Ионный ток в пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием // Современные тенденции развития автомобиле строения в России. Материалы 3-й ВНТК 26-28 мая, 2004г. ТГУ. - Тольятти:2004-С. 107-112.

4. Смоленский В.В. Проектирование двигателей внутреннего сгорания с использованием газодинамики заряда топливовоздушной смеси // Материалы 3-й ВНТК, Современные тенденции развития автомобиле строения в России. 26-28 мая,

2004 г. ТГУ. - Тольятти: 2004 - С.179 - 183.

5. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Взаимосвязь электропроводности пламени и показателя сгорания в бензиновых двигателях // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров. Материалы 49-ой МНТК ААИ. 23-24 марта, 2005г. МГТУ «МАМИ». - М: 2005. - С. 94-99.

6. Будаев С.И., Ивашин П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Скорость распространения пламени и концентрация несгоревших углеводородов в бензиновом двигателе // Образование через науку. Материалы международного симпозиума МГТУ им. Н.Э. Баумана 17-19 мая 2005г. - М., 2005 - С. 391-392.

7. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Показатель характера сгорания в ДВС с искровым зажиганием и ионный ток в заключительной фазе сгорания // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей. Материалы X МНПК ВлГУ 27-29 июня 2005 - Владимир,

2005 - С.106-110.

8. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания //

ц

Материалы 4-ой ВНТК "Современные тенденции развития автомобиле строения в России", 26-28 мая, 2005г. ТГУ - Тольятти, 2005 - С. 55-58.

9. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П., Ахремочкин O.A. Взаимосвязь средней скорости распространения пламени с концентрацией оксидов азота в отработавших газах ДВС // Материалы НТК «Научные чтения студентов и аспирантов», 16-18 мая, 2005г. ТГУ - Тольятти, 2005. - с. 87-88.

10. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Добавки водорода и оксиды азота на бедных смесях // Труды МНТК "Прогресс транспортных средств и систем - 2005", 16-18 сентября, 2005г. ВолгГТУ-Волгоград, 2005.-С 336338.

11. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П. Добавка водорода в топливно-воздушную смесь ДВС, скорость распространения пламени и токсичность отработавших газов // Труды международного симпозиума по водородной энергетике, 1-2 ноября 2005 г., изд-во МЭИ. - М., 2005. - С. 67-71.

12. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П., Ахремочкин O.A. Взаимосвязь концентрации оксидов азота в отработавших газах со средней скоростью распространения пламени в основной фазе // Материалы МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», 26-28 апреля 2006 г. ЧТГУ. - Челябинск, 2006. - С. 52-57.

13. Смоленский В.В., Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П., Ахремочкин O.A. Особенности сгорания топливно-воздушной смеси при добавке водорода в поршневом ДВС // Материалы МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», 26-28 апреля 2006 г. ЧТГУ. - Челябинск, 2006. -С.106-111.

14. Смоленский В.В., Дягилева Н.М. Влияние физических параметров топливно-воздушной смеси в момент воспламенения на скорость распространения пламени в основной фазе сгорания // Материалы МНК «Ломоносов», 12-15 апреля 2006, МГУ. -М., 2006. - С.97-99.

Тольяттинский государственный университет. 445667, г. Тольятти, Белорусская, 14. Подписано в печать 16.02.2007. Формат А5 Тираж 120 экз.

Перечень условных сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Методы расчета рабочего процесса поршневого бензинового 12 ДВС

1.2 Современные представления о распространении пламени и сгорании в двигателях с искровым зажиганием

1.3 Сгорание в бензиновых двигателях

1.4 Методы моделирования процесса сгорания

1.5 Особенности сгорания топливно-воздушной смеси при добавке водорода

1.6 Анализ методов снижения токсичности поршневых ДВС

1.7 Анализ методов изучения процесса сгорания в цилиндре поршневого ДВС

1.8 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 Экспериментальная установка. Планирование и методика проведения экспериментов

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Датчики использованные в эксперименте

2.3 Варьируемые факторы и диапазон их изменений

2.4 Методика проведения эксперимента

2.5 Погрешности измерений, производимых при проведении эксперимента

2.6 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 Результаты экспериментов и их анализ.

