автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение характеристик двухтактных двигателей внутреннего сгорания оптимизацией газовоздушного тракта

На правах рукописи

Лобов Николай Владимирович

УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХТАКТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ОПТИМИЗАЦИЕЙ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА

05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Официальные о ппо ненты:

доктор технических наук, ГРИШИН Ю. А.

доктор технических наук, КАМИНСКИЙ В.Н.

доктор технических наук, ГАВРИЛОВ А.А.

Ведущее предприятие: ОАО АК «Тулмашзавод»

Защита состоится «{0у> \JUQpWCj 2005 г. в ч. на заседании диссертационного совета . • 69 в Московском государственном

техническом университете им. 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. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан « 3/ » ЛчЛд^ 2005 г.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д. 212.141.09.

Тумашев Р.З.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Двигатель внутреннего сгорания еще долгое время будет использоваться, как эффективный и относительно простой источник энергии в народном хозяйстве. Среди огромного количества различных типов двигателей есть особая категория двигателей, которая используется на средствах малой механизации. Это двухтактные бензиновые двигатели небольшой мощности с кривошипно-камерной продувкой.

Выбор двухтактного двигателя в данном случае наиболее рационален. Общепризнанными преимуществами двухтактных ДВС являются: лучшее, чем у четырехтактного двигателя отношение массы к мощности; относительная простота конструкции; удвоенное число рабочих тактов за идентичный временной отрезок в сравнении с четырехтактным двигателем. Однако, у двухтактных двигателей есть и недостатки, ограничивающие сферу их применения. Так, например, у бензиновых двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой это потери топливовоздушной смеси при продувке цилиндра и, связанный с этим, неизбежный повышенный расход топлива и повышенный выброс токсичных веществ в атмосферу, более высокий уровень шума.

На сегодняшний день на внутреннем рынке России просматривается устойчивая тенденция приобретения отечественным пользователем двухтактных двигателей внутреннего сгорания импортного производства. Зарубежные аналоги, при более высокой стоимости, являются более экономичными и экологичными, имеют меньший вес и производят меньше шума. Все это позволяет сделать вывод о том, что отечественные двухтактные ДВС средств малой механизации еще не достигли предела совершенства, требуется развитие и оптимизация их конструкции.

Еще одним важным аспектом, с которым приходиться считаться является то, что программа выпуска отечественных малогабаритных двигателей составляет сотни тысяч штук в год. Повышение экономичности двигателя при сохранении его мощностных параметров позволит в масштабах страны существенно сократить количество потребляемого топлива. Экономия и рациональное использование энергетических ресурсов страны является важной государственной задачей.

Повышения эффективности работы ДВС можно добиться за счет совершенствования конструкции газовоздушного тракта. В настоящее время наблюдается значительный рост опытно-конструкторских работ, связанных с настройкой и изменением режимов работы ГВТ в зависимости от режимов работы двигателя при управлении фазами выпуска. Добиться скорого возврата денежных средств с использованием только экспериментальных

методов исследований не представляется возможным. Поэтому общепризнанным и наиболее перспективным путем сокращения затрат при проектировании ДВС является численное моделирование его рабочего процесса. При этом сам вычислительный процесс, при обеспечении должного уровня достоверности, может рассматриваться как численный эксперимент и относится к экспериментально-теоретическим методам исследования.

В настоящее время уже созданы математические модели ДВС, которые на достаточно высоком уровне описывают течение газа в отдельных элементах двигателя и ГВТ. Речь идет о многомерных газодинамических моделях. К сожалению, одномерные модели двигателя, получившие широкое распространение в 60-90 годах, не воспроизводят в полном объеме сложную структуру неустановившихся процессов внутри двигателя. Полученные с их помощью результаты расчета имеют низкую степень достоверности при моделировании гидравлических потерь во впускных и выпускных клапанах, местах резкого сужения и расширения потока, там где имеет место течение газа через местные сопротивления. Для подавляющего большинства многомерных газодинамических моделей, при воспроизведении динамических, нестационарных процессов в отдельных элементах ДВС, в качестве граничных условий приходиться использовать экспериментальные данные или данные, полученные из расчетов по моделям более низкого уровня, например одномерных расчетов. Это снижает достоверность получаемых расчетных данных. Существенно повысить эффективность доводки двигателя на этапе проектирования, позволили бы пространственные математические модели сквозного расчета.

Исходя из этого, можно утверждать, что работа по созданию пространственныхматематических моделей двухтактных бензиновых ДВС, позволяющих совершенствовать их мощностные, экономические и экологическиехарактеристики, является актуальной. Наибольшая отдача в данном случае может быть достигнута за счет использования современных методов математического моделирования в сочетании с традиционными экспериментальными методами исследований.

Актуальность данного направления научно-исследовательских работ отмечена на уровне Министерства образования РФ. Диссертационная работа выполнена при поддержке двух грантов Министерства образования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук:

«Разработка математической модели рабочего процесса и процесса топливоподачи в двухтактном карбюраторном двигателе особо малого класса», грант №95-4.1-55 (1995-1996 г.), научный руководитель Н.В. Лобов;

«Численное исследование рабочего процесса в двухтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания», грант № ТОО-6.7-16

(2000-2001 г.), научный руководитель М.Ю. Егоров, ответственный исполнитель Н.В. Лобов.

Целью диссертационной работы является: разработка

пространственно-трехмерной математической модели сквозного расчета малогабаритного бензинового двухтактного двигателя внутреннего сгорания и ее последующее использование для улучшения характеристик двигателей на базе детального изучения структуры и характера нестационарных вихревых течений.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Произведен анализ конструкции и особенностей рабочего процесса двигателей данного класса.

2. Проведен обзор нестационарных математических моделей, используемых для моделирования рабочих процессов в двухтактных ДВС и обоснована целесообразность воспроизведения трехмерной структуры потока газа, когда двигатель рассматривается как единая система, включающая в себя систему впуска и выпуска, цилиндр с функциональными каналами и кривошипную камеру.

3. Произведен анализ основных численных методов газовой динамики, которые использовались и используются в настоящее время в качестве вычислительного «ядра» при построении выше названных математических моделей. Обоснован выбор оптимального метода расчета, отвечающего современным требованиям по быстродействию и точности расчета - метод Давыдова (метод крупных частиц (МКЧ)).

4. Разработана и отлажена прикладная программа, позволяющая воспроизводить в пространственно-трехмерной постановке нестационарное вихревое течение газа в двигателе.

5. Произведена оценка (верификация) созданной математической модели двигателя с использованием имеющихся и полученных в процессе выполнения диссертационной работы экспериментальных данных.

6. Исследована структура и характер газодинамических процессов, происходящих в ДВС.

7. Разработана методика расчета показателей процесса газообмена с учетом пространственно-трехмерного представления структуры газодинамического потока и определены критерии оценки совершенства конструкции газовоздушного тракта по мощностным, экономическим и экологическим параметрам.

Объект исследования: одноцилиндровый двухтактный карбюраторный двигатель с кривошипно-камерной продувкой, который относится к двигателям малого класса и используется преимущественно в качестве источника энергии в средствах малой механизации.

Предмет исследования: закономерности, определяющие причинно -следственные связи между конструктивными параметрами двигателя,

режимами его работы и термо- газодинамическими процессами, происходящими в цилиндре, кривошипной камере и системах впуска и выпуска.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивалась:

- использованием современного, поверенного высокоточного оборудования европейского класса для проведения индицирования ДВС;

- использованием метода Давыдова (МКЧ) - метода постановки прямого вычислительного эксперимента;

- использованием верифицированной математической модели двигателя, базирующейся на основных законах сохранения газовой динамики.

Для оценки качества созданной математической модели двигателя использованы результаты индицирования двигателя AS-165а фирмы As-motor (Германия). Экспериментальное исследование данного двигателя произведено на базе кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» IVK (Institut Verbrennungs und Kraftmaschinen) технического университета Штуттгарт. Индицирование двигателя осуществлено одновременно в трех местах: в цилиндре, в кривошипной камере и системе выпуска, при его работе по внешней скоростной характеристике.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. В предложенной методике сквозного расчета ДВС как единой системы, состоящей из систем впуска, выпуска, цилиндра с продувочными каналами, позволяющей в трехмерной постановке детально исследовать структуру и характер неустановившихся вихревых газодинамических процессов в рабочих полостях двигателя.

2. В полученных результатах численного исследования характера и структуры газодинамических течений в рабочих полостях малогабаритных двухтактных ДВС в трехмерной постановке.

3. В предложенной методике оценки потерь свежего заряда в процессе газообмена при использовании пространственной газодинамической модели двигателя.

Практическая ценность работы: заключается в разработанном математическом аппарате, созданном на его базе программном обеспечении и проведенных исследованиях, которые дают возможность конструировать и доводить малогабаритные двухтактные двигатели внутреннего сгорания с меньшими временными и материальными затратами, позволяют совершенствовать их мощностные, экономические и экологические параметры.

Основные принципы построения математической модели двухтактного ДВС могут быть применены для создания любого иного типа двигателя внутреннего сгорания: четырехтактных бензиновых и дизельных двигателей.

Реализация результатов работы: Программа и методика расчета функционирования двигателя бензомоторной пилы с учетом неустановившегося трехмерного течения газа приняты государственным специализированным конструкторским бюро моторного инструмента (ГСКТБМИ) ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского», г. Перми. Акт внедрения прилагается к диссертации.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: - Международном семинаре «Modeling advanced process technology, expert and control systems of heat and mass transfer phenomena», July, 8-10, 1996, Ekaterinburg; - Всероссийской конференции молодых ученых «Математическое моделирование физико-механических процессов», Пермь, ПермГТУ, 1996-1997; - Международной НТК «Проблемы двигателестроения», Москва, МВТУ им. Баумана, 1997; -VIII Международной НПК «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», Владимир, ВлГУ, 2001; - Всероссийской НТК «Аэрокосмческая техника и высокие технологии - 2002», Пермь, ПермГТУ, 2002; -Междурнародной НТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения - 2003», Челябинск, ЮурГУ, 2003; - IX Международной НПК «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», Владимир, ВлГУ, 2003; «Давыдовских чтениях», Москва, НАПН, 2002-2003 г.

Публикации Результаты исследований опубликованы в 26 работах, в 1 монографии и в 2 отчетах по госбюджетной тематике (отчеты по грантам Министерства образования РФ).

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 278 страниц и содержит 120 рисунков (в том числе цветные изображения), 26 таблиц, список литературы из 211 наименований и 7 приложений.

Достижение приведенных в данной диссертационной работе результатов было бы не возможно без моральной, консультационной и физической поддержки ряда лиц, которым бы хотелось высказать слова благодарности. Я выражаю свою глубокую признательность профессору Давыдову Ю.М. (разработчику метода) и профессору Егорову М.Ю., принявшим живое участие в обсуждении структуры будущей диссертации и оказавшим неоценимую помощь в освоении вычислительного метода расчета - метода Давыдова (метода крупных частиц). Особые слова благодарности хочется сказать работникам ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» г. Перми в лице главного конструктора Карелина Н.С. и ведущего инженера-исследователя Кудымова Н.С. за консультационную и практическую поддержку при внедрении результатов исследований. Я также благодарен

профессору Черняку Б.Я. за доброжелательные и конструктивные замечания, сделанные им на этапе завершения диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечено, что диссертационная работа ориентирована преимущественно на совершенствование конструкции и моделирование газодинамических процессов в газовоздушном тракте двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой особо малого класса. Типичными представителями двигателей такого класса являются двигатели бензомоторных пил, ручного бензиномоторного инструмента, газонокосилок. Во введении обоснована актуальность и важность выбранного научного направления, сформулирована цель работы, заключающаяся в создании пространственно-трехмерной математической модели сквозного расчета и последующем ее использовании для улучшения конструкции ДВС по мощностным, экономическим и экологическим параметрам, перечислены новые научные результаты, полученные при реализации указанной цели, которые выносятся на защиту.

Глава 1 В преамбуле первой главы приведена справка об истории создания отечественных бензомоторных пил. Кратко излагается устройство и принцип работы двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. Приведен разрез двигателя отечественной бензомоторной пилы: «Урала -2Э».

В результате анализа конструктивных схем, процесса газообмена и рабочего процесса ДВС данного класса, определены основные тенденции их развития, заключающиеся в дальнейшем усложнении конструкции ГВТ, в продолжающейся форсировке двигателя по степени сжатия, в увеличении номинальной частоты вращения коленчатого вала.

В качестве особенностей рабочего процесса были отмечены: трехмерный характер движения свежей смеси в цилиндре при газообмене, тесная взаимосвязь между процессами в разных системах, сильное влияние геометрии органов газообмена на протекание процессов в двигателе, большая вероятность обратных течений газа через окна.

Показано, что в связи с усложнением конструкции ГВТ оптимизация базовых элементов ДВС, оптимизация процесса газообмена невозможна без использования соответствующих газодинамических методов расчета.

Исследованию газодинамических процессов в ДВС посвящено много работ. Основы применения численных экспериментов в отечественной науке о ДВС были заложены А.С. Орлиным и М.Г. Кругловым. По мере развития материальной базы для исследований (и в первую очередь ЭВМ), развития вычислительных методов газовой и гидродинамики, появляются новые возможности при разработке математических моделей ДВС. Примером

этому, являются работы Киселева Б. А., Красовского О.Г., Петриченко P.M., Рудого Б.П., Березина СР., Гришина ЮА, Блэера Г., Бенсона Р. и т.д.

