Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов

Коваленко, Юрий Федорович

Тепловые двигатели

автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов

кандидата технических наук: Коваленко, Юрий Федорович
город: Челябинск
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.04.02

Диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению на тему «Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов»

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов"

На правах рукописи

Коваленко Юрий Федорович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ИХ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул- 2003

Работа выполнена на кафедре «Двигатели» Челябинского военного автомобильного института

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кукис Владимир Самойлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Лебедев Олег Николаевич; кандидат технических наук, доцент Свистула Андрей Евгеньевич

Ведущая организация ■

ГУЛ НИИ Д

Защита состоится «<?£ »СбНТ^рД 2003 г. в « часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656099 г. Барнаул, пр. им. В.И. Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан а^гУСТ^ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.А. Синицын

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одна из возможных трактовок понятия «эффективность» заключается в улучшении каких-либо показателей по отношению к исходным. Поэтому повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) предполагает улучшение их основных показателей.

К этим показателям в первую очередь следует отнести мощностные и экономические характеристики. Не менее важна в современных условиях и экологическая безопасность ДВС. Связано это с тем, что ДВС и, прежде всего, поршневые и комбинированные двигатели, являются самыми многочисленными среди тепловых двигателей и источников энергии, потребляемой человечеством. Термодинамические показатели современных поршневых ДВС (ПДВС) близки к предельному теоретически возможному уровню. Однако этот предельный уровень обеспечивает превращение в полезную работу не более 45-46 % термохимической энергии топлива. Остальная теплота, выделившаяся при сгорании топлива, «теряется» либо с поверхности двигателя и его систем, либо с уходящими из него отработавшими газами (ОГ)- Значительная часть «потерь» приходится именно на ОГ. В дизелях они составляют 85-110 % по отношению к эффективной мощности, в двигателях с принудительным воспламенением топлива превосходят ее на 25-45 %.

Выбрасываемые в атмосферу ОГ содержат большое количество токсичных веществ и сажи. Их более 280 и они наносят непоправимый вред здоровью человека и окружающей среде. В современном двигателестроении снижение экологического вреда, наносимого ПДВС, является важнейшей самостоятельной задачей, решение которой во многих случаях отрицательно влияет на их мощностные и экономические показатели.

Между тем большие «потери» энергии, которыми сопровождается работа ПДВС, свидетельствуют о значительных резервах повышения их показателей в случае утилизации этой энергии. Сказанное относится не только к возможности получения дополнительной работы без потребления дополнительного топлива, но, как показали наши исследования, и к улучшению экологических характеристик ПДВС.

Существует целый ряд технических систем, которые могут быть использованы для утилизации теплоты ОГ ДВС с целью трансформации ее в работу (Шокотов Н.К., 1980; Жмудяк Л.М., 1981; Зайцев C.B., 1984; Шейпак A.A., 1991 ; Кукис B.C., 1991,2000 и др.). Сравнительный анализ этих систем, проведенный в настоящей работе, показал перспективность применения утилизационных поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием. Разработка и исследование таких двигателей более пяти лет ведется на кафедре двигателей Челябинского военного автомобильного института. Однако среди выполненных работ нет комплексного исследования, посвященного вопросу одновременного повышения мощностных, экономических и экологаческих показателей ПДВС за

счет утилизации теплоты их ОГ при помощи поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием. Важнейшим элементом подобного исследования является вопрос о возможности стабилизации температуры ОГ ПДВС перед их поступлением в утилизатор, поскольку эффективность утилизационных систем существенно зависит от этой температуры. Температура же эта существенно изменяется в процессе работы ПДВС на различных режимах, что снижает эффективность утилизации теплоты ОГ. Стабилизировать колебания температуры ОГ перед их попаданием в утилизационные системы и тем самым повысить эффективность утилизации, можно используя принцип аккумулирования теплоты.

Цель настоящего исследования - обеспечить и оценить повышение мощностных, экономических и экологических показателей ПДВС при помощи утилизационной системы, включающей тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать и изготовить опытный образец утилизационной системы, включающий поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием и тепловой аккумулятор, стабилизирующий температуру отработавших газов ПДВС перед их поступлением в утилизационный двигатель.

2. Разработать математическую модель рабочего процесса утилизационной системы, включающий тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

3. Создать экспериментальную установку для исследования процессов в технической системе, включающей в себя ПДВС и разработанную утилизационную систему.

4. Провести экспериментальные исследования с целью проверки адекватности разработанной математической модели.

5. Установить характер и объяснить природу влияния температуры отработавших газов ПДВС, температуры стенок цилиндра утилизационного двигателя и регулировочных параметров его системы подачи воды на мощно-стные, экономические и экологические показатели работы последнего. С помощью разработанной математической модели провести оптимизацию параметров впрыскивания воды в утилизационный поршневой двигатель.

6. Оценить повышение мощностных, экономических и экологических показателей дизеля КамАЗ-740 за счет использования утилизационной системы, включающий тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

Объектом исследования являлась техническая система (силовая установка), состоящая из дизеля КамАЗ-740 и утилизационной системы, включающей тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

Предметом исследования служили процессы, протекающие в утилизационной системе, включающей тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием, а также показатели силовой установки, состоящей из поршневого ДВС и названной утилизационной системы.

Методика исследования базировалась на использовании основных положений системного подхода, метода математического планирования много-факторнош эксперимента и компьютерного моделирования, а также статистической обработки результатов на ПК.

Выводы и рекомендации сформулированы на основе результатов натурного и модельного экспериментальных исследований силовой установки, состоящей из дизеля КамАЗ-740 и утилизационной системы, включающий тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- впервые экспериментально подтверждена гипотеза о возможности одновременного повышения мощностных, экономических и экологических показателей поршневых ДВС за счет утилизации теплоты отработавших газов ДВС с помощью поршневого утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием;

- создана математическая модель, позволяющая исследовать процессы в тепловом аккумуляторе, установленном в выпускной системе ПДВС, влияние температуры ОГ на входе в утилизационный двигатель, температуры стенок цилиндра последнего, давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора на его мощностные, экономические и экологические показатели;

- установлена взаимосвязь между температурой ОГ на входе в утилизационный двигатель, температурой стенок цилиндра последнего, давлением, продолжительностью и моментом начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора, с одной стороны, и его мощностными, экономическими и экологическими показателями - с другой, а также объяснена природа установленных взаимосвязей.

Практическая ценность работы состоит в том, что использование полученной математической модели позволяет расчетным путем оценить влияние теплового аккумулятора, установленного в выпускной системе ПДВС, температуры ОГ на входе в утилизационный двигатель, температуры стенок цилиндра последнего, давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора на мощностные, экономические и экологические показатели силовой установки, объединяющей ПДВС и утилизационную систему, включающую поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием и тепловой аккумулятор, стабилизирующий температуру отработавших

газов поршневых ДВС перед их поступлением в утилизационный двигатель, а также оптимизировать параметры системы питания водой этого двигателя.

Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях и на заводах, занимающихся созданием теплосиловых установок на базе ДВС.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационного исследования включены в Типовую программу развития малой энергетики АО «Энерго» и программу НИОКР на 2002-2004 гг. РАО «ЮС России»; используются и внедрены в ФГУП 21 НИИИ МО РФ; при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники», «Конструкция силовых установок многоцелевых гусеничных и колесных машин» и «Теплотехника» в Рязанском, Челябинском военных автомобильных и Омском танковом инженерном институтах.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на межрегиональной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Омск, 2002); Международной научно-технической конференции «Актуалные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (Челябинск, 2003); П Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке» (Омск, 2003); научно-методическом семинаре с участием сотрудников кафедр «Двигатели», «Эксплуатация военной автомобильной техники» и «Автомобильная техника» Челябинского военного автомобильного института (Челябинск, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, получено положительное решение на полезную модель.

Диссертация содержит 174 страницы машинописного текста, включающего 60 рисунков, 9 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка основной использованной литературы (148 наименований) и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, его научная новизна и практическая ценность, конкретизированы объект и предмет исследования, приведены научная новизна и основные положения работы, выносимые автором на запцпу, дана общая характеристика диссертационного исследования.

В первой главе рассмотрены «потери» энергии при работе ПДВС, оценены «потери» теплоты с их ОГ. Обоснована целесообразность утилизации этой теплоты для получения дополнительной работы. Рассмотрены известные по литературе варианты систем утилизации и сделан вывод о перспективности исполь-

зования в качестве утилизатора поршневого двигателя с внутренним объемным парообразованием. Подчеркнуто, что при утилизации теплоты ОГ ПДВС, работающих на переменных режимах, целесообразно перед утилизационным двигателем (УД) устанавливать тепловой аккумулятор (ТА), чтобы сглаживать колебания температуры газов, поступающих в утилизатор. В заключение первой главы формулируются цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе рассмотрена физическая модель силовой установки (СУ), состоящей из двух контуров использования теплоты, одним из которых является ПДВС, а другим - система утилизации теплоты его ОГ, включающая ТА и поршневой двигатель с внутренним парообразованием. С использованием принципов системного анализа СУ представлена в виде четырехуровневой технической системы. Рассмотрены структура каждого иерархического уровня и происходящие в нем физические процессы, а также внешние, внутренние и промежуточные связи между отдельными уровнями и внутри них.

На основе рассмотренных связей предложен перечень показателей для всесторонней оценки достижения поставленной в настоящем исследовании цели. В этот перечень вошли степени повышения мощностных и экономических характеристик СУ, а также степени снижения дымности и токсичности ее ОГ. Предложенные показатели адаптированы как для оценки работы СУ на отдельных режимах, так и для условий ее эксплуатации на переменных режимах.