3.1 Измерение продолжительности процесса сгорания

3.2 Скорость распространения пламени по фазам сгорания

3.3 Объем над поршнем при завершении основной фазы сгорания

3.4 Амплитуда импульса тока на датчике ионизации в КС, как характеристика процесса сгорания

3.5 Основные результаты измерений в экспериментальной установке

ГЛАВА 4 Обобщения, теоретический анализ и возможность практического применения результатов экспериментального исследования

4.1 Обобщение выявленных особенностей процесса сгорания при добавке водорода в ТВС и оценка влияния режимных параметров работы на процесс сгорания ТВС

4.2 Математические зависимости основных характеристик процесса сгорания

4.3 Расчетная индикаторная диаграмма давления и характеристика тепловыделения при добавках водорода в ТВС

Актуальность работы. Развитие автомобилестроения происходит при постоянном росте цен на энергоресурсы и ужесточении норм токсичности отработавших газов (ОГ) в автомобильном транспорте, что ведет к поиску направлений снижения токсичности и улучшения экономичности проектируемых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [7, 19]. Для снижения токсичности широкое распространение приобрели системы каталитической нейтрализации ОГ, которые являются достаточно дорогостоящими и снижают эффективность работы двигателя [6]. Также получили развитие гибридные силовые установки, к недостатку которых следует отнести их очень высокую стоимость [22, 26, 28]. Наиболее перспективным направлением по снижению токсичности и повышению экономичности является осуществление устойчивой работы двигателя на бедных смесях и применение альтернативных видов топлива, такие как синтез-газ и водород [5, 14, 25, 31, 71, 72, 100, 111]. Полный переход на водородное топливо позволил бы решить многие проблемы с токсичностью отработавших газов, так как в результате сгорания водорода образуется вода и оксиды азота (N0) [100, 126]. Но сложности в получении водорода делает его достаточно дорогостоящим, по сравнения с углеводородными топливами. При этом вопрос безопасности и компактности хранения больших объемов водорода на автомобиле до сих пор полностью не решен [48, 126]. Обеднение ТВС может достигаться расслоением заряда, что значительно усложняет конструкцию двигателя, или за счет применения активирующей добавки в топливо. Наиболее эффективно себя показала добавка водорода [8,10].

Вопросу использования добавки водорода в топливо посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Показано, что при малых добавках водорода (до 5-6% от массы топлива) отмечаются такие особенности сгорания как:

- заметное расширение пределов воспламенения и горения топливно-воздушной смеси (ТВС);

- значительное снижение токсичности ОГ по оксиду углерода (СО) и несгорев-шим углеводородам (СН);

- увеличивается полнота сгорания и термодинамическая эффективность цикла;

- уменьшается зависимость характеристик двигателя от угла опережения зажигания (УОЗ) [1, 23, 28,31, 94, 100]. Особенно ярко эти особенности проявляются при обеднении смеси. Отличительной особенностью водорода является, значительное улучшение всех перечисленных параметров, какое не наблюдается при использовании других добавок.

С ростом цен на углеводородные ресурсы применение малых добавок водорода в ТВС становится актуальным и возможным. Тем более что применение малых добавок водорода в бензовоздушную смесь можно уже осуществлять в настоящее время. Так создание и установка небольших компактных баллонов с водородом и электролизера для его получения на борту автомобиля не требует больших материальных затрат и уже существуют действующие экземпляры [4, 48, 126]. Но для постановки на производство необходимо, что бы двигатель был разработан с учетом особенностей сгорания при добавке водорода в ТВС. Начальный этап разработки - тепловой расчет рабочего процесса, позволяющий определить пути улучшения рабочих характеристик уже разработанных и проектируемых двигателей. Расчет должен быть доступным для инженера и учитывать особенности процесса сгорания при добавке водорода в ТВС. В тепловом расчете основными проблемами являются определение продолжительности всего процесса сгорания и скорости распространения пламени во второй и третьей фазе, а также характеристики тепловыделения. Необходимо отметить, что точность расчета по любой из методик определяется в первую очередь, именно, характеристикой тепловыделения. В практике, как в России, так и в зарубежных исследовательских и конструкторских центрах, принята полуэмпирическая характеристика полученная И.И. Вибе. Основными её недостатками являются сложность определения в процессе конструкторской разработки показателя характера сгорания m и продолжительности процесса сгорания, а также отсутствие данных по влиянию на них малых добавок водорода.

Анализ литературы показывает, что применение водорода в качестве добавки в ТВС является перспективным альтернативным топливом для ДВС, а особенности процесса сгорания таких смесей изучены не полностью. Причем его влияние на скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения практически не изучено. В связи с этим определение особенностей сгорания бензовоздушных смесей при малых добавках водорода, и на основе этого закономерностей, связывающих средние скорости распространения пламени и характеристику тепловыделения с изменением режимных параметров работы двигателя, для проведения расчета сгорания на стадиях проектирования и доводки двигателя является актуальным.

Целью работы является улучшение характеристик процесса сгорания в бензиновых двигателях за счет изменения свойств топливно-воздушной смеси при добавке водорода.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

1. определение особенностей влияния добавок водорода в ТВС на продолжительность сгорания и среднюю скорость распространения пламени в первой, второй и третьей фазе сгорания;

2. получение эмпирических зависимостей для расчета скорости распространения пламени в основной, второй и третьей фазах сгорания при изменении свойств ТВС и режимных параметров работы двигателя;

3. вывод зависимости для прогнозирования показателя характера сгорания характеристики тепловыделения при изменении свойств ТВС и режимных параметров работы двигателя.