В отечественной практике для моделирования рабочих процессов в двухтактных двигателях малого класса получили преимущественное распространение одномерные газодинамические модели, которые не обеспечивают необходимый уровень достоверности расчетных данных. Речь идет об одномерной газодинамической модели двухтактного ДВС, разработанной P.P. Силлатом (Таллин) и интерактивной среде имитационного моделирования рабочего процесса в ДВС, разработанной под руководством Б.П. Рудого (Уфа) - среда «АЛЬБЕЯ». Требованиям сегодняшнего дня отвечают полномерные - трехмерные газодинамические модели ДВС сквозного счета, базирующиеся на фундаментальных законах газовой динамики или одномерные модели сквозного счета «сшитые» с наиболее важными фрагментами двигателя, выполненными в трехмерном исполнении.

Проведенный обзор численных методов газовой динамики показал, что для использования в качестве расчетного ядра в такой модели ДВС лучше всего подходит отечественный метод - метод Давыдова (МКЧ). Он неоднократно использовался для решения задач по моделированию процессов в ДВС. С помощью этого метода проведено численное исследование процесса газообмена в цилиндре двухтактного двигателя (Круглое М.Г., Давыдов Ю.М., Меднов А.А.), исследование процесса газообмена дизельного ДВС (Пелепейченко В.И.), совершенствование проточной части ДВС (Гришин Ю.А.). Он использовался для расчета нестационарных течений в квазитрехмерной постановке (Исаков Ю.Н., Бравин В.В.) и т.д. В качестве альтернативы методу крупных частиц рассматривались: метод характеристик, метод распада произвольного разрыва - метод Годунова и метод контрольных объемов, получивший широкое распространение в таких коммерческих лицензионных программах, как Star-CD, AVL FIFE, KIVA и т.д. Отказаться от использования коммерческих лицензионных программ пришлось вследствие их высокой стоимости и высокой стоимости вычислительных комплексов, на которые они устанавливаются.

Проведенный анализ показал, что в алгоритмах большинства пространственно-трехмерных газодинамических методов расчета содержатся итерационные процедуры, приводящие к увеличению продолжительности одного расчета до нескольких недель. Этого недостатка лишен МКЧ. Основными факторами, определившими его выбор в качестве расчетного «ядра» явились:

динамичное развитие метода и его фактическое использование при

моделировании задач поршневого двигателестроения;

возможность решения пространственных задач газовой динамики;

наличие многопараметрического класса разностных схем метода, позволяющих оптимально моделировать нестационарные, вихревые газодинамические течения эллептического, параболического и гиперболического типа при достаточной устойчивости маршевого счета; возможность моделирования многофазных сред, физико-химических процессов, теплообмена, горения и т.д.;

не итерационность процесса вычисления, и как следствие, высокая скорость маршевого счета на компьютерах, доступных большому числу пользователей;

широкая методическая обеспеченность в освоении метода: литература, конференции пользователей и т.д.

Глава 2. Для моделирования процессов в ДВС, была использована полная нестационарная пространственно-трехмерная система вихревых дифференциальных уравнений газовой динамики в дивергентной форме записи (1)-(5). При ее написании были использованы основные традиционные подходы механики жидкости и газа. Так как выше названная система дифференциальных уравнений в виду высокой сложности исследуемого процесса аналитического решения не имела, было использовано ее приближенное решение с использованием методов численного интегрирования.

Исходная нестационарная система дифференциальных уравнений Эйлера, записанная в дивергентном виде, имеет вид:

- уравнение неразрывности (сохранения массы)

- уравнения сохранения импульса по осям координат:

Э/ Эх

ЭГ Эу

- уравнение сохранения полной удельной энергии

- уравнение неразрывности (сохранения массы) для продуктов сгорания

Для замыкания системы было использовано уравнение состояния идеального газа

Система уравнений (1)-(5) решается методом Давыдова (МКЧ) в результате расщепления ее по физическим процессам. В процессе расчета среда моделируется системой из газообразных элементов - крупных частиц, по форме совпадающих в данный момент времени с ячейкой эйлеровой сетки. Решение задачи получается в процессе многократного, в данном случае не следует путать с итерационным процессом получения результата, повторения шагов по времени. В результате чего, пропорционально изменению шага расчета по времени происходит изменение угла поворота коленчатого вала и перемещение поршня. Вычислительный процесс длится до момента достижения относительной повторяемости цикличности мгновенных или интегральных параметров расчета. Расчет каждого временного шага (вычислительного цикла) в свою очередь разбивается на три этапа:

- эйлеров, когда для временного слоя /* +А1, определялись промежуточные значения скорости движения газа и энергии с использованием аппроксимации первого порядка точности по времени и по пространству;

- лагранжев, когда находились потоки массы, импульса и энергии через границы эйлеровых ячеек;

- заключительный, когда происходило перераспределение массы, импульса и полной удельной энергии по пространству и определялись окончательные поля эйлеровых параметров потока на фиксированной сетке в момент времени =

Для каждой элементарной ячейки производилось определение плотности - массы заряда, плотности - массы продуктов сгорания, скорости движения по трем координатам, энергии, температуры и давления

При построении математической модели двигателя были приняты следующие допущения

1 Рабочее тело - совершенный газ (идеальный в термодинамическом смысле), который в разные моменты времени состоит из двух компонентов свежего заряда и продуктов сгорания

2 Шероховатость труб и каналов не учитывается

3 Реальный процесс горения топлива заменен эквивалентным подводом тепловой энергии по закону Вибе ко всем ячейкам находящимся в камере сгорания

4 Процесс подачи топлива карбюратором представляется квазистационарной моделью в виде фиксированного в процессе расчета соотношения расхода топлива к расходу воздуха

5 Температура стенок цилиндра, каналов систем впуска и выпуска, а также глушителя, принимается постоянной и определяется в результате натурных исследований прототипа

6 Процесс теплообмена в цилиндре описывается моделью Вошни Расчетная схема двухтактного ДВС представлена на рис 1

Рис 1 Объемное представление расчетной схемы двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя А и В - каналы двигателя, связанные с атмосферой, 1 - поршень, 2- выпускной канал, 3 -впускной канал, 4 -продувочный канал

Вся область внутри двигателя покрывалась фиксированной в пространстве Эйлеровой расчетной сеткой, состоящей из прямоугольных элементарных ячеек-объемов или крупных частиц со сторонами Дх, Ду, Дг и объемом ДУ. Исходя из представленной расчетной схемы двигателя, были выделены следующие типы граничных условий:

а) непроницаемая неподвижная граница;

б) непроницаемая подвижная граница;

в) проницаемая неподвижная или открытая граница.

Для типов границ б) ив) в диссертационной работе было проведено специальное численное исследование. Принцип постановки граничных условий приводится.

Разбиение расчетной области на область интегрирования и граничную с ней область осуществлялось по специальному алгоритму. В соответствии с этим алгоритмом, все ячейки, не пересекающие граничных контуров внутренних полстей двигателя, относились к расчетной области. Для обеспечения единообразия вычислений вдоль всей расчетной области, вне зависимости от типа границы, был введен одиночный слой так называемых фиктивных ячеек или граничный слой.

При разработке данного алгоритма были приняты следующие допущения:

1. Все линейные размеры двигателя приводились к дискретному виду, кратному величине элементарного расчетного объема;

2. Производилось относительное упрощение расчетной схемы двигателя- радиусы закруглений и галтели спрямлялись при сохранении объемов полостей, длин и сечений каналов;

3. При наличии асимметрии в форме двигателя, она приводилась к симметричному виду;

4. Толщина внутренних перегородок в конструкции, принималась равной двум размерам элементарного расчетного объема.

Количество продуктов сгорания (полный эквивалент коэффициента остаточных газов, находящихся в ячейке), определялось по формуле:

Нулевое значение соответствует отсутствию в газе продуктов

тцк

сгорания, при этом параметр равен нулю. В том случае, если вся смесь сгорела, и параметр равен коэффициент остаточных газов равен единице.

Учет информации о процессе газообмена, совершенном ранее, осуществлялся с помощью параметра , так называемом остаточном фоне

продуктов сгорания. Величина этого параметра определялась после закрытия выпускных окон двигателя в момент начала такта сжатия рабочей смеси в виде осредненного параметра для всего локализованного объема цилиндра. Для этого в уравнение (4) был добавлен приходно-расходный комплекс, учитывающий преобразование свежей смеси в продукты сгорания:

Этот комплекс реализует преобразование рабочей смеси в продукты сгорания. В том случае, если скорость выгорания топлива Л/Л (по Вибе) равна нулю, то никакого изменения параметра Ъ1/к не будет После

воспламенения рабочей смеси от свечи зажигания параметр Ъ1/к начинает

увеличиваться и достигает своего наибольшего значения к концу процесса сгорания. Это значение определяется величиной плотности основного заряда Учет концентрации продуктов сгорания в цилиндре двигателя и процесс

преобразования свежей смеси в продукты сгорания необходимы как трассирующая присадка, по которой в дальнейшем будет осуществляться оценка степени эффективности процесса газообмена. Такой прием широко использовался и используется при осуществлении экспериментальных исследований.

На рис.2 проиллюстрировано изменение концентрации продуктов сгорания в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала при различном начальном значении величины уг Из анализа рис. 2 следует то,

что вне зависимости от остаточного фона продуктов сгорания итоговая величина количества остаточных газов после осуществления процесса сгорания равна единице.

Удельное количество теплоты, выделившейся на единицу массы рабочей смеси за цикл находилось по формуле

с1Ь11к/(Л = р11качГо)д№.

(7)

(8)

где - коэффициент выделения теплоты;

Н - низшая теплотворная способность топлива;

- химическая неполнота сгорания топлива;

(---)- доля топлива в объеме рабочей смеси с учетом

а !-Л

коэффициента избытка воздуха. Причем /, - стехиометрическое соотношение топлива к воздуху.

и т — - --------- —----

1

0,8

<

0,6

0,2

0

I 11 21 31 41 51

Угм аимрл! жолш. виа, град.

Рис. 2. Изменение концентрации продуктов сгорания в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала и начальной величины остаточного фона продуктов сгорания

Введение приходно-расходного комплекса (8) в уравнение (3) базовой системы уравнений, позволило осуществить расчет удельного количества теплоты, выделяющейся при сгорании в зависимости от степени продувки цилиндра при газообмене.

Процесс теплообмена рассчитывался по закону Ньютона. Средняя температура стенок базовых элементов двигателя считалась постоянной во время цикла. Расчет коэффициента теплопередачи для цилиндра был произведен по формуле Вошни, а для полостей вне цилиндра - с учетом критериев Рейнольдса и Прандтля.

При построении сквозной пространственно трехмерной математической модели двигателя были впервые отработаны следующие процедуры:

- методика расчета изменения состава газа в процессе сгорания смеси;

- методика расчета теплоемкости смеси в зависимости от состава газа и его температуры;

- методика расчета показателя адиабаты с учетом изменения состава газа и его температуры;

- методика расчета процесса тепловыделения при сгорании смеси;

- методика расчета процесса газообмена в виде обратной связи из интегральных показателей предыдущего расчетного цикла;

- методика расчета процесса теплообмена в цилиндре;

- методика постановки граничных условий на движущемся поршне при частичном или полном перекрытии боковых продувочных, впускных и выпускных окон;

- методика постановки граничных условий на «открытой» границе, в местах соединения внутренних полостей двигателя с атмосферой. Необходимые комментарии, результаты численного исследования и

тестирования вышеназванных процедур приведены в диссертации.

Глава 3 В данной главе приведены результаты верификации математической модели двигателя.

Экспериментальные данные для верификации математической модели были получены на кафедре IVK (ДВС) технического университета города Штуттгарт в ходе трехмесячной научной стажировки. На базе университета было выполнено индицирование серийного малогабаритного одноцилиндрового бензинового двигателя AS 165а.

Исследование ДВС было произведено с использованием нагрузочного измерительного комплекса DYNATRONIC. Для индицирования двигателя использовались кварцевые и пьезоэлектрические датчики и усилители фирмы Kistler. Для регистрации высокого давления был применен датчик 7061А с диапазоном измерения от 0 до 25 мПа и собственной частотой 45 кГц. Для индицирования низкого давления были использованы датчики 4043/45А с диапазоном измерения от 0 до 0,2 мПа и собственной частотой более 20 кГц. Осциллографирование двигателя было произведено одновременно в трех местах: в цилиндре, в кривошипной камере и в системе выпуска, в диапазоне частот от 2000 до 5500 мин1. Шаг изменения частоты вращения двигателя составлял 500 мин-1. Обработка электрического сигнала приходящего от усилителей произведена с использованием специализированной системы FEVIS (Flexibles Elektronisches Verbrennungsmotoren jndizersystem). Система создана для целей индицирования двигателей внутреннего сгорания. Результаты индицирования двигателя, преобразованные с помощью комплекса FEVIS в виде Exel-формата, были использованы для оценки совершенства полученной математической модели. Для осуществления тестовых расчетов двигателя AS-Ша были использованы рабочие чертежи фирмы-изготовителя.