Третья глава посвящена разработке математической модели утилизационной системы, включающей ТА и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием. Получена система дифференциальных уравнений, описывающих процессы теплообмена в ТА с фазовым переходом и внутрицилинд-ровые процессы в УД. При составлении системы было сделано допущение, что протекающие в ней процессы квазиравновесны и коэффициент сжимаемости рабочего тела равен единице. Система включает уравнения: потока теплоты, передаваемой между тегагоаккумулирующим материалом теплового аккумулятра и теплоносителем (ОГ) в процессе заряда или разряда теплового аккумулятора; массового расхода ОГ; линейного коэффициента теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки; количества воды, поступающей внутрь цилиндра; количества ОГ поршневого ДВС, поступающих внутрь цилиндра через впускные органы, или рабочего тела, выходящего из него через выпускные органы; количества рабочего тела, вышедшего из цилиндра в результате утечек; изменения внутренней энергии рабочего тела; количества энергии, которое получило рабочее тело в форме теплоты с поступившими в цилиндр ОГ поршневого ДВС; количества энергии, которое было отведено от рабочего тела УД в форме теплоты в стенки внутрицилиндрового пространства; количества энергии, затраченного на парообразование и перегрев впрыскиваемой в цилиндр воды; количества энергии, которое было вынесено из цилиндра в форме теплоты с выходящим из него рабочим телом во время выпуска; количества энергии, которой обменялось рабо-

чее тело с внешней средой в форме работы; состояния рабочего тела; изменения температуры и давления рабочего тела в цилиндре УД в функции угла ПКВ.

Перечисленные уравнения были дополнены справочными и экспериментальными данными и зависимостями. В частности, для определения количества энергии, затрачиваемой на парообразование впрыскиваемой в цилиндр воды, в программу Excel были введены термодинамические свойства воды и водяного пара в ожидаемом диапазоне давлений, заимствованные из справочной литературы. Далее эти данные были аппроксимированы и получены функциональные зависимости: температуры насыщения от текущего давления в цилиндре, теплоемкости от температуры насыщения, удельной теплоты парообразования от давления, теплоемкости перегретого пара от текущей температуры, являющейся температурой перегрева. Эта функциональные зависимости были использованы в дальнейшем при реализации математической модели. Для решения составленной системы уравнений необходимо знать частоту вращения коленчатого вала УД. Между тем, в исследуемом двигателе она зависит от температуры ОГ дизеля, поступающих в УД; от условий теплообмена между рабочим телом и стенками внутрицилиндрового пространства, определяемых кроме Тог температурой стенок Т„; от характеристик процесса впрыскивания воды (давления впрыскивания Рвпр, продолжительности впрыскивания ф^ и момента начала подачи ее в цилиндр ©). Показатель политропы сжатия, знание которого также необходимо для решения составленной системы уравнений, в свою очередь, является функцией температуры ОГ дизеля, температуры стенок цилиндра УД и частоты вращения его коленчатого вала. Определение конкретного вида указанных зависимостей требует проведения предварительных экспериментов и получения соответствующих уравнений. После решения этой задачи приведенная выше система будет замкнута.

Для моделирования рабочего процесса в работе была использована система визуального проектирования SIMULINK пакета MATLAB. Исходными данными служили параметры, характеризующие теплофизические свойства рабочего тела, теаплоаккумулирующего материала ТА, конструктивные показатели УД и условия подачи в него воды. Все расчеты производились методом Рунге-Кутга 4-го порядка точности. Максимальный шаг моделирования был выбран равным 0,0005 с, модельное время 2 с. Начальные приближения вычислялись автоматически или вводились вручную. Относительная погрешность расчета устанавливалась на уровне 0,1 %. При этом утилизационная система была представлена в виде нескольких подсистем (блоков), имеющих внутренние и внешние связи. Каждая подсистема, в свою очередь, была разделена на более мелкие элементы до необходимого уровня детализации. Созданная модель позволяет рассчитать и представить в числовом и графическом виде индикаторную мощность, литровую индикаторную мощность, среднее индикаторное давление, удельный индикаторный расход воды и индикаторный КПД УД а также изменение любого рассчи-

тываемого параметра рабочего процесса в функции другого параметра или времени.

В четвертой главе дано описание экспериментальной установки. В ее состав вошли: дизель КамАЗ-740 и утилизационная система, включающая ТА и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием (УД), испытательный стенд В8-1036-4/Ы с измерительной аппаратурой, приборы для определения мощностных, экономических показателей УД и исследования рабочего процесса УД.

Тепловой аккумулятор кожухо-трубного типа с фазовым переходом. Газодинамическое сопротивление при продувке воздухом с температурой 25±10 °С и расходе 570±10 м3/ч составляло не более 2,4 кПа. Площадь поверхности теплообмена 0,98 м2, количество трубок - 735. Теплоаккумулирующий материал -КаИОз. Масса ТА (теплоаккумулирующего материала) -11 (5) кг.

Утилизационный двигатель был выполнен на базе двухтактного карбюраторного пускового двигателя ПД-10У. За счет изменения конструкции головки цилиндра геометрическая степень сжатия была повышена до 11. В цилиндре со стороны маховика имеются два окна, одно из которых (впускное) соединено с выпускным трубопроводом дизеля КамАЗ-740, а другое (выпускное) - с выпускным трубопроводом УД, через который уходящие из цилиндра газы попадают в конденсатор, охлаждаемый проточной водой. Здесь пары, находящиеся в уходящих газах, конденсируются и отделяются от газов, которые по трубопроводу направляются в атмосферу. Полученный конденсат может быть вновь использован для питания УД. Окно в цилиндре, используемое в качестве выпускного, дополнительно расточено по вертикали на 5 мм (по сравнению со штатной конструкцией) и начинает открываться верхней кромкой поршня при его движении к НМТ несколько раньше, чем впускное окно, Этим обеспечивается лучшая очистка цилиндра от отработавших газов. Остальные окна, имевшиеся в штатном цилиндре двигателя ПД10У, заглушены.

Работает УД следующим образом. В момент, когда при движении поршня от ВМТ к НМТ его верхняя кромка начнет открывать впускное окно, горячие ОГ дизеля попадают в цилиндр. Наполнение цилиндра газами продолжается при перемещении поршня до НМТ и обратно к ВМТ до тех пор, пока верхняя кромка поршня не перекроет впускное окно. Как только будет перекрыто и выпускное окно, начнется сжатие поступивших в цилиндр ОГ дизеля. В ходе сжатия температура рабочего тела существенно повышается. При приближении поршня к ВМТ через форсунку в цилиндр впрыскивается вода. Происходит интенсивное парообразование. Пар, перегреваясь, расширяется, производя работу. Как только верхняя кромка поршня начнет открывать выпускное окно, рабочее тело начнет выходить из цилиндра. Затем описанный рабочий цикл повторяется.

Завершает четвертую главу методика проведения экспериментального исследования. Оно включало четыре этапа.

На первом этапе в ходе натурного эксперимента решалась задача определения влияния температуры ОГ дизеля, температуры стенок внутрицилин-дрового пространства УД, характеристик процесса впрыскивания воды на частоту вращения коленчатого вала, на величину показателя политропы процесса сжатия рабочего тела в цилиндре УД, на изменение дымности и токсичности ОГ, после прохождения их через УД, а также получение математической модели, описывающей взаимосвязи между перечисленными выше показателями с помощью полиномиальных аппароксимационных уравнений. Для оценки связей между отмеченными выше показателями был использован статистический метод планирования многофакторного эксперимента.

В качестве математической модели использовались полиномиальные уравнения второго порядка вида.

Кроме этого, для обеспечения при последующем моделировании возможности перехода от индикаторных показателей к эффективным, была проведена оценка механических потерь (методом прокрутки) и определена величина механического КПД в функции частоты вращения коленчатого вала УД. Установленная взаимосвязь была аппроксимирована полиномом второго порядка. В заключение определялись внешняя скоростная характеристика УД.

Второй этап был посвящен проверке адекватности математической модели утилизационной системы. Он включал в себя стендовые испытания ТА фазового перехода, целью которых было натурное исследование процессов теплообмена в нем и проверка адекватности соответствующего блока математической модели, а также натурные исследования рабочего процесса в УД и проверка адекватности блока математической модели, описывающего этот процесс

На третьем этапе был изучен рабочий процесса УД и проведена оптимизация (с помощью математической модели) параметров системы питания утилизатора водой.

Четвертый этап состоял в исследовании мощностных, экономических и экологических показателей СУ, объединяющей дизель КамАЗ-740 и утилизационную систему, включающую поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием и ТА, стабилизирующий температуру ОГ дизеля перед их поступлением в УД.

Пятая глава содержит результаты экспериментальных исследований.

В соответствии с изложенной выше методикой на первом этапе были получены полиномиальные зависимости, описывающие влияние температуры ОГ дизеля на входе в УД; температуры стенок цилиндра УД; давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды на частоту вращения коленчатого вала УД, показатель политропы процесса сжатия в нем ОГ дизеля, дымность и токсичность ОГ. Адекватность уравнений устанавливали с использованием критерия Фишера.

