автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходного дизеля путем усовершенствования рабочего процесса

На правах рукописи УДК 621.431

Кавтарадзе Зураб Ревазович

СНИЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

Специальность 05.04.02-Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2006

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Иващенко Николай Антонович

Официальные оппоненты - Доктор технических наук, профессор

Петриченко Михаил Романович

Кандидат технических наук, доцент Гайворонский Александр Иванович

Ведущее предприятие- Российский университет дружбы народов (РУДН)

Защита диссертации состоится /У О2006 г. в / ¥ часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.09 в Московском государственном техническом университете Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д.2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. 947.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. К Э. Баумана

Ваши отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направить по адресу: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д212.141. 09.

Автореферат разослан <t /» 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н. доцент

Тумашев Р.З.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Экологические характеристики поршневых двигателей решающим образом зависят от содержания в продуктах сгорания оксидов азота Г>ГОХ, которые своим вредным воздействием на человека, флору и фауну существенно превосходят другие компоненты. В связи с этим снижение концентрации оксидов азота [N0*] в выпускных газах является одной из самых актуальных задач, стоящих перед современными поршневыми двигателями, в частности, перед быстроходными дизелями. Цель и задачи работы. Исследование возможностей снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей семейства ЗМЗ путем усовершенствования рабочего процесса. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка многозонной модели для расчета концентрации оксидов азота, локальных нестационарных температур, учитывающей характеристику подачи топлива в цилиндр; распределение топлива по объему камеры сгорания в зависимости от интенсивности закрутки воздуха; тепло- и массообмен между зонами и теплообмен со стенками камеры сгорания.

2. Проведение расчетно-теоретических исследований образования оксидов азота и экспериментальная проверка результатов численных экспериментов.

3. Определение оптимальных значений конструктивных и регулировочных параметров дизелей ЗМЗ, позволяющих снизить концентрацию оксидов , азота до уровня, предусмотренного международными нормами.

Научная новизна работы.

-Исследовано влияние на [N0*] закона впрыскивания топлива произвольного характера, в том числе и многократного и многоступенчатого впрыскивания. Показана целесообразность применения двукратного впрыскивания с предварительным (пилотным) впрыскиванием для дизелей ЗМЗ;

- Исследовано влияние гомогенизации смеси на [N0*];

-Дана количественная оценка влияния на [ЪГОХ] принятых механизмов его образования;

-Определены влияния процессов теплообмена между отдельными локальными зонами камеры сгорания и теплообмена со стенками на [ИОх]. Достоверность и обоснованность научных положений определяются: -использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, тепло-массообмена и физической химии с соответствующими граничными условиями, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

- применением достоверных опытных данных, полученных автором, а также данных ЗМЗ, КамАЗ, ЯМЗ и др.;

-использованием экспериментальных индикаторных диаграмм в качестве исходных данных при отладке программы расчета;

-экспериментальным подтверждением достаточной точности результатов расчета концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей;

-применением существующих нормативных актов при расчетно-экспериментальных исследованиях дизелей. Практическая значимость работы.

-Разработанные метод, алгоритм и программа расчета позволяют прогнозировать содержание оксидов азота в продуктах сгорания при доводке существующих и создании перспективных двигателей;

- Определены значения конструктивных и регулировочных параметров, обеспечивающих снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей ЗМЗ-5145.10 и 5148.10;

-Результаты исследования в рамках хоздоговорной работы переданы заводу изготовителю и используются при доводке и развитии двигателей семейства ЗМЗ. Они применяются также в учебном процессе на кафедре «Поршневые двигатели» Ml ТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Диссертационная работа доложена и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана (июнь, 2006 г.). Ее отдельные разделы докладывались на третьей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, май 2002 г.), на межвузовских научных конференциях «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, ноябрь, 2001г. и ноябрь, 2002 г.), на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, май, 2005г.),

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 работ. Объем работы. Диссертация содержит 189 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 18 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 115 наименований (55 из них на иностранном языке).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В введении изложена общая характеристика диссертационной работы (см. выше).

В главе 1 изложен анализ расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, посвященных изучению методов снижения [NO*] в продуктах сгорания быстроходных дизелей. Проанализированы работы российских и зарубежных исследователей: Звонова В.А., Злотина Г.Н., Иващенко Н.А, Кульчицкого А.Р., Ловачева JI.A., Лушпы А.И., Маркова В.А., Махова В.З., Морозова К.А., Патрахальцева H.H., Смайлиса В.И., Толшина, В.И., Фомина

B.М., Хачияна A.C., Чеснокова С.А., Bauich D.L., Bowman С.Т., Fenimore

C.Р., Heider G., Heywood J.b., Hiroyasu H., Khan I.M., Merker G., Pattas K., Pischinger R., Urlaub А. и др., а также их сотрудников, были определены указанные выше цель и основные задачи исследования.

Глава 2 посвящена разработке и экспериментальной проверке математической модели для расчета образования NOx в цилиндре дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива. В качестве основной концепции 2

разработанной модели используется представление объема цилиндра двигателя в виде конечного числа отдельных зон. Алгоритм и программа расчета образования оксидов азота в рабочем процессе учитывают распределение топлива по зонам, его испарение и сгорание в зонах, а также тепло- и массообмен между зонами и позволяют определить локальные (зональные) значения [>ТОх]=Г(ф), где (р угол поворота коленчатого вала. Программа состоит из последовательно подключающихся блоков, предназначенных для расчета распределения впрыскиваемого в цилиндр топлива по отдельным зонам (контрольным объемам), нестационарных локальных (зональных) температур рабочего тела, концентраций оксидов азота по отдельным зонам камеры сгорания на основе принятого кинетического механизма.

Распределение впрыскиваемого топлива по отдельным, предварительно зафиксированным зонам цилиндра, объем которых изменяется в зависимости от перемещения поршня, моделируется с учетом интенсивности вихревого движения воздуха. Расчет зонального распределения цикловой подачи топлива осуществляется с применением претраммы «Раке1», разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана к.т.н. С.А. Скрипником. Для расчета динамики топливного факела применяются зависимости, полученные опытным путем на фирме Сшпттз. Они позволяют определить форму поперечного сечения и дальнобойность

т.к.' ~ ~ . ""7" 2500 ------------

Рис.1

Распределение топлива в цилиндре при интенсивной закрутке заряда

500 -1-,-----г1.

64 80 96 112 128 144

Рис.2

Изменение локальных (зональных) температур в цилиндре дизеля ЗМЗ-5145.10 (Ne=85KBT, п=4000 мин"1)

факела, а также изменение концентрации топлива в его продольных и поперечных сечениях. В результате вычисляется масса топлива, попавшая в 1-том контрольном объеме (зоне) в зависимости от кинетической энергии впускного воздуха и струи впрыскиваемого топлива. На рис.1 приведен пример расчета.

По результатам расчета процессов испарения и сгорания доли от цикловой подачи топлива, попавшую в ¡-тую зону, определяется локальная нестационарная температура Т;(<р) рабочего тела в этой зоне. При этом используется уравнение первого закона термодинамики, записанное в развернутом виде для каждой ьтой зоны (в данной работе ¡=40): (тг ) ат< « . ^т

=2Х -к о)

^ ■^•т; ^ЯАУ'^Г/. г - г

^ <1т с» 1>' ¿т Д

где ш — масса, су и ср - удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении соответственно, Г - площадь теплообмена (между отдельными объемными зонами или объемной зоной и участками поверхности камеры сгорания), Б - расстояние между центрами соседних зон, А, коэффициент теплопроводности рабочего тела; а - коэффициент теплоотдачи, у/- взаимная поверхность обмена излучением, сг0- постоянная Стефана-Больцмана, пу — число контрольных объемов, примыкающих к ¡-тому контрольному объему; пя — число участков поверхности, примыкающих к I-тому контрольному объему; пуу — число контрольных объемов в пространстве камеры сгорания; п^ - число участков поверхности камеры сгорания; к — переменная, указывающая компоненты рабочего тела.

Расчет скоростей испарения /<1т и сгорания с1т№, /¿?г, входящих в (1), осуществляется на основе метода, предложенного проф. Д.Н. Вырубовым. Согласно этому методу вначале рассматривается испарение отдельной капли топлива, а затем вычисляется масса топлива, испарившегося в факеле, который представлен как статистический ансамбль капель различных размеров на основе закона распределения Розина-Рамлера. Изотермическое испарение массы капли происходит после ее разогрева до температуры равновесного испарения. Скорость сгорания вычисляется на основе модельной химической реакции между газообразным топливом (паровая фаза) и кислородом, начальные концентрации которых известны для каждой зоны. Многозонная модель не рассматривает турбулентное движение внутри зон и учитывает только перетекание газа между зонами в зависимости от перепада давлении. Поэтому вполне допустимо, что рассчитанные для отдельных зон скорости сгорания в сумме не дают значение скорости сгорания для всего объема камеры. Для устранения возможного дисбаланса на каждом временном шаге

Ат требуется выполнение условия V ' =—т„ , где т - цикловая подача,

V Ат Дг * *

Ах- доля сгоревшего топлива. Значения последней в целях повышения

достоверности расчетных скоростей сгорания определяется из характеристики

тепловыделения, полученной в результате обработки экспериментальной

4

индикаторной диаграммы.

