автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Влияние конструктивных и регулировочных факторов на образование вредных веществ в быстроходном дизеле, конвертированного на природный газ

На правах рукописи УДК 621.431

Шибанов Антон Владимирович

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В БЫСТРОХОДНОМ ДИЗЕЛЕ, КОНВЕРТИРОВАННОГО НА ПРИРОДНЫЙ ГАЗ.

Специальность 05 04 02-Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОБЬЬ-^э

Москва-2007

003066635

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им НЭ Баумана

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор Кавтарадзе Реваз Зурабович

Официальные оппоненты- Доктор технических наук, профессор

Гусаков Сергей Валентинович

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Скрипник Алексей Александрович

Ведущее предприятие- Московский Автодорожный Институт (МАДИ-ТУ)

Защита диссертации состоится 2007 г в /4 ¡^часов на за-

седании диссертационного совета Д21214109в Московском государственном техническом университете НЭ 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

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

Автореферат разослан «2$» 2007 8

Ученый секретарь диссертационного совета к т н доцент

^Тумашев Р.З.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Топливно-энергетическая и экологическая ситуация, складывающаяся в мире, свидетельствует о том, что природный газ, используемый в качестве моторного топлива, является реальной альтернативой жидким углеводородным топливам В условиях конвертации находящихся в эксплуатации двигателей внутреннего сгорания для работы на природном газе, те для так называемого вторичного рынка газоиспользующей техники, выбор способа организации рабочего процесса ограничивается технологическими возможностями ремонтных подразделений транспортных предприятий Поэтому самым распространенным является увеличение камеры сгорания под степень сжатия, исключающую появление детонации в цилиндре двигателя, с последующей организацией процессов подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси Особое внимание следует уделять влиянию формы камеры сгорания, интенсивности вихревого движения заряда и угла опережения зажигания на скорость распространения фронта пламени и скорость выгорания топлива, возникновению вредных компонентов в процессе окисления метана, интенсивности турбулентности и локальных значений турбулентной кинетической энергии, тепловых потерь в стенки камеры сгорания По характеру протекания этих физических процессов, дизель, конвертируемый на природный газ, значительно отличается от базового двигагеля.

В настоящее время особое значение при конвертировании серийных двигателей на природный газ приобретает математическое моделирование процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре двигателя еще на стадии разработки проекта перевода на природный газ, что должно обеспечить сокращение времени и материальных затрат на экспериментальную доводку

Очевидно, что конвертирование серийных дизелей на природный газ и обеспечение приемлемых эффективных и экологических показателей, является одной из актуальных задач современного двигателестроения

Цель работы: Исследование возможности улучшения экологических характеристик быстроходного дизеля, конвертированного в газовый двигатель с искровым зажиганием

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи

• Проведение экспериментальных исследований рабочего процесса быстроходного дизеля, конвертированного в газовый двигатель с искровым зажиганием, в лабораторных условиях;

• Разработка и верификация математической модели трехмерного турбулентного переноса и горения в цилиндре газового двигателя с использованием результатов эксперимента,

• Исследование влияния конструктивных (форма камеры сгорания, интенсивность вихревого движения заряда) и регулировочных (угол опережения зажигания) параметров на экологические показатели (Ж)х) газового двигателя

Научная новизна:

Исследованы влияния конструктивных (формы камеры сгорания, интенсивность вихревого движения заряда) и регулировочных (угол опережения зажигания) факторов в быстроходном дизеле, конвертированном на природный газ, на образование оксидов азота с учетом нестационарного трехмерного движения и турбулентного сгорания в цилиндре Достоверность и обоснованность научных положений обусловлены

• использованием фундаментальных законов и уравнений теплофизики, газодинамики и физической химии с соответствующими граничными условиями, современных численных методов реализации математических моделей,

® применением достоверных опытных данных по исследованию рабочего процесса газового двигателя с искровым зажиганием, полученных во ВНИИГАЗе и в МГТУ им Н Э Баумана при непосредственном участии автора

• использованием известных экспериментальных данных по внутрицияин-дровым процессам газовых двигателей, полученных во ВНИИГАЗе, МА-ДИ, на фирмах MAN, Volvo и др

Практическая значимость работы состоит в том, что

• разработанные метод и алгоритм позволяют прогнозировать эффективные и экологические показатели дизеля при его конвертировании в газовый двигатель с искровым зажиганием,

• определены значения конструктивных и регулировочных параметров, обеспечивающих снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания газового двигателя КамАЗ-740 13 Г-260,

Апробация работы По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на

• Международном симпозиуме "Образование через науку", посвященном 175-летию МГТУ им Н Э Баумана, Москва, МГТУ им Н Э Баумана, май 2005г,

• Научный семинар "Проблемы моделирования процессов горения"(под рук чл-корр РАН Ю В Полежаева и д ф -м наук, проф С М Фролова), Москва, Институт химической физики им Н Н Семенова РАН, октябрь 2005 г,

• Четвертой Российской Национальной Конференции по Теплообмену, Москва, МЭИ, октябрь 2006г,

• Научно-технической конференции «3-й Луканинские чтения Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», январь 2007 г, Москва, МАДИ

Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в 8 печатных работах

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 145 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 5 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 118 наименований (42 из них на иностранном языке)

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность проблемы конвертирования серийных дизелей на природный газ, обеспечение приемлемых эффективных и экологических показателей для современного двигателестроения Дана общая характеристика диссертационной работы, изложенная выше

В первой главе приведен аналитический обзор работ, посвященных теоретическому и экспериментальному изучению конвертирования дизелей на природный газ, выполненных отечественными и иностранными исследователями Багдасаров И.Г , Гайворонский А И, Галышев Ю В., Иващенко Н А, Кавтарад-зе Р 3 , Колеров Л.К , Марков В А , Патрахальцев Н Н, Синявский В В , Фомин В М, Хачиян А С , Хмельницкий А П, Andreassi L, Dietrich W R, Golub А , Hyun G , Johansson В , Kevin D, Zhang D., Woschru G, Zellinger К, Zitzler G и др Подчеркиваются особенности изменения конструктивных и регулировочных факторов двигателей Проанализированы работы ряда ведущих исследовательских институтов и крупных автопроизводителей ВНИИГАЗ, МАДИ, Volvo, Mitsubishi, MAN, Ricardo

На основе выполненного анализа опубликованных работ по заданной тематике и потребностей современного двигателестроения были определены цель и основные задачи данной диссертационной работы, изложенные выше

Вторая глава посвящена разработке математической модели рабочего процесса газового двигателя с искровым зажиганием Описана трехмерная модель турбулентного переноса в цилиндре двигателя в частных производных и в форме Рейнольдса

-DW, г, a

а Г

Dt дх, дх, [/

aw, | awj гs awt.

dxj дх, 3 " dxk

-pW,Wt

= 0.