Результаты численного исследования двигателя были получены на компьютере Pentium 4 с процессором 1800 мГц и оперативной памятью 256 Мб. Для осуществления серийных, маршевых расчетов двигателя требовалась разработка способа задания стартовых, начальных условий. Проведенное исследование показало, что более универсальными являются

следующие условия. Расчет начинается при движении поршня из нижней мертвой точки. Начальная частота вращения коленчатого вала соответствует расчетной частоте вращения. Во всех внутренних полостях ДВС находится газ с плотностью и давлением, равными атмосферным. Скорость течения газа в ячейках равна нулю. Начальное значение плотности продуктов сгорания (ППС) для всех элементов системы выпуска задается равным плотности рабочей смеси, а для цилиндра - равным 0,8 плотности рабочей смеси. В продувочных каналах, системе впуска и кривошипной камере ППС принимается равной нулю.

После расчета одного оборота коленчатого вала было отмечено полное соответствие моделируемого процесса реальному процессу, происходящему в двигателе. Имело место качественное соответствие расчетных и экспериментальных результатов. Для количественной стабилизации расчетных параметров потребовалось совершение пяти - шести расчетных оборотов коленчатого вала. Расчет двигателя в данном случае представлял из себя серию вычислений, в ходе которой происходило установление нестационарного процесса. Следует подчеркнуть, что использование предлагаемого способа задания начальных условий совместно с выполнением многоциклового расчета до достижения процесса установления, позволяет производить расчеты новых схем ДВС фактически при отсутствии каких - либо экспериментальных данных.

На рис. 3. представлены результаты многоциклового расчета одноцилиндрового двухтактного двигателя. На графике приведено изменение давления и температуры газа в цилиндре - рис.3а; изменение давления в кривошипной камере и системе выпуска - рис.Зб; изменение массового расхода газа на входе и выходе из двигателя - рис.3в и изменение концентрации продуктов сгорания от цикла к циклу - рис.Зг. Представленные зависимости демонстрируют процесс стабилизации расчетных параметров к указанному моменту. К этому времени происходит установление баланса расхода массы газа на входе и выходе из двигателя.

На рис. 4. приведены результаты изменения концентрации продуктов сгорания в рабочей смеси в цилиндре после газообмена при реализации многоциклового расчета двигателя с различным начальным фоном ППС. В основу построения графика положены результаты расчета газообмена двигателя от цикла к циклу. Всего было выполнено три варианта расчета с различной начальной степенью концентрации продуктов сгорания в цилиндре, равной, соответственно 0,4; 0,6 и 0,8. Как следует из графика, процесс схождения параметров к определенной точке происходит вне зависимости от выбранной величины начального фона. Величина параметра, к которому сходится расчет, зависит, в первую очередь, от конструктивных параметров двигателя и, следовательно, степени совершенства процесса газообмена.

Рис. 3. Результаты много циклового расчета одноцилиндрового двухтактного двигателя. Начальная концентрация продуктов сгорания в цилиндре равна 0,4:

а) изменение давления и температуры газа в цилиндре;

б) изменение давления в кривошипной камере и системе выпуска;

в) изменение массового расхода газа на входе и выходе из ДВС;

г) изменение концентрации продуктов сгорания в цилиндре

А 0,3 12

о,з -1-1-1-1-1-1-1-

01 2345678

0 бор от коленчатого в ала

Рис. 4. Результаты изменения концентрации продуктов сгорания в цилиндре после газообмена от цикла к циклу в зависимости от различного начального фона остаточных газов

На рис. 5. представлен фрагмент расчета, на котором изображено поле вектора скорости в момент истечения выхлопных газов из цилиндра в глушитель. Длина вектора скорости, а также его цвет, зависит от величины параметра скорости в расчетной ячейке. На рис. 6. изображено поле концентраций продуктов сгорания при газообмене: синим цветом представлена свежая смесь, красным цветом - продукты сгорания. Радужный переход от синего цвета к красному соответствует различной степени перемешивания свежего заряда с продуктами сгорания.

С целью оценки влияния степени дискретизации области интегрирования на результаты расчета, было проведено специальное исследование. В результате чего был подтверждена известная закономерность - повышение степени дискретизации расчетной области позволяет более точно передавать геометрическую форму внутренних полостей ДВС и, следовательно, получать более достоверные расчетные данные. Однако, чрезмерная дискретизация расчетной области ведет к необоснованному росту общей продолжительности расчета. В работе даны рекомендации в части выбора рационального шага дискретизации по пространству без существенного снижения точности расчета.

Результаты сравнения расчетных и экспериментальных диаграмм для частоты вращения коленчатого вала, равной 5000 мин ' изображены на рис. 7. Представленные диаграммы соответствуют моменту стабилизации расчетных параметров двигателя (пятый оборот коленчатого вала).

Рис. 5. Фрагмент расчета двигателя. Векторное поле скоростей в ДВС в момент продувки цилиндра

Рис. 6. Фрагмент расчета двигателя. Поле концентраций продуктов сгорания в ДВС при газообмене

Рис 7 Результаты сравнения расчетных и

экспериментальных индикаторных диаграмм давления двигателя AS -165а фирмы AS-пюtor на режиме внешней скоростной

характеристики при частоте вращения

коленчатого вала

двигателя 5000 мин ', а) давление в цилиндре, б) давление в кривошипной камере, в) давление в системе выпуска

На основании проведенного исследования была отмечена высокая степень согласования расчетных и экспериментальных данных по количественным и качественным показателям Созданная и протестированная математическая модель двигателя была использована в дальнейшем для исследования структуры и характера, происходящих в нем динамических процессов

В главе 3 приведена также методика расчета эффективных параметров работы ДВС при использовании пространственно трехмерной модели и результаты расчета и сравнения экспериментальных данных при работе двигателя по внешней скоростной характеристике Проведенное сравнение показало, что отклонение кривых при расчете мощности и крутящего

момента двигателя не превысило 5%, а отклонение при расчете расходных характеристик двигателя составило около 12%.

Глава 4 В данной главе численным образом исследовались структура и характер газодинамических течений в ГВТ двухтактных малогабаритных двигателей. Объектом исследования был двигатель отечественной серийной бензомоторной пилы «Урал-2Э». Для оценки степени достоверности получаемых расчетным путем данных была проведена серия тестовых расчетов двигателя. Экспериментальные данные индицирования двигателя взяты из работы Шмакова Д.К. (Шмаков Д.К. Некоторые особенности рабочего процесса двигателей бензиномоторных инстру-ментов// Труды ЦНИИМЭ (Химки). -1970. - № 109. - С. 13-18) Результат сравнения индикаторных диаграмм представлен на рис 8. Несмотря на достаточно

высокую степень совпадения искомых кривых,

наблюдаются некоторые

отклонения на линии сгорании смеси и такте расширения. Более точного совпадения кривых можно добиться в результате подбора

эмпирических коэффициентов модели тепловыделения Вибе и модели теплообмена Вошни. В данном случае такое уточнение не производилось Эмпирические коэффициенты модели горения и теплообмена при осуществлении расчета двигателя «Урал -2Э» не изменялись и соответствовали значениям, полученным при выполнении тестовых расчетов двигателя Л8 165а.

В ходе проведенного Рис. 8. Расчетные и экспериментальные численного исследования индикаторные диаграммы структуры и характера давления газов в цилиндре газодинамических течений двигателя «Урал-2Э» (по внутри двигателя были результатам расчета третьего установлены следующие оборота коленчатого вала): закономерности-Расчет -«-Эксперимент Получение требуемой

скоростной характеристики

двигателя связано с формированием соответствующей угловой продолжительности открытия впускного, выпускного и продувочных каналов. При увеличении угловой продолжительности открытия всех вышеназванных каналов точка реализации максимальной мощности смещается в область более высоких частот вращения коленчатого вала.

- Существенный вклад в последующее обеспечение мощностных и экономических параметров работы двигателя оказывает сечение и продолжительность открытия выпускного окна.

- Установленным фактом является наличие обратных течений продуктов сгорания из цилиндра в кривошипную камеру в процессе газообмена. Количество прорывающихся туда газов зависит от взаимного расположения верхней кромки выпускного и продувочного окон. При уменьшении высоты продувочных окон относительно высоты выпускных окон, происходит уменьшение количества продуктов сгорания поступающих в кривошипную камеру и наоборот. При чрезмерном уменьшении высоты продувочных окон происходит снижение эффективности продувки. Требуется поиск компромиссного решения.

- Реальный процесс замещения продуктов сгорания свежим зарядом после открытия продувочных окон начинается с запаздыванием. Период этой задержки зависит от количества прорвавшихся в кривошипную камеру продуктов сгорания. Поступление свежего заряда начинает происходить только после их удаления из продувочного канала.

- Относительное снижение эффективности процесса газообмена происходит вследствие потерь части свежего заряда через выпускные окна и обратного заброса свежего заряда в продувочный канал в конце продувки.

Оценка эффективности процесса газообмена в двухтактном ДВС производилась по следующим параметрам: коэффициенту остаточных газов ; коэффициенту избытка продувочного воздуха коэффициенту

наполнения Т)у ,• коэффициенту использования продувочной смеси Т]и и коэффициенту эффективности продувки . Использование информации о характере и структуре газодинамических параметров внутри цилиндра двигателя позволило определить эти коэффициенты с более высокой степенью достоверности. При этом не использовались известные термодинамические соотношения, содержащие эмпирические коэффициенты. Нахождение значений искомых коэффициентов происходило в результате прямой обработки численной информации в области интегрирования, по факту расчета. Так определялись: и

Аналитическая зависимость для определения коэффициента остаточных газов уже была приведена, см. формулу (6).

Коэффициент использования продувочной смеси определялся по формуле:

_ _(Я«х)-(Явых) Пи - . , <0

(9)

где (Яы) - средний массовый расход свежей смеси на входе в цилиндр двигателя (стык продувочного канала с цилиндром), кг/с;

- средний массовый расход свежей смеси на выходе из цилиндра двигателя (стык выпускного канала с цилиндром), кг/с.

Мгновенное значение массового расхода свежей смеси на входе в цилиндр двигателя определялось по формуле

где N - число целых ячеек в контрольном сечении продувочного канала; и1 - скорость газа в ячейке, перпендикулярная контрольному сечению; А - площадь ячейки в контрольном сечении.

Мгновенное значение массового расхода свежей смеси на выходе из цилиндра (количество свежего заряда попавшего в систему выпуска в процессе продувки) определялось по формуле:

где М - число целых ячеек в контрольном сечении выпускного канала.

Целесообразность учета перемещения через контрольные сечения только свежего заряда была продиктована тем, что в процессе газообмена через искомые сечения может перемещаться не только свежий заряд, но и продукты сгорания.

На рис. 9,а представлены результаты изменения массового расхода свежего заряда на входе и выходе из цилиндра двигателя «Урал-2Э» в процессе газообмена в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Кривая 1 - соответствует поступлению свежего заряда в цилиндр, кривая 2 -соответствует поступлению свежего заряда в систему выпуска, кривая 3 -показывает изменение остаточного фона ПС в цилиндре двигателя. На рис. 9,б представлен характер изменения давления в цилиндре и кривошипной камере. Кривые 4 и 5, соответственно, демонстрируют изменение давления в

цилиндре и кривошипной камере. Для лучшего анализа рисунков 9,а и 9,б под ними представлены интервалы открытия выпускного и продувочного каналов. Меньший интервал открытия относится к продувочному каналу.

Рис.9. Результаты расчета показателей процесса газообмена в двухтактном двигателе бензиномоторной пилы «Урал-2Э»:

а) изменение расчетного значения массового расхода свежего заряда на входе - 1 и выходе из цилиндра - 2 двигателя в процессе газообмена;

б) изменение расчетного значения давления в цилиндре - 4 и кривошипной камере - 5 двигателя в процессе газообмена

Коэффициента избытка продувочного воздуха может быть определен по формуле

60-<о

^лривед

где тв - масса свежего газа поданного в цилиндр за время газообмена, кг/с;

тпрша - приведенная масса газа, которая может поместиться в цилиндре при атмосферных условиях, кг/с; V - объем цилиндра двигателя, м3;

коэффициент, учитывающий потери хода поршня, вследствие утечки свежего заряда через открытое выпускное окно. Коэффициент наполнения определялся по формуле:

где - средняя плотность свежего заряда находящегося в цилиндре к

моменту закрытия выпускного окна, кг/м3;

р0 - плотность газа, находящегося в цилиндре, при атмосферных условиях, кг/м3. Соответствует стартовым, начальным условия расчета; N - число ячеек в области интегрирования, находящихся над поршнем.

Изменений в формуле расчета коэффициента эффективности продувки не было. Он определялся обычным образом:

Сравнение расчетных значений показателей процесса газообмена для двигателя «Урал-2Э» со справочными данными показало, что полученные значения укладываются в общепризнанные диапазоны см. табл. 1.

Эффективность использования созданной математической модели двигателя совместно с новым подходом в определении показателей процесса газообмена при отработке конструкции двигателя была оценена при осуществлении тестовых расчетов при выборе рациональной схемы продувки цилиндра; при исследовании влияния коэффициента избытка продувочного воздуха на эффективность очистки цилиндра; при исследовании влияния отношения S/D (хода поршня к его диаметру) и степени сжатия в кривошипной камере на показатели процесса газообмена.

Варианты конструктивного исполнения цилиндра двигателя, реализованные в расчете, представлены на рис. 10. На основании полученных расчетных данных, было зафиксировано повышение коэффициента наполнения двигателя Т| v у второго варианта на 4-5% за счет увеличения

коэффициента избытка продувочного воздуха ф0 и увеличения коэффициента использования топлива Т] и.