ОБЪЕКТ исследования - процесс сгорания углеводородных топлив в двигателях с искровым зажиганием при добавке водорода в ТВС.

ПРЕДМЕТ исследования - прогностические показатели средних скоростей распространения пламени в первой, второй и третьей фазе, а также характеристики тепловыделения при изменении свойств ТВС за счет добавки водорода.

Методы исследования. При проведении исследований применялись экспериментальные методы, включающие стендовые испытания на одноцилиндровой исследовательской установке УИТ-85, методы эмпирического анализа, статистическая обработка данных и компьютерное моделирование.

Достоверность полученных результатов исследования обусловлена большим объемом экспериментов, применением методов статистической обработки данных, а также подтверждается хорошей сходимостью результатов исследования процесса сгорания с результатами отечественных и зарубежных исследований проведенных на экспериментальных установках и реальных автомобильных двигателях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в установлении закономерностей влияния малых добавках водорода в ТВС на среднюю скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения на основе измерений ионного тока в пламени, и включают полученные резуль-татепособ определения третьей фазы сгорания, а также показателя характера сгорания по изменению ионного тока пламени;

- эмпирическую зависимость для определения средней скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания, при малых добавках водорода в ТВС;

- полуэмпирические зависимости для определения средней скорости распространения пламени во второй и основной (первая и вторая) фазах сгорания, при малых добавках водорода в ТВС;

- эмпирическую зависимость для определения характеристики тепловыделения, при малых добавках водорода в ТВС.

ПРАКТИЧЕСКУЮ значимость исследования представляют:

- результаты исследований особенностей сгорания бензовоздушных смесей с добавкой водорода в бензиновом ДВС, показавшие значительные возможности по сокращению длительности сгорания во всех трех фазах;

- система измерения и записи сигналов на датчике ионизации оригинальной конструкции, позволяющей размещать датчики ионизации практически на любой двигатель без существенной его доработки, в том числе в наиболее удаленной от свечи зажигания зоне КС;

- полученные эмпирические зависимости определения средних скоростей распространения пламени в основной, второй и третьей фазе сгорания, а также показателя характера сгорания ш, для ТВС с добавками водорода, что позволят сократить сроки на проектирование и доводку новых ДВС, работающих на бензине с добавками водорода.

Исследования проводились согласно государственному заказу по проекту «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 205, раздел 03 «Экологически чистый и высокоскоростной транспорт», 2004 г, и областному ГРАНТу для студентов, аспирантов и молодых ученых 2006 года «Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при изменении качества топливной смеси».

Реализация результатов работы.

Расчетные зависимости рекомендованы к внедрению НТЦ ОАО «АВТОВАЗ», и использованы в областном ГРАНТе для студентов, аспирантов и молодых ученых 2006 года.

Материалы работы применяются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания».

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ в 2006 и 2007 годах, а также на следующих конференциях: МНТК «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград - 2005; ВНТК с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ, Тольятти - 2004, 2005; 49-я МНТК ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров", МГТУ «МАМИ», Москва - 2005; Международном симпозиуме «Образование через науку», МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва - 2005; Международном симпозиуме по водородной энергетике, МЭИ, 2005 г. Москва; МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» Россия, Челябинск 2006 г; МНК «Ломоносов», Москва, МГУ 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся следующие положения: 1) результаты экспериментальных исследований особенностей процесса сгорания при добавке водорода в топливно-воздушную смесь, а именно: на продолжительность сгорания и скорость распространения пламени в первой, во второй и третьей фазах сгорания;

2) эмпирическая зависимость скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания с изменением свойств ТВС и параметрами работы двигателя;

3) полуэмпирические зависимости скорости распространения пламени в основной и второй фазах сгорания с изменением свойств ТВС и параметрами работы двигателя;

4) эмпирическая зависимость показателя характера сгорания ш с изменением свойств ТВС и параметрами работы двигателя.

Структура и объем диссертации.

Диссертации состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 159 наименований. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, 4 приложениями, иллюстрированного 3 таблицами и 72 рисунками, общий объем составляет 183 страницы.

Основные результаты работы могут быть представлены следующими выводами:

1. В результате экспериментального исследования влияния режимных параметров работы двигателя и свойств топлива на продолжительность первой, второй и третьей фазы сгорания, выявлены особенности процесса сгорания бензо-воздушной смеси с малыми добавками водорода, заключающиеся в том, что сокращается продолжительность всех фаз сгорания. Показано, что добавка водорода 5% от массы топлива приводит к существенному улучшению протекания процесса сгорания. При этом получено:

- сокращение продолжительности первой фазы на 20% для а = 1; на 25% для а=1,2 и на 30% для а = 1,4; - второй фазы на 12% для а = 1, на 24% для а = 1,2 и на 36% для а = 1,4; - третьей фазы на 40% для а =1, на 50% для а=1,2 и на 60% для а=1,4;

- общее сокращение продолжительности сгорания составляет 15% для а=1, на 28% для а = 1,2 и 42% для а = 1,4.