-ЭЯ dH 3

дт

дх, дх,

xtr>~pTW<

+ Ё£ + JJT-\w i^P^W,-wrQr-VqR, (1 1) дт а*Л

(

DC _ SC | 8C; Dr дт дх,

, д дх,

D~-pC W,

dXj 1

Для замыкания системы уравнения Рейнольдса используется к-е модель турбулентности

5(рк)

дт

- + div(puk) - div(pvTgradk) = Gk - ре

д( OS^) £

^ + div(pus) - div(ßvTgrads) = (CxGk - C2ps)-~ дт к

(1 2)

Численная реализация модели осуществляется с применением программного комплекса FIRE, разработанного фирмой AVL List GmbH (Лицензионное соглашение DKNR BMSTU70203 между МГТУ им Н Э Баумана и AVL List GmbH) Ядро FIRE основано на численном методе контрольных объемов с использованием усовершенствованного алгоритма SIMPLE В качестве модели сгорания использовалась модель Магнуссена- Хьертагера Модель предполагает, что в турбулентно перемешанном пламени, реагенты (топливо и кислород) содержатся в одних и тех же вихрях и отделены от вихрей, содержащих горячие продукты горения Химические реакции обычно имеют масштаб времени, который очень короткий по сравнению с временным масштабом турбулентного переноса Это позволяет принять, что скорость сгорания определяется скоростью перемешивания на молекулярном уровне реагентов, в вихрях не содержащих горячие продукты горения, т е скоростью диссипации этих вихрей

Привлекательной особенностью этой модели является то, что она не требует знаний флуктуаций реагирующих частей Средняя скорость реакции сгорания (изменение концентрации по времени) рассчитывается для каждого контрольного объема

Ts S I + S

Два первых члена в операторе mm( ) определяют, какой из компонентов (топливо или кислород) присутствует в ограниченном размере, а третий член выражает вероятность реакции, и гарантирует, что пламя не разорвется в отсутствие горячих продуктов

Образование NOx моделируется на основе расширенного механизма Зельдовича для каждого контрольного объема

к к к

N2tOANO + N N + Ог <r>NO-rO N-rOH<->NO + H (14)

кг к4 к6

Особое внимание при создании расчетной сетки контрольных объемов уделяется характерным местам в цилиндре двигателя Такие, как область вокруг месторасположения свечи зажигания, рядом с кромками поршня В данной работе были сгенерированы сетки со средним размером ячейки - 5мм Для характерных областей, этот размер мог достигать 0,5мм Количество контрольных объемов составляло около 80 ООО ячеек Время расчета рабочего процесса с момента закрытия впускного клапана, до момента открытия выпускного составило примерно 10 - 11 часов (компьютер Pentium-4 с оперативной памятью 512 Мб, с частотой процессора 2,8 ГГц) При перемещении поршня к ВМТ, ячейки расчетной сетки сжимаются вдоль оси цилиндра, а при движении поршня к НМТ происходит их растягивание

Для проверки результатов расчета была проведена верификация математической модели путем сравнения индикаторных диаграмм (рис.1), а также

графиков тепловыделения, полученных экспериментально и с помощью расчета Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало, что отклонение индикаторных диаграмм составляет 1,7% для режима номинальной мощности и 1,5% для режима частичной нагрузки Погрешность расчета скорости тепловыделения составила ~ 6% для режима частичной нагрузки

Третья глава посвящена описанию принципа работы экспериментальной установки, методики измерения эффективных показателей дизеля, конвертированного на природный газ, работающего с искровым зажиганием и методики индицирования Все результаты, проанализированные в данной главе, были получены при непосредственном участии автора диссертационной работы Дня исследования рабочего процесса газового двигателя в лаборатории ВНИИ-ГАЗ был создан специальный стенд для испытания газовых двигателей Кроме стандартных измерений (крутящий момент, эффективная мощность, эффективный расход топлива и т д) программа экспериментальных исследований предусматривала индицирование двигателя на различных скоростных и нагрузочных режимов работы

На рис 2 приведена принципиальная схема экспериментальной установки Работа установки происходит следующим образом пуск двигателя осуществляется командой с пульта управления 1, после которой разгрузочное устройство 2 начинает прокручивать коленчатый вал двигателя 3 Сигнал, с датчика положения коленчатого вала 4 сначала поступает в мультипликатор 13, а затем в приемное устройство High Speed Signal Processor 6501 10, где происходит его обработка и синхронизация с сигналом датчика высокого давления 8 расположенного в цилиндре двигателя Сигнал поступает сначала на усилитель 12, а затем обрабатывается процессором 10. Система охлаждения датчика высокого давления 8 - замкнутая, объем охлаждающего бака 9 составляет 20л Регулировка положения дросселя, изменение величины нагрузки осуществляется с пульта управления 1 Сигнал с лямбда-зонда 5 обрабатывался с помощью газоанализатора STARGAS 898 инфракрасного -гапа действия 11, через который осуществлялись замеры концентрации токсичных веществ в отработавших газах и коэффициента избытка воздуха Расход природного газа определялся путем вычисления с применением измеренных значений давления и температуры газа в канале после редуктора высокого давления 6 Измерение крутящего момента и мощности осуществлялось по известной схеме

Для индицирования двигателя был использован пьезокварцевый датчик высокого давления 8QP505cs производство фирмы AVL Датчик имеет следующие характеристики диапазон измерения 180 бар, чувствительность 18,65 мВ/бар, линейность <±0,6%; собственная частота 100 кГц

Индицирование двигателя с помощью пьезокварцевого датчика осуществляется следующим образом (рис 2) Сигнал (мВ) с датчика высокого давления 8QP505c (8) поступает в блок усилителя 3056 А01 (12), затем в процессор High Speed Signal Processor 6501 (10), где происходит его синхронизация и обработка

с сигналом, поступившим от устройства (4) измерения частоты вращения коленчатого вала 360CG.00

При индицировании двигателя используются следующие приборы

1) Digital Analyzer 657 - устройство приема и обработки сигналов (AVL, Австрия) состоит из усилителя (12) типа 3056 А01, процессора (10) High Speed Signal Processor 6501 и дисплея

2) Комплект 360CG 00 - прибор для измерения частоты вращения двигателя Состоит из пластикового диска (4) с разметкой '363CG 01' и оптического датчика '361CG 03'

3) Мультипликатор (13) импульсного типа 3501-Z03 1

В результате экспериментальных исследований были определены эффективные и экологические показатели дизеля, конвертированного на природный газ на различных режимах работы Полученные результаты были использованы, как уже было указано (рис 1), для верификации математической модели

Четвертая глава посвящена анализу влияния конструктивных и регулировочных параметров на эффективные и экологические показатели быстроходного дизеля, конвертированного на природный газ При численном моделировании рабочего процесса газовою двигателя с искровым зажиганием были проанализированы 4 различные формы камер сгорания, приведенные на рис 3

Деление расчетной области (камеры сгорания) по контрольным объемам осуществляется с помощью специальной программы Mesh Generator, входящей в программный комплекс FIRE Контрольная сетка состоит на 80% из ячеек в гексагональной и на 20% из ячеек в тетраэдальной форме Количество ячеек для всех исследуемых камер примерно одинаково и составляет ~ 80 000 Время разбивки камер сгорания по контрольным объемам занимает около 5 минут Численные эксперименты, как и стендовые испытания, в основном проводились для двух режимов работы двигателя (табл 1)