Таблица 1

Результаты сравнения полученных расчетных показателей процесса газообмена двигателя «Урал-2Э» с имеющимися справочными данными

Параметр Результаты расчета Диапазон изменения параметра по справочным данным Источник

Л. 0,78 0,83-0,91 0,7-0,9 По Тарееву, [150], стр.69 По Кондрашову, [55], стр.98

Уг 0,51 0,30-0,50 По Тарееву, [ 150), стр.76

Ф* 0,79 0,6-0,9 По Тарееву, [150], стр.76

0,62 0,42-0,81 -

Л, 0,66 0,5-0,8 По Блэсру, [172], стр. 230

а) б)

Рис. 10. Варианты исполнения геометрии выпускных и продувочных окон двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой реализованные в расчете: а) вариант 1 (серийный вариант)

б) вариант 2 (модифицированный вариант)

Результаты расчета влияния коэффициента избытка продувочного воздуха на эффективность очистки цилиндра, представлены на рис. 11. Полученные данные приведены совместно с учетом принятых ограничений по гипотезе послойного вытеснения и гипотезе полного мгновенного перемешивания. Дополнительно к этому на график нанесена аналитическая зависимость Г. Блэера для двигателей ручного бензиномоторного

инструмента. Для построения данной зависимости было использовано следующее уравнение, предложенное Г. Блэером

где ko, kj, kj - соответственно, коэффициенты, полученные в результате обработки экспериментальных данных и равные: 0,026355; -1,2916 и -0,12919 (Blair G.P. Design and Simulation of Two-Stroke Engines. - Warrendale (Pa.): Society of Automotive Engineers, 1996. - 591 p. (SAE R-161)).

• 12 3

Квэффшросг юбыш

ЦЩН1И М|ф»

РИС. 11. Изменение эффективности продувки цилиндра в зависимости от коэффициента избытка продувочного воздуха <р0, по данным расчета

Расчетные данные двигателя «Урал-2Э» полностью укладываются в заданный интервал. При этом следует отметить то, что первая точка на рис.11., относящаяся к естественному для двигателей бензиномтороного инструмента коэффициенту избытка продувочного воздуха, соответствует гипотезе послойного вытеснения продуктов сгорания. Такие же данные приводит и Г. Блэер. Дальнейшее повышение степени очистки цилиндра при

повышении коэффициента избытка продувочного воздуха достигается за счет комбинированной очистки цилиндра с использованием послойного вытеснения и смешивания свежего заряда с продуктами сгорания Об этом отмечается в работах профессора Круглова М Г

При исследовании влияния отношения S/D (хода поршня к его диаметру) и степени сжатия в кривошипной камере на показатели процесса газообмена было установлено, что уменьшение отношения S/D и увеличение степени сжатия в кривошипной камере двигателя способствуют повышению эффективности очистки цилиндра Проведенный сравнительный расчет показал высокую эффективность численного моделирования процесса газообмена в двигателе

В рамках данного исследования была предпринята попытка изучения закономерностей формирования шумовой характеристики работы двигателя

Источниками шума у ДВС подобного класса являются шум впуска, шум выпуска, корпусной шум, шум от сгорания и механический шум Поскольку газодинамическая модель позволяла оценивать и воздействовать только на характер течения газа в полостях двигателя, то в качестве основного источника шума в дальнейшем рассматривался шум выпуска и впуска отработавших газов

Существенный вклад в изучение этого явления применительно к двухтактным малогабаритным двигателям сделали Б П Рудой и Г Блэер Отработанные в ходе выполнения данной работы основные концепции проектирования ГВТ ДВС по шумовым характеристикам с учетом исследований Б П Рудого выглядят следующим образом

1) Управление газодинамическими процессами на входе и выходе из двигателя позволяет формировать шумовые характеристики двигателя

2) В качестве предварительного оценочного параметра при этом следует использовать амплитуду массового расхода газа

3) При увеличении амплитуды массового расхода газа на входе и выходе из двигателя происходит увеличение производимого двигателем уровня шума и наоборот

4) Оптимизацию конструкции элементов систем впуска и выпуска двигателя следует производить комплексно в составе единой системы «система впуска - кривошипная камера - цилиндр - система выпуска», т к изменение конструкции каждого элемента системы влияет на эффективность работы объекта в целом Данным требованиям в полной мере удовлетворяет созданная трехмерная газодинамическая модель ДВС, позволяющая на стадии проектирования оценить совершенство конструкции

5) Оптимальным во всех отношениях будет тот двигатель, который будет иметь максимально возможное значение коэффициента наполнения и коэффициента использования продувочного заряда при минимальных

значениях амплитуды массового расхода газа на входе и выходе из двигателя.

В ходе выполнения опытно - конструкторских работ с ФГУП «Машзавод им. Ф. Э. Дзержинского» г. Перми для проверки эффективности использования предлагаемых критериев оценки двигателя в совокупности с разработанной газодинамической моделью был произведен сравнительный расчет для двух вариантов глушителя двигателя «Урал-2Э». На рис. 12,а изображен серийный глушитель с объемом внутренней полости, равным 570 см3. На рис. 12,б представлен модифицированный глушитель, объемом 930 см3.

а) б)

Рис.12. Объемное представление глушителей бензиномоторной пилы «Урал-2Э»: а) серийный вариант; б) модифицированный вариант

На рис. 13. приведен расчет изменения массового расхода газа на выходе из двигателя. Величина амплитуды массового расхода газа для

Угол поворота коленчатого «ала, [рад.

Рис. 13. Изменение массового расхода газа на выходе из двигателя

модифицированного глушителя оказалась значительно меньше величины, соответствующей серийному глушителю Этот факт позволил спрогнозировать снижение уровня шума производимого двигателем «Урал-2Э» при использовании модифицированного глушителя Проведенные натурные исследования в ГСКТБМИ ФГУП «Машзавод им Ф Э Дзержинского» г Перми подтвердили данный прогноз При использовании серийного глушителя общий уровень шума составил 108 дБа, а при использовании модифицированного глушителя 105 дБа Предлагаемый способ снижения шума является актуальным и для систем впуска газов

Комплексный расчет ДВС, как единой системы позволяет правильно прогнозировать параметры функционирования объекта не только по шумовым характеристикам, но и по мощностным и экономическим параметрам его работы Использование вычислительных технологий, при их разумном сочетании с экспериментальными исследованиями, способствует осуществлению технологического прорыва при разработке новых схем двигателей и ихдоводке Среди основныхнаправлений дальнейшегоразвития модели в теоретическом плане следует назвать

1 применение турбулентной модели горения,

2 совершенствование пространственной модели теплообмена,

3 добавление модели расчета токсичности выбросов,

4 разработка более совершенной модели системы топливоподачи,

5 использование механизма дробной ячейки для более точной передачи внутренней топологии двигателя

Основными направлениями использования созданной газодинамической модели являются

1 оптимизация газодинамических процессов в ГВТ двигателя,

2 оптимизация шумовых характеристик двигателя,

3 управление процессом сгорания топлива в цилиндре двигателя,

4 расчет тепловой напряженности всех элементов конструкции

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 На основании проведенного анализа конструкций и особенностей рабочего процесса двухтактных бензиновых двигателей с кривошипно камерной продувкой отмечено, что дальнейшее развитие их конструкции, совершенствование их характеристик неизбежно связано с использованием современных трехмерных газодинамических моделей, базирующихся на фундаментальных законах газовой динамики

2. Проведенный обзор сквозных нестационарных методов расчета ДВС показал, что в отечественной и мировой практике получили преимущественное распространение одномерные газодинамические модели. Более перспективные трехмерные модели пока нашли ограниченное применение при воспроизведении газодинамических процессов в отдельных элементах двигателей: цилиндре, выпускном коллекторе, впускном патрубке и т.д. Недостатком несквозного трехмерного моделирования является отсутствие возможности оптимизации конструкции двигателя, как единой системы, вследствие жесткой привязки к экспериментальным данным. Этого можно избежать при создании трехмерных программ сквозного счета или при «сшивке» одномерных программ сквозного счета с наиболее важными фрагментами двигателя, выполненными в трехмерном исполнении.

3. Знакомство с лицензионными программными пакетами типа Star-CD, которые теоретически могли быть использованы для реализации выше названной цели, показало, что они чрезвычайно дороги и недоступны широкому кругу пользователей. Поэтому были проанализированы альтернативные методы газовой динамики, обладающие эквивалентными вычислительными способностями.

4. Проведенный анализ показал, что в алгоритмах большинства пространственно-трехмерных газодинамических методов расчета содержатся итерационные процедуры, приводящие к увеличению продолжительности одного расчета до нескольких недель. Лишенным данного недостатка оказался метод Давыдова (метод крупных частиц) - современный, высокоэффективный, не итерационный метод расчета, который уже неоднократно использовался при решении задач поршневого двигателестроения. Этот метод позволяет производить расчеты на компьютерах средней и малой мощности, доступных большинству пользователей.

5. На базе метода Давыдова разработана пространственно-трехмерная модель сквозного расчета двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. В ходе численного исследования созданной математической модели установлено, что впервые на практике удалось на более высоком качественном и количественном уровне воспроизвести структуру и характер газодинамических течений внутри всего газовоздушного тракта двигателя. Достоверность данных полученных расчетным путем подтверждена с помощью полученных в ходе выполнения работы экспериментальных данных. Математическая модель не имеет изначальной привязки к экспериментальным данным и может быть использована при проектировании и доводке новых элементов конструкции ГВТ ДВС. Программа и методика расчета двухтактного двигателя внедрены в ГСКТБМИ ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» г. Перми.

6 Разработанная компьютерная программа была использована для расчета показателей процесса газообмена Отличительной особенностью этого расчета явилось то, что показатели процесса газообмена находились без использования известных термодинамических зависимостей, обычно содержащих большое количество эмпирических коэффициентов Нахождение значений показателей процесса газообмена происходило в результате прямой обработки численной информации в области интегрирования, по факту расчета Так определялись коэффициент остаточных газов, коэффициент избытка продувочного воздуха и коэффициент использования продувочного воздуха Проведенное сравнение полученных расчетных данных со справочными, табличными данными показало, что зафиксированные в ходе расчета значения укладываются в общепризнанные диапазоны

7 В результате исследования структуры газодинамического потока внутри двигателя и установления причинно-следственных связей между элементами конструкции и эффективными параметрами процесса газообмена и работы двигателя в целом, даны рекомендации по проектированию газовоздушного тракта малогабаритных двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой Снижения количества остаточных газов в цилиндре двухтактного двигателя после завершения процесса газообмена можно достичь

- в результате более рациональной организации схемы движения свежего заряда в цилиндре двигателя при увеличении, например, числа продувочных каналов;

- в результате увеличения коэффициента избытка продувочного воздуха за счет увеличения подачи свежего заряда кривошипной камерой (увеличение степени сжатия в кривошипной камере) и снижения гидравлических потерь;

- в результате уменьшения отношения S/D (отношения хода к диаметру поршня)

8 Осуществление сквозного расчета двигателя в трехмерной постановке позволяет решать такие технические задачи, как оптимизация шумовых характеристик двигателя Действительного снижения уровня шума от работающего двигателя можно достичь за счет минимизации амплитуды массового расхода газа на входе и выходе из ДВС При этом критериями оценки эффективности конструкции ДВС на этапе проектирования являются-значение коэффициента наполнения, значение коэффициента использования продувочного воздуха и значение амплитуды массового расхода газа на входе и выходе из двигателя Эта рекомендация была учтена при разработке нового варианта глушителя шума двигателя бензиномоторной пилы «Урал-2Э» Применение модернизированного глушителя позволило снизить уровень шума на 3 %

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1 Лобов Н В Особенности определения показателей процесса газообмена при совершении двигателем более одного расчетного оборота коленчатого вала// Деп рук ВИНИТИ - 1997 - № 2978-В97 - Юс

2 Лобов Н В Результаты численного исследования влияния фаз газообмена двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя на эффективные показатели его работы // Деп рук ВИНИТИ - 2000 - ЛУ 1487-ВОО -23 с

3 Лобов Н В Постановка граничных условий на поршне по методу крупных частиц при перекрытии поршнем бокового канала// Деп рук ВИНИТИ -1996 -№ 1781-В96 -9 с

4 Лобов Н В Способ постановки начальных условий расчета в многомерных газодинамических моделях двигателей внутреннего сгорания // Известия ТулГУ Автомобильный транспорт (Тула) - 2002 - Вып 6 -С 127-135

5 Лобов Н В Трехмерная математическая модель двухтактного одноцилиндрового бензинового ДВС // Строительные и дорожные машины -2003 -№2 -С40-42

6 Лобов Н В Расчет по трехмерной модели процесса газообмена двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя с кривошипно-камерной продувкой // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей Материалы IX МНПК -Владимир, 2003 - С 261-263

7 Лобов Н В Численное исследование возможности совершенствования шумовых характеристик двигателя при использовании трехмерных газодинамических моделей // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей Материалы IX МНПК -Владимир, 2003 - С 263-266

8 Лобов Н В Оценка эффективности работы глушителя двухтактного бензинового ДВС // Строительные и дорожные машины - 2004 - № 6 -С 41-42

9 Лобов Н В Исследование рабочего процесса двухтактного карбюраторного ДВС с помощью трехмерной математической модели // Известия ТулГУ Автомобильный транспорт (Тула) - 2003 - Вып 7 - С 205-212

10 Лобов Н В Оценка эффективности использования метода крупных частиц при решении тестовой задачи // Двигателестроение - 2003 - №2 -С 24-25

11 Лобов Н В Моделирование рабочего процесса в двухтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания - Пермь Изд-во ПермГТУ, 2003 -81с

Лицензия ПД-11-0002 от 15.12.99

Подписано в печать 20.01.2005. Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 2,18 Бумага ВХИ. Формат 90X60/16. Набор компьютерный. Заказ № 36/2005.