Для определения коэффициентов уравнений был реализован экспериментальный план Хартли на гиперкубе (близкий по своим статистическим характеристикам Б-оптимальному плану), предусматривающий проведение 27 опытов. В результате обработки данных эксперимента были найдены полиномиальные зависимости:

- для определения частоты вращения коленчатого вала УД:

п=1154+20,6Х,+5,6Х2+83,9Хз+141ДХ4+25,0Х5-25,0Х12-13,ЗХ22~19,2Х32-4,2Х42-39,2Х52+2,5Х1Х4+З8,8X3X4; (1)

- для определения показателя политропы процесса сжатия: Псж =1,209+0,036Х,+0,012X2+0,029X3+0,050X4+0,007X5+0,01 ОХ ,2-

-0,010х32-0,030х52+0,012X3X4; (2)

- для степени снижения дымности ОГ:

ДСд=0,42-0,13Х!+0,03X2+0,15X3+0,12X4-0,01X5-0,04Х,2+0,0256Х!Х2--о,оззх,х5-о, 036X2X3-0,034X2X4-0,0345X2X5-0,026X3X4+0,028X3X5--0,027X4X5; (3)

- для степени снижения концентрации оксида углерода в ОГ: ДСсо=0,52-0,121Х,+0,013Х2+0,152Х3+0,2X4-0,09Х5-0,01Х42; (4)

- для степени снижения концентрации углеводородов в ОГ:

АСсн=0,45+0,051Х!+0,015Х2-Ю,1Хз+0,09Х4-0,091X^+0,008ХЛ--0,014X1X4^), 011Х,Х5++0,012Х2Хз+0,009Х2Х4-0,008Х2Х5+0, ОМХ3Х4-

-0,008X3X5+0,009X4X5; (5)

- для степени снижения концентрации оксидов азота в ОГ:

АСКОх=0,1835-0,1ХГ0,02X2+0,12X3+0,1X4 +0,01Х5+0,09Х42+0,0026Х]Х3+ +0,0047Х2Хз~0,034Х3Х5; (6)

- для степени снижения комплексного показатель вредности выбросов СУ, приведенных к СО:

Д02со =0,161-0,027ХГ0,0051 Х2+0,0337Х3+0,0283X4+0,0621ХД0,023 Х22--0,016 X, Х2 + 0,026 Х1Х3 + +0,0168 X! -0,047 Х2 Х3 - 0,034 Х3 Х5 + + 0,014X4X5. (7)

Адекватность уравнений (1)-(7), проверенная с использованием критерия Фишера, нашла подтверждение с вероятностью совпадения результатов расчета и эксперимента не менее чем в 95 % случаев.

Полученные уравнения позволяют оценивать влияние каждого из рассмотренных факторов и их взаимодействия на выходные параметры. В диссертации подробно обсуждена природа выявленных закономерностей.

В заключение рассматриваемого этапа экспериментов была определена внешняя скоростная характеристика УД и установлена связь между механическим КПД и частотой вращения коленчатого вала УД (рис.1), которая весьма точно (с достоверностью 99,95 %) описывается полиномом второго порядка:

Л« = 0,8746 + 9-Ю"5п- Ю-7п2 (8)

а б

Рис. 1. Внешняя скоростная характеристика утилизационного двигателя (а) и его механические потери (б)

На втором этапе экспериментов прежде всего были исследованы три серии по 15 режимов работы ТА, соответствующие городским условиям эксплуатации дизеля КамАЗ-740. Статистическая обработка материалов испытаний и расчетов показала, что при средней температуре ОГ на входе в ТА 487,8±19,9 °С их средняя температура на выходе по экспериментальным данным составила 485,4±6,3 °С, по расчетным - 486,5±2,8 °С. Размах температуры составил на входе 405 °С, на выходе - 174 °С по замерам и 155 °С по расчету. Коэффициент вариации (колеблемость) температуры ОГ на входе был большой - 27,3 %. Колеблемость температуры газов на выходе была небольшой и составила 8,7 % в эксперименте и 3,9 % для расчетных значений. Приведенные цифры свидетельствуют о существенном демпфировании температуры ОГ в результате их прохождения через ТА.

Адекватность блока математической модели утилизационной системы, описывающего процессы в ТА, проверялась на основе определения t-критерия Стьюдента. Расчеты показали, что tpac4 = 0,075, что значительно меньше критическое значение t-критерия Стьюдента при доверительной вероятности q = 0,95.

Для проверки адекватности математической модели рабочего процесса УД были использованы полученные на первом этапе индикаторные диаграммы для 27 режимов работы двигателя. Затем через площадь свернутых индикаторных диаграмм, были определены значения среднего индикаторного давления. После этого с использованием разработанной математической модели были рассчитаны величины среднего индикаторного давления по исходным данным тех же режимов работы экспериментальной установки. Далее по известным статистическим формулам было определено расчетное значение критерия Стьюдента. Оно оказалось меньше табличного значения, что свидетельствует об адекватности математической модели и эксперимента с достоверностью не менее 95 %. Представленные в диссертации расчетная и экспериментальная диаграммы для одного из исследованных режимов работы экспериментальной установки также подтверждают адекватность модели.

Далее (на третьем этапе экспериментов) с помощью созданной математической модели был установлен характер влияния температуры ОГ дизеля, температуры стенок цилиндра УД и регулировочных параметров его системы подачи воды на индикаторные показатели последнего. Результаты этого исследования детально проанализированы в диссертации, а основные положения приведены в выводах по работе.

Результаты оптимизации параметров системы подачи воды в цилиндр УД (в качестве критерия оптимизации была принята индикаторная литровая мощность) показали, что при температуре ОГ дизеля 650 °С и температуре стенок цилиндра УД 300 °С максимум литровой мощности утилизационный двигатель развивает если давление впрыскивания воды в цилиндр равно 15 МПа; начало впрыскивания производится за 20 град ПКВ до ВМТ и продолжительность впрыскивания составляет 17 град ПКВ. При указанных значениях перечисленных факторов УД обеспечивает получение следующих индикаторных показателей: мощность - 5,6 кВт; литровая мощность -16,1 кВт; среднее давление - 0,69 МПа; КПД - 0,36. Удельный индикаторный расход воды при этом составляет около &=3, 6103 г/(кВтч).

В ходе последнего (четвертого) этапа проведения экспериментов было оценено изменение мощностных, экономических и экологических показателей дизеля КамАЗ-740 при утилизации теплоты его ОГ.

Прежде всего, были исследованы мощностные и экономические показатели СУ при работе дизеля по внешней скоростной и нагрузочной характеристикам. При этом показатели дизеля определяли экспериментально, а СУ -расчетом при условии, что через УД проходит 50 % ОГ дизеля. Расчеты проводились с помощью разработанной математической модели утилизационной системы без учета влияния ТА, так как в рассматриваемой ситуации (отсутствие непрерывно изменяющихся режимов работы дизеля) его использование не имеет смысла.

Результаты сравнения показателей свидетельствуют, что эффективная мощность возросла в среднем на 15,6 кВт при работе по внешней скоростной и на 9,2 кВт - по нагрузочной. Снижение часового расхода топлива в среднем составило соответственно 4,1 и 2,2 кг/ч. Удельный эффективный расход топлива в среднем снизился на 71,3 и 53,5 г/(кВтч). Среднее снижение дымности составило 26,3 и 26,9 %; выбросов СО - 46,3 и 55,3 %; СН - 62,1 и 48,1 %; N0* - 8,1 и 32,6 %. Комплексный показатель вредности выбросов уменьшился на 24,3 % при работе по внешней скоростной характеристике и на 46,4 % при работе по нагрузочной.

На рис. 2,3 и 4 показано какими были абсолютные значения мощност-ных, экономических и экологических показателей СУ и степени их изменения при работе дизеля на режимах, соответствующих эксплуатации дизеля КамАЗ-740 в городских условиях в случаях работы без утилизационной системы, с УД без ТА и с ним.

1,0 0,5 О

1,118

1,144

ДНе' 0,15 0,10 0,05 0

0,144

0,118

Рис. 2. Мощностные и экономические показатели СУ и степени их изменения при работе дизеля КамАЗ-740 в условиях городской эксплуатации:

1 - без утилизационной системы; 2 - при утилизации теплоты отработавших газов дизеля без ТА; 3 - при утилизациии теплоты отработавших газов

дизеля с ТА

ДС-0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0,73

0,55

0,69

0.54

0.29

0.3

ЕГ 3

(г

0.44

0,39

Рис. 3. Степени снижения показателей дымности и токсичности ОГ СУ при ее

эксплуатации в городских условиях: 2-при работе без теплового аккумулятора; 3-при работе с тепловым аккумулятором; а-дымность; 6-ССсь »Сш х! Л - ССн! е - Ссо0£

3.80

2.47 2.45

С со, кг м*

120

1Ш

80 60 40 20 0

143,1

64,4

38,6

кг

60 40 20 0

82.2

37.8

25А

Рис. 4. Величины дымности и токсичности ОГ СУ при ее эксплуатации в городских условиях (обозначений см. рис. 3)

В приложении приведены: иерархическая структура математической модели утилизационной системы в среде МАТЬАВ, блоки входящих в нее систем и подсистем; оценка погрешностей измерений и оценка экономического эффекта от повышения мощностных, экономических показателей СУ, снижения дымности и токсичности ее ОГ за счет утилизации их тепловых «потерь».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог проведенному исследованию можно констатировать, что для утилизации теплоты ОГ ДВС можно эффективно использовать поршневой утилизационный двигатель с внутренним объемным парообразованием, разработанный и изготовленный с участием автора диссертации. Утилизация теплоты ОГ с помощью такого двигателя позволяет повысить не только мощ-ностные, но и экономические показатели силовой установки, а также существенно снизить дымность и токсичность ОГ. Важнейшим элементом такой системы является ТА, обеспечивающий стабилизацию температуры ОГ ДВС перед их поступлением в утилизатор, поскольку температура эта существенно изменяется в процессе работы на различных режимах, что снижает эффективность утилизации.