Таблица 1

Исходные данные__

Параметр Режим номинальной Режим частичной на-

мощности грузки

Частота вращения п=2240 мин 1 п=1550 мин"'

Мощность Ne = 176 кВт N„=156 кВт

Давление на впуске Ра=1,446 бар Ра=1,453 бар

Угол опережения зажигания 9=23,7 град до ВМТ 9=20,6 град до ВМТ

Угол открытия дросселя 48,4 % 79,4 %

Коэффициент избытка воз- ав=1,29 ав=1,5

духа

На рис 4 приведены графики изменения осредненных по объему температур в цилиндре двигателя по углу поворота коленчатого вала для различных форм КС газового двигателя Если рассматривать количественные показатели, то видно что максимальная осредненная температура в цилиндре с

со - образной КС примерно равна 2570К при (р = 371°, немного меньше температура в цилиндре со смещенной КС, 2525К при (р = 375° УПКВ Далее по убыванию значения максимальной температуры идет двигатель с симметричной КС, где Ттах = 2454К при (р = 380°, и наименьшую максимальную осредненную температуру имеет двигатель с конической КС, 2373К ср = 386° Заметим, что форма камеры сгорания оказывает заметное влияние на величину локальной температуры рабочего тела, например, в зоне свечи (рис 5) ее значение меняется от ~2695°К (симметричная камера) до ~2900°К (<й - образная камера) Кроме того, максимум локальной температуры в зоне свечи раньше остальных (при <р = 367°) достигается в га-образной камере в результате быстрого сгорания

В этом отношении смещенная камера отстает на 2°, а симметричная - на целых 11° Максимальные мгновенные значения нестационарной температуры в зоне кромки камеры следующие Тф-з^ = 2490°К — для <в - образной, Т<рз7з — 2481°К - для смещенной и Т<р=з80 = 2381°К - для симметричной камеры сгорания

На рис 6 приведены результаты расчета локальных образований [КОх] Хорошо видно, что со-образная форма камеры в поршне, по сравнению с другими камерами сгорания, больше способствует образованию оксидов азота Очевидно, что здесь определяющую роль играет высокий уровень турбулентности, обусловленный конструкцией камеры, и как результат интенсивное тепловыделение за относительно короткий промежуток временны, приводящее повышению локальных температур в зонах горения

Существенную роль в формировании как интегральных, так и локальных параметров рабочего процесса газового двигателя играет угол опережения зажигания Было проведено численное моделирование рабочего процесса при различных углах опережения зажигания для варианта с ш — образной КС Исследованы рабочие процессы с восемью б (-5°, -10°, -13°, -15°, -21°, -25°, -30°, -35° до ВМТ) на режиме частичной нагрузки

Результаты исследования показали (рис 7), что количество образованных МОх уменьшается примерно на 28% с приближением угла начала зажигания к ВМТ, и количество Ж)х, образовавшихся при 0 = -5°, составляет лишь 3,6% от количества оксидов азота, выделившихся при 0 = -35°

Проведено численное моделирование рабочего процесса при различной интенсивности вихревого движения газовоздушной смеси (рис 8) Исследованы рабочие процессы с тремя вихревыми числами (Вп = 0, Б,, = 1, ТЗП - 2) с симметричной КС на режиме частичной нагрузки

Хорошо видно, что уже через 56° после начала сгорания, область, образовавшихся НОх для варианта с вихревым числом 2, почти в 5 раз больше чем для остальных исследуемых случаев (рис 8) В зависимости от вихревого числа, максимальное давление в цилиндре (рис 9) может изменяться до 20%, а сдвиг

по времени достигать 7 угла поворота коленчатого вала, что заметно отражается на мощности двигателя

Таким образом, конструктивные (форма камеры сгорания, а также впускного канала, генерирующего вихревое движение в цилиндре) и регулировочные (угол опережения зажигания) оказывают существенное влияние на образование оксидов азота в дизелях, конвери ированных на природный газ При удачном сочетании исследуемых факторов можно существенно улучшить экологические и эффективные показатели газовых двигателей

Основные выводы

1 При переводе серийных дизелей на природный газ наиболее целесообразным является конвертирование в двигатель с искровым зажиганием При этом особое внимание следует уделить проектированию камеры сгорания, интенсивности вихревого движения заряда в цилиндре и углу опережения зажигания Подтверждено, что в цилиндре между уровнем турбулентности и скорости распространения фронта пламени существует прямая связь, что приводит к тому, что характеристики тепловыделения существенно меняются в зависимости от формы КС Из исследуемых форм КС наибольшей турбулентностью обладает со - образная КС, а наименьшей -коническая КС К преимуществам газового двигателя, следует отнести относительно простой процесс конвертации, что делает его экономически целесообразным С точки зрения топливной экономичности при конвертировании дизеля КамАЗ-740 13 - 240 на природный газ, следует придерживаться концепции газового двигателя, работающего на обедненных смесях (а > 1,3) Более низкая стоимость природного газа и его большие запасы по сравнению с жидкими углеводородными топливами делают газовый двигатель предпочтительным в сравнении с дизельным

2 В целях проведения экспериментальных исследований был модифицирован испытательный стенд, в частности, на стенд был установлен газовый двигатель с искровым зажиганием КамАЗ-740 13 Г-260, представляющий собой конвертированный на природный газ серийный дизель КамАЗ-740.13 -240 Двигатель был оснащен пьезокварцевым датчиком нестационарного давления фирмы АУЬ и периферийным оборудованием для ин-дицирования двигателя Опытный двигатель был оснащен экспериментальной камерой сгорания симметричной формы Результаты экспериментальных исследований показали, что в газовом двигателе при работе на обедненных метановоздушных смесях, можно получить мощность и крутящий момент лишь на 8% уступающие аналогичным параметрам базового двигателя, работающем на дизельном топливе

3 Измерения показали, что по выбросам токсичных веществ НС, СО, NOx газовый двигатель, при работе на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента, а также на режиме холостого хода, удов-

летворяет нормам ЕВРО-П Уровень шума газового двигателя по предварительным оценкам значительно меньше, чем у базового дизеля, вследствие более мягкого протекания процесса сгорания, что подтверждается

диаграммами —= fff), полученными в результате обработки экспери-d&

ментальных индикаторных диаграмм Установлено, что эти показатели можно существенно улучшить при оптимальном сочетании конструктивных и регулировочных факторов

4 На основе фундаментальных уравнений трехмерного нестационарного переноса количества движения (Навье - Стокса), энергии, концентрации и массы разработана математическая модель рабочего процесса в поршневом двигателе с учетом химической кинетики Основная система уравнений, записанная в форме Рейнольдса, замыкается с помощью стандартной k-s модели турбулентности Реализация математической модели осуществляется с применением программного комплекса FIRE, ориентированного на решении задач поршневых двигателей В результате проведенного анализа известных моделей сгорания было установлено, что наиболее приемлемым для расчета турбулентного сгорания в поршневых двигателях является модель Магнуссена- Хьертагера, которая не требует задания турбулентных флуктуации реагентов, а их влияние в неявном виде учитывает введением в модели эмпирических коэффициентов Определены значения этих коэффициентов, обеспечивающие хорошее соответствие экспериментальных и расчетных значений изменений давления и скорости тепловыделения в цилиндре газового двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием

5 Верификация модели сгорания с использованием экспериментальных индикаторных диаграмм, полученных автором в результате стендовых испытаний дизеля КамАЗ-740 13 Г-260, конвертированного на природный газ, подтверждает достоверность полученных расчетных данных и указывает на целесообразность применения верификациированной модели для исследования влияния регулировочных и конструктивных факторов на турбулентное сгорание и образование вредных компонентов в цилиндре исследуемого двигателя

6 С точки зрения эффективных показателей двигателя, наилучшим вариантом из исследуемых КС является са - образная, т к она обеспечивает наибольшее значение Pz и обладает максимальным, среди других камер, значением скорости тепловыделения, максимум которого к тому же расположен ближе к ВМТ, чем в случае остальных КС. Однако, с точки зрения экологических показателей и уровня тепловых нагрузок на основные детали, w-образная КС уступает другим исследуемым вариантам КС Коническая КС по сравнению с другими характеризуется преимуществами низкая концентрация оксидов азота (в среднем в 4,5 раза меньше, чем для а - образной КС), низкий уровень скорости нарастания давления, мень-

ший уровень шума и механических нагрузок, что являемся следствием мягкого протекания процесса сгорания. Оптимальным вариантом из исследуемых форм камер является симметричная КС, обладающая хорошими экологическими характеристиками при приемлемых эффективных показателях

7, Угол опережения зажигания оказывает существенное влияние на эффективные и экологические показатели двигателя. Лучшие эффективные показатели двигатель о со - образной КС имеет при работе с углом опережения зажигания 0 = -25° и -21°, т.к. обладают высокими Рг и максимальными значениями скорости тепловыделения. Для вариан тов с 9 - -35° и -30°, обладающими максимальными значениями Рг, пик тепловыделения достигается слишком рано и не превышает максимальные скорости тепловыделения для других исследуемых УОЗ. Что касается образования оксидов азота, то работа двигателя при 0 = -25° и -21° дает xoib и не минимальные, но приемлемые значения [NOs]. Л при 9 = -35° образуется максимальное количество NOs. Оценка скорости нарастания давления показывает, что наиболее выгодно использовать поздние В - -5". -10й. При которых, значе-

dP

ния значительно меньше остальных случаев. Таким образом можно

а(р

заключить, что оптимальными значениями являются Ö = -25" и -21й.

8, Анализ влияния вихревого числа на рабочий процесс двигателя показал, что увеличение интенсивности вихревого движения Dn приводит к увеличению максимальных значений давления и температуры в цилиндре. Так, при работе с вихревым числом 2. Рг выше остальных исследуемых случаев на 20%. Однако, количество образовавшихся NÖ« в данном случае также является максимальным и превосходит остальные варианты примерно в 2 раза. Следовательно, можно сделать вывод, что для получения хороших эффективных показателей двигателя, следует использовать систему с максимальной интенсивностью вихревого движения топливовоз-душной смеси. И наоборот, для получения хороших экологических показателей, целесообразно использовать систему, приводящую к меньшей закрутке потока.

9, В результате проведенных исследований подтверждается, что конвертирование дизеля КамАЗ -740.13 -240 на природный газ целесообразно, как с экономической, так и с экологической точки зрения. Для газового двигателя рекомендуется УОЗ 0 = 26" до ВМТ для режима номинальной Мощности и 0 = 21" до ВМТ для режима максимального крутящего момента; вихревое число Dn = 1 для обоих режимов, и симметричная (цилиндрическая) форма камеры сгорания.

Условные обозначения

СЛШ, Срг - эмпирические коэффициенты, С, - поток массы,

% - масштаб времени, турбулентности для реакции, т-время,

£7* - источник турбулентности; Су— физическая константа; С], С;- эмпирические константы; 1>диаметр цилиндра,

- вихревое число, Н- энергия активации. Ь-удельная энтальпия, т-масс а,

п-частота вращения коленчатого вала, эффективная мощность двигателя,

- крутящий момент двигателя, N0*-концентрация оксидов азота,

Р7 - максимальное давление в цилиндре двигателя, р- давление,

4- плотность теплового потока, (^-количество теплоты, Я- газовая постоянная, (Ту - тензор напряжений, 1>темпсратура, Т-температур а, и-внуфенняя энергия, и-удедьная внутренняя энергия,

- продольная составляющая скорости, У-обьем,

х-доля выгоревшего топлива,

г-число сопловых отверстии форсунки,

ав-коэффициент избытка воздуха,

¿-степень сжатия двигателя; - скорость диссипации

энергии турбулентности,

к - коэффициент турбулентности при константе скорости ц- коэффициент динамической вязкости; Х-коэффициент теплопроводности, р-плотность,

\т - коэффициент турбулентного обмена, Ф-угол поворота коленчатого вала, кь к3, к; - константы скоростей прямых реакций, к2, к,)» кб - константы скоростей обратных реакций,

кДж/кмоль Дж/кг кг мин"1 кВт Нм

гр/цикл бар бар Вт/м2

Дж Дж/(кг"К)

°С К Дж Дж/кг м/с

2, 2 м /с ;

реакции;

НсУм3 Вт/(мК) кг/м" мг/с градус

Индексы

з, к- текущие индексы, чу-значение параметра на поверхности стенки, оо-значение параметра за пограничным слоем, в- воздух, т-топливо, впр - впрыскивание, исп - испарение, сг - сгорание,

Рис 1 Изменение давления в цилиндре газового двигателя КамАЗ-740 13 Г-260 в зависимости от различных значениях коэффициента Магнуссена-Хертагера Сто„, а - эксперимент, б - Стоп=16, в - Стоп =18, г - Стоп =17 7 (Ме= 156 кВт, п =

1550 мин'1)

зового двигателя, 1 - пульт управления, 2 - разгрузочное устройство, 3 — двигатель, 4 - датчик для регистрации положения коленчатого вала, 5 - лямбда-зонд, 6 - редуктор высокого давления, 7 - газовый баллон; 8 - датчик высокого давления, 9 — устройство охлаждения датчика высокого давления, 10 - устройство приема и обработки сигнала с датчика высокого давления и датчика положения коленчатого вала; 11 - газоанализатор, 12 - усилитель сигнала, 13 - мультипликатор,

Симметричная Смещенная ш- обраэчая Коническая

Рис 3 Камеры сгорания в поршне двигателя КамАЗ-740 13 Г-260,

Рис 4 Изменение средней по объему температуры рабочего тела в цилиндре газового двигателя КамАЗ-740 13 Г-260 в зависимости от формы камеры сгорания (Ые = 176 кВт, п = 2240 мин"1)

Рис. 5 Локальные значения нестационарной температуры рабочего тела в цилиндре газового двигателя КамАЗ-740 13 Г-260 1 В районе свечи зажигания (сплошные линий), 2 В районе кромки поршня (пунктиры) (К. = 156 кВт, п - 1550 мин*1)

Локальные значения массовых долей N0^ (режим номинальной мощности).