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ ПГТУ 614000, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к.113, т.(3422) 198-033

05.0-1— 05.06

~665

í о ФЕН 2005

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ 4 И СИМВОЛОВ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ 16 ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1.1. Анализ конструкции и особенностей процесса 17 газообмена двухтактных двигателей внутреннего сгорания

1.2. Анализ уровня развития газодинамических методов 29 расчета двигателей внутреннего сгорания

1.3. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА 63 ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Исходная система дифференциальных уравнений

2.2. Описание расчетной схемы двигателя

2.3. Основные этапы расчета

2.4. Постановка граничных условий

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЕРИФИКАЦИИ 112 ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

3.1. Постановка начальных условий расчета

3.2. Результаты сравнения расчетных и 119 экспериментальных данных

3.3. Методика расчета эффективных параметров работы 145 двигателя внутреннего сгорания

3.4. Исследование влияния степени дискретизации расчетной области на результаты расчета

3.5. Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя

3.6. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИЛЛЮСТРАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПО УЛУЧШЕНИЮ-КОНСТРУКЦИИ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

4.1. Оценка эффективности процесса газообмена в двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой

4.2. Способы повышения эффективности процесса газообмена в двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой

4.3. Оценка шумовых характеристик двигателя на этапе проектирования

4.4. Основные направления дальнейшего развития и практического использования трехмерной газодинамической модели двигателя

Более 130 лет двигатели внутреннего сгорания являются основой силовых агрегатов, получивших широкое распространение в качестве относительно простого, эффективного и надежного источника энергии в народном хозяйстве. Эти двигатели в ближайшие десятилетия сохранят свою лидирующую позицию, реальной конкуренции с другими мобильными источниками энергии у них не ожидается. Особое место среди всех типов ДВС занимают двухтактные двигатели. Общепризнанными преимуществами двухтактных ДВС являются: лучшее, чем у четырехтактных отношение массы к мощности; относительная простота конструкции; удвоенное число рабочих тактов за идентичный временной отрезок в сравнении с четырехтактными. Однако у двухтактных двигателей есть и недостатки. Так, например, у бензиновых двухтактных ДВС с кривошипно-камерной продувкой это потери топливовоздушной смеси при продувке цилиндра и, связанный с этим, неизбежный повышенный расход топлива и повышенный выброс токсичных веществ в атмосферу. Открывающиеся в настоящее время новые технические возможности по устранению выше названных недостатков, на фоне известных преимуществ, приводят к тому, что интерес к двухтактным двигателям сегодня вновь возрождается, и они становятся привлекательными как для инвесторов, так и для производителей. Характерным примером является повышенный спрос на сегодняшний день на средства малой механизации. В качестве источника энергии в них используются двухтактные бензиновые двигатели. Потребность народного хозяйства только в малогабаритных двигателях бензомоторного инструмента составляет свыше полумиллиона штук в год. Наглядным примером этому является программа выпуска отечественных малогабаритных двигателей представленная на рис. 1.1. До развала СССР Пермский машиностроительный завод выпускал более полумиллиона пил в год. Его продукция при этом пользовалась большим спросом.

600 500 400 н у* 300 а н

200 100 0

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Год

Рис. 1.1 Изменение динамики валового выпуска бензиномоторных пил ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» г. Перми

На сегодняшний день на внутреннем рынке России просматривается устойчивая тенденция приобретения отечественным пользователем двухтактных двигателей внутреннего сгорания импортного производства. Зарубежные аналоги при более высокой стоимости являются более экономичными, имеют меньший вес и токсичность выхлопа, производят меньше шума. Все это позволяет сделать вывод о том, что отечественные двухтактные ДВС еще не достигли предела совершенства, требуется развитие и оптимизация их конструкции. В качестве иллюстрации данного факта представлены технические характеристики отечественных и импортных бензиномоторных пил, см. приложение 1. Технические характеристики бензиномоторных пил предоставлены ведущим инженером-исследователем Пермского ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» Кудымовым Н.С. Данное предприятие являлось головным предприятием СССР по выпуску бензиномоторных пил. Анализ табличных данных показывает, что для двигателей примерно одинакового рабочего объема «Урал-2ТЭ» и «Хускварна-288» удельная масса отечественного агрегата больше на 30-40%, удельный расход топлива больше на 15-20%, уровень шума больше на 5%. Если сравнивать двигатель бензиномоторной пилы «Дружба-4МЭ» с двигателем «Хускварна-288», то эта разница будет еще более значительной.

Основным вектором в тенденции развития двухтактных бензиновых двигателей в настоящее время остается поиск путей минимизации потерь свежего заряда при продувке [55, 171, 172, 179, 188, 201, 207, 211]. В соответствии с международными нормами валовой выброс вредных веществ, например, ручным бензомоторным инструментом не должен превышать в 2002 году 130-240 г/кВтч. К 2008 году эта норма еще больше ужесточается и должна составлять 50-72 г/кВт-ч [211]. Для достижения поставленной цели используются различные пути усовершенствования конструкции двигателя: впрыск топлива [201, 211], комбинированные системы подачи топлива [55, 172], расслоение заряда [55, 201], установка катализаторов и т.д.

Процесс газообмена в двухтактных двигателях имеет свою специфику и существенно отличается от газообмена четырехтактных. Для принудительного вытеснения продуктов сгорания из цилиндра двигателя в данном случае используется не поршень, а поступающий свежий заряд. Поэтому доводка газовоздушного тракта (ГВТ) двухтактного двигателя чрезвычайно сложна и трудоемка. Требуются большие объемы опытно-конструкторских работ, связанные с настройкой и изменением конструкции ГВТ [172, 201]. И с использованием только экспериментальных методов все это является чрезвычайно длительной и дорогой процедурой. Сокращению сроков разработки новых двигателей способствовало бы наличие достоверной и полной информации о сложных, нестационарных газодинамических процессах происходящих в их полостях. Общепризнанным и наиболее перспективным путем сокращения затрат в этом случае является использование вычислительных технологий и ЭВМ. При этом сам вычислительный процесс при обеспечении должного уровня достоверности может рассматриваться как численный эксперимент и относится к экспериментально-теоретическим методам исследования [51].

Известные одномерные нестационарные методы расчета двигателя, получившие широкое распространение в 60-90 годах [43, 80, 108, 144, 145, 146], не дают возможности воспроизводить в полном объеме сложную картину газодинамических течений внутри двигателя. Полученные с их помощью результаты расчета имеют низкую степень достоверности при моделировании сложных отрывных течений во впускных и выпускных окнах, местах резкого сужения и расширения потока, т.е. там, где имеет место течение газа через местные сопротивления. В настоящее время создаются математические модели, которые на достаточно высоком уровне описывают течение газа и соответствующие рабочие процессы в отдельных элементах двигателя. Речь идет о многомерных газодинамических моделях [3, 24, 126, 127, 128, 149, 166 и др.]. В этих моделях в качестве граничных условий используются экспериментальные данные [159, 181, 200] или данные, полученные из расчетов по моделям более низкого уровня [153, 171, 172, 194]. При этом возникают трудности методически правильной организации экспериментальных продувок, проблемы математически правильного описания полученных граничных условий. Все это снижает достоверность получаемых расчетных данных. Существенно повысить эффективность доводки двигателя на этапе проектирования позволили бы пространственно-трехмерные математические модели сквозного расчета.

Исходя из этого существующую проблему, связанную с совершенствованием двухтактных двигателей, можно сформулировать как отсутствие высокоточных, эффективных математических моделей, позволяющих получать полную и достоверную картину о протекающих в их системах газодинамических процессах и позволяющих оптимизировать конструкцию ГВТ двигателя на этапе проектирования с помощью численного эксперимента. Исходя из этого, можно утверждать, что работа по созданию пространственной математической модели двухтактного ДВС, позволяющей совершенствовать их технические характеристики является актуальной. Наибольшая отдача в данном случае может быть достигнута за счет использования современных методов математического моделирования в сочетании с традиционными экспериментальными методами исследований.

Актуальность данного направления научно-исследовательских работ отмечена на уровне Министерства образования РФ. Диссертационная работа выполнена при поддержке двух грантов Министерства образования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук:

Разработка математической модели рабочего процесса и процесса топливоподачи в двухтактном карбюраторном двигателе особо малого класса», грант №95-4.1-55 (1995-1996 г.), научный руководитель Н.В. Лобов;

Численное исследование рабочего процесса в двухтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания», грант № ТОО-6.7-16 (2000-2001 г.) научный руководитель М.Ю. Егоров, ответственный исполнитель

H.В. Лобов.

В соответствии с изложенным, целью диссертационной работы является разработка трехмерной математической модели сквозного расчета двухтактного двигателя внутреннего сгорания, позволяющей улучшать и оптимизировать его технические характеристики.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

I. Произведен анализ конструкции и особенностей газодинамических процессов в двухтактных двигателях.

2. Проведен обзор нестационарных математических моделей, используемых для расчетной оптимизации процессов в двухтактных ДВС, и обоснована целесообразность трехмерного моделирования. При этом двигатель рассматривается как единый комплекс, включающий системы впуска и выпуска - с глушителем, цилиндр с функциональными каналами и кривошипную камеру.

3. Произведен анализ основных численных методов решения задач газовой динамики, которые использовались и используются в настоящее время в качестве вычислительного «ядра» при построении математических моделей. Обоснован выбор оптимального метода расчета, отвечающего современным требованиям по быстродействию и точности, - метода Давыдова (метод крупных частиц - МКЧ).

4. Разработана и отлажена прикладная программа, позволяющая моделировать в трехмерной постановке нестационарное течение газа в двигателе с учетом теплоотдачи и тепловыделения в цилиндре при сгорании топлива.

5. Произведена оценка (верификация) созданной математической модели двигателя с использованием имеющихся и полученных в процессе выполнения диссертационной работы экспериментальных данных.

6. Исследованы структура и характер пространственных процессов, происходящих в ДВС.

7. Разработана методика расчета показателей газообмена с учетом объемного представления структуры потока с выходом на критерии оценки совершенства конструкции двухтактного двигателя.

8. Выполнены расчетные работы и соответствующие проверочные эксперименты по снижению уровня шума и повышению топливной экономичности двигателя бензомоторной пилы "Урал-2Э".

Объектом исследования являлись двухтактные двигатели внутреннего сгорания и как частный случай, один из их наиболее типичных представителей - одноцилиндровый двухтактный карбюраторный двигатель с кривошипно -камерной продувкой для средств малой механизации.

Предметом исследования являлись закономерности, определяющие причинно - следственные связи между конструктивными параметрами двигателя, режимами его работы и термо- газодинамическими процессами, происходящими в цилиндре, кривошипной камере и системах впуска и выпуска.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивалась:

- использованием современного, поверенного высокоточного оборудования для проведения испытаний и индицирования ДВС;

- использованием метода Давыдова (МКЧ), базирующегося на основных законах сохранения массы, импульса и энергии, в качестве «ядра» расчетной модели двигателя;

- специальной многостадийной верификацией разработанной математической модели двигателя.

Для проверки (верификации) модели вначале были проведены расчеты отрывного потока за уступом. Такой вид течения соответствует выходу затопленных струй из впускных и выпускных окон двигателя и относится к сложным видам пространственных течений, где при расчетах трудно обеспечить устойчивость и точность результатов. Затем были произведены расчеты двигателя AS-165a фирмы As-motor (Германия). Соответствующие эксперименты проводились автором на базе кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» IVK (Institut Verbrennungs und Kraftmaschinen) технического университета Штуттгарт. Запись давления велась одновременно в трех местах: в цилиндре, в кривошипной камере и системе выпуска при работе по внешней скоростной характеристике в диапазоне частот от 2500 до 5500 мин"1. Наконец, были проведены расчеты двигателя бензомоторной пилы «Урал-2Э». Для сравнения с расчетами использовались экспериментальные данные, полученные в ЦНИИМЭ. На всех стадиях проверки модели получено хорошее согласование расчетных и экспериментальных результатов.

Практическая ценность диссертационной работы: заключается в разработанном математическом аппарате, созданном на его базе программном обеспечении и проведенных исследованиях, которые дают возможность конструировать и доводить двухтактные двигатели внутреннего сгорания с меньшими временными и материальными затратами, позволяют совершенствовать их мощностные, экономические и экологические параметры.

Основные принципы построения математической модели двухтактного ДВС, такие как: способ постановки граничных условий на подвижной непроницаемой и неподвижной "открытой" границе, учет параметров газообмена, реализация процесса сгорания и теплообмена и т.д., могут быть применены при проектировании двигателей внутреннего сгорания любого типа.

Основные результаты работы в виде программы и методики расчета внедрены на практике. Программа и методика расчета функционирования двигателя бензомоторной пилы с учетом неустановившегося трехмерного течения газа приняты государственным специализированным конструкторским бюро моторного инструмента (ГСКТБМИ) ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского», г. Перми. Акт внедрения прилагается (см. приложение 7).