Выводы по работе

1. Разработан и изготовлен опытный образец системы утилизации теплоты отработавших газов ДВС, включающий тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

2. Создана экспериментальная установка, в состав которой вошли: дизель КамАЗ-740; утилизационная система, включающая тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием; испытательный стенд 08-1036-4ЛМ с измерительной аппаратурой; приборы для определения мощностных, экономических показателей утилизационного двигателя, дымности и токсичности отработавших газов; пьезоэлектрический двухлучевой индикатор давления типа 2780-8 «Орион» для исследования рабочего процесса утилизационного двигателя.

3. Проведен натурный эксперимент на 27 режимах работы силовой установки, включающей дизель КамАЗ-740, тепловой аккумулятор и поршневой УД с внутренним объемным парообразованием. Впервые получены индикаторные диаграммы утилизационного двигателя. Найдены полиномиальные уравнения, адекватно (с достоверностью не менее 95 %) описывающие зависимость частоты вращения коленчатого вала утилизационного двигателя, показателя политропы процесса сжатия рабочего тела в нем, а также дымности и токсичности выбрасываемых из него газов от: температуры отработавших газов дизеля на входе в утилизатор; температуры его стенок; давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр.

4. Разработана математическая модель утилизационной системы, включающей тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием, решение которой реализовано в системе визуального проектирования 81МиЬПЧК пакета МАТЬАВ.

5. Проверена и подтверждена (с достоверностью не менее 95 %) адекватность разработанной математической модели.

6. Оценен (с помощью проведенного на математической модели эксперимента) характер изменения индикаторной мощности, литровой индикаторной мощности, среднего индикаторного давления, индикаторного КПД и удельного индикаторного расход воды в зависимости от температуры отработавших газов дизеля на входе в утилизационный двигатель; температуры стенок цилиндра; давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр.

При этом установлено, что наибольшие значения перечисленные показатели достигают при температуре отработавших газов ДВС на входе в утилизационный двигатель, равной 600-650 °С. Увеличение температуры стенок цилиндра утилизационного двигателя оказывает благоприятное влияние на индикаторные показатели. Наиболее заметно это влияние проявляется при температурах, превышающих 300 °С. Повышение давления впрыскивания воды в цилиндр утилизационного двигателя до 11-12 МПа приводит к существенному росту показателей рабочего процесса, затем этот рост практически прекращается, а КПД - снижается. Увеличение продолжительности впрыскивания воды (при сохранении других факторов на уровне средних значений) до значений 23-25 град ПКВ вызывает повышение мощностных и экономических показателей, затем они начинают снижаться. Увеличение (в град ПКВ по отношению к ВМТ) момента начала впрыскивания воды (при сохранении других факторов на уровне средних значений) обеспечивает рост мощностных и экономических показателей до значения 20-23 градуса. Здесь имеет место малозаметный экстремум, после чего показатели снижаются. Объяснена природа установленных взаимосвязей.

7. С помощью разработанной математической модели проведена оптимизация параметров впрыскивания воды в исследованный утилизационный поршневой двигатель. В качестве критерия оптимизации была принята индикаторная литровая мощность. Установлено, что при температуре отработавших газов дизеля 650 °С и температуре стенок цилиндра утилизатора 300 °С максимум литровой мощности утилизационный двигатель развивает если давление впрыскивания воды равно 15 МПа; начало впрыскивания производится за 20 град ПКВ до ВМТ; продолжительность впрыскивания воды составляет 17 град ПКВ.

мощность -13,1 кВт; среднее давление - 0,69 МПа; КПД - 0,36. Удельный индикаторный расход воды на этом режиме составляет 3,6 кг/(кВт-ч)

8 Установлено, что на режимах работы дизеля КамАЗ-740, соответствующих условиям городской эксплуатации, утилизация теплоты 50 % его отработавших газов с помощью утилизационной системы предложенного типа позволяет увеличить эффективную мощность силовой установки на 15,9 кВт (на 14,4 %), снизить часовой и удельный расходы топлива соответственно на 2,9 кг/ч и 32,4 г/(кВт ч), обеспечить снижение дымности отработавших газов на 35,2 %, концентрации оксида углерода - на 73 %; углеводородов -69 %; оксидов азота - на 30 %; суммарный выброс вредных веществ, приведенный к СО, на 44 %. Использование при этом в утилизационной системе теплового аккумулятора теплового дает возможность уменьшить колеблемость температуры отработавших газов с 27, 3 до 8,7 %, т. е. на 68,1 %. За счет этого обеспечивается увеличение эффективной мощности силовой установки на 2,8 кВт (на 2,5 %), уменьшение часового и удельного расходов топлива соответственно на 0,68 кг/ч и 5,9 г/(кВт ч), снижение дымности отработавших газов на 0,2 %, концентрации оксида углерода - на 18 %; углеводородов -15 %; оксидов азота - на 1 %; суммарный выброс вредных веществ, приведенный к СО, на 5 %.

9. Материалы диссертационного исследования включены в Типовую программу развития малой энергетики АО «Энерго» и программу НИОКР на 2002-2004 it. РАО «ЕЭС России»; используются и внедрены в ФГУП 21 НИ-ИИ МО РФ; при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники», «Конструкция силовых установок многоцелевых гусеничных и колесных машин» и «Теплотехника» в Рязанском, Челябинском военных автомобильных и Омском танковом инженерном институтах.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф., Смолин А.Б. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты // Научный вестник. - Вып. 9. - Челябинск: ЧВЛИ, 2000. -С. 6-9.

2. Коваленко Ю.Ф.. Проблемы утилизации тепловых потерь с отработавшими газами силовых установок мобильной техники // Научный вестник ЧВАИ. - Вып. 12. -Челябинск: ЧВАИ, 2001. - С. 80-85.

3. Коваленко Ю.Ф.. Системы утилизации теплоты отработавших газов силовых установок мобильной техники // Научный вестник ЧВАИ. - Вып. 12. - Челябинск: ЧВАИ, 2001. - С. 95-106.

4. Коваленко Ю.Ф., M.JI. Хасанова. Влияние эксплуатационных и регулировочных характеристик утилизационного поршневого двигателя с внутренним объемным парообразованием на токсичность отработавших газов // Научный вестник ЧВАИ. -Вып. 14. - Челябинск: ЧВАИ, 2001. - С. 143-148.

5. Коваленко Ю.Ф. Влияние особенностей организации рабочего процесса в утилизационном поршневом двигателе с внутренним парообразованием на его мощ-ностные показатели // Материалы межрегиональной науч.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины (Броня 2002)». - Омск, 2002. - С. 29-31.

6. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф. Повышение эффективности силовых установок наземной мобильной техники за счет утилизации тепловых потерь с их отработавшими газами // Материалы межрегиональной науч.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины (Броня 2002)». - Омск, 2002. - С. 25-28.

7. Кукис B.C., Смолин А.Б. Коваленко Ю.Ф. Математическая модель индикаторного процесса утилизационного поршневого двигателя с внутренним объемным парообразованием // Научный вестник ЧВАИ. - Вып. 15. - Челябинск: ЧВАИ, 2002. -С. 45-52.

8. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф., Козьминых В.А., Разношинская A.B. Термодинамика процессов теплообмена в тепловом аккумуляторе, установленном в выпускной системе поршневого ДВС // Материалы Международной науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения». - Челябинск, 2003. - С. 37-39.

9. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф. Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на частоту вращения его коленчатого вала и на характер процесса сжатия // Материалы П Международного технологического конгресса «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке». - Омск, 2003. - С. 21 - 27.

10. Коваленко Ю.Ф., Кукис B.C. Повышение эффективности двигателей автобронетанковой техники за счет утилизации тепловых потерь их отработавших газов // Материалы II Международного технологического конгресса «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке». - Омск, 2003. - С. 118 -123.

11. Коваленко Ю.Ф., Кукис B.C. Пути повышения экологической безопасности силовых установок военной автомобильной техники при утилизации теплоты их отработавших газов // Науч.-техн. сб. - № 1. - Бронницы: ФГУП 21 НИИИ МО РФ, 2003. -С. 43 - 48.

12. Коваленко Ю.Ф. Индикаторная диаграмма парового двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС // Науч.-техн. сб. - № 1. - Бронницы: ФГУП 21 НИИИ МО РФ, 2003 - С. 48 - 51.

13. Коваленко Ю.Ф., Разношинская A.B., Шибанова В.А. Математическая модель процесса теплообмена в тепловом аккумуляторе с фазовым переходом для системы утилизации теплоты // Науч.-техн. сб. - № 3. - Бронницы: ФГУП 21 НИИИ МО РФ, 2003 - С. 51 - 55.

14. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф., Разношинская A.B. Тепловой аккумулятор как средство повышения экологических, мощностных и экономических показателей поршневых ДВС // Ползуновский вестник. - №2. - Барнаул, 2003. - С.22 - 24.

15. Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф. Комбинированный двигатель: Свидетельство на полезную модель. Решение о выдаче № 2003103556 от 19.06.03.