Ф - 380".

симметричная смещенная

«-образная коническая

Рис. 6. Изменение локальных концентраций оксидов азота в различных моментах рабочего цикля а цилиндре газового двигателя КамАЗ-740.13 .Г-260 в 'зависимости от фор«ь! камеры сгорания (К,. = 176 кВт; п 2240 мин*1)

оьобразная коническая

(3 = 390'\

Г ЭМЭ Г вйОМ 0 КГЦ 13 00045 0 ¡№5

Рис. 7. Количество образовавшихся N0, за цикл в цилиндре газового двигателя Ka.wA3-740.13 .Г-260 с л - образной камерой сгорания в зависимости от угла опережения зажигания (Н*= 156 кВт; п = 1550 мин")

Локальные концентрации оксидов азота N0,, к массовых долях (ф - 340')

ип ~ О Г>„ = ]

Рис. 8. Локальные значения N0,. в цилиндре газового дингатедя К амА 3-740.13 .1 -260 с симметричной камерой сгорания в зависимое™ от интенсивности вихревого движения (N0 - 156 кВт; и г 1550 мин"1)

Рис. 9. ИзмецеШе давления в цилиндре газового цнИГйтеля КамАЗ-740.13 .Г-260 с симметричной КС в зависимости от интенсивности вихревого движения (К- •■ 156 кВт; и ~ ¡550 мин"1 ¡.Справа указаны повд скоростей в цилиндре при <?= 345" на расстояние от голоски цилиндра Ь- 2 мм для О,. = 0, 1,2 (снизу вверх. соответственно)

Основные положения диссертации о публике наш.! в следующих работах:

1. Шибанов А.В., Савченков Д.А., Гайворонсхнй Л.И. Сравнительный анализ влияния формы камеры сгора1щя газовозу двигателя с применением трехмерной модели // Сборник научных трудов но проблемам двигателе-СТроения, ягрйвященмый \ 75-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М,, 2005. -С. 164-170.

2 Гайворонский А И, Савченков Д А . Шибанов А.В Влияние формы камеры сгорания на экологические и экономические показатели газового двигателя // Образование через науку Тезисы докладов Международной конференции - М, 2005 - С 385

3 Численный анализ влияния формы камеры сгорания на турбулентное движение и сгорание газа в цилиндре дизеля / Р 3 Кавтарадзе, А И Гайворонский, А В Шибанов и др // Труды четвертой Российской национальной конференция по теплообмену - Москва, 2006 - Том 3 - С 246249

4 Экспериментальный анализ локальных температур поршня дизеля, конвертируемого на природный газ / РЗ Кавтарадзе, А И Гайворонский, В А Федоров и др // Труды четвертой Российской национальной конференция по теплообмену - Москва, 2006 - Том 7 - С 230-233

5 Кавтарадзе Р.З , Гайворонский А И, Шибанов А В Влияние формы камеры сгорания на образование оксидов азота в газовом двигателе // Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе Тезисы докладов международной научно-технической конференции 3-й Луканин-скиечтения -М,2007 - С24-28

6 Расчет радиационно-конвективного теплообмена в камере сгорания дизеля / Р 3 Кавтарадзе, А И Гайворонский, В А Федоров и др // Теплофизика высоких температур -2007 - Том №45, №5 - С 741-748

7 Кавтарадзе Р 3 , Онищенко Д О, Шибанов А В Исследование влияния конструктивных и регулировочных параметров на образование оксидов азота в газовом двигателе с использованием трехмерной модели рабочего процесса // Двигатель — 2007 Сборник научных трудов по материалам международной конференции, посвященной 100-летию школе двигателе-строенияМГТУ имНЭ Баумана -Москва,2007 -С 145-150

8 Расчетно-экспериментальное исследование теплового состояния поршня быстроходного дизеля, конвертированного на природный газ / Р 3. Кавтарадзе, А И Гайворонский, Д О Онищенко и др //Вестник МГТУ им НЭ Баумана Машиностроение - 2007 - Специальный выпуск - С 70-80.

Шибанов Антон Владимирович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 29 08 2007 г Формат 60x90,1/16 Объем 1.25 п л Тираж 100 экз Заказ № 465

Отпечатано в ООО "Фирма Блок" 107140, г. Москва, ул Краснопрудная, вл.13 тел (499)264-30-73 www blok01centre.narod.ru Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РАСЧЕТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА

ПРИРОДНОМ ГАЗЕ.

1.1. Современное состояние и перспективы развития газовых двигателей.

1.2. Численные методы исследования локальных нестационарных параметров в цилиндре газовых двигателей.

1.2.1. Краткая характеристика математических моделей для расчета локальных параметров в цилиндре газовых двигателей.

1.3. Экспериментальные методы исследования локальных нестационарных параметров в цилиндре газовых двигателей.

1.3.1. Метод оптического индицирования.

1.4. Особенности рабочего процесса поршневых газовых двигателей.

1.4.1. Особенности рабочего процесса газодизеля.

1.4.2. Особенности рабочего процесса газового искрового двигателя.

1.4.3. Влияние формы камеры сгорания на рабочий процесс газового ДВС.

1.5. Выводы по главе I. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ДВИЖЕНИЯ И ТУРБУЛЕНТНОГО

ГОРЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

2.1. Создание сетки контрольных объемов.

2.2. Трехмерная модель турбулентного переноса в цилиндре двигателя.

2.3. Применение к-е модели турбулентности для определения коэффициента турбулентного обмена.

2.4. Краткое описание алгоритма SIMPLE.

2.5. Модель турбулентного сгорания Магнуссена- Хьертагера.

2.6. Модель образования №Эх на основе расширенного механизма

Зельдовича.

2.7. Верификация математической модели.

2.8. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ, КОНВЕРТИРОВАННОГО НА ПРИРОДНЫЙ ГАЗ.

3.1. Краткая характеристика конвертированного на природный газ дизеля КамАЗ-740ЛЗ .Г-260 и его базового варианта КамАЗ-740.13-240.

3.2. Принципиальная схема и краткое описание работы экспериментальной установки для исследования рабочего процесса газового двигателя.

3.3. Индицирование газового двигателя.

3.4. Экспериментальные значения скорости тепловыделения.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕГУЛИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ, КОНВЕРТИРОВАННОГО НА ПРИРОДНЫЙ ГАЗ.

4.1. Влияние формы камеры сгорания на нестационарные осредненные параметры рабочего процесса газового двигателя.

4.2. Влияние формы камеры сгорания газового двигателя на изменение локальных нестационарных параметров рабочего процесса.

4.3. Влияние угла опережения зажигания на эффективные и экологические показатели газового двигателя.

4.4 Численный анализ влияния интенсивности вихревого движения заряда на интегральные и локальные параметры рабочего процесса.

4.5. Выводы по главе 4.