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы новые научные положения доложены и обсуждены на:

- Международном семинаре «Modeling advanced process technology, expert and control systems of heat and mass transfer phenomena», July, 8-10, 1996, Ekaterinburg;

- Всероссийской конференции молодых ученых «Математическое моделирование физико-механических процессов», Пермь, ПермГТУ, 19961997;

- Международной НТК «Проблемы двигателестроения», Москва, МВТУ им. Баумана, 1997;

- VIII Международной НПК «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», Владимир, ВлГУ, 2001;

- Всероссийской НТК «Аэрокосмческая техника и высокие технологии -2002», Пермь, ПермГТУ, 2002;

- Международной НТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения - 2003», Челябинск, ЮурГУ, 2003;

- IX Международной НПК «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», Владимир, ВлГУ, 2003;

- «Давыдовских чтениях», Москва, НАПН, 2002-2003 г.

По тематике диссертации опубликовано 26 научных работы, в т.ч. 5 работ опубликовано в изданиях одобренных ВАК, 1 монография и 2 отчета по госбюджетной тематике (отчеты по грантам Министерства образования РФ).

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 276 страниц и содержит 118 рисунков (в том числе цветные изображения), 25 таблиц, список литературы из 211 наименований, 7 приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Двухтактные ДВС и, в особенности, с кривошипно-камерной продувкой отличаются чрезвычайно сложным нестационарным пространственным характером газообменных процессов. Экспериментальная отработка таких двигателей весьма трудоемка и продолжительна. Важнейшее значение для их конструктивной оптимизации и улучшения основных параметров приобретают методы математического моделирования.

2. Проведенный анализ нестационарных моделей расчета ДВС показал, что ожидаемая точность воспроизведения структуры потока может быть достигнута в результате применения трехмерной модели сквозного расчета двигателя или модели сквозного расчета, в которой реализован прием "сшивки" более сложных моделей с менее сложными.

3. В рамках диссертационной работы был обоснован выбор метода решения исходной системы дифференциальных уравнений. Требованиям сегодняшнего дня отвечает безитерационный, высокоскоростной метод расчета - метод Давыдова (МКЧ).

4. На базе этого метода была разработана трехмерная математическая модель двухтактного двигателя. Особенностью данной модели является то, что ДВС рассматривается как единая система, состоящая из систем впуска, выпуска, цилиндра с продувочными каналами.

5. Исходная система дифференциальных уравнений впервые дополнена правыми частями уравнений. Это позволяет реализовать в модели такие важные процессы, как сгорание и теплообмен. Использование в них компактных полуэмпирических соотношений И.И. Вибе, Вошни, Ю.М. Давыдова и М.Ю. Егорова дает возможность проводить высокоскоростные многовариантные вычислительные эксперименты в приемлемые для исследователя сроки.

6. Для учета изменения пространственного состава газа исходная система дифференциальных уравнений дополнена уравнением неразрывности для продуктов сгорания. Это нововведение и одновременно разработанная методика расчета изменения теплоемкости смеси и показателя политропы, которые были интегрированы в метод Давыдова, позволили значительно повысить точность моделирования. В частности, уточнение расчета максимального давления сгорания в цилиндре составляет около 25-30 %. При этом обеспечивается практически полное совпадение с данными индицирования.

7. Разработанная методика постановки граничных условий на окнах переменного проходного сечения позволила смоделировать сложные пространственные, отрывные течения во впускных и выпускных окнах -местах резкого сужения и расширения потока, без использования эмпирических коэффициентов расхода.

8. Проведенная многостадийная верификация разработанной модели, с использованием экспериментальных данных, полученных автором на кафедре ДВС технического университета г. Штуттгарт, а также опубликованные экспериментальные данные Д.К. Шмакова, полученные в ЦНИИМЭ, подтвердили хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Достигнут принципиально новый, более высокий уровень отображения картины газодинамических процессов, происходящих внутри двигателя. Это подтверждают результаты исследования характера и структуры газодинамических течений в ДВС.

9. Созданная математическая модель позволяет получать более обоснованные интегральные значения всех важнейших параметров газообмена: коэффициентов наполнения, избытка продувочного воздуха и использования продувочной смеси, остаточных газов. Получающиеся в ходе численных исследований значения этих параметров укладываются в известные диапазоны.

10. Моделирование трехмерного газообмена позволяет с высокой точностью по углу поворота коленчатого вала определять моменты начала выброса свежего заряда на выпуск, заброса газов на впуск. Использование предложенной новой методики расчета потерь свежего заряда в цилиндре двигателя дает возможность оценивать это количественно и, следовательно, оптимизировать фазы газообмена и улучшать геометрию продувочных и выпускных каналов. Расчетом для двигателя бензомоторной пилы "Урал-2Э" показано, что с изменением угла наклона верхней кромки продувочных окон и объединением выпускных коэффициент наполнения может быть повышен на 45% за счет увеличения коэффициентов избытка продувочного воздуха и использования продувочной смеси.

11. С помощью разработанной численной модели была подтверждена закономерная связь уровня шума работающего двигателя с амплитудой пульсаций массового расхода через сечения входа и выхода ДВС. В результате совместно проведенной с ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» г. Перми ОКР по модернизации конструкции глушителя двигателя "Урал-2Э" был предложен оптимизированный расчетным путем вариант, позволивший снизить уровень шума с 108 дБа до 105 дБа, что фактически соответствует двухкратному снижению в абсолютных значениях звуковой мощности (Вт). Использование модифицированного глушителя позволяет снизить расход топлива на 3%.

12. Программный комплекс для персональной ЭВМ, разработанный автором на базе показавшей свою эффективность математической модели двигателя внедрен в промышленности, в частности, он успешно используется в конструкторском отделе ФГУП «Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского» г. Перми.

13. В результате выполненной работы решена важная научно-техническая проблема, заключающаяся в разработке высокоточного инструмента для улучшения характеристик двухтактных двигателей внутреннего сгорания на этапе проектирования. После соответствующей модификации данная разработка в равной степени актуальна и для совершенствования конструкции ДВС всех других типов и назначений.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика; Изд. 4-е. - М.: Наука, 1976.- 888 с.

2. Автомобильные двигатели/ Под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. - 590 с.

3. Аксенов А.А., Коныпин В.Н. Программный комплекс Flow Vision для моделирования гидродинамических течений в ДВС // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показат. ДВС: Материалы VIII МНПК. Владимир, 2001. - С.344-348.

4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. -216 с.

5. Альтшуль А.Д. Примеры расчетов по гидравлике. М.: Наука, 1977. -256 с.

6. Белоцерковский О.М., Давыдов М.Ю. Метод крупных частиц в газовой динамике. -М.: Наука, 1982. 392 с.

7. Бензиномоторная пила «Дружба 4Э»: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Пермь. - 32 с.

8. Бензиномоторная пила «Крона-202»: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Пермь. - 30 с.

9. Бензиномоторная пила МП-5 «Урал-2 Электрон»: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Пермь. - 34 с.

10. Бензиномоторная пила «Тайга-245»: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Пермь. - 32 с.

11. Березин А.С., Жидков И.П. Методы вычислений; В 2-х т. М.: ГИФМЛ, 1962. -Т.2. -436 с.

12. Березин С.Р. Теория и расчет газодинамических процессов в быстроходном двухтактном турбопоршневом двигателе с противоположно движущимися поршнями: Дис. . докт. техн. наук. -М., 1995. 379 с.

13. Березин С.Р., Рудой Б.П. Расчет на ЭВМ показателей газообмена ДВС: Учебное пособие. Уфа.: Изд-во УАИ, 1979. - 102 с.

14. Березин С.Р., Агапитов О.Н. Математическая модель двумерного осесимметричного турбулентного движения газа в цилиндре двигателя с противоположно движущимися поршнями/ // Двигателестроение. 1985. - №4.- С. 5-6.

15. Булович С.Б., Виколайнен В.Э. Математическое моделирование рабочего процесса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания // Двигатель -97: Материалы МНТК. М., 1997. - С. 17-18.

16. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 720 с.

17. Васильев JI.A., Старовойтов А.А., Лашко В.А. Использование двухшаговой схемы Лакса-Вендрофа для расчета нестационарных процессов в комбинированных двигателях // Сб. научных трудов НИИКТ. Хабаровск, 1993,- С. 61-65.

18. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателя: Учебное пособие М.: Машгиз, 1962.-271 с.

19. Газовая динамика: Механика жидкости и газа / Под ред. А.И. Леонтьева.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 671 с.

20. Годунов С.К. Разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики // Математический сборник. 1959. - Вып. 47. - С. 271-306.

21. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1973. -400 с.

22. Годунов С.К. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1971. -416 с.

23. Горнушкин Ю.Г., Гладышев А.В. Термодинамические свойства рабочего тела поршневых двигателей // Тракторы и сельхозмашины. 1998. -№9. - С. 22-23.

24. Гришин Ю.А. Газодинамическое совершенствование проточной части двигателей внутреннего сгорания: Дис. . докт. техн. наук. М., 2000. - 435 с.

25. Гришин Ю.А. Граничные условия с использованием соотношения распада разрыва для расчетов методом крупных частиц // Струйные отрывные и не стационарные течения: Тезисы междунар. семинара. М., 2002. - С. 187190.

26. Гришин Ю.А. Новые схемы метода крупных частиц и их использование для оптимизации газовоздушных трактов двигателей // Математическое моделирование. М.: РАН, 2002. - Т. 14. - С. 51-55.

27. Гришин Ю.А. Развитие метода крупных частиц, применяемого для численных исследований ДВС// Двигатель-97: Материалы МНТК. М., 1997. -С. 81.

28. Гришин Ю.А. Развитие разностных схем метода крупных частиц // Актуальные проблемы механики сплошных и сыпучих сред: Тезисы доклада юбилейного международного симпозиума. М., 1997. - С.24.

29. Гришин Ю.А. Трехмерное моделирование в газодинамических диодах // Актуальные проблемы механики сплошных и сыпучих сред: Труды II Международного симпозиума. М., 1999. - С. 16.

30. Гришин Ю.А. Численное моделирование пространственных течений в газовоздушных трактах ДВС // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. науч. трудов МАМИ. 1998. - Вып. XIV. - С. 38-43.

31. Гришин Ю.А. Исследование физических основ динамического наддува // Математическое моделирование и исследование процессов в ДВС: Учебное пособие. Барнаул: Алт. гос. ун-т, - 1997. - С. 116-126.

32. Гришин ЮА., Гусев А.В. Методы расчета разветвленных систем газообмена ДВС // Двигателестроение. 1981. -№ 1. - С. 10-12.

33. Гришин Ю.А., Карпов А.В. Применение численных расчетов пространственного течения в газовоздушных трактах для улучшения характеристик ДВС // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе: Тез. докл. МНТК. М. - 1999. - С. 167-168.

34. Гришин Ю.А., Клименко С.А., Круглов М.Г. Метод расчета нестационарного одномерного течения газа // Двигателестроение. 1984. -№11.-С. 51-53.

35. Гришин Ю.А., Круглов М.Г. Разработка и проверка граничных условий для численного расчета нестационарных течений в газовоздушных трактах ДВС // Двигателестроение. 1984. -№ 6. - С. 18-22.

36. Гришин Ю.А., Хмелев Р.Н. Способы постановки граничных условий при численном моделировании газодинамических процессов в ДВС // Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 2003. - Вып. 7. - С. 161-167.

37. Гришин Ю.А., Круглов М.Г., Манджгаладзе А.А. Задачи и методы расчета нестационарного течения в газовоздушных трактах комбинированногодвигателя // Высокий наддув поршн. и роторн. двигателей: Доклады В НТК. -Тбилиси, 1984.-С. 117-129.

38. Гришин Ю.А., Каримов А.Н., Кулешов А.С. Доводка элементов газовоздушного тракта двигателей с помощью математической модели пространственного течения газа // Вестник МГТУ. Машиностроение. -1991. -№4.-С. 39-43.

39. Гришин Ю.А., Круглов М.Г., Рудой Б.П. Нестационарное течение газа в системе «выпускной трубопровод комбинированного ДВС осевая турбина» // Труды МВТУ. - 1977. - № 257, вып. 1. - С. 85-103.

40. Губайдуллин И.С., Загайко С.А. Моделирование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания в интерактивной системе имитационного моделирования «Альбея». Уфа: Изд. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 1997. -42 с.

41. Давыдов М.Ю. Крупных частиц метод // Советская энциклопедия. М., 1982,-Т.3. - Математическая энциклопедия. - С. 125-129.

42. Давыдов Ю.М. Метод «крупных частиц» для задач газовой динамики: Дис. . канд. физ. мат. наук. -М., 1970. - 183 с.

43. Давыдов Ю.М. Многопараметрические схемы расщепления для решения пространственно-трехмерных нестационарных задач // Доклады академии наук СССР. -1979. Т.247, №6. -С. 1346-1350.

44. Нестационарный метод расчета газодинамических задач: Отчет ВЦ АН СССР и МФТИ / Рук. Ю.М. Давыдов, Инв. № 173. М.: ВЦ АН СССР, 1968. -29 с.

45. Давыдов Ю.М. Расчет обтекания тел произвольной формы методом «крупных частиц» // ЖВМ и МФ. 1971. -Т. 11, № 4. - С. 1056-1063.

46. Давыдов Ю.М. Современная нелинейная теория разностных схем газовой динамики. -М.: НИИ паранпотостроения, 1991. 104 с.

47. Давыдов Ю.М. Характеристик метод // Советская энциклопедия. М., 1985.-Т.5,- Математическая энциклопедия - С. 751-753.

48. Давыдов Ю.М., Егоров М.Ю. Численное моделирование нестационарных и переходных процессов в активных и реактивных двигателях.- М.: Нац. Академ, прикладных наук России, 1999. 272 с.