Подписано в набор и печать 02.08.2003. Формат бумаги 60x84/16. Объем 0,75 печ. л., 0,70 усл. печ. л. Зак. 374. Тираж 100 экз. Печать офсетная. Типография ЧВАИ

go<s3-fl 1 * 1444 1

\ I i

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Коваленко, Юрий Федорович

Основные условные обозначения и сокращения Введение

Глава 1. Возможности повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов (состояние вопроса).

1.1. Возможность и целесообразность использования теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания для повышения их мощностных, экономических и экологических показателей.

1.2. Системы утилизации теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

1.3. Постановка цели и задач исследования.

Глава 2. Физическая модель силовой установки, включающей поршневой ДВС и систему утилизации теплоты его отработавших газов.

2.1. Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты.

2.2. Особенности исследуемой силовой установки как многоуровневой технической системы.

2.3. Процессы, происходящие в утилизационной системе.

2.3.1. Тепловой аккумулятор.

2.3.2. Утилизационный двигатель.

2.4. Показатели для оценки эффективности силовой установки, включающей поршневой ДВС и систему утилизации теплоты его отработавших газов.

Глава 3. Математическая модель утилизационной системы.

3.1. Математическая модель процесса теплообмена в тепловом аккумуляторе с фазовым переходом.

3.2. Математическая модель индикаторного процесса утилизационного поршневого двигателя с внутренним объемным парообразованием.

Глава 4. Экспериментальная установка. Программа и методика исследования.

4.1. Экспериментальная установка.

4.1.1. Стенд для изучения процессов теплообмена в тепловом аккумуляторе.

4.1.2. Экспериментальная установка для исследования процессов в силовой установке.

4.2. Программа и методика экспериментального исследования.

4.2.1. Методика проведения первого этапа экспериментального исследования.

4.2.2. Методика проведения второго этапа экспериментального исследования.

4.2.3. Методика проведения третьего этапа экспериментального исследования.

4.2.4. Методика проведения четвертого этапа экспериментального исследования.

Глава 5. Результаты экспериментального исследования.

5.1. Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на частоту вращения его коленчатого вала, на характер процесса сжатия в нем, дымность и токсичность отработавших газов силовой установки.

5.2. Оценка адекватности математической модели утилизационной системы.

5.2.1. Оценка адекватности математической модели теплового аккумулятора.

5.2.2. Оценка адекватности математической модели рабочего процесса утилизационного двигателя.

5.3. Исследование рабочего процесса утилизационного двигателя.

5.4. Изменение мощностных, экономических и экологических показателей дизеля КамАЗ-740 при утилизации теплоты его отработавших газов.

Введение 2003 год, диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, Коваленко, Юрий Федорович

Одна из возможных трактовок понятия «эффективность» заключается в улучшении каких-либо показателей по отношению к исходным [91]. Поэтому повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) предполагает улучшение их основных показателей. К этим показателям, в первую очередь, следует отнести мощностные и экономические характеристики. Не менее важна в современных условиях и экологическая безопасность ДВС. Связано это с тем, что ДВС и, прежде всего, поршневые и комбинированные двигатели, являются самыми многочисленными среди тепловых двигателей и источников энергии, потребляемой человечеством. Широкое их распространение обусловлено тем, что в результате многолетнего развития, ставшего возможным благодаря общему научно-техническому прогрессу, успехам металлургии и машиностроения, они достигли весьма высоких энергетических и экономических показателей, обладают достаточной надежностью и хорошо освоены в технологическом отношении. Термодинамические показатели современных поршневых ДВС (ПДВС) близки к предельному теоретически возможному уровню. Однако этот предельный уровень обеспечивает превращение в полезную работу не более 45-46 % термохимической энергии топлива. Остальная теплота, выделившаяся при сгорании топлива, «теряется» либо с поверхности двигателя и его систем, либо с уходящими из него отработавшими газами (ОГ). Значительная часть «потерь» приходится именно на ОГ. В дизелях они составляют 85-110 % по отношению к эффективной мощности, в двигателях с принудительным воспламенением топлива превосходят ее на 25-45 % [1, 2, 29, и др.].

Выбрасываемые в атмосферу ОГ содержат большое количество токсичных веществ и сажи [2, 15, 44, 84, 96, 97, 145 и др.]. Их более 280 и они наносят непоправимый вред здоровью человека, возведенным им зданиям и сооружениям, окружающей природе. В современном двигателестроении снижение экологического вреда, наносимого ПДВС, является важнейшей самостоятельной задачей, решение которой во многих случаях отрицательно влияет на их мощностные и экономические показатели [33, 55, 80, 84, 1 12, 136,137 и др.].

Существует целый ряд технических систем, которые могут быть использованы для утилизации теплоты ОГ ДВС. Сравнительный анализ этих систем, проведенный в настоящей работе, показал перспективность применения утилизационных поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием. Разработка и исследование таких двигателей ведется на кафедре двигателей Челябинского военного автомобильного института. Однако, среди выполненных работ нет комплексного исследования, посвященного вопросам одновременного повышения мощностных, экономических и экологических показателей поршневых ДВС за счет утилизации теплоты их ОГ при помощи поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием. Важнейшим элементом подобного исследования является вопрос возможности стабилизации температуры ОГ ПДВС перед их поступлением в утилизатор, поскольку эффективность утилизационных систем существенно зависит от этой температуры. Температура же эта существенно изменяется в процессе работы двигателей наземной мобильной техники на различных режимах, что снижает эффективность утилизации теплоты ОГ. Стабилизировать колебания температуры ОГ ДВС перед попаданием их в утилизационные системы, и тем самым повысить эффективность утилизации, можно используя принцип аккумулирования теплоты.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

3. Создать экспериментальную установку, для исследования процессов в технической системе, включающей в себя ПДВС и разработанную утилизационную систему.

5. Установить характер и объяснить природу влияния температуры отработавших газов ПДВС, температуры стенок цилиндра утилизационного двигателя и регулировочных параметров его системы подачи воды на мощностные, экономические и экологические показатели работы последнего. С помощью разработанной математической модели провести оптимизацию параметров впрыскивания воды в утилизационный поршневой двигатель.

Предметом исследования служили показатели силовой установки и процессы, протекающие в утилизационной системе, включающей тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается применением комплекса современных информативных и объективных методов исследования, подбором измерительной аппаратуры, систематической ее поверкой и контролем погрешностей, выполнением рекомендаций соответствующих стандартов и руководящих технических материалов на испытания и корректной статистической обработкой экспериментальных данных с использованием ЭВМ. Научные положения и выводы проверены результатами, полученными в ходе экспериментов.

Методика исследования базировалась на использовании основных положений системного подхода, метода математического планирования многофакторного эксперимента и компьютерного моделирования, а также статистической обработки результатов на ПК.

Работа носит теоретико-экспериментальный характер. В опытах была использована современная измерительная и вычислительная аппаратура.

Выводы и рекомендации сформулированы на основе результатов натурного и модельного экспериментальных исследований силовой установки, состоящей из дизеля КамАЗ-740 и утилизационной системы, включающей поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием и тепловой аккумулятор.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- впервые экспериментально подтверждена гипотеза о возможности одновременного повышения мощностных, экономических и экологических показателей поршневых ДВС за счет утилизации теплоты отработавших гаю зов ПДВС с помощью поршневого утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием;

- создана математическая модель, позволяющая исследовать процессы в тепловом аккумуляторе, установленном в выпускной системе ПДВС, влияние температуры отработавших газов ПДВС на входе в утилизационный двигатель, температуры стенок цилиндра последнего, давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора на его мощностные, экономические и экологические показатели;

- установлена взаимосвязь между температурой отработавших газов ПДВС на входе в утилизационный двигатель, температурой стенок цилиндра последнего, давлением, продолжительностью и моментом начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора с одной стороны и его мощностными, экономическими и экологическими показателями - с другой, а также объяснена природа установленных взаимосвязей;

Практическая ценность работы состоит в том, что использование полученной математической модели позволяет расчетным путем оценить влияние теплового аккумулятора, установленного в выпускной системе ПДВС, температуры ОГ ПДВС на входе в утилизационный двигатель, температуры стенок цилиндра последнего, давления, продолжительности и момента начала впрыскивания воды в цилиндр утилизатора на мощностные, экономические и экологические показатели силовой установки, объединяющей ПДВС и утилизационную систему, включающую поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием и тепловой аккумулятор, стабилизирующий температуру отработавших газов поршневых ДВС перед их поступлением в утилизационный двигатель, а также оптимизировать параметры системы питания этого двигателя водой.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационного исследования включены в Типовую программу развития малой энергетики АО «Энерго» и программу НИОКР на 2002-2004 гг. РАО «ЕЭС России»; используются и внедрены в ФГУП 21 НИМИ МО РФ, при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники», «Конструкция силовых установок многоцелевых гусеничных и колесных машин» и «Теплотехника» в Рязанском, Челябинском военных автомобильных и Омском танковом инженерном институтах.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на межрегиональной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Омск, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Актуалные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (Челябинск, 2003 г.); II Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке» (Омск, 2003 г.); научно-методическом семинаре с участием сотрудников кафедр «Двигатели», «Эксплуатация военной автомобильной техники» и «Автомобильная техника» Челябинского военного автомобильного института (Челябинск, 2003 г.)

Диссертация содержит 174 страницы машинописного текста, включающего 60 рисунков, 9 таблиц и состоит из введения, пять глав, заключения, списка основной использованной литературы (148 наименований) и приложений.

Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов"

Выводы по работе

2. Создана экспериментальная установка, в состав которой вошли: дизель КамАЗ-740; утилизационная система, включающая тепловой аккумулятор и поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием; испытательный стенд DS-1036-4/N с измерительной аппаратурой; приборы для определения мощностных, экономических показателей утилизационного двигателя, дымности и токсичности отработавших газов; пьезоэлектрический двухлучевой индикатор давления типа 2780-S «Орион» для исследования рабочего процесса утилизационного двигателя.

5. Проверена и подтверждена (с достоверностью не менее 95 %) адекватность разработанной математической модели.

158 при температурах, превышающих 300 °С. Повышение давления впрыскивания воды в цилиндр утилизационного двигателя до 11-12 МПа приводит к существенному росту показателей рабочего процесса, затем этот рост практически прекращается, а КПД - снижается. Увеличение продолжительности впрыскивания воды (при сохранении других факторов на уровне средних значений) до значений 23-25 град ПКВ вызывает повышение мощностных и экономических показателей, затем они начинают снижаться. Увеличение (в град ПКВ по отношению к ВМТ) момента начала впрыскивания воды (при сохранении других факторов на уровне средних значений) обеспечивает рост мощностных и экономических показателей до значения 20-23 градуса. Здесь имеет место малозаметный экстремум, после чего показатели снижаются. Объяснена природа установленных взаимосвязей.

При указанных значениях перечисленных факторов утилизационный поршневой двигатель с внутренним объемным парообразованием обеспечивает получение следующих индикаторных показателей: мощность - 4,6 кВт; литровая мощность - 13,1 кВт; среднее давление - 0,69 МПа; КПД - 0,36. Удельный индикаторный расход воды на этом режиме составляет 3,6 кг/(кВт-ч)

159 типа позволяет увеличить эффективную мощность силовой установки на 15,9 кВт (на 14,4 %), снизить часовой и удельный расходы топлива соответственно на 2,9 кг/ч и 32,4 г/(кВт ч), обеспечить снижение дымности отработавших газов на 35,2 %, концентрации оксида углерода - на 73 %; углеводородов - 69 %; оксидов азота - на 30 %; суммарный выброс вредных веществ, приведенный к СО, на 44 %. Использование при этом в утилизационной системе теплового аккумулятора теплового дает возможность уменьшить колеблемость температуры отработавших газов с 27, 3 до 8,7 %, т. е. на 68,1 %. За счет этого обеспечивается увеличение эффективной мощности силовой установки на 2,8 кВт (на 2,5 %), уменьшение часового и удельного расходов топлива соответственно на 0,68 кг/ч и 5,9 г/(кВт ч), снижение дымности отработавших газов на 0,2 %, концентрации оксида углерода - на 18 %; углеводородов - 15 %; оксидов азота - на 1 %; суммарный выброс вредных веществ, приведенный к СО, на 5 %.

9. Материалы диссертационного исследования включены в Типовую программу развития малой энергетики АО «Энерго» и программу НИОКР на 2002-2004 гг. РАО «ЕЭС России»; используются и внедрены в ФГУП 21 НИИИ МО РФ; при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники», «Конструкция силовых установок многоцелевых гусеничных и колесных машин» и «Теплотехника» в Рязанском, Челябинском военных автомобильных и Омском танковом инженерном институтах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В поршневых двигателях внутреннего сгорания процесс превращения теплоты сжигаемого топлива в работу сопровождается значительными «потерями» энергии. В первую очередь это относится к «потерям» теплоты с отработавшими газами. Эту энергию можно утилизировать. Весьма важным направлением при утилизации «потерь» энергии является использование ее для выработки дополнительной работы.

Проведенное исследование показало, что в указанных целях можно эффективно использовать поршневой утилизационный двигатель с внутренним объемным парообразованием, разработанный и изготовленный с участием автора диссертации. Утилизация теплоты отработавших газов с помощью такого двигателя позволяет повысить не только мощностные, но и экономические показатели силовой установки, а также существенно снизить дымпость и токсичность, выбрасываемых в атмосферу газов.

Исходя из того, что эффективность преобразования теплоты отработавших газов ДВС в дополнительную работу в большой степени зависит от процессов происходящих в цилиндре утилизационного двигателя, значительная часть настоящей работы была посвящена исследованию и оптимизации рабочего процесса отмеченного выше двигателя с внутренним объемным парообразованием.

Принцип действия силовой установки, исследованной в диссертации, уже сегодня может быть реализован на стационарных ДВС-электростанциях и других стационарных объектах, где источником механической энергии являются двигатели внутреннего сгорания. Подтверждением сказанному служит включение материалов настоящей работы в Типовую программу развития малой энергетики АО «Энерго» и программу НИОКР на 2002-2004 гг. РАО «ЕЭС России».

На объектах мобильной техники целесообразными представляются другие решения, касающиеся структуры и конструктивных особенностей утилизационной системы. В частности, важнейшим элементом такой системы становится тепловой аккумулятор, обеспечивающий стабилизацию температуры отработавших газов ДВС перед их поступлением в утилизатор, поскольку температура эта существенно изменяется в процессе работы двигателей мобильной техники на различных режимах, что снижает эффективность утилизации теплоты отработавших газов. Большая часть настоящего исследования была посвящена и этой проблеме.

Другой важнейшей задачей является разработка в перспективе компактной замкнутой системы питания утилизационного двигателя водой.

В компоновочном плане силовые установки рассматриваемого типа для мобильной техники, естественно, должны отличаться от изученной в настоящей работе. Здесь возможны различные решения. В частности, это может быть перевод одного или нескольких цилиндров многоцилиндрового поршневого ДВС на работу по принципу двигателя с внутренним парообразованием. В этом случае при существенном повышении экономических показателей практически не изменяются массогабаритные характеристики поршневой машины, что весьма важно с точки зрения компоновки силовой установки в моторном отсеке. Практически не изменяется стоимость такого двигателя.

Другим вариантом может быть перевод четырехтактных поршневых ДВС на шеститактный цикл. В этом случае после завершения в каждом цилиндре традиционных четырех тактов и прихода поршня в нижнюю мертвую точку, не следует открывать выпускные органы. Тогда в процессе последующего перемещения поршня от нижней мертвой точки к верхней (пятый такт) оставшиеся в цилиндре продукты сгорания будут сжиматься, и температура их существенно увеличится. При приближении поршня к верхней мертвой точке в цилиндр через форсунку подается вода, происходит ее интенсивное испарение, перегрев и расширение парогазообразной смеси (шестой такт) с совершением работы.

Весьма перспективными являются решения, связанные с созданием утилизационных двигателей с крейцкопфным приводным механизмом двойного

156 действия (Кукис B.C., Хасанова M.JI. Свидетельство на полезную модель № 26601, выд. 10.12.2002) и свободнопоршневых паровых термоэлектрогенераторов двойного действия (Кукис B.C., Хасанова M.JL, Кривошеина JI.B. Свидетельство на полезную модель № 26600, выд. 10.12.2002).

В этих случаях даже при прохождении через утилизатор 100 % отработавших газов поршневого ДВС рабочий объем утилизатора должен быть в четыре раза меньше, чем у первичного двигателя.

Последний же вариант утилизатора, кроме всего прочего, позволяет исключить картер, приводной механизм и смазочную систему, т. е. существенно уменьшить массогабаритные характеристики утилизационного двигателя и обеспечить наиболее рациональную форму производства дополнительной энергии - в виде электричества.

Окончательный выбор компоновки силовой установки, в которой осуществляется утилизация теплоты отработавших газов ДВС с помощью исследованного в работе принципа, в каждом конкретном случае представляет собой серьезную самостоятельную инженерно-экономическую задачу, решение которой выходит за рамки настоящего исследования.

Библиография Коваленко, Юрий Федорович, диссертация по теме Тепловые двигатели

1. Автомобильные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. - 591 с.

2. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учеб. пособ. для вузов / Под ред. В.Н. Луканина. М.: ИНФРА - М, 1998. - 408 с.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. - 284 с.

4. Андреев Е.И. Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. -Л.: Энергоатом издат, 1985. 192 с.

5. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническаятермодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1979. -С. 422-437.

6. Богданов А.И. Повышение мощностных. экономических и экологических показателей силовых установок за счет утилизации теплоты отработавших газов: Дис. .канд. техн. наук. Челябинск, 1999. - 180 с.

7. Большее Л.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, 1987.-284 с.

8. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Наука, 1965.-474 с.

9. Боровских Ю.И., Буралев Ю.В., Морозов К.А. Устройство автомобилей. М.: Высш. шк., 1988. - 288 с.

10. Бояджиев Д. Комплексная термоэкологическая оценка теплотехнических систем и ее влияние на выбор оптимального варианта: Тр. IX Межд. конф. по пром. энергетике. Бухарест, 1978. С. 3-8.

11. Брякотин Э.И., Лоскутов А.С. Обработка результатов эксперимента при испытаниях дизелей внутреннего сгорания: Учеб. пособ. / Алт. политехи. ин-т. Барнаул, 1990. - 90 с.

12. Брянский Л.Н., Дойников А.С. Краткий справочник метролога.ш М.: Изд-во стандартов, 1991. 79 с.

13. Валеев Д.Х. Двигатель КамАЗ 740.11-240 // Грузовик. 1997. -№ 12.-С. 19-22.

14. Варшавский И.Л. Некоторые теоретические вопросы обеспечения малотоксичной работы автомобильных двигателей: Тр. Республиканской науч.-техн. конф. по проблемам развития автомобильного транспорта. Ереван, 1966.-С. 166-192.

15. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. М.: Транспорт, 1968. - 127 с.