Топливно-энергетическая и экологическая ситуация, складывающаяся в мире, свидетельствует о том, что природный газ, используемый в качестве моторного топлива, является реальной альтернативой жидким углеводородным топливам. В условиях конвертации находящихся в эксплуатации двигателей внутреннего сгорания для работы на природном газе, т.е. для так называемого вторичного рынка газоиспользующей техники, выбор способа организации рабочего процесса ограничивается технологическими возможностями ремонтных подразделений транспортных предприятий. Поэтому самым распространенным является увеличение камеры сгорания под степень сжатия, исключающую появление детонации в цилиндре двигателя, с последующей организацией процессов подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси. Особое внимание следует уделять влиянию формы камеры сгорания, интенсивности вихревого движения заряда и угла опережения зажигания на скорость распространения фронта пламени и скорость выгорания топлива, возникновению вредных компонентов в процессе окисления метана, интенсивности турбулентности и локальных значений турбулентной кинетической энергии, тепловых потерь в стенки камеры сгорания. По характеру протекания этих физических процессов, дизель, конвертируемый на природный газ, значительно отличается от базового двигателя.

В настоящее время особое значение при конвертировании серийных двигателей на природный газ приобретает математическое моделирование процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре двигателя ещё на стадии разработки проекта перевода на природный газ, что должно обеспечить сокращение времени и материальных затрат на экспериментальную доводку.

Очевидно, что конвертирование серийных дизелей на природный газ и обеспечение приемлемых эффективных и экологических показателей, является одной из актуальных задач современного двигателестроения.

Цель работы. Исследование возможности улучшения экологических характеристик быстроходного дизеля, конвертированного в газовый двигатель с искровым зажиганием.

Задачи работы.

1. Проведение экспериментальных исследований рабочего процесса быстроходного дизеля, конвертированного в газовый двигатель с искровым зажиганием, в лабораторных условиях;

2. Разработка и верификация математической модели трехмерного турбулентного переноса и горения в цилиндре газового двигателя с использованием результатов эксперимента;

3. Исследование влияния конструктивных (форма камеры сгорания, интенсивность вихревого движения заряда) и регулировочных (угол опережения зажигания) параметров на экологические показатели (N0*) газового двигателя.

Научная новизна работы. Исследованы влияния конструктивных (формы камеры сгорания, интенсивность вихревого движения заряда) и регулировочных (угол опережения зажигания) факторов в быстроходном дизеле, конвертированном на природный газ, на образование оксидов азота с учетом нестационарного трехмерного движения и турбулентного сгорания в цилиндре.

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

- применением достоверных опытных данных по исследованию рабочего процесса газового двигателя с искровым зажиганием, полученных во ВНИИГАЗе и в МГТУ им. Н.Э. Баумана при непосредственном участии автора.

Использованием известных экспериментальных данных по внутрицилиндровым процессам газовых двигателей, полученных во ВНИИГАЗе, МАДИ, на фирмах MAN, Volvo и др.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

- Разработанные метод и алгоритм позволяют прогнозировать эффективные и экологические показатели дизеля при его конвертировании в газовый двигатель с искровым зажиганием;

- Определены значения конструктивных и регулировочных параметров, обеспечивающих снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания газового двигателя КамАЭ-740.13 .Г-260;

Апробация работы. По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на:

• Международном симпозиуме "Образование через науку", посвященном 175-летию МГТУ им Н.Э. Баумана, Москва, МГТУ им Н.Э. Баумана, май. 2005г.;

• Научный семинар "Проблемы моделирования процессов горения"(под рук. чл-корр. РАН Ю.В. Полежаева и д.ф.-м. наук, проф. С.М. Фролова), Москва, Институт химической физики им H.H. Семенова РАН, октябрь 2005 г.;

• Четвертой Российской Национальной Конференции по Теплообмену, Москва, МЭИ, октябрь 2006г.;

• Научно-технической конференции «3-й Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», январь 2007.Г., Москва, МАДИ.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 работ.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 145 страницы машинописного текста, 51 рисунок, 5 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 118 наименований (42 из них на иностранном языке).

После каждой главы были приведены конкретные выводы, основанные на полученных результатах, поэтому в заключение диссертационной работы приведем только основные из них:

1. При переводе серийных дизелей на природный газ наиболее целесообразным является конвертирование в двигатель с искровым зажиганием. При этом особое внимание следует уделить проектированию камеры сгорания, интенсивности вихревого движения заряда в цилиндре и углу опережения зажигания. Подтверждено, что в цилиндре между уровнем турбулентности и скорости распределения фронта пламени существует прямая связь, что приводит к тому, что характеристики тепловыделения существенно меняются в зависимости от формы КС. Из исследуемых форм КС наибольшей турбулентностью обладает со - образная КС, а наименьшей - коническая КС. К преимуществам газового двигателя, следует отнести относительно простой процесс конвертации, что делает его экономически целесообразным. Более низкая стоимость природного газа и его большие запасы по сравнению с жидкими углеводородными топливами делают газовый двигатель предпочтительным в сравнении с дизельным.

2. Экспериментальные исследования проводились на газовом двигателе с искровым зажиганием КамАЭ-740.13 .Г-260, представляющим собой конвертированный на природный газ серийный дизель КамАЗ-740ЛЗ-240. Техническое задание предусматривало обеспечение газовым двигателем номинальной мощности ТчГе = 176 кВт при п = 2200 мин"1, и максимального крутящего момента Мктах = 864 Нм при п = 1300 - 1500 мин"1. Была выбрана концепция газового двигателя, работающего на обедненных смесях (ав > 1,3).

3. На основе фундаментальных уравнений переноса количества движения, энергии, концентрации и массы разработана математическая модель рабочего процесса в поршневом двигателе с учетом химической кинетики. Основная система уравнений записывается в форме Рейнольдса и замыкается с помощью к-с модели турбулентности. Реализация математической модели осуществляется с применением программного комплекса FIRE, ориентированного на решении задач поршневых двигателей.

4. В результате проведенного анализа было установлено, что наиболее приемлемым для расчета турбулентного сгорания в поршневых двигателях является модель Магнуссена- Хьертагера. Преимуществом этой модели является, то что для расчета скорости турбулентного сгорания не требуется задание турбулентных флуктуаций реагентов, а их влияние в неявном виде учитывается введением в модели эмпирических коэффициентов.

5. Определены значения эмпирических коэффициентов модели сгорания Магнуссена- Хьертагера, обеспечивающие хорошее соответствие экспериментальных и расчетных значений изменений давления и скорости тепловыделения в цилиндре газового двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием.

6. Верификация модели сгорания с использованием экспериментальных индикаторных диаграмм, полученных автором в результате стендовых испытаний дизеля КамАЭ-740.13 .Г-260, конвертированного на природный газ, подтверждает достоверность полученных расчетных данных и указывает на целесообразность применения модели для исследования влияния регулировочных и конструктивных факторов на турбулентное сгорание и образование вредных компонентов в цилиндре исследуемого двигателя.

7. В целях проведения экспериментальных исследований был модифицирован испытательный стенд, в частности, на стенд был установлен газовый двигатель с искровым зажиганием КамАЗ-740ЛЗ .Г-260. Двигатель был оснащен датчиком давления фирмы АУЬ и периферийным оборудованием для индицирования двигателя. Опытный двигатель был оснащен экспериментальной камерой сгорания симметричной формы.