Особенностью процесса сгорания при добавке водорода является также значительное увеличение скоростей распространения пламени во всех фазах сгорания.

2. На основе обобщения особенностей сгорания ТВС при малых добавках водорода получены:

- эмпирическая зависимость для определения средней скорости распространения пламени в третьей фазе;

- полуэмпирические уравнения для определения средней скорости распространения пламени во второй и основной фазах сгорания.

Полученные математические зависимости для определения средних скоростей распространения пламени для различных фаз сгорания позволяют определить влияние режимных параметров работы двигателя и количества добавляемого водорода в ТВС на концентрацию СН в ОГ и на условия образования NO.

3. Выведена эмпирическая зависимость показателя m характеристики тепловыделения, позволяющая прогнозировать протекание процесса сгорания в зависимости от режимных параметров работы двигателя и свойств топлива при проектировании и доводки новых ДВС, работающих на бензине с добавками водорода, а также определять условия, обеспечивающие экономичность двигателя. Показано что малая добавка водорода 5% от массы топлива, повышает максимальное давление в цилиндре двигателя на 5% для а = 1,1, на 10% для а = 1,2 и на 30% для а = 1,4.

4. Разработанный способ проведения испытаний с использованием явления электропроводности пламени, позволяющий определять третью фазу сгорания, а также расчетные зависимости рекомендованы для НТЦ ОАО «АВТОВАЗ».

1. Alternative Kraftstoffe, VW Dokumentation, Wolfsburg Deutschland, 1992.

2. Andersen R.W., Asik J.R. Ingitability in a fast burn, lean burn Engine. SAE Techn. Pap. Ser. 1983 № 830477.

3. Andersson I., Cylinder Pressure and Ionization Current Modeling for Spark Ignited Engines, Linkopings Universitet, SE 581 83 Linkoping, Sweden, 2002

4. Ather A. Quader, John E. Kirwan and M. James Grieve. Engine Performance and Emissions Near the Dilute Limit with Hydrogen Enrichment Using an On-Board Reforming Strategy SAE Tech. Pap. 2003-01-1356.

5. Bergman H.K. A Highly Efficient Alcohol Vapour Aspirating Spark Ignition Engines: Neat Methanol. SAE Paper 902154, 1990.

6. Brisley R.J., Collins N.R., French C., Morris D., Twigg M.V. Development of Advanced Platinum-Rhjodium Catalyst for Future Emissions Requirements. SAE 1999-01-3627.

7. Calcotte H.F., King I.R. 5th Symposium (Int.) on Combustion, N.J., 1955, p. 423.

8. Cheng W.K., Hamrin D., Heywood J.B., Hochgreb S., Min K., Norris M. An Overview of Hydrocarbon Emissions Mechanisms in Spark-Ignition Engines. SAE Paper, 932708, 1993.

9. Clerk D. On the limits of Thermal Efficiency in Internal Combustion Motors. Proc. Instn. Civill Engrs. 1987. Vol 169.

10. Daniel W.A. Engine Variable Effects on Exhaust Hydrocarbon Combustion. SAE Paper 680124, 1968.

11. Groff G.J., Matekunas F.A. The Nature of Turbulent Flame Propagation in a Homogeneous Spark Ignited Engine. - SAE Technical Paper Series, 1980, № 800133 p. 1-25

12. Groff G.J., Wood C.G., Hess C.C. Lean Combustion in Spark ignited Internal Combustion Engines Review. SAE Tech. Pap. Ser. - 1983 № 831217.

13. Hamrin D.A. and Heywood J.B. Modelling of engine-out Hydrocarbon Emissions for Prototype Production Engines. SAE tech. pap. 950984, 1995.

14. Jehad A.A. Yaminl, H.N. Gupta, and Bansal B.B. The effect of combustion duration on the performance and emission characteristics of propane fueled 4-stroke S.I. engines. SAE Paper, 1232708, 2003.

15. Jones P., et al, "Full Cycle Computational Fluid Dynamics Calculations in a Motored Four Valve Pent Roof Combustion Chamber and Comparison with Experiment", SAE, SP 1101, №950286, 131-146, 2001

16. Jurgen Forster, Achim Gunter, Marcus Ketterer, Klaus Jurgen. Ion Current Sensing for

17. Spark Ignition Engines. SAE Paper 1999-01-0204.

18. KemmIer R., Waltner A., Schon C. and Godwin S. Current Status and Prospects for Gasoline Engine Emission Control Technology Paving the Way for Minimal Emissions. SAE Tech. Pap. 2000-01-0856.