49. Двигатели внутреннего сгорания/ Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1985. - 311 с.

50. Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов / Под ред. В.Н. Луканина; В 3 кн. М.: Высшая школа, 1995. - Кн. 1 - 368 с.

51. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

52. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания / В.М. Кондратов, Ю.С. Григорьев, В.В. Тупов и др. М.: Машиностроение, 1990. -271 с.

53. Дорфман Л.А. Численные методы в газодинамике турбомашин. Л.: Энергия, 1974.-270 с.

54. Ежиков И.Г. Рабочая высота. Пермь: Перм. кн. изд-во, 1984. - 72 с.

55. Завадский Ю.В. Планирование эксперимента в задачах автомобильного транспорта: Учебное пособие. М.: МАДИ, 1978. - 156 с.

56. Зауер Р. Нестационарные задачи газодинамики: Пер. с нем. М.: Мир, 1969.-29 с.

57. Зацеркляный Н.М., Мунштуков Д.А. Особенности некоторых математических моделей движения среды в ДВС // Двигателестроение. 1980. -№8. - С. 21-24.

58. Иванченко Н.Н., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. Л.: Машиностроение, 1983. - 198 с.

59. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992.- 672 с.

60. Исаков Ю.Н., Бравин В.В. Применение МКЧ для расчета нестационарных течений в квазитрехмерной постановке // Двигателестроение. -1998.-№1. -С. 7-8.

61. Исследование отрывного течения за выпускным окном двухтактного двигателя: Отчет о НИР / МВТУ; Рук. М.Г. Круглов. Э2 - 1/76; № ГР 8111105025; Инв. № 02820070852. - М., 1981.- 135 с.

62. Каминский А.И. Выбор конструктивных параметров систем наддува дизелей с учетом волновых явлений в газовыпускных трактах: Дис. . докт. техн. наук. Хабаровск, 1990. - 330 с.

63. Камкин С.В., Вяземская JI.M. К проблеме построения газодинамических моделей процессов ДВС // Двигателестроение. 1987. - №4. - С.15-17.

64. Камкин С.В., Вяземская Л.М., Пунда А.С. Численное моделирование процессов ДВС // Энергомашиностроение. 1981. - №12. - С.3-5.

65. Камкин С.В., Вяземская JI.M., Смирнов Д.С. Что дает объемное численное моделирование процессов в выпускных коллекторах судовых дизелей // Двигателестроение. 1990. - №10. - С.52-54.

66. Кацкова О.Н., Чушкин П.И. Об одной схеме численного метода характеристик // Доклады академии наук СССР. 1964. -Т. 154, № 1. - С. 2629.

67. Киселев Б.А., Куров Б.А., Глаговский С.А. Математическое моделирование газодинамических процессов во впускной системе двигателя // Автомобильная промышленность. 1973. - №1. - С. 16-19.

68. Киселев Б.А., Тупикин В.Н. Основные принципы построения автоматизированной системы программ расчета на ЭВМ рабочих процессов автомобильных двигателей // Труды НАМИ. 1979. - Вып. 174. - С. 65-69.

69. Киселев Б.А., Тупикин В.Н. Повышение эффективности работ по расчетному определению с помощью ЭВМ параметров конструкций, связанных с протеканием рабочих процессов автомобильных двигателей // Труды НАМИ. 1979.-Вып. 174.-С. 60-65.

70. Кошкин К.В. Газодинамическое совершенствование проточных частей судовых быстроходных дизелей: Дис. .канд. техн. наук. Николаев, 1984. -193 с.

71. Красовский О.Г., Матвеев В.В. Программа численного моделирования рабочего процесса дизеля с различными системами воздухоснабжения // Труды ЦНИДИ (Л.). 1983. - Вып. 58. - С. 42-52.

72. Круглов М.Г., Меднов А.А. Газовая динамика двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1988. - 360 с.

73. Круглов М.Г. Приближенное определение скоростей и статического давления воздушного заряда в цилиндре двухтактного двигателя // Изв. вузов. Машиностроение. 1971. - №3 - С. 64-71.

74. Круглов М.Г. Термодинамика и газодинамика двухтактных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1963. - 272 с.

75. Круглов М.Г., Стрелков В.П., Карелин А.Н. Экспериментальная установка для исследования газообмена двухтактных двигателей // ДВС: Экспресс-информация НИИинформтяжмаш. 1973. -№11.-С. 16-25.

76. Круглов М.Г., Яушев И.К., Гусев А.В. Метод распада разрыва в применении к расчету газовоздушного тракта ДВС // Двигателестроение. -1980,-№8.-С. 19-21.

77. Круглов М.Г., Чистяков В.К. Определение параметров неустановившегося потока газа в выпускной системе комбинированного двигателя внутреннего сгорания // Изв. вузов. Машиностроение. 1970. - №7. -С.94-99.

78. Круглов М.Г., Чистяков В.К. Теоретические исследования изменения параметров газа в выпускной системе двигателя // Изв. вузов. Машиностроение. 1974. -№11. - С. 87-91.

79. Лашко В.А. Разработка и создание средств оптимального проектирования элементов проточных частей комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Дис. .докт. техн. наук. Хабаровск, 1995. - 497 с.

80. Лобов Н.В. Исследование рабочего процесса двухтактного карбюраторного ДВС с помощью трехмерной математической модели // Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 2003. - Вып. 7. - С. 205-212.

81. Лобов Н.В. Оценка эффективности работы глушителя двухтактного бензинового ДВС // Строительные и дорожные машины. 2004. - № 6. - С.41-42.

82. Лобов Н.В. Моделирование рабочего процесса в двухтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания. Пермь: Изд-во ПермГТУ, 2003.- 81 с.

83. Лобов Н.В. Особенности определения показателей процесса газообмена при совершении двигателем более одного расчетного оборота коленчатого вала// Деп. рук. ВИНИТИ. 1997. - № 2978-В97. - 10 с.

84. Лобов Н.В. Оценка эффективности использования метода крупных частиц при решении тестовой задачи // Двигателестроение. 2003. - №2. -С.24-25.

85. Лобов Н.В. Оценка эффективности процесса газообмена в двухтактном двигателе с кривошипно-камерной продувкой // Ползуновский вестник. 2004. -№1. - С.225-229.

86. Лобов Н.В. Постановка граничных условий на открытой границе по методу Давыдова при моделировании работы двигателя внутреннего сгорания // Образование и наука производству: Сб. научных трудов. - Пермь, 2001. -С. 81-87.

87. Лобов Н.В. Постановка граничных условий на поршне по методу крупных частиц при перекрытии поршнем бокового канала// Деп. рук. ВИНИТИ. 1996. -№ 1781- В96. - 9 с.

88. Лобов Н.В. Результаты использования метода крупных частиц для расчета двухтактного карбюраторного двигателя малого класса // Двигатель-97: Материалы МНТК. М., 1997. - С.92-93

89. Лобов Н.В. Результаты построения двумерной математической модели двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой особо малого класса с использованием метода крупных частиц// Деп. рук. ВИНИТИ. 1997.-№ 1835-В97.-35 с.

90. Лобов Н.В. Результаты численного исследования внутренних газодинамических течений в двухтактном двигателе с кривошипно-камерной продувкой методом крупных частицII Деп. рук. ВИНИТИ. 1996. - № 1019-В96.-26 с.

91. Лобов Н.В. Результаты численного исследования влияния фаз газообмена двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя на эффективные показатели его работы// Деп. рук. ВИНИТИ. 2000. - №1487-ВОО. -23 с.

92. Лобов Н.В. Способ постановки начальных условий расчёта в многомерных газодинамических моделях двигателей внутреннего сгорания

93. Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 2002. - Вып. 6. - С. 127-135.

94. Лобов Н.В. Способ постановки начальных условий расчета в многомерных газодинамических моделях двигателей внутреннего сгорания // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. науч. трудов МАМИ. -2004. -Вып. XVIII. С. 107-110.

95. Лобов Н.В. Трехмерная математическая модель двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: Труды МНТК. -Челябинск, 2003.-С. 108-112.

96. Лобов Н.В. Трехмерная математическая модель двухтактного одноцилиндрового бензинового ДВС // Строительные и дорожные машины. -2003. -№2. -С.40-42.

97. Лобов Н.В. Учет реального состава газа при многомерном моделировании рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания // Аэрокосмическая техника и высокие технологии: Материалы докладов ВНТК. -Пермь, 2002. -№13. С. 62-67.

98. Лобов Н.В., Черепанов Л.Б. Результаты применения лицензионного пакета программ GT-Power для создания одномерной газодинамической модели двухтактного одноцилиндрового бензинового микродвигателя// Деп. рук. ВИНИТИ. 2000. - №2132-ВОО. - 35 с.

99. Лобов Н.В., Чиоди М. Оценка эффективности использования метода крупных частиц при решении тестовой задачи // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: Труды МНТК. Челябинск, 2003. -С. 112-115.

100. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа; Изд. 5-е. М.: Наука, 1978: -736 с.

101. Магомедов К.М. Метод характеристик для численного расчета пространственных течений газа // ЖВМ и МФ. 1966. - Т.6, № 2. - С. 313-325.

102. Магомедов К.М., Холодов А.С. О построении разностных схем для уравнений гиперболического типа на основе характеристических соотношений// ЖВМ и МФ. 1969. - Т.9, № 2. - С. 373-386.

103. Малиованов М.В., Плешанов А.А., Хмелев Р.Н. Расчетное исследование впускной системы двигателя ТМЗ-450Д// Совершенствованиемощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VIII МНПК. Владимир, 2001. - С. 177-179.

104. Малиованов М.В., Поздеев Г.В., Хмелев Р.Н. Разработка математической модели течения газа в трубопроводе двигателя // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 1999. - Вып. 3. - С.89-92.

105. Малиованов М.В., Хмелев Р.Н. К вопросу разработки методики учета газодинамических процессов в динамических моделях ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 2001. -Вып. 5,- С.123-128.

106. Мунштуков Д.А. Математическая модель нестационарного движения среды в проточной части двигателя внутреннего сгорания // ДВС: Республ. межведомственный научно-технич. сб. (Харьков). 1975. - Вып.21. - С. 67- 73.

107. Мунштуков Д.А. Методы моделирования нестационарного движения газа в выпускных системах двигателей внутреннего сгорания: Дис. .док. техн. наук. Харьков, 1973. -255 с.

108. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. школа, 1980. - 469 с.

109. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. -М.: Наука, 1981.-368 с.

110. Олдер Б., Фернбах С., Ротенберг М. Вычислительные методы в гидродинамике: Пер. с англ. М.: Мир, 1967. - 384 с.

111. Опыт расчета плоских и осессиметричных течений газа методом характеристик/ О.Н. Кацкова, И.Н. Наумова, Ю.Д. Шмыглевский, Н.П. Шулишина. -М.: ВЦ АН СССР, 1961. 60 с.

112. Орлин А.С. Двухтактные легкие двигатели. М.: Машгиз, 1950. - 319 с.

113. Орлин А.С., Круглов М.Г. Комбинированные двухтактные двигатели. -М.: Машиностроение, 1968. 576 с.

114. Панов В.В. Повышение эффективности двухтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания: Дис. . докт. техн. наук, Владимир, 1995, -342 с.

115. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.

116. Пелепейченко В.И. Моделирование турбулентного движения заряда в цилиндре двигателя внутреннего сгорания на основе метода крупных частиц // Деп. рук. ГНТБ Украины. 1994. -№ 127-Ук 95. - 13 с.

117. Пелепейченко В.И. Модификация метода крупных частиц для расчета трехмерного нестационарного движения заряда в цилиндре ДВС// Деп. рук. ГНТБ Украины. 1994. -№ 129-Ук 95. - 13 с.

118. Пелепейченко В.И. Улучшение показателей двигателей внутреннего сгорания на основе совершенствования локальных характеристик процессов газообмена: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Харьков, 1995. - 48 с.

119. Поздеев Г.В. Разработка динамических моделей и исследование переходных режимов функционирования одноцилиндровых двухтактных ДВС: Дис. . канд. техн. наук, Тула, 1998, 129 с.

120. Применение формул распада произвольного разрыва в методе крупных частиц/ Под ред. Ю.М. Давыдова. М.: Нац. Академ, прикладных наук России, 1999. - 16 с.

121. Пространственное обтекание гладких тел идеальным газом / К.И. Бабенко, Г.П. Воскресенский, А.Н. Любимов и др. М.: Наука, 1964. -505 с.

122. Расчет рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания/ Под ред. А.С. Орлина. -М.: Машгиз, 1959. -312 с.

123. Рихтмайер Р.Д., Мортон X. Разностные методы решения краевых задач. -М.: Мир, 1972.-420 с.

124. Рождественнский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений. М.: Наука, 1978. - 688 с.

125. Рудой Б.П. Влияние на газообмен неустановившихся газодинамических процессов в газовоздушном тракте двигателей внутреннего сгорания: Дис. док. техн. наук. Тольятти, 1980. - 367 с.

126. Рудой Б.П. О механизме динамических явлений во впускной и выпускной системах ДВС // Элементы теории раб. проц. ДВС: Межвуз. научн. сб. (Уфа). 1976. -№1.- С. 3-10.

127. Рудой Б.П. Прикладная нестационарная газовая динамика. Уфа.: Изд-во УАИ, 1988.-184 с.

128. Рудой Б.П., Березин С.Р. Численное исследование процесса газообмена двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой // Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвуз. научн. сборник. -1978. № 2. - С. 7-14.