Система дифференциальных уравнений (1) решается относительно Tj. Численное решение осуществляется в два этапа: сначала каждая зона рассматривается как закрытая термодинамическая система, определяются в ней давление и температура, а на заключительном этапе с учетом разницы между зональными давлениями рассчитывается масообмен между зонами. Вычисления на шагу по времени заканчиваются, когда давления во всех зонах выравниваются и примут значение индикаторного давления. На рис. 2 в качестве примера приведен один из результатов решения. Очевидно, что

средняя по объему цилиндра температура рабочего тела Г„=—— а ее

nvr '»1

значение равняется текущей температуре цикла, полученной из индикаторной диаграммы. Заметим, что концептуальная модель, базирующаяся на многозонном представлении камеры сгорания, и используемая в данной работе, подразумевает наличие поршня с плоским огневым днищем (рис. 1). Очевидно, что учет реальной геометрической конфигурации камеры сгорания не вносит принципиальных изменений в метод расчета, однако существенно усложняет расчет взаимных поверхностей обмена излучением у/у. Сложность заключается в том, что этот параметр является функцией формы отдельных участков поверхностей камеры сгорания, между которыми происходит теплообмен излучением, их размеров и взаимного расположения в пространстве камеры сгорания, и, конечно, их значения по ходу перемещения поршня меняются в связи с изменением их пространственной ориентации по отношению друг к другу. С другой стороны, можно было отказаться от расчета взаимных поверхностей обмена излучением, как это делается в большинстве работ по теории рабочих процессов в ДВС, и произвести расчет излучения с грубым приближением, что приводит, по крайней мере, к двум нежелательным последствиям: 1. Значения локальных температур (и как следствие, значения локальных концентраций оксидов азота) будут определены с существенными неточностями; 2. Со значительными неточностями будет производиться расчет теплообмена в цилиндре. В связи с этим, следуя работе к.т.н. A.C. Голосова, используется понятие эквивалентной камеры сгорания, позволяющей произвести замену реальной конструкции камеры сгорания эквивалентной с плоским огневым днищем поршня. Эквивалентная камера сгорания представляет собой камеру цилиндрической формы и имеет точно такую степень сжатия, как реальная камера сгорания и при этом обеспечивает неизменность протекания давления и температуры по углу поворота коленчатого вала при неизменных цикловой подаче топлива и коэффициенте избытка воздуха. Подчеркнем, что эквивалентная камера сгорания обеспечивает идентичность таких индикаторных и эффективных показателей ДВС, как мощность и расход топлива. Очевидно, что соблюдение этих условий необходимо для достоверности оценки концентраций оксидов азота. Сравнение трафиков Р((р) и Т((р), а также эффективных показателей, для реального двигателя и двигателя с эквивалентной камерой сгорания показывает 5

что различия между ними менее 1%.

Полученные значения локальных нестационарных температур используются для расчета образований оксидов азота в каждой отдельной зоне. Первый этап расчета предусматривает исследование кинетики реакции на основе условий химического равновесия. При расчете учитываются изменения концентраций следующих 9 компонентов - веществ НгО, Ог , нг

,СОг ,СО ,ОН, О , Н, образованных в результате химической реакции

горения. Из них О , 01 , Я, Ы2 ,ОЯ приводят к образованию N0. Образование этих промежуточных продуктов происходит гораздо быстрее, чем образование самого N0. Если принять, что для каждого момента реакции имеет место химическое равновесие, то концентрации этих веществ могут быть определены на основе закона действующих масс. Подчеркнем, что значения этих концентраций нужны для определения концентрации NО. Расчет основан на 3-х химических реакциях окисления и на 2-х реакциях диссоциации

С0 + ^02<*С02; Я2+^02 о#20; 0Н + ^02оН20; Нг оЯ + Я; Ог »0 + 0,(2)

на учете атомарных давлений , — и на балансе давлений согласно

Р» Рс Рс

закону Дальтона. Тогда, согласно закону действующих масс, определяются константы химического равновесия (константы реакции сгорания) для приведенных реакций. При этом зависимость констант равновесия от температуры определяется на основе закона Лррениуса. На втором этапе расчета из парциальных давлений (концентраций) 9 компонентов — веществ, участвующих в химических реакциях- вычисляются концентрации N0. При этом используется так называемый расширенный механизм Зельдовича, согласно которому образование N0 происходит в результате следующих реакций цепного механизма:

Л^+ОоМЭ + ЛГ; 02+И <¿>N0 + 0-, Ы + ОН ЫО + Н. (3)

По закону действующих масс для этих реакций уравнение для скорости образования N0 получим в виде:

<*т . (4)

-к2Я [лго][о]+К„ [ЛГ][ОЛ ] - Кзк [ж?][я ]

где индексы при константах скоростей реакций кроме номера самой реакции указывают еще на ее направление: V - прямая реакция, И. - обратная, а выражения в квадратных скобках обозначают концентрации соответствующих продуктов реакций. Концентрации О, N. Ог, N2, ОН и Н, как уже было отмечено, определены на первом этапе решения задачи, и решением дифференциального уравнения (4) получается зависимость [МО]=£"(ф). Однако для этого, прежде всего, требуется задание констант химической кинетики, рассчитанных по формуле АррениусаА 6

Коэффициенты в формуле Аррениуса, а также энергии активации, необходимые для расчета констант химической кинетики, определяются на основании анализа опубликованных эмпирических данных. В диссертации приведены значения этих парамегров, приводящих к хорошему согласованию расчетных и опытных значений [>ЮХ] для дизелей ЗМЗ, ЯМЗ, КамАЗ. Важнейшее значение имеет выбор механизма образования N0. В теории поршневых двигателей по этому вопросу не существует единого мнения. Ряд исследователей используют классический механизм Зельдовича (первые две реакции из (3)), так как считают, что третья реакция из (3) вносит

Дизель ЗМ 3-5148.10 (ЧН 8,7/9,4)

Таблица 1.

NOx 2 реакции

^ ^ & # ^ у.п.к.в., град.

Режим работы дизеля 24 8,5/11 Конце в выгг нтрация компоненте! уекпых газах

Расчет Эксперимент

Ne, кВт п, мин'1 NO, ррш NO, ррш no2, ррш о2, %

1,5 850 34 35 3 18,0

3,0 850 52 67 5 17,2

4,5 850 125 138 4 15,4

6,0 850 126 149 7 14,0

7,5 850 188 208 5 11,0

Рис.3

Изменение [ЫОх] в цилиндре дизеля в зависимости от различных механизмов

дополнительный вклад только для двигателей с электрическим зажиганием, а в ряде случаев применяют и бимолекулярный механизм, несостоятельность которого показал еще акад. Я.Б. Зельдович. Исследования, проведенные в данной работе, показали, что применение классического механизма образования оксидов азота по сравнению с расширенным механизмом Зельдовича может привести к заниженным значениям [МОх], при этом разница может составить от 2-3 % (КамАЗ) до 50% (ЯМЗ, ЗМЗ), что хорошо видно из рис 3. Кроме того, установлено, что пренебрежение теплообменом между отдельными зонами, что характерно практически для всех известных многозонных моделей, может привести к многократному (в зависимости от значений абсолютных температур) изменению скорости образования N0. Гкнрешность в определении [МОх], вызванная пренебрежением теплообменом между рабочим телом и стенками камеры сгорания, для исследуемых двигателей не превышает 5-10%.

Экспериментальная проверка метода была проведена для различных типов дизелей: для КамАЗ и ЯМЗ по опубликованным данным; для ЗМЗ по опытным данным, полученным в отделе дизельных двигателей завода для

7

дизеля 24 8,5/11 - по данным, полученным в лаборатории МГТУ им. Н.Э. Баумана. В диссертации приведены схема модернизированной опытной установки и краткие характеристики измерительных приборов. Разница между расчетными и измеренными значениями [NOx] для дизелей с непосредственным впрыскиванием находится в пределах 3-12%. Для дизеля 24 8,5/11 с вихревой камерой обеспечение такой же точности требует уточнения численных значений коэффициентов и энергии активации, необходимых для расчета констант прямых и обратных реакций оксидации азота, используемых в расширенном механизме Я.Б. Зельдовича (2). Их значения приведены в диссертации. Таблица 1 указывает на удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных.

Результаты численных экспериментов показывают, что разработанные метод и программа расчета правильно отражают влияние на [NOx] конструктивных (степень сжатия, число и диаметр сопловых отверстий форсунки) и регулировочных (начало, продолжительность и давление впрыскивания, форма закона впрыскивания, интенсивность закрутки заряда) параметров, и, что важно, позволяют определить приемлемое сочетание между [NO*] и удельным расходом топлива.

Глава 3 полностью посвящена исследованию возможности снижения [NOJ в продуктах сгорания дизеля ЗМЗ-5145.10 с ТНВД VE фирмы «Bosch» с механическим регулированием, обеспечивающим однократное (за цикл) впрыскивание. Прежде чем использовать изложенный выше метод расчета для исследования возможностей снижения [NOx], она была проверена по опытным данным, полученным для серийного двигателя ЗМЗ-5145.10 в широком диапазоне режимов работы (рис.4). Результаты измерения ([NOx]=751 ррш на режиме максимального крутящего момента и [NOx]=732 ppm на режиме номинальной мощности) были получены сотрудниками ЗМЗ и в данной работе приняты в качестве базовых параметров для математической модели. В дальнейшем результаты численных экспериментов сопоставлялись с этими данными. Следует подчеркнуть, что параллельно с измерением [NO*] в отделе дизельных двигателей ОАО «ЗМЗ» проводилось индицированис двигателя на экспериментальной установке «Indimaster» фирмы «AVL» (Австрия) пьезокварцевыми датчиками давления GM12G этой же фирмы. Использование экспериментальных индикаторных диаграмм в качестве исходных данных и значений [NOx], полученных на заводе-изготовителе с помощью газоанализатора EXSA-1500 фирмы «HORIBA», существенно повышает достоверность результатов математического моделирования.