19. Khalighi В., et al, " Computation and Measurement of Flow and Combustion in a Four-Valve Engine with Intake Variations", SAE, SP 1101, №950287, стр. 147-179, 2001.

20. Kuwahara K., Ueda K., Ando H., Mixing Control Strategy Engine Performance Improvement in a Gasoline Dir. Injection Engine. SAE 980158

21. L. Eriksson, L. Nielsen and M. Glavenius. Closed Loop Cycle Ignition Control by Ion Current Interpretation. SAE Paper 970854, 1997.

22. Lavoie G., Blumberg P. A fundamental model for predicting fuel consumption NOx and HC emission of the conventional S.I. engine. Comb. Sci. and Tech., Vol. 21, 1980

23. Matsumoto Т., Watanabe N., Sugiura H., Ishikawa T. Development of fuel-cell hybrid vehicle / (1) SAE Tech. Paper 2002-01-0096.

24. Nicolae Apostolescu and Radu Chiriac. A Study of Combustion of Hydrogen-Enriched Gasoline in a Spark Ignition Engine. SAE 960603.

25. Nlootat G., et al, "A Model for Converting SI Engine Flame Arrival Signals into Flame Contours", SAE, SP 1099, №950109, cip. 99-110, 1999

26. Nutt В., Dowd J., Holmes J. The Cost of Making Methanol Available to a National Market. SAE Paper 872063.

27. Sebastien E. Gay-Desharnais, Jean-Yves Routex, Mark Holtzapple, Mehrdad Ehsani. Investigation of hydrogen carriers for fuel-cell based transportation. SAE Tech. Paper 200201-0097.

28. Spicher U. Optical Fibre Technique as a Tool to Improve Combustion Efficiency SAE paper, 902138, 1990.

29. Swabowski, S.J., S. Hasekmy, et al," Ford Hydrogen Engine Powered P 2000 Vehicle", Society of Automotive Engineers, 2002-01-2043.

30. Thiele M., Selle S., Riedel U., «Warnatz and Maas numerical simulation of spark ignition including ionization» SAE paper, 1302138, 2000.

31. Thorsten Pfeffer, Peter Biihler, David E. Влияние коэффициента завихрения при впуске на общую работу сгорания и скорость распространения пламени на примере исследования высокоскоростного двигателя Формулы 1. SAE Paper 2002-01-02.

32. Timothy Т. Maxwell, Jesse С. Jones: Alternative Fuels. Society of Automotive Engineers, USA 1995.

33. Timothy V. Johnson Gasoline Vehicle Emissions SAE 1999 In Review SAE Tech Pap 2000-01-0855.

34. Wilson T.S., Bryanston-Cross P.J., Chana K.S., Dunkley P., Jones T.V., Hannah P. High Bandwidth Heat Transfer and Optical Measurements in an Instrumented Spark Ignition Internal Combustion Engine. SAE 2002-01-0747.

35. Witze P.O., Martin J.K., Borgnakke C. Measurement and prediction of the precombustion fluid motion and combustion pates in a spark ignition engine. -SAE Techn. Pap. Ser.-№831697, 1983

36. Yutaka Ohashi, Mitsuru Koiwa, Koichi Okamura and Atsushi Ueda. The Application of Ionic Current Detection System for the Combustion Control. SAE Paper 1999-01-0550.

37. Автомобильные двигатели. ДВС / Лурье В.А., Мангушев В.А., Маркова И.В., Черняк Б .Я. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1985, т.4

38. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1968.

39. Аравин Г.С. Ионизация пламенных газов в условиях бомбы и двигателя. Дис. ИХФ АН СССР, 1952.

40. Ахремочкин О.А., Гордеев В.Н., Коломиец П.В., Тофан П.П. Определение средней турбулентной скорости сгорания в цилиндре ДВС. // Материалы ВНТК "Технический ВУЗ наука, образование и производство в регионе" ч.2 - Тольятти, 2001.

41. Будаев С.И., Ивашин П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Электропроводность пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием // ж-л. Автотракторное оборудование №3. М:2004 - С.42-44.

42. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р., Горение, физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М., Фмзматлит

43. Варшавский И.Л., Мищенко А.И., Талда А.И. Снижение токсичности ОГ бензинового двигателя применением добавок водорода. // Тезисы докладов на ВНПК "Защита Воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами ТС" Харьков, 1977.

44. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Скорость сгорания и рабочий цикл двигателя Москва-Свердловск, Машгиз, 1962.

45. Вибе И.И. Теория двигателей внутреннего сгорания // Конспект лекций. Челябинск, 1974

46. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ, изд./ Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубовкин, J1.H. Смирнова; Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: Химия, 1989.

47. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1972.

48. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. ДВС: Теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983.

49. Гайдон А.Г., Вольфгард Х.Г. Пламя, его структура, излучение и температура. М.: Металлургиздат, 1959.