16. Васильев А.С. Основы метрологии и технические измерения. -М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

17. Вознесенский В.А. Статические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. -М.: Статистика, 1974. 192 с.

18. Гоннов И.В., Логинов Н.И., Локтионов Ю.В. и др. Теплообменники с жидкокристаллическим теплоносителем в двигателях Стирлинга. -М.: ЦНИИатоминформ, 1989.-46 с.

19. Гоннов И.В., Локтионов Ю.В. Двигатель Стирлинга: возможности и перспективы // Развитие нетрадиционных источников энергии: Сб. трудов ИАТЭ. Обнинск, 1990. - С. 156-165.

20. Горская Л.В., Пицнова В.Н. Математическая статистика с элементами теории планирования эксперимента. Саратов: СПИ, 1975. - 103 с.

21. Горшков A.M., Нестратова З.Н., Подольский А.Г. Процессы в открытых термодинамических системах // Машиностроение. 1987. - № 9. - С. 4551.

22. Груданов В.Я., Цап В.Н., Ткачев Л.Т. Глушитель с утилизацией теплоты отработавших газов // Автомобильная промышленность.-1987.-№ 5-С. 11-12.

23. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. -С-Пб.: Питер, 2000. 432 с.

24. Даниличев В. И. и др. Расчетное определение характеристик двигателя Стирлинга. // Двигателестроение. -1984. № 6. - С. 5-7.

25. Данилов B.C. Оценка эффективности различных схем утилизации тепла в судовых дизельных установках // Двигателестроение. 1984. -№9.-С. 12-15. .

26. Двигатели внутреннего сгорания Кн. 3: Компьютерный практикум / Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 1995. - 256 с.

27. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. Орлина А.С„ Круглова М.Г. 4-е изд. пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

28. Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. Шк.,1995. -1 кн. - 268 с.

29. Двигатели Стирлинга // Пер. с англ. Б.В. Сутугина / Под ред. В.М. Бродянского. М.: Мир, 1975. - 448 с.

30. Двигатели Стирлинга / Под ред. М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1977. - 150 с.

31. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В.М. Кондрашова М.: Машиностроение, 1990 - 272 с.

32. Дмитриенко В.Д., Савельев Г.М. Пути снижения расхода топлива и токсичности автомобильных двигателей. М.: ИППК АП, 1981. - 91 с.

33. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 288 с.

34. Евдокимов Ю.А., Колеников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. -228 с.

35. Жмудяк JI.M. Перспективные схемы утилизации тепла отработавших газов поршневых ДВС // Динамика и тепловая нагруженность и надежность сельскохозяйственных агрегатов: Материалы второго заседания республиканского семинара. Барнаул: АПИ, 1981.-С. 100-109.

36. Зажигаев J1.C., Кишьян А.А., Романников Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиз-дат, 1978. - 232 с.

37. Зайдель А.И. Элементарные оценки ошибок измерений. JL: Наука, 1967.-217 с.

38. Зайцев А.П., Зайцев С.В., Махов А.В. Определение оптимальных условий работы термоэлектрических модулей // Повышение эффективности судовых энергетических установок: Сб. науч. трудов НИИВТ. Новосибирск, 1989.-С. 36-44.

39. Зайцев С.В. Оценка эффективности утилизационной установки // Исследование и методы повышения эффективности технической эксплуатации судовых энергетических установок: Сб. науч. трудов НИИВТ. Новосибирск, 1984.-174 с.

40. Зайцев С.В. Перспективная схема утилизации теплоты в энергетических установках речных судов: Дис. .канд. техн. наук. JL, 1987 - 173 с.

41. Звонов В.А., Симонова Е.А. Проблемы оценки дизеля как источника загрязнения окружающей среды дисперсным материалом // Автостроение за рубежом 2002. - № 2. - С. 4-8.

42. Звонов В.А., Фурса В.В. Применение метода математического планирования эксперимента для оценки токсичности двигателя // Сб. «Двигатели внутреннего сгорания». Харьков: ХГУ, 1973. - Вып. 17. - С. 99-105.

43. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. - 390 с.

44. Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений. -М.: Изд-во стандартов, 1991. 228 с.

45. Исерлис Ю.Э., Мирошников В.В. Системное проектирование двигателей внутреннего сгорания. -JL: Машиностроение, 1981. 255 с.

46. Коган А .Я., Петров Ю.В. Термодинамический анализ цикла двигателя Стирлинга // Двигателестроение. -1985. № 2. - С. 3-6.

47. Козьминых В.А. Исследование элементов системы утилизации теплоты на базе двигателя Стирлинга для автомобильной техники: Дис. . .канд. техн. наук. Челябинск, 1994. - 122 с.

48. Кондрашов В.М., Андреев С.В. Тепловой расчет двухтактного карбюраторного ДВС. Владимир, 1990. - 32 с.

49. Коссов М.А., Аверин Г.А., Перетурин А.И. Современное состояние автомобильных газотурбинных двигателей за рубежом // Автомобильные двигатели: Обзорная информация. НИИавтопром. -1984. №12. - 45 с.

50. Котенко Э.В. разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: Дис. .канд.техн. наук. -Воронеж, 1996.- 125 с.

51. Кузнецов Е.С., Воронов В.П., Болдин А.П. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для ВУЗов. М.: Транспорт, 1991. - 413 с.

52. Кукис B.C. Двигатель Стирлинга как утилизатор теплоты отработавших газов. // Автомобильная промышленность. 1988. - № 9. -С. 19-20.

53. Кукис B.C., Вольных В.И. Некоторые результаты испытаний двигателя Стирлинга размерностью 3,0/6,5 // Двигателестроение. 1984. -№10.-С. 12-15.

54. Кукис B.C., Гусятников В.А., Шарипов Н.М. ДВПТ размерностью 2,1/5,5 с электрическим выходом мощности: Тез. всесоюзной науч.-техн. конф. "Перспективы развития комбинированных двигателей ." (23-25 сентября 1987 г.). М, 1987. - С. 115.

55. Кукис B.C. Системно-термодинамические основы применения двигателей Стирлинга для повышения эффективности силовых и теплоис-пользующих установок мобильной техники: Дис. . д-ра техн. наук. Челябинск, 1989,-461 с.

56. Кукис B.C. Черных К.Г., Стрельчик Д.В. и др. Свидетельство на полезную модель RU 17946 U1 F 02 G 5/02. Опуб. 10.05.2001, бюл. №13.

57. Кукис B.C. Энергетические установки с двигателем Стирлинга в качестве утилизатора тепловых потерь. Челябинск: ЧВВАИУ, 1997. 122 с.

58. Кукис B.C., Гизатулин P.P., Минкович Е.А. и др. Двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Свидетельство на полезную модель. RU 21070, U1, 7 F 01 G 5/02. Опуб. 20.08.2002, бюл. №24.

59. Кукис B.C., Гизатулин P.P., Минкович Е.А. и др. Паровой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Свидетельство на полезную модель. RU 21070, U1, 7 F 01 G 5/02. Опуб. 20.12.2001, бюл. №35.

60. Кукис B.C., Незнаев Д.С., Ивойлов А.В. и др. Свидетельство на полезную модель RU21219U1,7F01G 5/02. Опубл. 27.12.2001, бюл. №36.

61. Кукис B.C., Незнаев Д.С., Ивойлов А.В. и др. Термодинамический цикл ДВПТ на базе двигателя MMB3-31121 // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: Науч. вестник ЧВАИ, Челябинск, 2000 Вып. 9. - С. 103-106.

62. Кукис B.C., Нефедов Д.В. Стабилизация теплового режима работы каталитического нейтрализатора // Повышение эффективности силовыхустановок колесных и гусеничных машин: Науч. вестник ЧВАИ. Вып. 12. -Челябинск, 2001. - С. 37-45.

63. Кукис B.C., Руднев В.В., Хасанова M.JI. и др. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты. Свидетельство на полезную модель. RU 21068 U1 7F 01 К 7/00. Опубл. 20.12.2001. Бюл. №35.

64. Кукис B.C., Смолин А.Б., Богданов А.И. Двигатель для утилизации теплоты отработавших газов // Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 1. - Москва, 2000. - С. 56-57.

65. Кукис B.C., Смолин А.Б., Коваленко Ю.Ф. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты // «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин»: Науч. вестник ЧВАИ. Вып. № 9. - Челябинск, 2000. - С. 6-9.

66. Кукис B.C., Хасанова M.JI. Повышение экологической безопасности двигателей мобильной техники. // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.,-2001. С. 130-132.

67. Кукис B.C., Хасанова M.JL, Дерябин В.А. и др. Свободнопорш-невой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС. Свидетельство на полезную модель. RU 26600 U1, 7 F 01 G 5/02. Опубл. 10.12.2002. Бюл. №34.

68. Куколев М.И. Проектный анализ тепловых аккумуляторов: Дис. . .канд.техн. наук. Киев, 1996. - 113 с.

69. Куртанзон А.Г., Юдовин Б.С. Судовые комбинированные энергетические установки. JI.: Судостроение, 1981. - 216 с.

70. Лев Ю.Е. Исследование поршневого регенеративного двигателя: Дис. . канд. техн. наук. Барнаул, 1971.- 163 с.

71. Левитин А.Е., Юнда Ю.Д. Эксендер // Исследование поршневых двигателей. Ангарск: АФ ИЛИ, 1971. - С. 7-10.

72. Левенберг В.Д. Аккумулирование тепла. М.: Наука, 1991.-83 с.

73. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. Для вузов. -М.: Высш. шк., 2001.-273 с.