Использование различных вариаций закона однократного и бесступенчатого впрыскивания (треугольные законы впрыскивания: вариант 1 имеет вялое начало и быстрое окончание скорости топливоподачи, вариант 3

носит противоположный характер, вариант 2 - симметричный закон, вариант 4 - симметричный трапециидальный закон). Результаты исследований при соблюдении условий, что цикловая подача, момент начала, продолжительность и давление впрыскивания соответствуют реальным значениям, полученным непосредственно на дизеле ЗМЗ-5145.10, дают возможность оценить влияние характера протекания закона топливоподачи в сочетании с интенсивностью вихря на [NOx] (таблица 2). Оптимальный подбор этих параметров вполне может способствовать уменьшению эмиссии [NOx]. В целом при неуправляемом законе впрыскивания наиболее приемлемым является симметричный треугольный закон впрыскивания (вариант 2).

По числу (z=5) и диаметру (dc=0,225 мм) сопловых отверстий базовый вариант двигателя ЗМЗ-5145.10 близок к оптимальному. Поэтому можно считать, что количество сопловых отверстий практически согласовано с базовым значением интенсивности вихря впускного воздуха. На режиме NeHOM при увеличении количества сопловых отверстий с z =4 до z =7 имеет место монотонное снижение [NOx] с 917 до 821 ррш (на 10,5 %); на режиме Ne^max при z =5 содержание NOx достигает минимального значения, равного 704 ррт, а при z = 6 - увеличивается до 1001 ррш. При увеличении угла опережения впрыскивания (s=19,5; dc=0,225 мм и z=5) содержание NOx монотонно возрастает: с 881 до 1115 ррш (21 %) на режиме NcH0M; с 704 до 764 ррт (7,9 %) на режиме NeKima!t.

С уменьшением частоты вращения коленчатого вала по внешней скоростной характеристике от Ne„OM до NeK.max влияние угла опережения впрыскивания на уровень [NOx] снижается. При увеличении интенсивности

Таблица 2

Зависимость [NOxl закона впрыскииаиия

Рис.4

Зависимость [NOx]=f(Ne) для дизеля ЗМЗ-5145.10 (эксперимент ЗМЗ)

е=19.5, п=4000 мин"1,

N„=85 кВт, с„=15,67 м/с

Ф Вар1 Вар2 ВарЗ Вар4

град ррт ррт ррт ррт

64 9 9 9 9

72 36 36 36 36

80 82 82 82 82

88 154 154 154 154

96 248 248 249 249

104 353 353 355 355

112 455 454 461 464

120 548 545 561 576

128 638 617 649 671

136 689 670 712 737

144 727 707 755 780

152 749 731 790 810

По опытным данным

[NOx] =732 ррт (рис.4)

вихревого движения воздуха с 40 до 100 рад/сек (е=19,5; dc=0,225 мм и z=5) содержание NOx на режиме NeH0M монотонно уменьшается с 925 до 778 ррш (15,9 %). При уменьшении степени сжатия е с 21 до 17 (dc=0,225 мм, z=5) содержание NOx монотонно снижается: с 913 до 837 ррш (8,3 %) на режиме номинальной мощности N„0M = 85 кВт / 4000 мин'1; с 817 до 532 ррш (34,9 %) на режиме максимального крутящего момента NK.raax = 53,1 кВт / 1900 мин"1. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала (по внешней скоростной характеристике) от NeH0M до Nex.max уровень [NOx] снижается тем сильнее, чем ниже степень сжатия.

Моделирование образования NOx в рабочем процессе дизеля, работающего на гомогенной смеси, показало возможность снижения его концентрации (по сравнению с серийным двигателем с гетерогенной смесью на —10%). Дальнейшее снижение концентрации оксидов азота возможно путем увеличения коэффициента избытка воздуха гомогенной смеси, что способствует также снижению выбросов сажи, однако при рециркуляции отработавших газов это может привести к увеличению [НС].

Анализ полученных расчетных и экспериментальных данных по концентрации оксидов азота, полученных на дизеле ЗМЗ-5145.10, выполняющем нормы Евро 2, показывают, что разница между ними на режиме Ne=53,l кВт и п=1900 мин'1 составляет 2,5-6,3 %, а на режиме Ne=85 кВт и п=4000 мин"1 — 7,0 — 10,6 % в зависимости от вида закона топливоподачи. Это указывает на возможность применения разработанной модели для прогнозирования эмиссии оксидов азота на перспективном дизеле ЗМЗ-5148.10 с управляемым законом подачи топлива и позволяет наметить практические пути для выполнения норм Евро 3.

Глава 4 посвящена исследованию возможности снижения [NOx] в продуктах сгорания дизеля ЗМЗ-5148.10 с системой топливоподачи Common Rail (CR) фирмы «Siemens» с электронным управлением характеристик топливоподачи. Система CR обеспечивает также многократное (за цикл) впрыскивание. В диссертации приведены результаты проведенных численных экспериментов по влиянию на [NOx] таких параметров, как степень сжатия, число и диаметр сопловых отверстий форсунки, интенсивность вихревого движения воздуха, начало и продолжительность впрыскивания, давление впрыскивания. Т.е. был рассмотрен весь комплекс влияющих факторов, что и в случае двигателя ЗМЗ-5145.10.

Повышение степени сжатия, как и в случае дизеля ЗМЗ-5145.10, на всех режимах работы приводит к росту концентрации оксидов азота что легко объясняется ростом температуры в цилиндре. Снижение степени сжатия до значения е=18 уменьшает выбросы |NOx] на ~26-28 % (режим максимального крутящего момента). Однако, это может привести к повышению удельного расхода топлива. Таким образом, повышение е в 10

целях повышения мощности и улучшения топливной экономичности двигателя сопровождается увеличением концентрации оксидов азота. В таком случае целесообразным является повышение мощности двигателя путем промежуточного охлаждения продувочного воздуха и снижения температуры в конце сжатия. Предполагается, что это помешает росту [N0,,].

Исследования, проведенные при неизменном диаметре соплового отверстия с1с=0,17 мм (базовая величина) и неизменной цикловой подаче топлива, показали, что увеличение количества сопловых отверстий на форсунку до г -1 приводит к уменьшению оксидов азота на режиме максимального крутящего момента, а на номинальном режиме - к значительному повышению [ЫОх]. Как и в случае двигателя ЗМЗ-5145.10, снижение [ИОх] при г = 1 требует согласования интенсивности вихря впускного воздуха с законом топливоподачи. Наличие системы топливоподачи СЯ на двигателе ЗМЗ-5148.10 делает это более доступным, чем на двигателе ЗМЗ-5145.10. Разница между изменениями (ТЧОх] на различных режимах объясняется так же существенной разницей между давлениями впрыскивания. Значения этих давлений были подобраны и заданы в расчетах по согласованию с заводом ЗМЗ.

Анализ предварительно проведенных численных экспериментов позволяет сделать вывод, что для двигателя ЗМЗ-5148.10 наиболее перспективным является применение двукратного (двойного) впрыскивания с предварительным (пилотным) впрыскиванием. Моделирование других видов закона впрыскивания, таких, как ступенчатое впрыскивание, впрыскивание с двойным предварительным впрыскиванием, разделенное впрыскивание, впрыскивание с дополнительным впрыскиванием, показало, что они уступают с точки зрения экологических характеристик (оксиды азота, шум от рабочего процесса).

Исследование влияния основных параметров двукратного впрыскивания показало, что увеличение дозы предварительного впрыскивания приводит к повышению тепловыделения в первой фазе сгорания, одновременно с этим уменьшается тепловыделение во второй фазе сгорания. Уменьшение дозы предварительного впрыскивания заметно снижает давление и температуру в цилиндре и способствует снижению [N0*]. В связи с этим было установлено, что на исследуемых режимах (режимы максимального крутящего момента и максимальной мощности) работы двигателя ЗМЗ-5148.10 оптимальная массовая доля пилотного впрыскивания составляет 6 % от основного впрыскивания. Увеличение этой доли по указанной выше причине нецелесообразно.

Для данных режимов работы оптимальный интервал между предварительным и основным впрыскиваниями составляет Дс|>впр= 8°. На режиме максимального крутящего момента (п=1990мин"') дополнительное впрыскивание приводит к небольшому снижению концентрации оксидов азота, но одновременно к ее значительному увеличению на номинальном

режиме работы двигателя. Это объясняется спецификой двукратного впрыскивания, в частности тем, что предварительное впрыскивание более эффективно при высоких нагрузках. С уменьшением нагрузки абсолютная доза предварительного впрыскивания уменьшается, и тепловыделение от первой фазы сгорания становится практически незаметным.