50. Гардинер Д. Химия горения М.: Химия, 1989.

51. Генкин К.И. Рабочий процесс и сгорания в двигателе с искровым зажиганием. М.: Машиностроение, 1949.

52. Гибадуллин В.В. Организация рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием и локальной подачей микродобавок водорода в область межэлектродного зазора свечи зажигания //Диссертация канд. техн. наук, ВолгПИ Волгоград, 1992.

53. Головина Е.С., Федоров П.Г. Влияние физико-химических факторов на скорость распространения пламени // В кн.: Исследование процессов горения М.: АН СССР, 1958, с. 44-55

54. Гольденберг С.А., Пелевин B.C. Влияние давления на скорость распространения пламени в ламинарном потоке. // В кн.: Исследование процессов горения. М.: АН СССР, 1958, с. 57-67

55. ГОСТ 148446 91 Двигатели. Методы стендовых испытаний

56. ГОСТ 8.207 76 "Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения", в кн. Основополагающие стандарты в области метрологии. - М.: Изд-во Стандартов, 1986.

57. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. / А.С. Орлин, Д.Н. Вырубов, В.И. Ивин и др. М.: Машиностроение, 1983, изд. 4.

58. Дмитриевский А.В., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых ДВС. М.: Машиностроение, 1985.

59. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и продуктам их сгорания. М.: Госэнергоиздат, 1962.

60. Жегалин О.И., Лукачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. -М.: Транспорт, 1985.

61. Завадский Ю.В. Решение задач автомобильного транспорта методом имитационного моделирования. М.: Транспорт, 1977

62. Захаров Е.А. Рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием и локальными добавками углеводородных газов в область межэлектродного зазора. // Автореферат диссертации к.т.н., ВолгПИ, Волгоград, 1998.

63. Захаров И.Л. Методы исследования и пути совершенствования процессов газообмена и сгорания в бензиновых двигателях. // Автореферат диссертации к.т.н., ВолгПИ, Волгоград, 1986

64. Звонов В.А., Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981.

65. Зельдович Я.Б. Теория горения и детонации в газах. М., Изд-во АН СССР, 1947

66. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М., Математическая теория горения и взрыва. М., Наука, 1980.

67. Зельдович Я.Б., Полярный А.И., Расчет тепловых процессов при высоких температурах. М., Изд. Бюро новой техники, 1947.

68. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменский Д.А., Окисление азота при горении АН СССР, 1947.

69. Злотин Г.Н., Захаров Е.А., Шумский С.Н. Эксперименальное исследование влияния локальных подач пропана на развитие начального очага горения / ВолГТУ. Волгоград, 1998. - 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 11.03.98, №717 - В98.

70. Ивашин П.В. Зависимость концентрации несгоревших углеводородов в отработавших газах бензиновых ДВС от скорости распространения пламени и ионного тока. // Автореферат диссертации к.т.н., ТГУ. Тольятти, 2004.

71. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П., Строганов В.И. Электропроводность пламени, средняя скорость сгорания и концентрация несгоревших углеводородов в ОГ бензиновых двигателей / Автотракторное электрооборудование № 1-2. 2004, с. 38-39.

72. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Добавки водорода и оксиды азота на бедных смесях // Труды МНТК "Прогресс транспортных средств и систем 2005", 16-18 сентября, 2005г. ВолгГТУ-Волгоград, 2005.-С 336-338

73. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания // Известия Самарского научного центра РАН специальный выпуск ELPIT-2005 том 1. -Самара, 2005 С. 299-305

74. Ивашин П.В., Прокопович Т.А., Шайкин А.П., Строганов В.И. Электропроводность пламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе / Наука производству №4, 2004, с. 5-7.

75. Ивашин П.В., Семченок В.В., Шайкин А.П., Влияние добавки водорода на токсичность и экономичность ДВС с искровым зажиганием, Инженер Технолог Рабочий №3, 2001, с.22-23.

76. Иноземцев Н.В., Кошкин В.К., Процесс сгорания в двигателях, Под Общ. ред. Н.В. Иноземцева, М., изд-во 1 -я тип. Машгиза в Лгр., 1949

77. Иноземцев Н.Н. Ионизация в ламинарных пламенах, в кн. "Стабилизация пламени и развитие процесса сгорания в турбулентном потоке" под ред. Горбунова Г.Н., -Оборонгиз, 1961.

78. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива: Справ. Пособие. Л.: Недра, 1987.

79. Каменев В.Ф., Ефремов С.А. Способ управления двигателем, работающим на обедненных ТВС / Автомобильная промышленность № 3-4, 1995.

80. Колбенев И.Л. Повышение энергоэкологических показателей автотракторных дизелей / Двигателестроение №12, 1987.

81. Ксандопуло Г.И., Дубинин В.В., Химия газофазного горения. М., Химия, 1987.

82. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. М. Наука, 1986.

83. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие. Владимирский гос. ун-т. Владимир, 2000.

84. Кумагаи С. Горение. -М., Химия, 1979.

85. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения топлива. М.: Наука, 1971.

86. Лернер М.О., Регулирование процесса горения в двигателях с искровым зажиганием.-М., Наука, 1972.

87. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. М.: МАДИ(ТУ), 2000.

88. Льюис Б., Эльбе Г., Горение, пламя и детонация в газах. / Пер. с англ. Под ред. К.И. Щелкина и А.А. Борисова, 2-изд., М., МИР, 1968.

89. Майоров Ф.В. Магнитострикционный метод и приборы для измерения давлений. / Труды ЦАГИ выпуск №445, 1939.

90. Мальцев В.М., Основные характеристики горения. М., Химия, 1977

91. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента (в лабораториях общего физического практикума). / Л.Г. Деденко, В.Л. Керженцев; Под ред. Проф. А.Н. Матвеева. М.: Изд-во Московского ун-та, 1977.

92. Михельсон В.А. О нормальной скорости воспламенения гремучих газовых смесей. / Собр.соч. Т.1, М., 1930, стр 87-161.

93. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев, Наукова думка, 1984.

94. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М.: Легион-Автодата, 2001.

95. Наканиши К. Разработка новой системы впуска для четырёх клапанного двигателя, работающего на бедных смесях. / SAE, SP 1097, №95050, стр. 25-43, 1997

96. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени. Пер. с англ./ Ред. Н.А. Чигир. М.: Машиностроение, 1981.

97. Одноцилиндровая универсальная установка УИТ-85 для определения октановых чисел топлив./ Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

98. Основы горения углеводородных топлив. / Пер. с англ. Под ред. JI.H. Хитрина и В.А. Попова.-М.: ИЛ, 1960.

99. Павлов Д.А. Снижение выбросов углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя добавкой водорода в топливно-воздушную смесь // Автореферат диссертации к.т.н., ТГУ. Тольятти, 2005.

100. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. М., Машиностроение, 1972.

101. Петриченко P.M., Элементы САПР ДВС. Л., Машиностроение, 1990.

102. Покровский Г.П. Электроника в системах топлива автомобильных двигателей. -М.: Машиностроение, 1990.

103. Приходько К.В. Влияние статистических характеристик пробивного напряжения на развитие начального очага горения топливовоздушных смесей. // Автореферат диссертации к.т.н., ВолГТУ. Волгоград, 2002.

104. Рахимов P.P. Улучшение показателей двигателей с искровым зажиганием путем интенсификации сгорания бедных смесей. // Автореферат диссертации к.т.н., ВолГТУ. Волгоград, 1999.

105. Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н. Водород и токсичность ДВС. // Международный научный семинар "Водородные технологии 21 века" С Петербург, 1997.

106. Семенов Е.С., Соколик А.С. Исследование турбулентности в цилиндре поршневого двигателя. / Известия АН СССР, 1958.

107. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М., изд АН СССР, 1958.

108. Смоленский В.В., Дягилева Н.М. Влияние физических параметров топливно-воздушной смеси в момент воспламенения на скорость распространения пламени в основной фазе сгорания // Материалы МНК «Ломоносов», 12-15 апреля 2006, МГУ. -М., 2006. -С.97-99

109. Соколик А.С. Основы теории процесса нормального сгорания в двигателях с искровым зажиганием. М.: АН СССР, 1951.

110. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: АН СССР, 1960.

111. Степанов Е.М., Дьячков Б.Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. М.: Металлургия, 1968.

112. Свитачев А.Ю. Стохастическая модель развития начального очага горения в ДВС с искровым зажиганием // Автореферат, ВолгГТУ Волгоград, 1998

113. Трелин Ю.А. Исследование особенностей работы ДВС с искровым зажиганием при добавке водорода в топливовоздушную смесь. // Автореферат диссертации к.т.н. Волгоград, 1981.

114. Фристом P.M., Вестенберг А.А. Структура пламени. М., Металлургия, 1969.

115. Хашимото Н. Разработка низкотоксичной, высокоэффективной камеры сгораниядля высокомощного четырехклапанного двигателя. SAE, SP 1098, №95068,1998. -стр.347-365.

116. Хмыров В.И., Лавров Б.Е. Водородный двигатель. Алма-Ата, Наука КазССР, 1981.

117. Хайк Надим. Возможность использования ионизационных датчиков в системах управления рабочим процессом ДВС. // Автореферат диссертации к.т.н. Волгоград, 1991.

118. Шайкин А.П., Афанасьев А.Н., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Муниципальный транспорт: уменьшение токсичности ОГ и экономичности ДВС. // ВНТК Наука, техника, образование. Тольятти, 2001. - с.128-131.