8. Хорошее согласование расчетных и экспериментальных индикаторных диаграмм позволяет заключить, что разработанная математическая модель рабочего процесса газового двигателя успешно верифицирована, и ее можно использовать далее для исследования влияния на экологические показатели двигателя таких факторов, как форма камеры сгорания, интенсивность вихревого движения заряда, угол опережения зажигания и др.

9. Результаты экспериментальных исследований показали, что в газовом двигателе при работе на обедненных метановоздушных смесях, можно получить мощность и крутящий момент лишь на 8% уступающие аналогичным параметрам базового двигателя, работающем на дизельном топливе.

Ю.Измерения показали, что по выбросам токсичных веществ НС, СО, МЭХ газовый двигатель, при работе на режимах номинальной мощности и режиме частичной нагрузки, а также на режиме холостого хода, удовлетворяет нормам ЕВРО-П.

11.Уровень шума газового двигателя по предварительным оценкам значительно меньше, чем у базового дизеля, вследствие более мягкого протекания процесса сгорания, что подтверждается экспериментальными диаграммами.

12.С точки зрения эффективных показателей двигателя, наилучшим вариантом является со - образная КС, т.к. она имеет наибольшее значение Р7. А также, обладает максимальным, среди всех камер, значением скорости тепловыделения, которое к тому же расположено ближе к ВМТ, чем для остальных КС. Однако, с точки зрения экологических показателей и уровня тепловых нагрузок на основные детали, со-образная КС уступает другим исследуемым вариантам КС. Коническая КС по сравнению с другими характеризуется преимуществами: низкая концентрация оксидов азота (в среднем в 4,5 раза меньше, чем для со -образной КС); низкий уровень скорости нарастания давления, меньший уровень шума и механических нагрузок, что является следствием мягкого протекания процесса сгорания. Оптимальным вариантом из исследуемых форм камер является симметричная КС, обладающая хорошими экологическими характеристиками при приемлемых эффективных показателях.

13.Лучшие эффективные показатели двигатель с со - образной КС имеет при работе с углом опережения зажигания 0 = -25° и -21°, т.к. обладают высокими Р2 и максимальными значениями скорости тепловыделения. Для вариантов с 0 = -35° и -30°, обладающими максимальными значениями Р2, пик тепловыделения достигается слишком рано и не превышает максимальные скорости тепловыделения для других исследуемых УОЗ. Что касается образования оксидов азота, то работа двигателя при 0 = -25° и -21° является хоть и не лучшей, но приемлемой. А при 0 = -35° образуется максимальное количество М)х. Оценка скорости нарастания давления показывает, что наиболее ар выгодно использовать поздние 0= -5°, -10°. При которых, значения —а(р значительно меньше остальных случаев. Таким образом можно заключить, что оптимальным вариантом будет использование 0 = -25° и -21°.

14.Анализ влияния вихревого числа на рабочий процесс двигателя показал, что увеличение интенсивности вихревого движения приводит к увеличению максимальных значений давления и температуры в цилиндре. Так, при работе с вихревым числом 2, Р2 выше остальных исследуемых случаев на 20%. Однако, количество образовавшихся >ЮХ в данном случае также является максимальным и превосходит остальные варианты примерно в 2 раза. Следовательно, можно сделать вывод, что для получения хороших эффективных показателей двигателя, следует использовать систему с максимальной интенсивностью вихревого движения топливовоздушной смеси. И наоборот, для получения хороших экологических показателей, целесообразно использовать систему, приводящую к меньшей закрутке потока.

В результате проведенных исследований подтверждается, что конвертирование дизеля КамАЗ -740.13 -240 на природный газ с искровым зажиганием целесообразно, как с экономической, так и с экологической точки зрения. Для газового двигателя рекомендуется УОЗ 0 = 26° до ВМТ для режима номинальной мощности и 0 = 21° до ВМТ для режима частичной нагрузки (80% от номинальной мощности); вихревое число Оп = 1 для обоих режимов, и симметричная (цилиндрическая) форма камеры сгорания.

Ряд полученных результатов, используется в 000"ВНИИГАЗ" и в учебном процессе МГТУ им Н.Э. Баумана.

1. Цыркин Е.Б., Олегов С.Н. О нефти и газе без формул. JL: Химия, 1989. - 160 е.: ил. - (Научно-популярная библиотека школьника).

2. Вагнер В.А. Основы теории и практика использования альтернативных топлив в дизелях: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Москва, 1995. - 32 с.

3. Golovitchev V.I., Atarashiya К., Tanaka К. Towards Universal Edc-Based Combustion Model for Compression-Ignited Engine Simulations // SAE Paper. W.C. - 2003. - №2003-01-1849. - W.P.

4. Булыгин. Ю.И. Экспериментальное и компьютерное исследование рабочего процесса и токсичности тепловозных двигателей внутреннего сгорания. Ростов: Издательский центр ДГТУ, 2006. - 145 с.

5. Звонов. В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1981. - 160 е., ил.

6. Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенев В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. НАМИ, 2001.-248 с.

7. Звонов В. А. Процессы образования токсичных веществ и разработка способов уменьшения их выбросов двигателями внутреннего сгорания: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. -Харьков, 1987.-43 с.

8. Чесноков С.А. Прогнозирование неравновесного образования токсичных веществ при горении в ДВС с искровым зажиганием: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Тула, 2006. - 32 с.

9. Ховах М.С. Рабочий процесс автотракторного дизеля: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Москва, 1967. - 47 с.

10. Lu, J., Pouring, A.A. Development of a New Concept Piston for Alcohol Fuel Use in a CI Engine // SAE Paper. W.C. -1996. -№961078.-W.P.

11. П.Семенов Б.Н. Исследование работы дизеля при непосредственном впрыске сжиженного газа: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. Ленинград, 1964. - 20 с.

12. Yiquan Huang, Qingyun Su, Zheng Huang. Simulating Analysis of Methanol Combustion Process and Variations of Cycle to Cycle in Diesel Engine // SAE Paper. Orlando. - 2001. - №2001-01-1985. -W.P.

13. Ben L., Raud-Ducros N., Truquet R. Influence of Air/Fuel Ratio on Cyclic Variation and Exhaust Emission in Natural Gas SI Engine

14. SAE Paper. Costa Mesa. - 1999. -№1999-01-2901. - W.P.

15. Golub A. Modeling NOx Formation in a Small Bore, Lean Natural Gas, Spark Ignition Engine // SAE Paper. Toronto. - 1999. - №1999-01-3480.-W.P.

16. Fiveland S., Assanis D. A Four-Stroke Homogeneous Charge Compression Ignition Engine Simulation for Combustion and Performance Studies // SAE Paper. Detroit. - 2000. - №2000-01-0332.-W.P.

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

18. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Ленинград, 1969. -23 с.

19. Иващенко Н. А., Кавтарадзе Р. 3. Многозонные модели рабочего процесса ДВС. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 1997. - 60с.

20. Gisoo Hyun, Mitsuharu Oguma, Shinichi Goto. CFD study of an LPG DI SI engine for heavy-duty vehicles // SAE Paper. Reno. - 2002. -№2002-01-1648.-W.P.