Таким образом, проведенные исследования показали, что система СЯ в условиях работы на дизеле ЗМЗ-5148.10 без применения двукратного впрыскивания и установления оптимальных долей предварительного и основного впрыскивания не имеет явных преимуществ с точки зрения компромисса между ^ и [ЫО*] перед системой с Т1ШД УЕ, применяемой на двигателе ЗМЗ-5145.10.

Исследование влияния различных конструкторских факторов показало, что при числе г=6 и диаметре ¿¡,¡=0,17 мм сопловых отверстий форсунки можно снизить суммарные значения [N0*] в продуктах сгорания двигателя ЗМЗ-5148.10 до [ЫОх] = 470 ррт на номинальном режиме, и до [Ж)х] = 697 ррт — на режиме максимального крутящего момента. Такое снижение [ЫОх] достигается обеспечением закона двукратного впрыскивания, при котором массовая доля предварительного (пилотного) впрыскивания составляет 6 % от основного впрыскивания, а интервал между предварительным и основным впрыскиванием равен 8° по углу поворота коленчатого вала. Дальнейшее снижение содержания оксидов азота до [N0*] = 616 ррт (на ~ 12%) на режиме максимального крутящего момента может быть достигнуто путем регулирования давления впрыскивания, в частности, его снижения отрвпр=1000 бар до рвпр=900 бар (рис.5). Видно, что в зависимости от рвпр концентрация

ЗМЗ-5148.10, п-1900 мин '

700 -----

600

500

400

300 - -

200

100

о

64

80

96 угопп.к.в. 128

144

Рис.5

Зависимость [N0*] от давления впрыскивания рвпр (бар) топлива (ф=90° соответствует ВМТ)

оксидов азота в начальной и конечной фазе его образования меняется по -разному. Для оценки экологической характеристики двигателя решающее значение имеет конечная (максимальная) величина [N0*], после достижения которой происходит «закалка» оксидов азота.

Полученные выше результаты соответствуют международным законодательным нормам Еиго-3 для дизелей данного класса. Дальнейшее улучшение экологических характеристик дизелей семейства может быть достигнуто путем обеспечения оптимальной интенсивности вихря, которая может быть получена с помощью установки одного тангенциального и одного спирального каналов. Дальнейшему улучшению экологических характеристик семейства дизелей ЗМЗ способствовала бы установка турбокомпрессора с клапаном перепуска части отработавших газов (ОГ), минуя турбину, а также применение на режимах частичной нагрузки рециркуляции ОГ в целях уменьшения массы кислорода в наполняющем цилиндр заряде.

Основные выводы:

1. Разработана многозонная модель для расчета образования оксидов азота в цилиндре быстроходного дизеля, учитывающая влияние основных конструктивных и регулировочных параметров двигателя и позволяющая определить пути снижения [ЫОх]. В модели используется разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана метод расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в цилиндре. В программу расчета добавлены новые модули, позволяющие исследовать влияние на концентрацию оксидов азота таких факторов, как: а) закон впрыскивания топлива произвольного характера, в том числе и многократное и многоступенчатое впрыскивание; б) распределение топлива по объему камеры сгорания в зависимости от интенсивности вихря впускного воздуха, в) принятые механизмы образования N0* , г) процессы теплообмена между отдельными локальными зонами камеры сгорания и теплообмен между рабочим телом и стенками камеры сгорания.

2. Установлено, что для исследованных дизелей целесообразно применение расширенного механизма Зельдовича из трех реакций. Классический механизм из двух реакций приводит к заниженным значениям [N0x1, при этом разница для различных случаев может составить от 2-3 % до 50%. Пренебрежение теплообменом между отдельными зонами, приводящее к погрешностям до 100 К при расчете локальных температур в камере сгорания, может привести к многократному (в зависимости от абсолютных значений температур) изменению скорости образования N0,,, и, как следствие, к значительной разнице в расчетных значениях [ЫОх]. Погрешность в определении |ЪЮХ], вызванная пренебрежением теплообмена между рабочим телом и стенками камеры сгорания, находится в пределах 510%.

3. По результатам сравнительного анализа опытных и расчетных значений концентраций оксидов азота были определены величины коэффициентов и энергий активации, необходимых для расчета констант прямых и обратных реакции оксидации азота для дизелей с непосредственным впрыскиванием, а также для дизеля с вихревой камерой сгорания. Применение в качестве исходных данных экспериментальных индикаторных диаграмм и характеристик тепловыделения повышает достоверность полученных результатов.

4. Экспериментальные исследования, проведенные в стендовых условиях на дизелях 24 8,5/11 (в МГТУ им. Н.Э. Баумана), ЗМЗ-5145.10 и ЗМЗ-5148.10 (на ЗМЗ), подтверждают достоверность расчетных результатов: результаты натурных и численных экспериментов по определению [NOxJ, полученные на дизеле ЗМЗ-5145.10, выполняющем нормы Евро 2, показывают, что разница между ними на режиме Nc=53,l кВт и п=1900 мин"1 составляет 2,5-6,3 %, а на режиме Ne=85 кВт и п=4000 мин"1 - 7,0 — 10,6 % в зависимости от вида закона топливоподачи. Это подтверждает адекватность разработанной математической модели.

5. Усовершенствование рабочего процесса путем определения оптимального сочетания конструктивных (степень сжатия, диаметр и количество сопловых отверстий, конструкция впускных трубопроводов) и регулировочных (начало, продолжительность и давление впрыскивания, закон топливоподачи, интенсивность закрутки воздуха) позволяет минимизировать концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания. Установлено, что при неуправляемом законе впрыскивания для дизеля ЗМЗ-5145.10 наиболее приемлемым является симметричный треугольный закон впрыскивания.

6. При увеличении угла опережения впрыскивания (г.=19,5; dc=0,225 мм и z=5) [NOx] монотонно возрастает: с 881 до 1115 ррш (на 21 %) на режиме NeK0M; с 704 до 764 ррш (на 7,9 %) на режиме NeK.mflX. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала по внешней скоростной характеристике от NeTOM до NeKmax влияние угла опережения впрыскивания на уровень [NOx] снижается. При увеличении интенсивности вихревого движения воздуха с 40 до 100 рад/сек (е=19,5; dc=0,225 мм и z=5) содержание NOx на режиме NeH0M монотонно уменьшается с 925 до 778 ррш (15,9 %). С уменьшением степени сжатия е с 21 до 17 (dc=0,225 мм, z=5) содержание NO* монотонно снижается: с 913 до 837 ррт (8,3 %) на режиме номинальной мощности NHOM = 85 кВт / 4000 мин"1; с 817 до 532 ррт (34,9 %) на режиме максимального крутящего момента NK.max = 53,1 кВт / 1900 мин"1. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала (по внешней скоростной характеристике) от NeH0M до NeK.max уровень [NOx] снижается тем сильнее, чем ниже степень сжатия.

7. Система Common Rail в условиях работы на дизеле ЗМЗ-5148.10 без применения двукратного впрыскивания и установления оптимальных долей предварительного и основного впрыскивания, а также без установления оптимальной продолжительности между ними, не имеет явных преимуществ 14

с точки зрения компромисса между gc и [NOx] перед системой с ТНВД VE, применяемой на двигателе ЗМЗ-5145.10.

8. Оптимальным для дизеля ЗМЗ-5148.10 при рвпр =1500 бар (на номинальном режиме Ne=96 кВт/п=4000 мин"1) является осуществление двукратного впрыскивания, при котором массовая доля предварительного впрыскивания составляет 6 % от основного впрыскивания с интервалом между ними, равном 8° по углу поворота коленчатого вала.

9. Установленный оптимальный закон впрыскивания при базовом варианте форсунки (dc=0,l 7 мм) с интенсивностями закрутки воздуха при впуске и давлениями впрыскивания со=60 с"1 / рвпр=1500 Sap и ю=16 с / Рвпр" Ю00 соответственно, приводит к следующим суммарным значениям [NOx] в продуктах сгорания двигателя ЗМЗ-5148.10: [NOx] = 470 ррш на номинальном режиме, и [NOx] = 697 ррш — на режиме максимального крутящего момента, что соответствует норм Euro-3.

10. Гомогенизация топливо — воздушной смеси приводит к снижению локальных температур рабочего тела в объеме камеры сгорания, и, как следствие, к ограничению образования оксидов азота (на -10-12% для двигателя ЗМЗ-5145.10). Дальнейшее снижение концентрации оксидов азота возможно путем увеличения коэффициента избытка воздуха гомогенной смеси, что способствует также снижению выбросов сажи, однако при рециркуляции отработавших газов это может привести к увеличению выброса несгоревших углеводородов НС.

Основная часть полученных результатов переданы ООО «Заволжский моторный завод» (г. Заволжье) и используются в учебном процессе МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Расчетно - экспериментальное исследование локальных температур и локальных концентраций оксидов азота в камере сгорания дизеля/Голосов A.C., Кавтарадзе З.Р., Онищенко Д.О., Скрипник A.A.// Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. -М., 2002. -Т.8.-С. 114-117.

2. Кавтарадзе З.Р. Влияние двухфазного впрыскивания на концентрацию оксидов азота//ХХХ1 неделя науки СПбГГГУ.: Материалы межвузовской научной конференции.- СПб., 2003. - Часть П.- С.52-53.