119. Шайкин А.П., Ахремочкин О.А., Гордеев В.Н., Ивашин П.В. Управление коэффициентом избытка воздуха ДВС с помощью тока ионизации. // МНПК Современные тенденции развития автомобилестроения в России, Тольятти, 2003, с.156-157.

120. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Будаев С.И. О возможных причинах снижения концентрации несгоревших углеводородов при добавке водорода в ТВС ДВС. // МНПК Прогресс транспортных средств и систем, Волгоград, 2002, с. 136-140.

121. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Семченок В.В. Механизм снижения несгоревших углеводородов и повышение эффективности работы при добавке водорода в топлив-но-воздушную смесь ДВС. / Наука производству, №9, 2001.

122. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Семченок В.В. Влияние добавки водорода на токсичность и экономичность ДВС с искровым зажиганием. // ж-л Инженер, технолог, рабочий, №3,-2001, с.22-24.

123. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Коломиец П.В. Электропроводность пламени, средняя скорость сгорания и концентрация несгоревших углеводородов в ОГ бензиновых двигателей. / Автотракторное оборудование. №1-2, М., с.38-39.

124. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Прокопович Т.А. Ионный ток впламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе. // ВНТК Современные тенденции развития автомобилестроения в России, Тольятти, 2004, с. 175-178.

125. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Прокопович Т.А. Электропроводность пламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе. / Наука производству, №4, М., 2004, с.5-6.

126. Шайкин А.П., Карпусенко В.В., Русаков М.М., Влияние начальных параметров топливной смеси на токсичность ОГ ДВС. М., Химическая физика, т. 10, №6, 1991.

127. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников JI.H., Афанасьев А.Н. Водород и ДВС. // МНПК Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения,- Челябинск, 2003, с.62-63.

128. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников J1.H. Водород и автомобиль сегодня. // МНТК Автомобиль и техносфера, Казань, 1999, с.33-34.

129. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников J1.H., Пелипенко В.Н. ДВС с добавкой водорода в топливно-воздушную смесь для городского автомобиля. // НТК Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники.- Москва, 2002.

130. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Добавка водорода в топливно-воздушную смесь ДВС и токсичность отработавших газов. // Межвузовский сборник научных трудов Тольятти, 1998, с.487-489.

131. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Системы снижения токсичности отработавших газов ДВС. // НПЯ Наукоемкие природоохранные технологии. Тольятти, 1994.

132. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Токсичность отработавших газов ДВС при добавке водорода. // МНПК Проблемы развития автомобилестроения в России Тольятти, 1997.

133. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Токсичность отработавших газов ДВС при добавке водорода. // XI Симпозиум по горению и взрыву Черноголовка, 1996.

134. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Природоохранные проблемы автомобильных ДВС и Тепловых установок. // Юбилейная НТК Тольятти, 1997, с. 46-47.

135. Шайкин А.П., Русаков М.М., Гордеев В.Н., Павлов Д.А. Исследования возможности дожигания токсичных составляющих в отработавших газах. // МНПК Прогресстранспортных средств и систем Волгоград, 2002, с.141-144.

136. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н. Городской автобус: уменьшение токсичности ОГ и экологичность ДВС. // Наука, техника, образование Тольятти, 2000, с.335-338.

137. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н. Добавки водорода в ДВС. Токсичность, экономичность. // ВНТК Перспективы развития автомобильного транспорта -Тольятти, 2000, с.63-66.

138. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Возможности снижения токсичности отработанных газов городских автобусов. // НПК Безопасность транспортных систем Самара, 2002.

139. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А., Добавки в бен-зовоздушную смесь, пределы воспламенения, токсичность ДВС. // Симпозиум по горению и взрыву Черноголовка, 2000, с. 178-180.

140. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А., Пределы стабильного горения бензовоздушных смесей с добавками в ДВС. / Вестник Самарского аэрокосмического университета Самара, 1999, с. 144-148.

141. Шайкин А.П., Строганов В.И., Гурьянов Д.И. Двигатель внутреннего сгорания в составе гибридной силовой установки. // Объединенный научный журнал, №7, М., 2003, с.56-59.

142. Шайкин А.П., Шайкина Н.А., Ивашин П.В., и др., Взаимосвязь ионного тока, средней скорости распространения пламени в заключительной фазе сгорания и не-сгоревших СН. // Наука производству, №8 М., 2004, с.5-6.

143. Шатров Е.В. Альтернативные топлива для двигателей / Автомобильная промышленность М.:1982, №2.

144. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. АН СССР, 1963.

145. Щетинков Е.С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965.

146. Электрические измерения: Учеб. пособие для ВУЗов / В.Н. Малиновский, P.M. Демидова-Панферова, Ю.Н. Евланов и др., под ред. В.Н. Малиновского. М.: Энергоатомиздат, 1985.