74. Лушпа А.И. Автомобильные газотурбинные двигатели: Учебное пособие. М.: МАДИ, 1986. - 85 с.

75. Лыков А.В. Теория теплопередачи. М.: Высш. шк., 1967. - 600 с.

76. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. -Л.: Наука, 1963.-535 с.

77. Марков В.А., Аникин С.А., Сиротин Е.А. Экологические показатели ДВС // Автомобильная промышленность. -2002. № 2. - С. 13-15.

78. Марченко А.П. Выбор определяющих параметров комбинированного дизеля с системой вторичного использования теплоты: Дис. . канд. техн. наук. Харьков, 1984. - 258 с.

79. Математическое моделирование и исследование процессов в ДВС / Под ред. В.А. Вагнера, Н.А. Иващенко, В.Ю. Русакова. Барнаул: АлтГТУ, 1997.- 198 с.

80. Медведков В.И., Билык С.Т., Гришин Г.А. Автомобили КамАЗ-5320, КамАЗ-4310, Урал-4320: Учеб. пособие.-М.: ДОСААФ, 1987.-372 с.

81. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов // Методические указания. РДМУ 109-77. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 47 с.

82. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.-344 с.

83. Надежность и эффективность: Справочник. Т. 1. - М.: Машиностроение, 1988. - 224 с

84. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. -М.: Наука, 1965, 340 с.

85. НефедовД.В. Методика расчета двухфазных тепловых аккумуляторов для системы выпуска поршневого двигателя / Воен. автомоб. и-т. Рязань, 2001. - 15 с.:Деп. В РГАНТИ 25.06.01, №В4721.

86. Николаев Л.А., Сташкевич А.П., Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске М.: Машиностроение, 1977. -191 с.

87. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1984. - 335 с.

88. Новоселов A.J1., Мельберт А.А., Беседин С.Л. Основы инженерной экологии в двигателестроении: Учеб. пособ. — Барнаул: АлтГТУ, 1993. — 99 с.

89. Новоселов А.Л., Новоселов С.В., Мельберт А.Л., Унгефук А.В. Снижение токсичности автотракторных дизелей: Учеб. пособ. по целевой подготовке специалистов ДВС. Барнаул: Алт. ГТУ, 1996. - 122 с.

90. Огородников Б.Б. и др. Тепловой баланс малоразмерного дизеля с частичной теплоизоляцией внутрицилиндровых процессов // Двигателе-строение. 1986. - № 8. - С. 3-5.

91. Озимов П.Л., Ванин В.К. О проблемах и перспективах создания адиабатных дизелей // Автомобильная промышленность. 1984. - № 3. - С. 3-5.

92. Орунов Б. Разработка комбинированного двигателя Стирлинга с рабочим поршнем двойного действия и оптимизация его теплообменников и привода: Дис. .канд. техн. наук. М., 1985. - 143 с.

93. Основные математические формулы: Справочник / Под общ. ред. Ю.С. Богданова Минск: Выща шк., 1988. - 269 с.

94. Панталоне И.Н. Аккумулирование энергии за счет теплоты плавления солей: изучение копмпактного теплообменника с кристаллизацией соли / Пер. с итал. М.: Мир, 1979. - 113 с.

95. Пат. 4219075 США,МКИ С 09 К 5/00. Теплоаккумулирующее устройство. Т. 997. - №4. Опубл. 26.08.80 ; НКИ 70-134. - 3 с.

96. Пат. 4249592 США,МКИ С 09 К 5/00. Высокотемпературное хранение тепла и система восстановления. Т. 1003. - №2. Опубл. 10.02.81; НКИ 13-56.-6 с.

97. Петриченко P.M., Батурин С.А., Исаков Ю.Н. и др. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС. JI.: Машиностроение, 1990.-328 с.

98. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. Л.: Машиностроение, 1972. 168 с.

99. Петухов В.А., Данилов B.C. Термодинамическая оценка систем утилизации теплоты отработавших газов в судовых дизельных установках // Двигателестроение. 1987. - № 5. - С. 7-11.

100. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Т. 1. - Теория и расчет. -М.: Колос, 2000. - 456 с.

101. Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров ВО «Агропромиздат», 1987.-271 с.

102. Поликер Б.Е., Михальский J1.JI. О повышении экономичности и снижении токсичности отработавших газов дизелей // Грузовик. 1997. -№ 10. - С. 29-31.

103. Попырин J1.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. 416 с

104. Приходько М.С., Староверов В.В., Дрижеев О.В. Температура выхлопных газов адиабатизированного двигателя. Волгоградский политехи. ин-т. - Волгоград, 1986. - 8 с. - Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 18.09.86., № 1742-ТМ.

105. Пьезоэлектрический двухлучевой индикатор давления типа 2780-S: Руководство по эксплуатации. Будапешт: Орион-КТС, 1978. - 88 с.

106. Разоренов Г. И. Выбор масштабов при моделировании. -М.: Советское радио, 1973. 160 с.

107. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга: Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-464 с.

108. Руднев В.В., Хасанова M.JI., Смолин А.Б. Утилизации теплоты отработавших газов автомобильных двигателей // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.,-2001. С. 168-173.

109. Селиверстов P.M. Утилизация тепла в судовых дизельных установках. JI.: Судостроение, 1973. - 256 с.

110. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. М.: Знание, 1969.- 126 с.

111. Смолин А.Б., Руднев В.В., Хасанова M.JI. Система для утилизации тепловых потерь и повышения экологических показателей ДВС // Инженерная защита окружающей среды в транспортно-дорожном комплексе: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). М.,-2002. С. 248-251.

112. Смолин А.Б., Руднев В.В., Хасанова M.JI. Система утилизации теплоты автомобильных двигателей // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). М.,-2001.-С. 165-167.

113. Современные дизели: повышение топливной экономичности и длительной прочности: Под ред. А.Ф. Шеховцева / Ф.И. Абрамчук, А.П. Марченко и др. Киев: Техника, 1992 - 27 с.

114. Стефановский Б.С., Стефановский А.Б., Белецкая Ю.А., Мощак С.Г. Новая концепция пароэнергетических установок сельскохозяйственного назначения // Тр. Таврической государственной агротехнической академии. -Мелитополь, 1997. Вып. 2. - Т. 1. - С. 17-21.

115. Теплотехника / Под ред. В.Н. Луканина . 2-е изд. перераб. - М.: Высш. шк., 2000. - 671 с.

116. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. -М.: Легкая индустрия, 1974, 264 с.

117. Транспортные машины с газотурбинными двигателями / Под ред. Н.С Попова. Л.: Машиностроение, 1987. - 259 с.

118. Уокер Г. Двигатели Стерлинга / Пер. с англ. Б.В. Сутугина, Н.В. Сутугина. — М.: Машиностроение, 1985. -408 с.

119. Химический энцеклопедический словарь /Под ред. И.Л. Киунян-ца. -М.: Сов. энциклопедия, 1983. 103 с.

120. Химия нефти и газа: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.А. Проскурякова, А.Е. Драбкина. Л.: Химия, 1989. - 301 с.

121. Хортов В.П. Новый взгляд на токсичность автомобильных двигателей в условиях городского движения // Грузовик. 2000. - № 5. - С. 8-11.

122. Хортов В.П. Новый взгляд на экологическую опасность АТС // Автомобильная промышленность. 2000. - № 6. - С. 22-24.

123. Храпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные парогенераторы. Л.: Судостроение, 1979. - 280 с.

124. Цветкова Н.И. Об использовании энергии отработавших газов после газовой турбины в силовых установках // Энергомашиностроение. — 1964. -№6.-С. 41-45.

125. Шахидулла С.А. Оценка уменьшения расхода топлива в карбюраторном двигателе при использовании бензоэтановой смеси и системы утилизации теплоты: Дис. . .канд. техн. наук. Харьков, 1985. - 209 с.

126. Шейпак А.А. Характеристика утилизационных паровых турбин двигателей внутреннего сгорания. // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: Тез. межвузовской науч.- техн. конф. Челябинск, 1991.-С. 72-73.

127. Шокотов Н.К. Основы термодинамической оптимизации транспортных дизелей. Харьков: Висща шк., 1980. - 119 с.

128. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС / Под общ. ред. P.M. Петриченко. Л.: Машиностроение, 1990. - 328 с.

129. Bode D. The latest on organic Rankine bottoming cycle // Diesel and Gas Turbine Progress, 1980. № 6. - p. 74-81.

130. El Masri M.A. Energy Analyses of Combined Cycles: Part 1 - Air -Coled Brayton - Cycled Gas Turbines // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. - 1987. - № 2. - P. 228-238.

131. Kittelson D.B., Abdul-Khalek I. Formation of nanoparticles during exhaust dilution // EFI Members conference " Fuels, Lubricants, Engines & Emissions' 1999.-January 18-20.- 13 p.

132. Hulsing K.L. Diesel Stirling combinations may improve effency // Automot. Eng. - 1979. - № 10. - 87. - P. 90-93.

133. Jaspers H., Pre F. Stirling engine design studies of on underwater power system and total energy system // 8th hitersoc. Energy Congr. Eng. Cont. Proc. Philadelphia. New York, 1973, - P. 588-593.

134. Lia T.A., Laqerovist R.S. Stirling Engine with Uncoventional Heating System // Proc. 8th I.E.C.E.C. Philadelphia, 1973. - Auq. 13-17. - P. 165-173.

135. Meijer R.J. The Philips Stirling engine / De ingenieur. 1969. № 19.-P. 81-93

Похожие работы

Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение
05.04.00