3. Иващенко H.A., Кавтарадзе З.Р. Снижение концентраций оксидов азота и сажи в дизелях путем гомогенного сгорания. «Двигателестроение»// Научно-технический сборник, посвященный 100-летию со дня рождения проф. Дьяченко Н.Х. - СПб., 2004. - С. 133-134.

4. Метод расчета локальных концентраций оксидов азота в поршневых двигателях с внутренним смесеобразованием на основе многозонной модели / Иващенко H.A., Голосов A.C., Кавтарадзе З.Р. и др. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. -2004,- №1С.43-59.

5. Расчетно-экспериментальное исследование концентраций оксидов азота в выпускных газах дизельного двигателя ЗМЗ-5145.10/ Иващенко НА., Миронычев М.А., Блинов А.Д., Кавтарадзе З.Р.// Известия ВГТУ. Транспортные наземные системы. - 2004. - Вып.1, №3.- С. 3-7.

6. Улучшение экологических характеристик быстроходного дизеля путем двукратного впрыскивания топлива / Иващенко H.A., Кавтарадзе З.Р., Миронычев М.А., Блинов А.Д. // Сб. научных трудов по проблемам двигателестроения, посвященный 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана: - М., 2005. - С. 252-255.

7. Голосов A.C., Кавтарадзе З.Р., Онищенко Д.О. Математическое моделирование образования оксидов азота в камере сгорания дизеля // Образование через науку. Тезисы докладов международного симпозиума, посвященного 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана: - М., - 2005. С.391.

8. Кавтарадзе З.Р., Миронычев М.А., Блинов А.Д. Применение двукратного впрыскивания топлива для улучшения экологических характеристик дизельного двигателя ЗМЗ-5145.10 // Образование через науку. Тезисы докладов международного симпозиума, посвященного 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана: - М., - 2005. С.389.

Кавтарадзе Зураб Ревазович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата теаснических наук

Подписано в печать 28.08.2006 г. Формат 60x90,1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 615

Отпечатано в ООО "Фирма Блок" 107140, г. Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т. 264-30-73 \vww.blok0 leentre.narod.ru Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ И СНИЖЕНИЮ КОНЦЕНТРАЦИЮ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

1.1. Содержание оксидов азота в продуктах сгорания поршневых двигателей.

1.2. Механизмы образования оксида азота.

1.2.1. Механизм Я.Б. Зельдовича (Термический механизм).

1.2.2. «Быстрый» оксид азота N0 (Рготр1;-Ж)).

1.2.3. Топливный оксид азота.

1.2.4. Образование N0 из Ы20.

1.2.5. Схемы образования N0 на основе детального кинетического механизма.

1.2.6. Упрощенные и полуэмпирические зависимости для расчета [Ж)х] в продуктах сгорания поршневого двигателя.

1.2.7. Влияние давления, температуры и временного фактора на образование оксидов азота.

1.3. Моделирование образования оксидов азота в рабочем цикле поршневого двигателя.

1.4. Краткий анализ работ по расчетно-экспериментальным исследованиям [N0x1 в продуктах сгорания поршневых двигателей.

1.5. Выводы по главе 1. Цель и задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ОКСИДОВ АЗОТА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА.

2.1. Постановка задачи и краткое описание алгоритма ее решения.

2.2. Моделирование распределения топлива по объему камеры сгорания.

2.3. Моделирование локальных температур рабочего тела в объеме камеры сгорания.

2.4. Моделирование локальных концентрации оксидов азота в объеме камеры сгорания.

2.5. Анализ различных законов впрыскивания топлива, предназначенных для улучшения экологических характеристик дизеля.

2.6. Основные факторы, влияющие на локальные концентраций оксидов азота в цилиндре двигателя.

2.6.1. Конструктивные и регулировочные параметры.

2.6.2. Базовые факторы математической модели.

2.7. Экспериментальная проверка метода расчета концентраций оксидов азота.

2.7.1.Апробация метода расчета на дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива.

2.7.2. Экспериментальное исследование концентраций оксидов азота в выпускных газах дизеля с вихревой камерой сгорания.

2.8. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3.СНИЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ ЗМЗ-5145.10 С ОДНОКРАТНЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА.

3.1. Краткая характеристика семейства быстроходных дизелей ЗМЗ.

3.2. Результаты экспериментальных исследований дизеля ЗМЗ-5145.10, используемые в качестве исходных условий при расчете [NOx].

3.2.1. Результаты измерения концентраций оксидов азота.

3.2.2. Результаты индицирования двигателя.

3.2.3. Получение характеристик тепловыделения из индикаторных диаграмм.

3.2.4. Характеристики впрыскивания топлива.

3.2.5. Интенсивность вращательного движения заряда.

3.3. Влияние интенсивности вихревого движения заряда и закона топливо-подачи на динамику топливного факела.

3.4. Анализ локальных нестационарных температур рабочего тела в камере сгорания.

3.5. Влияние характеристики однократного впрыскивания на концентрации оксидов азота.

3.6. Влияние конструктивных и регулировочных параметров на концентрацию оксидов азота при однократном впрыскивании топлива.

3.6.1. Влияние количества сопловых отверстий.

3.6.2. Влияние диаметра и количества сопловых отверстий.

3.6.3. Влияние угла опережения подачи топлива.

3.6.4. Влияние степени сжатия.

3.7. Снижение концентраций оксидов азота путем гомогенного сгорания.

3.8. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4.СНИЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ ЗМЗ-5148.10 С ДВУКРАТНЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА.

4.1. Выбор базовых параметров математической модели.

4.2. Влияние конструктивных параметров двигателя на концентрацию оксидов азота при двукратном впрыскивании топлива.

4.2.1. Влияние степени сжатия.

4.2.2. Влияние количества сопловых отверстий.

4.2.3. Влияние диаметра и количества сопловых отверстий.

4.3. Влияние регулировочных параметров двигателя на концентрацию оксидов азота при двукратном впрыскивании топлива.

4.3.1. Влияние давления впрыскивания топлива.

4.3.2. Влияние интенсивности воздушного вихря в цилиндре двигателя.

4.4. Влияние параметров двукратного впрыскивания на концентрацию оксидов азота.

4.5. Выводы по главе 4.

Согласно научным прогнозам в обозримом будущем поршневые двигатели будут составлять основу транспортной энергетики. Это объясняется, прежде всего, их высокой топливной экономичностью, а также рядом других преимуществ по сравнению с остальными типами тепловых двигателей.

Тенденции развития современных поршневых двигателей, в частности дизелей, связаны, прежде всего, с улучшением их экологических характеристик. Это особенно касается дизелей российского производства, которые согласно решению правительства РФ от 06.10.2005 г. в настоящее время должны удовлетворять нормам Еиго-2, а к 2014 г. - нормам Еиго-5.

Экологические характеристики поршневых двигателей решающим образом зависят от содержания в продуктах сгорания оксидов азота ЬЮХ, которые своим вредным воздействием на человеке, флору и фауну существенно превосходят другие компоненты. В связи с этим снижение концентрации оксидов азота [N0*] в выпускных газах быстроходных дизелей является одной из самых актуальных задач современного двигателестроения.

Цель и задачи работы. Исследование возможностей снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей семейства ЗМЗ путем усовершенствования рабочего процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка многозонной модели для расчета концентрации оксидов азота локальных нестационарных температур, учитывающей характеристику подачи топлива в цилиндр, распределение топлива по объему камеры сгорания в зависимости от интенсивности закрутки воздуха, тепло- и массообмен между зонами и теплообмен со стенками камеры сгорания.

2. Проведение расчетно-теоретических исследований образования оксидов азота и экспериментальная проверка результатов численных экспериментов.

3. Определение оптимальных значений конструктивных и регулировочных параметров дизелей ЗМЗ, позволяющих снизить концентрацию оксидов азота до уровня, предусмотренного международными нормами.

Научная новизна работы. Исследовано влияние на [N0*] закона впрыскивания топлива произвольного характера, в том числе и многократного и многоступенчатого впрыскивания. При этом учитывается распределение топлива по объему камеры сгорания в зависимости от интенсивности вихря впускного воздуха (в том числе и гомогенное сгорание), дана оценка принятых механизмов образования М0Х и определены влияния процессов теплообмена между отдельными локальными зонами камеры сгорания и теплообмена между рабочим телом и стенками камеры сгорания.

Достоверность и обоснованность научных положений определяются: -использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, тепло-массообмена и физической химии с соответствующими граничными условиями, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

- применением достоверных опытных данных, полученных автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также данных заводов-изготовителей ЗМЗ, КамАЗ, ЯМЗ и др.;

-использованием экспериментальных индикаторных диаграмм в качестве исходных данных при откладке программы расчета;

-экспериментальным подтверждением достаточной точности результатов расчета концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей;

-применением существующих нормативных актов при расчетно-экспериментальных исследованиях дизелей.