129. Рудой Б.П. Галлиулин Ф.Ф. Концепция проектирования выпускного тракта ДВС по шумовым характеристикам// Двигатель 97: Материалы МНТК.-М., 1997. - С.93.

130. Рудой Б.П., Хисматуллин К.А. Определение размеров основных элементов газовоздушного тракта двухтактного ДВС с кривошипно камерной продувкой// Двигатель-97: Материалы МНТК. - М., 1997. - С.78.

131. Рудой Б.П., Черноусов А.А. Численное моделирование трехмерного течения газов внутри цилиндра ДВС в период газообмена// Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VII МНПК. Владимир, 1999. - С.42-44.

132. Русанов В.В. Расчет взаимодействия нестационарных ударных волн с препятствиями // ЖВМ и МФ. 1961. - Т. 1, №2. - С. 267-279.

133. Сван Т. Освоение Borland С++5. -Киев: Диалектика, 1996. 576 с.

134. Силлат P.P. Интегрированная система для расчетного исследования рабочего процесса двухтактных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания// Труды ТПИ (Таллин). 1985. - №597. - С. 77-85.

135. Силлат P.P. Исследование газообмена двухтактного двигателя с применением математического моделирования: Дис. .канд. техн. наук. -Таллин, 1977.-180 с.

136. Силлат P.P. Модель течения газа через местные сопротивления в модели газообмена// Труды ТПИ (Таллин). 1985. - №597. - С. 45-53.

137. Силлат P.P. Модель трубы при математическом моделировании газообмена в двухтактном карбюраторном двигателе // Труды ТПИ (Таллин). -1981,- №508. С. 41-48.

138. Система имитационного моделирования «Альбея» (ядро). Руководство пользователя. Руководство программиста / В.Г. Горбачев, С.А. Загайко, Н.В. Рудая и др. Уфа: Изд. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 1995. - 112 с.

139. Скрипник A.A. AVL FIRE важный инструмент в процессе разработки и доводки ДВС // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VIII МНПК. - Владимир, 2001. -С. 233-234.

140. Справочник по тепловому расчету рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания/ Под ред. В.М. Тареева Д.: Изд-во Речной транспорт, 1961.-415 с.

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

142. Хисматуллин К.А. Взаимосвязь основных конструктивных параметров газовоздушного тракта двухтактных двигателей с кривошипно камерной продувкой: Дис. .канд. техн. наук. - Уфа, 1996. - 140 с.

143. Хмелев Р.Н. Исследование влияния газодинамических процессов на функционирование ДВС: Дис. .канд. техн. наук. Тула, 2002. - 144 с.

144. Хмелев Р.Н. Математическая модель течения газа в канале сложной пространственной конфигурации модели // Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт (Тула). 2000.-Вып. 4. - С. 107-112.

145. Хоскин Н., Лембурн Б. Расчет общих одномерных нестационарных задач с помощью метода характеристик // Численные методы в механике жидкостей/ Под ред. О.М. Белоцерковского. М.: Наука, 1973. - С.83-93.

146. Черноусое А.А, Рудой Б.П. Разностные схемы повышенной точности для численного моделирования нестационарных течений газа с местными сопротивлениями// Двигатель-97: Материалы МНТК. М., 1997. - С.78.

147. Чёрный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. - 424 с.

148. Численное исследование актуальных проблем машиностроения и механики сплошных и сыпучих сред методом крупных частиц; В 5 т./ Под ред. Ю.М. Давыдова, М.: Нац. Академ, прикладных наук России, 1995. - 1658 с.

149. Численное исследование течений в двигателях внутреннего сгорания методом крупных частиц/ Ю.М. Давыдов, М.Г. Круглов, А.А. Меднов, В.А Нефедов М.: Вычислительный центр АН СССР, 1983. - 59 с.

150. Численные методы в механике жидкостей: Пер. с англ. М.: Мир, 1973. - 304 с.

151. Численное решение многомерных задач газовой динамики/ С.К. Годунов, А.В. Забродин, М.Я. Иванов и др. М.: Наука, 1976. - 400 с.

152. Чушкин П.И. Метод характеристик для пространственных сверхзвуковых течений. М.: ВЦ АН СССР, 1968. - 121 с.

153. Шмаков Д.К. Исследование возможности улучшения эксплуатационных параметров бензиномоторных пил и их двигателей: Дис. .канд. техн. наук. -М., 1974. 176 с.

154. Шмаков Д.К. Некоторые особенности рабочего процесса двигателей бензиномоторных инструментов// Труды ЦНИИМЭ (Химки). 1970. - № 109. -С.13- 18.

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

156. Ahmadi-Befrui В., Brandstatter W., Rratochwill Н. Multidimensional Calculation of the Flow Processes in a Loop-Scavenged Two-Stroke Cycle Engine // SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1989. -№ 890841. - 16 p.

157. Amsden A., O'Rourke P. J., Butler T. D.: ICIVA-II: A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays. Los Alamos: National Laboratory, 1989.-312 p.

158. Comparisons of Computed and Measured Three-Dimensional Velocity Fields in a Motored Two-Stroke Engine/ A. Amsden, P. J. O'Rourke, T. D. Butler et al. // SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1992. - № 920418. - 12 p.

159. Benson R., Garg R., Woollatt D. Numerical Solution of Unsteady Flow Problems// Int. J. of Mech. Sci. 1964. - V. 6. - P. 111-144.

160. Benson R., Galloway S. An experimental and analytical Investigation of the Gas Exchange Process in a multicylinder pressure-charged two-stroke Engine// Proc. Int. Mech. Eng. 1968. - V. 183, Pt. 1, №14. - P. 253 - 267.

161. Blair G.P. The Basic Design of Two-Stroke Engines. Commonwealth Drive Warrendale: SAE, 1990. - 672 p.

162. Blair G.P. Design and Simulation of Two-Stroke Engines. Commonwealth Drive Warrendale: SAE, 1996.- 591 p.

163. Brandstetter W., Johns R., Wigley G. Calculations of the Flow prodused by a tangential Inlet Port //Int. symp. flow intern, combust, engines. Winter ann. meet. Amer. soc. mech. eng. -Miamy Beach, 1985. V.3. - P. 135-148.

164. Brandstetter W., Killman I. Computer simulation der stromung Gemischbildung und Verbrennung im Motoren // MTZ. 1988. - Bd. 49, N 5. -S.177-178.

165. Brandstetter W. Similarity Laws four-Stroke Engines and Numerical Results for the Intake Process Calculated with the Method of Characteristics// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1969. -№ 690466. - 20 p.

166. Davydov Yu. M. Large-particle method. In Encyclopedia of mathematics. -Dordrecht Boston - London: Kluver academic publishers, 1990. - Vol. 5. - P. 358-360.

167. De Cartrobouveria, M., dos Reis Parise, J.A., Nieckele, A.O. Numerical simulation of the fluid flow and heat transfer processes during scavenging in a twostroke engine under steady state conditions// J. Heat Transfer. 1992. - № 3. - P. 383-393.

168. Diwakar R. Three-Dimensional Modelling of the In-Cylinder Gas Exchange Processes in a Uniflow-Scavenged Two-Stroke Engine// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1985.-№ 850596. - 17 p.

169. Hehnlce M. Massnahmen zur Senkung von Kraftstoflverbrauch und Schadstoffemission am gemischgespuelten schlitzgesteuerten Zweitakt-Ottomotor durch Optimimng des Ladungswechsels: Dissertation. Zwickau, 1990. - 154 s.

170. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. New York: McGraw-Hill, 1989. - 570 p.

171. Hori H., Ogawa Т., Kuriyama T. CFD In-Cylinder Flow Simulation of an Engine and Flow Visualization// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1995. -№ 950288.- 15 p.

172. Issa R.I. Solution of the Implicitly Discretised fluid Flow Equations by Operator-Splitting// J. of Computational Physics. 1985. - № 62. - P. 40-65.

173. Issa R.I., Gosman A.D., Watkins A.P. The Computation of Compressible and Incompressible Recirculating Flows by a Non-iterative Implicit Scheme// J. of Computational Physics. 1986. - № 62. - P. 66-82.

174. Jenny E. Ein dimensional instationare Stroemung unter Berucksichtigung von Reibung. Warmezufuhr und Querschnittaendemng// Brown-Boveri Mitteilungen.- 1950. -№11. S.447-461.

175. Kenny R.G. Scavenging Flow in Small Two-Stroke Cycle Engine Gas Flow Patterns. Belfast: The Queen's University of Belfast, 1980.-218 p.

176. The Scavenging Process in the Two-Stroke Engine Cylinder/ R.G. Kenny, J.G. Smyth, R. Fleck, G.P. Blair // Dritte Grazer Zweiradtagung. Graz, 1989. - S. 118-124.

177. Lai Y.-G., Przekwas A.J., Sun R.L. Three-Dimensional Computation of the Scavenging Flow Process in a Motored Two-Stroke Engine// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1993. -№ 930499. - 15 p.

178. Landfahrer К., Mikulic L., Plohberger D. Zur Optimierung der ladungswechselsvorgaenge bei Zweitaktmotoren// MTZ. 1987. - № 48. - S.505-512.

179. Lax P.D. Weak Solution of Nonlinear Hyperbolic Equations and Their Numerical Computation // Communications on Pure and Applied Mathematics. -1954. Vol. 17.-P. 381-398.

180. Lebrere L., Dillies B. Engine Flow Calculations Using a Reynolds Stress Model in the KIVA-II Code// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1996. -№ 960636. -18 p.

181. Limbach S. Mehrdimensionale numerische Simulation des transienten, konvektiven Waermeuebergangs: Anwendung auf einen Kolbenmotor: Dissertation. Graz, 1997,- 137 s.

182. Lobov N., Riegler U. Eindimensionale Berechnung der Stroemimg in einem Einzylinder-Ottomotor-Rechnerische Optimierung des Ladungswechsels // Abschlussberichte, Institut flier Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwessen. -Stuttgart. 1999. -43 s.

183. Matthias B. Ladungswechselberechnung am Zweitakt-Motor: Dissertation. -Dresden. 1995. - 101 s.

184. McKinley N.R., Kenny R.G., Fleck R. CFD Prediction of a Two-Stroke, In-Cylinder Steady Flow Field and Experimental Validation// SAE Paper (Warrendale, Pa.). 1994. -№ 940399. - 12 p.

185. Neumann J., Richtmyer R.D. A Method for Numerical Calculation of Hydrodynamic Shocks // J. Appl. Phys. 1949. - Vol. 21. - P. 232-237.

186. Noll B. Numerische Stroemungsmechanik. Berlin: Springer-Verlag, 1993. -221 s.

187. Poloni M., Winterbone D., Nickols J. Comparison of unsteady Flow calculations in a Pipe by the Method of Caracteristics and two-step differential Lax-Wendroff method// Intern. J. of Mech. Sci. 1987. - V.29, №5. - P.367-378.

188. Riegler U. Berechnung der Verbrennug und der Schadstoffbildung in Ottomotoren unter Verwendung detailierten Reaktionsmechanismen: Dissertation. -Stuttgart, 1999. 175 s.

189. Riegler U., Mahr B. Berechnung der Stroemung und der Verbrennung in einem Ottomotor am Beispiel eines Zweitaktmotors// Star-CD Anwendertreffen Deutschland. Fellbach, 1997. - S. 45-51.

190. The Potential of Small Loop-Scavenged Spark-Ignition Single-cylinder Two-Stroke Engines/ By Franz J. Laimboeck. Warrendale, Pa., 1991. - 73 p.

191. Seifert H. Instationaere Stroemungsvorgaenge in Rohrleistungen an Verbrennungskraftmaschinen: Die Berechnung nach der Chrakteristikenmethode. -Berlin: Springer-Verlag, 1962. 167 s.

192. Seifert H. A mathematical model for simulation of processes in an internal combustion engine// Acta Astronautic. 1979. -V.6. - P.1361-1376.

193. Seifert H. Die Berechnung instationarer Stromungsvorgange in den Rohrleistung-Systemen von Mehrzylindermotoren// MTZ. 1972. - Bd. 33, №11. -S. 421-428.

194. Seifert H. Erfarungen mit einem mathematischen Modell zur Simulation von Arbeitsverfahren in Verbrennungsmotoren// MTZ. 1978. - Bd.39, №7/8. - S.321-325.

195. Star-CD Version 2.2: Manuals. London: Computational Dynamics Ltd., 1993.- 350 p.

196. Steinbach C. Die Ladungswechselstroemung in Zweitakt-Ottomotor-Entwicklung und Anwendug einer Optimirungsmethode: Dissertation. Zwickau, 1992. - 147 s.

197. Computational Fluid Dynamics Applied to Two-Stroke Engine Scavenging / M.E.G. Sweeney, R.G. Kenny, G.B. Swann et all. // SAE Paper (Warrendale, Pa.). -1985.-№851519.-12 p.

198. Versteeg H.K., Marasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. London: Wiley, 1995. -258 p.

199. Wright E.H., Gill K.F. Theoretical Analisis of the Unsteady Gas Flow in the Exhaust System of an Engine// J. Mech. Eng. Sci. 1966. - V.8, №1. - P. 70-90.

200. Entwiclclung von emissionsreduzierten Zweitaktmotoren fuer handgefuerte Arbeitsgeraete/ W. Zahn, W. Vonderau, H. Rosskamp, K. Geyer und and. // MTZ. -2002. -№2. S.106-113.