Практическая значимость работы состоит в том, что: -Разработанные метод, алгоритм и программа расчета позволяют прогнозировать содержание оксидов азота в продуктах сгорания при доводке существующих и создании перспективных двигателей;

- Определены значения конструктивных и регулировочных параметров, обеспечивающих снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей ЗМЗ-5145.10 и 5148.10;

-Результаты исследования в рамках хоздоговорной работы переданы заводу изготовителю и используются при доводке и развитии двигателей семейства ЗМЗ. Они применяются также в учебном процессе на кафедре «Поршневые двигатели» (Э2) МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Диссертационная работа доложена и одобрена на заседании кафедры «Поршневые двигатели» (Э2) МГТУ им. Н.Э. Баумана (июнь 2006 г.). Ее отдельные разделы докладывались на третьей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, май 2002 г.), на межвузовских научных конференциях «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, ноябрь, 2001г. и ноябрь, 2002 г.), на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, май, 2005г.).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 работ.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 189 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 18 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 115 наименований (55 из них на иностранном языке).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Таким образом, исследованы возможности усовершенствования рабочего процесса в целях снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходных дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива. Расчетно-экспериментальные исследования проводились для двух модификации двигателей семейства ЗМЗ - ЗМЗ-5145.10 с ТНВД VE и однократным впрыскиванием, и ЗМЗ-5148.10 с системой топливоподачи Common Rail и многократным впрыскиванием. Разработанные теоретические положения и полученные на их основе результаты численных экспериментов прошли проверку и на других быстроходных дизелях: 24 8,5/11 с вихревой камерой сгорания (путем непосредственного измерения [NOx]), ЯМЗ и КамАЗ (путем сравнения расчетных данных с опытными данными заводов-изготовителей).

В заключение каждой главы данной работы, посвященной решению поставленных задач, приводились выводы, что позволяет в заключительной части диссертационной работы ограничиться изложением лишь основных из них.

1. Разработана многозонная модель для расчета образования оксидов азота в цилиндре быстроходного дизеля, учитывающая влияние основных конструктивных и регулировочных параметров двигателя и позволяющая определить пути снижения [NOJ. В модели используется разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана метод расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в цилиндре. В программу расчета добавлены новые модули, позволяющие исследовать влияние на концентрацию оксидов азота таких факторов, как: а) закон впрыскивания топлива произвольного характера, в том числе и многократное и многоступенчатое впрыскивание, б) распределение топлива по объему камеры сгорания в зависимости от интенсивности вихря впускного воздуха, в) механизмы образования NOx , г) процессы теплообмена между отдельными локальными зонами камеры сгорания и теплообмена между рабочим телом и стенками камеры сгорания.

2. Установлено, что для исследованных дизелей целесообразно применение расширенного механизма Зельдовича из трех реакции. Классический механизм из двух реакции приводит к заниженным значениям [Ж)х], при этом разница для различных случаев может составить от 2-3 % до 50%. Пренебрежение теплообменом между отдельными зонами, приводящее к погрешностям до 100 К при расчете локальных температур в камере сгорания, может привести многократному (зависимости от абсолютных значений температур) изменению скорости образования МОх , и, как следствие, к значительной разнице в расчетных значениях [Ж)х]. Погрешность в определении [Ж)х], вызванная пренебрежением теплообмена между рабочим телом и стенками камеры сгорания, находится в пределах 5-10%).

3. По результатам сравнительного анализа опытных и расчетных значений концентраций оксидов азота были определены величины коэффициентов и энергий активации, необходимые для расчета констант прямых и обратных реакции оксидации азота для дизелей с непосредственным впрыскиванием, а также для дизеля с вихревой камерой сгорания. Применение в качестве исходных данных экспериментальных индикаторных диаграмм и характеристик тепловыделения повышает достоверность полученных результатов.

4. Экспериментальные исследования, проведенные в стендовых условиях на дизелях 24 8,5/11 (в МГТУ им. Н.Э. Баумана), ЗМЗ-5145.10 и ЗМЗ-5148.10 (на ЗМЗ), подтверждают достоверность расчетных результатов: результаты натурных и численных экспериментов по определению [Ж)х], полученные на дизеле ЗМЗ-5145.10, выполняющем нормы Евро 2, показывают, что разница между ними на режиме Н;=53,1 кВт и п=1900 мин"1 составляет 2,5-6,3 %, а на режиме N6=85 кВт и п=4000 мин"1 - 7,0 - 10,6 % в зависимости от вида закона топливоподачи. Это подтверждает достоверность разработанной математической модели. продолжительность и давление впрыскивания, закон топливоподачи, интенсивность закрутки воздуха) позволяет минимизировать концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания. Установлено, что при неуправляемом законе впрыскивания для дизеля ЗМЗ-5145.10 наиболее приемлемым является симметричный треугольный закон впрыскивания.

5. При увеличении угла опережения впрыскивания (е=19,5; dc=0,225 мм и z=5) [NOx] монотонно возрастает: с 881 до 1115 ррш (на 21 %) на режиме NeH0M; с 704 до 764 ррш (на 7,9 %) на режиме NeK.max. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала по внешней скоростной характеристике от NeH0M до NeK,max влияние угла опережения впрыскивания на уровень [NOx] снижается. При увеличении интенсивности вихревого движения воздуха с 40 до 100 рад/сек (е=19,5; dc=0,225 мм и z=5) содержание NOx на режиме NeH0M монотонно уменьшается с 925 до 778 ррш (15,9 %). С уменьшением степени сжатия е с 21 до 17 (dc=0,225 мм, z=5) содержание NOx монотонно снижается: с 913 до 837 ррш (8,3 %) на режиме номинальной мощности NH0M = 85 кВт / 4000 мин"1; с 817 до 532 ррш (34,9 %) на режиме максимального крутящего момента NK.max = 53,1 кВт / 1900 мин"1. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала (по внешней скоростной характеристике) от Ne„0M до NeK.max уровень [NOx] снижается тем сильнее, чем ниже степень сжатия.

6. Система Common Rail в условиях работы на дизеле ЗМЗ-5148.10 без применения двукратного впрыскивания и установления оптимальных долей предварительного и основного впрыскивания, а также без установления оптимальной продолжительности между ними, не имеет явных преимуществ с точки зрения компромисса между ge и [NOx] перед системой с ТНВД VE, применяемой на двигателе ЗМЗ-5145.10.

7. Оптимальным для дизеля ЗМЗ-5148.10 при рвпр =1500 бар (на номинальном режиме Ne=96 кВт/п=4000 мин"1) является осуществление двукратного впрыскивания, при котором массовая доля предварительного впрыскивания составляет 6 % от основного впрыскивания с интервалом между ними, равном 8° по углу поворота коленчатого вала.

8. Установленный оптимальный закон впрыскивания при базовом варианте форсунки (с1с=0,17 мм) с интенсивностями закрутки воздуха при впуске и давлениями впрыскивания ю=60 с"1 / рвпр=1500 бар и со=16 с"1 / рвпр=1000 бар соответственно, приводит к следующим суммарным значениям [Ж)х] в продуктах сгорания двигателя ЗМЗ-5148.10: [N0x1 = 470 ррт на номинальном режиме, и ПЧОх] = 697 ррт - на режиме максимального крутящего момента, что соответствует нормам Еиго-З.

9. Гомогенизация топливо - воздушной смеси приводит к снижению локальных температур рабочего тела в объеме камеры сгорания, и, как следствие, к ограничению образования оксидов азота (на -10-12% для двигателя ЗМЗ-5145.10). Дальнейшее снижение концентрации оксидов азота в случае гомогенной смеси возможно путем увеличения коэффициента избытка воздуха. Это способствует также снижению выбросов сажи, однако при рециркуляции отработавших газов это может привести к увеличению выброса несгоревших углеводородов НС.

Основная часть полученных результатов переданы ООО «ЗМЗ» (г. Заволжье) в рамках хоздоговорной работы и используется при доводке существующих и разработке новых перспективных дизелей семейства ЗМЗ. Они используются также в учебном процессе на каф. Э2 МГТУ им. Н.Э. Баумана.

1. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Камененцкий Д.А. Окисление азота нри горении. М,, Л: Изд-во АН СССР, 1947. -148 с.

2. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. -159 с.

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

4. Spindler S. Beitrag zur Realisiemng schadstoffoptimierter Brenverfahren an schnelllaufenden Hochleistungdieselmotoren//VDI.-1992.-Reihe 6, N274.-S.114S.

5. Смайлис В.И. Теоретические и экспериментальные основы создании малотоксичных дизелей: Дис. ...докт. техн. наук, Ленинград, 1988.-346 с.

6. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Агропромиздат, 1991.-208 с.

7. Lavoi G.A., Heywood J.B., Keck J.C. Experimental and Theoretical Study of Nitric Oxide Formation in Internal Combustion Engines//Combustion Science and Technology. I970.-Vol.l.- P.313-326.

8. Kleinschmidt W. Untersuchung des Arbeitsprocesses und der NO-, NO2- und CO- Bildung in Ottomotoren: Dissertation. RWTH, Aachen. 1974.-126 s.

9. Pischinger R., Krassnig G., Taucar G., Sams Th. Thermodinamik der Verbrennungskraftmaschine. -Wien- New-York: Springer-Verlag, 1989.-524 s. lO.Fenimore C.P. Studies of Fuel-Nitrogen in Rich Symposium Int. Combustion.- Pittsburgh, 1979.-P. 661.

10. Bowman C.T. Kinetics of Nitric Oxide Formation in Combustion Processes//16 Th. Symposuim of Combustion-Pittsburgh, 1978.-P.243.

11. Warnatz J., Maas U. Technische Verbrennung. -Berlin-Hedelberg- New-York: Springer- Verlag, 1993. -220 s. Flame Gases//17 Th

12. Malte P.С, Pratt D.T. Chemical Kinetics in Flames// Review. Combustion Science and Technology.- 1981.-V.25, N 1-2.-P.49-69.

13. Westbrook C.K., Dryer F.L. Prediction of Laminar Flame Properties of Methanol Air Mixtures// Combust, and Flame.-1980.-V.37, N2.- P.171192.

14. Якунчиков В.В. Снижение вредных выбросов судового дизеля в переходных режимах: Дис. канд. техн. наук. М., 1998. -156 с.

15. Бочков М.В., Ловачев Л.А., Четверушкин Б.А. Химическая кинетика образования NOx при горении метана в воздухе// Труды Всесоюзного центра математического моделирования АН СССР. 1992.-N 25.С- 24.

16. Ловачев Л.А. Кинетика образования NOx в метано воздушных пламенах Химическая физика. 1983.- Я» 8. 1085-1091.

17. Лушпа А.И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакции.- М.: Машиностроение, 1981.- 240 с. 19.В0ИН0В А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977.- 277 с. 2О.Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях.- Харьков: Виш;а школа, 1980 -169 с.

18. Современные длительной дизели: прочности Повышение топливной экономичности и Ф.И. Абрамчук, А.П.Марченко, Н.Ф. Разлейцев и др. Киев: Тэхника, 1992.-272 с.

19. Процессы в перспективных дизелях Ф.И. Абрамчук, В.И. Крутов, А.Ф. Шеховцов и др. Харьков: изд-во «Основа» при Харьковском университете, 1992.-3 52с.

20. Smoot L.D., Hecker W.C., Williams G.A. Prediction of Propagation Methane Air Flames. Combustion and Flame. V.26, N3. 1976. pp.323-342.

21. Tsatsaronis G. Prediction of Propagation Laminar Flames in Methane, Oxygen, Nitrogen Mixtures//Combustion and Flame.-1978.- V.33, N3.P.217-239.

22. Чесноков А., Демидов М.И. Моделирование тепломассообмена и химической кинетики образования окиси азота в ДВС с искровым зажиганием Известия Тульского Госуниверситета. Автомобильный транспорт. 2

24. Чесноков А. Моделирование высокотемпературных реакции горения. Тула: изд-во Тульского Госуниверситета, 2002. -163с.

25. Khan I.M., Greeves G., Wang C.H. Factors Affecting Smoke and Gaseous Emissions From Direct Injection Engines and a Method of Calculation. SAE Paper.-1973.-N 730169.-23p.

26. Козлов A.B. Теоретические оценки показателей силовых установок автомобилей в полном жизненном цикле: Дис. докт. техн. наук. -М., 2004.-332С.

27. Малахов В.Н. Исследования образования окислов азота в цилиндре карбюраторного двигателя: Дис. ...канд. техн. наук. -Киев, 1974.-156с. ЗО.Теренченко А.С. Экологическая безопасность автомобильных дизелей в полном жизненном цикле: Дис. канд. техн. наук. -М., 2003.-146с.

28. Фомин В.М. Совершенствование экологических и топливно- экономических показателей дизеля воздействием на ракционно кинетический механизм рабочего цикла: Дис. докт. техн. наук. М., 1996.-332С.

29. Жегалин О.И., Лупанов П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985.-120с. ЗЗ.Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1990.-135с.

30. Modeling NOx Emissions From Lean-Bum Natural Gas Engines./ Dodge L.G., Kubesh J.T., Naegel D.W., Campbell R.F. Modeling NO, SAE Paper.-1998.-№ 981389.-9p.

31. Аршавский Е.Я. Исследование возможности рециркуляции ОТ как метода снижения токсичности автомобильных двигателей с искровым зажиганием: Дис. канд. техн. наук. -М., 1979.-166с.

32. Лопатин О.П.Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах тракторного двигателя 4411,0/12,5 (Д-240) при работе на природном газе путем применения рециркуляции отработавших газов: Дис. канд. техн. наук. СПб., 2004.-158с.

33. Heider G., Woshni G., Zeilinger К. 2-Zonen Rechenmodell zur Vorausbrechnung der NO-Emission von Dieselmotoren//MTZ.-1998.- Я211. S.770-775.

34. Heider G. Rechenmodel zur Vorausrechnung der NO-Emission von Dieselmotoren: Dissertation.TU-Munchen, 1996.-146 s.

35. Schr6er A. Vorschlag eine Methode zur Berechnung der Stickoxid-Emission von Dieselmotoren: Dissertation. TU-Braunschweig, 1975.-136 s.

36. Studies on Combustion and Exhaust Emission in a High Speed DI Diesel Engine/ Ishida M., Ueki H.,Yoshimura Y., Matsumura N.//SAE Paper.199O.-№ 901614.-18p.

37. Krassing G. Die Berechnung der Stickoxidbildung Habilitationsschrift. TU-Graz, 1976.-220 s.

38. Brandstater W., Killman I. Computersimulation der Stromung, im Dieselmotor. Gemischbildung und Verbrennung in Motoren// MTZ. -1988.-N 5.- S. 177185.

39. Hohlbaum B. Beitrag zur rechnerischen untersuchung der Stickstoffoxid bildung schnelUaufender Hochleistungsdieselmotoren: Dissertation. TUKarlsruhe, 1992.-118 s.

40. Hiroyasu H., Kadota T. Models for Combustion and Formation of Nitric Oxide and Soot in Direct Injection Diesel Engine//SAE Paper.-1976.-№ 760129. 26p.

41. Weisser G., Boulouchos K. NOEMI-Ein Werkzeug zur Vorabschatzung der Stickoxidemissionen direkteinspritzender Dieselmotoren//Der des Arbeitsprozess des Verbrenungsmotors. Institutes fur Verbrennungkraftmaschinen 1995.-Heft 67.-18S.

42. Tagung: Mitteilungen und Thermodinamik (Graz).-

43. Kleinschmidt W. Einflussparameter auf den Wirkungsgrad und auf die N 0 Emission von Aufgeladenen Dieselmotoren/M.Aufladetechnische Konferenz.: VDIBericht. -Dusseldorf, 1991.-№ 910. -28s.

44. Wachter W., Fessler H., Gstrein W. Wege zum verbrauchsgunstige «LowNOx» Dieselmotor ffir Nutzfahrzeuge//MTZ. -1992.-№ 5.- S.232-239. 48. Wu K.J., Peterson R.C. Correlation of Nitric Oxide Emission from a Diesel Engine With Measured Temperature and Burning Rate// SAE Paper.-1986.№ 861566.-16p.

45. Pischinger F., Schulte H., Jansen J. Grundlagen und Entwicklungslinien der Dieselmotorischen Brennverfahren// Die Zukunft des Dieselmotors: VDIBericht.-1988.-№ 714. -S. 61-93.

46. Matsuoka S., Yoshizaki T. Model Verfication of Burned Gas Re-Entraiment Phenomenon and the Soot Formation Mechanism in Diesel Combustion (Free Spray Flame in Rapid Compression Machine)//SAE Paper.-1989.№ 890440. -22p.

47. Schubiger R.A., Boulouchos K., Eberle M.K. Russbildung und Oxidation bei der dieselmotorische Verbrennung//MTZ.-2002.-JVb 5.- S.342-353.

48. Ladmmatos N., Zhao H. A Guide to measurement of Flame Temperature and Soot Concentration in Diesel Engines Using the Two-Color Method. Part 1: Principles//SAE Paper.-1994.- 941956. 1994.- 26p. Part 2: Implementation// SAE Paper.-1994.- 941957. 18p.

49. Wiartalla A.P. Untersuchung der Rusbildung bei der Dieselmotorischen Verbrennung in einer Modelbennkammer: Dissertation TH -Aachen, 1995.132 s.

50. Hiroysu H. Diesel Engine Combustion and its Modelling//Proc. Inter. Symposium on Diagnostics and Modelling of Combustion in Reciprocating Engines. -Tokyo, 1985. 16p.

51. Nishida K., Hiroyasu H. Simplified Three-Dimensionale Modelling of Mixture Fonnation and Combustion in a DI Diesel Engine//SAE Paper.1989. -Xo 890269. -24p.

52. Метод расчета локальных концентраций оксидов азота в поршневых двигателях с внутренним смесеобразованием на основе многозонной модели/ Иващенко Н.А., Голосов А.С., Кавтарадзе З.Р. и др. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. -2004.- №1. 43-59.

53. Расчетно экспериментальное исследование локальных температур и локальных концентраций оксидов азота в камере сгорания дизеля/ Голосов А.С., Кавтарадзе З.Р., Ониш;енко Д.О., Скрипник АЛЛ Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. М.,2002. Т.8.-С. 114-117.

54. Влияние интенсивности вихря впускного воздуха на локальные температуры рабочего тела в цилиндре двигателя/Кавтарадзе Р.З., Арапов В.В., Скрипник А.А., Ван Ичунь//Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках. Труды XII школысеминара под рук. акад. А.И. Леонтьева. М., -1999. с. 155-158.

55. Chiu W.S., Shahed S.M., Lin W.T. A Transit Spray Mixing Model for Diesel Combustion// SAE Paper.-1976.-№ 760128.-P. 21.

56. Pattas K., Hafner G. Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung//MTZ. -1973.-№12.- S.397-404.

57. Wray K.L., Teare J.D. Shock-Tube Study of the Kinetics of Nitric Oxide at High Temperatures//Journal of Chemical Physics.-1962.- Vol. 36, №10.P.2582- 2596.

58. Campbell I.M. Reactivity of Hydrogen to Atomic Nitrogen and Atomic Oxygen.// Trans. Faraday Soc.-1968.-Vol. 64., P. 265-272.

59. Urlaub A. Verbrermungsmotoren. Berlin-Heidelberg-New-York-LondonParis-Tokyo. Springer-Verlag, 1

61. High Temperature Reaction Rate Data/Baulch D.L., Drysdale D.D., Home D.D., Lloyd A.C. Rep. University of Leeds Report. -1969. -№4.-P.156.

62. Bracco F.V. Nitric Oxide Formation in Droplet Diffusion //Proceedings of Flames. Fourteenth International Symposium on Combustion. Pittsburgh: The Combustion Institute, 1973. P. 831-838.

63. Двигатели внутреннего сгорания: Теория норшневых комбинированных двигателей/Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др.-М.: Машиностроение, 1983. -372 с.

64. Иващенко Н.А., Вагнер В.А., Грехов Л.В. Моделирование процессов топливоподачи и проектирование топливной аппаратуры дизелей. Барнаул-Москва: Изд-во АлтГТУ, 2002. -166 с.

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

66. Кавтарадзе З.Р. Влияние двухфазного впрыскивания на концентрацию оксидов азота //XXXI неделя науки СПбГПУ. Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: 2003. -Часть П.- 52-53. 7O.Augustin и. Experimentelle Untersuchung zur Voreinspritzung von Dieselmotoren: Dissertation. TU-Mtinchen, 1990. -151s.

67. JerzembekM. Diesel direkt.KFZ-Betr//Automarkt.-2000. 1.- S.42-44.

68. Common Rail 2000 mit Mehrfacheeinspritzung//MTZ. -2001. 10.S.638- 639.

69. Emissionsverbesserung mit Direkteinspritzung mittels Einspritzverlaufsformung/Chmela //MTZ. 9.- S. 552-558. F.G., Jager P., Herzog P., Wirbeleit F.

70. Maiorana G., Rossi G., Ugaglia C. Die Common rail Motoren von Fiat //MTZ. -1998.-№ 9.- S. 582-588.

71. KlingmannV.R.,Brugemann H. Der neue Vierzilinder-Dieselmotor mit CR-Einspritzung. Teil 2// MTZ. -1997.-Xo 12. S. 760-767.

72. Скрипник А.А. Влияние интенсивности вихревого движения зряда на локальные параметры рабочего тела процесса в двигателях с 0M611 непосредственным впрыскиванием топлива: Дис. ...канд. техн. наук, М., 2004.-175 с.

73. Голосов А.С. Разработка и экспериментальная проверка метода расчета концентраций оксидов азота в дизелях на основе многозонной модели рабочего процесса: Дис. ...канд. техн. наук., М., 2002.- 126 с.

74. Хамидулин И.Ю. Проблемы и обеспечение экологичности дизельных двигателей КамАЗ на уровне мировых стандартов (Евро-1 и Евро-2) Дис. ...канд. техн. наук (в виде научного доклада), Казань, 2001.- 50 с.

75. Желтяков В.Т., Субботин Ю.Г., Григорьев М.А. Новые дизели ЯМЗ //Автомобильная промышленность. 1999.- Ш9.- 10-13.

76. Толщин В.И., Чуб Т.В., Логинов А.Ю. Исследование и разработка перспективных способов снижения многокомпонентных составляющих отработавших газов СЭУ «Двигатель -97»: Материалы Международной научно-технической конференции М., 1997. ЗЗ.

77. Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во РУДН, 1998. -214 с.

78. Spindler S. Beitrag zur Realisierang schadstoffoptimierter Brennverfahren an schnelllaufenden Hochsleistungsdieselmotoren//VDI Verlag.-1992.- Reihe6,№274.-S.114.

79. Алексеев Б.В., Гришин A.M. физическая газодинамика реагирующих сред. М.: Высшая школа, 1985. 464 с.

80. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 3-е изд.-М.: Наука, 1987.-502 с. 8

81. Кондратьев В.Н. Константы скорости газофазных реакций. Справочник. -М.: Наука, 1971. 351с.

82. Бартльме Ф. Газодинамика горения.-М.: Энергоатомиздат, 1981.-280 с. 87.3ельдович Я.Б., Воеводский В.В. Тепловой взрыв и распространение пламени в газах.- М.: Изд-во ММИ, 1947.-294 с.

83. Семенов Н.Н. Цепные реакции. -Л.: Госхимтехиздат, 1934.-555 с.

84. Borrmeister J., Hubner W. Eifluss der Brennraumform auf die HC-Emission und den Verbrennungsablauf// MTZ.-1997.- 6. S.408-414.

85. Merker G., Schwarz Ch., Stiesch G., Otto F. Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung.

86. Auflage.- StuttgartLeipzig,-Wiesbaden: Teubner Verlag, 2004. -412 s.

87. Lange J., Bestimmung der Carbonylverbindungen im abgas vonschwerolbetriebenen Dieselmotoren//Forschritt Berichte der VDL1996.-Reihel5,№161.-S. 70.

88. Bockhom H., Hentschel J., Peters N., Weber J., Pittermann R. Simulation der Partikelemission aus Dieselmotoren//

89. Dresdener Motorenkolloquium2003.-S.152-160.

90. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Verbrennung: Physikalisch-Chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente Schadstoffenstehung.

91. Auflage.-Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2001.S.350.

92. Compilation of rate data for combustion modeling/ Baulch D.L., Cobos C.L, Cox A.M. et all.// Supplement I.J. Phys. Chem.-1991.- Ref. Data 22, ШМ!.P.226.

93. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- 591 с.

94. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушнореактивных двигателей/Раушенбах Б.В., Белый А., Беспалов И.В. и р. М.: Машиностроение, 1964.-526с.

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

96. Экспериментальное исследование теплового состояния поршня быстроходного дизеля/Кавтарадзе Р.З., Кавтарадзе З.Р., Ониш;енко Д.О., Голосов А. //Судостроение, судоремонт и техническая эксплуатация флота. СИб., 2002.- Выпуск №4. 61-63.

97. Расчетно-экспериментальное поршня Голосов быстроходного А.С., исследование тенлового состояния дизеля/Кавтарадзе Р.З.//ХХХ З.Р., Ониш;енко Д.О., неделя науки Кавтарадзе Юбилейная СПбГПУ. Материалы межвузовской научной конференции. СПб., 2002.-Часть III.-С. 11-12.

98. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 60с.

99. Hiroyasu Н., Kadota Т., Arai М. Development and Use of a Spray Combustion Modeling to Predict Diesel Engine Efficiency and Polutant Emission. Part 1: Combustion Modeling//Bulletin of the JSME.-1983.Vol.26. -P. 569-575.

100. Hiroyasu H., Kadota Т., Arai M. Development and Use of a Spray Combustion Modeling to Predict Diesel Engine Efficiency and Pollutant Emission. Part 2: Computational Procedure and Parametric Study// Bulletin of the JSME.-1983. Vol.26. P. 576-583.

101. Stiesch G. Modeling Engine Spray and Combustion Processes. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. -270 p.

102. Процессы сгорания в двигателях (с воспламенением от сжатия).-М.: Изд-во МАДИ, 1980.-76 с.

103. Разработка многозонной модели рабочего процесса дизеля ЗМЗсистемой для многофазного впрыска 5148.10 с аккумуляторной топлива и согласование ее работы с регулируемой системой впускавыпуска и рециркуляции охлаждаемых ОГ: Отчеты/000 «Орехово- Зуевский инженерный центр» по этапам 2-4 договора 01/02, Орехово-Зуево, 2003, (ОАО «ЗМЗ», Арх. 7530, 7628, 7642).

104. Расчетно-экспериментальное исследование концентраций оксидов азота в выпускных газах дизельного двигателя ЗМЗ-5145.10/ Иващенко Н.А., Миронычев М.А., Блинов А.Д., Кавтарадзе З.Р.//

105. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М.: Легион Автодата, 2001.-80 с.

106. Злотин Г.Н., Грига А. Д., Грига А. Экономические и экологические характеристики дизельного двигателя в зависимости от угла опережения впрыска топлива Известия ВГТУ. Транспортные наземные системы. 2004. -Вып.1, №3. -С. 23-26.

107. Вошни Г., Цайлингер К., Кавтарадзе Р.З. Вихревое движение воздуха в быстроходном дизеле с четырьмя клапанами на цилиндр //Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение.- 1997.- Ш1. 74-84.

108. Федоров В.А. Разработка и экснериментальная проверка метода расчета локальных периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях: Дис. канд. техн. наук, -М., 2004. 151 с.

109. Особенности рабочего процесса двигателей с управляемыми степенью сжатия и ходом поршня/ Иванченко Н.А., Нестеров И.А., Конюхов В.А., Кавтарадзе З.Р.// Образование через науку. Тезисы докладов международного симпозиума, посвяш;енного 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. -М., 2005.- 405.

110. Кавтарадзе З.Р., Миронычев М.А., Блинов А.Д. Применение двукратного впрыскивания тонлива для улучшения экологических характеристик дизельного двигателя ЗМЗ-5145. 10// Образование через науку. Тезисы докладов международного симпозиума, посвященного 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. -М., 2005.- 389.