21. Andreassi L., Cordiner S., Rocco V. Analysis of combustion instability phenomena in a CNG-fiieled heavy-duty turbocharged engine // SAE Paper. Orlando. - 2001. - №2001-01-1907. - W.P.

22. Blank D., Pouring A., Jiang Lu. Methanol combustion in low compression ratio D.I. engines enabled by Sonex piston design

23. SAE Paper. Detroit. - 2001. - №2001-01-1197. - W.P.

24. Gisoo Hyun, Daeyup Lee, Shinichi Goto. KIVA simulation for mixture formation processes in an in-cylinder-injected LPG SI engine // SAE Paper. Baltimore. - 2000. - №2001-01-2805. - W.P.

25. Williams F.A., Li S.C. Some basic considerations of pollutant emission and knock in internal combustion engines // SAE Paper. -Detroit. 2000. -№2000-01-0647. - W.P.

26. Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло- и массообмен в пограничных слоях.-М., 1971.-Б.С.

27. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М., 1984. - Б.С.

28. Patankar S., Baliga В. A New Finete-Difference Scheme for Parabolic Differential Equations // Heat Transfer. 1978. - W.N. - 27p.

29. Akira Harada, Naoki Shimazaki, Satoru Sasaki. The effects of mixture formation on premixed lean diesel combustion // SAE Paper. -Detroit. 1998. - №980533. - W.P.

30. DeHong Zhang, Frankel S. Optimization of natural gas engine performance by multidimensional modeling // SAE Paper. Peoria. -1997.-№971567.-W.P.

31. Poläsek M., Macek J., Takäts M. Application of advanced simulation methods and their combination with experiments to modelling of hydrogen-fueled engine emission potentials // SAE Paper. Detroit. -2002. - №2002-01-0373. - W.P.

32. Stan C., Troeger R., Guenther S. Internal mixture formation and combustion—From gasoline to ethanol // SAE Paper. Detroit. -2001. - №2001-01-1207. - W.P.

33. Edited by Roy G.D., Frolov S.M., Starik A.M. Combustion and Atmospheric Pollution. Moscow: TORUS PRESS Ltd., 2003. -680p.

34. Расчет радиационно-конвективного теплообмена в камере сгорания дизеля / Р.З. Кавтарадзе, А.И. Гайворонский, В.А. Федоров и др. // Теплофизика высоких температур. 2007. - Том №45, №5. - С.741-748.

35. FIRE v8.3 CFD SOLVER. // Manual. Graz. - 2004. - W.N. - 140p.

36. Ludwig P. Die Untersuchung der ortlichen Warmeubertragung in grossen Dieselmotoren unter besonderer Berücksichtigung der Strahlung mit Hilfe der Zonnenmethode // Schiffbauforschung. -1981. N1. - S.3-11.

37. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: Вища школа, 1980. - 167 с.

38. FIRE. Users Manual Version 8. AVL LIST GmbH. Graz. - 2002. -293р. (Лицензионное соглашение DKNR: BMSTU70203 между МГТУ им. Н. Э. Баумана и АВЛ ЛИСТ ГмбХ).

39. Белинкий Л.М. Теплоизучение в камере сгорания быстроходного двигателя с воспламенением от сжатия. Исследование рабочего процесса и подачи топлива в быстроходных дизелях // Тр. НИИД. -Л. М.: Машгиз., 1995. - С. 83-114.

40. Брилинг Н.Р. Исследование рабочего процесса и теплопередачи в двигателе // Дизель. М.: ГОНТИ, 1931. - Б.С.

41. Мазинг Е.К. Тепловой расчет рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. М.: МАМИ, 1935. - Б.С.

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

43. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Л., 1979. - Б.С.

44. Костин А.К., Пугачев П.Б., Коченев Ю.Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации. Л., 1989. - Б.С.

45. Смайлис В.И. Теоретические и экспериментальные основы создания малотоксичных дизелей: Дис. .докт. техн. наук.- Л., 1988.-346 с.

46. Ессен 3. Путь к экономичному двигателю. Прямая передача информации из камеры сгорания // Экономика. Техника. 1989. -№1. - С. 8-13.

47. Хачиян A.C., Синявский В.В. Расчет цикла четырехтактного газового двигателя. М.: МАДИ, 2001. - 48 с.

48. Колеров Л.К. Газовые двигатели. М.: МАШГИЗ, 1955. - Б. С.

49. Газомобиль для всех / Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко, Л.С. Золотаревский и др. М.: ВНИИЭгазпром, 1991. - 100с.

50. Хачиян A.C., Синявский В.В. Расчет и анализ действительного цикла дизеля. М.: МАДИ, 2004. - 52с.

51. Базанчук Г.А., Волохова Г.Л. Материалы к лекциям и беседам юбилея «175 лет МГТУ им Н.Э. Баумана». М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2005.-Б.С.

52. Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С., Ксенофонтов С.И. Газовые и газодизельные двигатели. М.: ВНИИЭгазпром, 1992. - 126с. (ил.58. Табл. 9)

53. Ерохов В.И. Карунин А.Л. Газодизельные автомобили (конструкция, расчет, эксплуатация): Учебное пособие. М.: Граф-Пресс, 2005. - 560 с.

54. Капустин A.A. Улучшение эксплуатационных показателей транспортных дизелей на основе научного обоснования с разработкой газодизельного процесса и методов фильтрации отработавших газов: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. -Санкт-Петербург, 2000. 46 с.

55. Сычев В.П. Исследование влияния процесса смесеобразования на показатели рабочего цикла газового двигателя: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. Саратов, 1963. - 20 с.

56. Певнев Н.Г. Совершенствование процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей с двухтопливной системой питания: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Оренбург, 2004. - 34 с.

57. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1973. - Б.С.

58. Под общей редакцией Орлина A.C. Расчет рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания: Справочное пособие. М.: МАШГИЗ, 1955. - 124с.

59. Бенидзе Д. Ш. Влияние конструкции впускного и выпускного каналов на граничные условия теплообмена в цилиндре и тепловое состояние дизеля: Дис. .канд. техн. наук. М., 1991. -141 с.

60. Чирков С.Н. Комплексный анализ процесса смесеобразования в дизельных ДВС: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Барнаул, 1997.-59 с.

61. Нижник М.Е. Исследование рабочего процесса газового двигателя повышенного сжатия: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. Ленинград, 1964. - 29 с.

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

63. Гриценко А.И., Боксерман Ю.И., Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С. Газовое моторное топливо. М.: ВНИИГАЗ, 1992. - 240 с.

64. Аксенов Д.Т. Исследование рабочего процесса и эксплуатационных показателей газового мотор-генератора 11ГД100: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. Москва, 1965. -23 с.

65. Кожушко К.И. Исследование рабочего процесса двигателя ГАЗ-51 на сжиженном газе с факельным зажиганием: Автореферат дисс. .канд. техн. наук. Ленинград, 1963. - 18 с.

66. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

67. Энергетические установки с газовыми поршневыми двигателями / Под ред. Л.К. Коллерова. Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979.-248 с.

68. Ван Ичунь. Локальный теплообмен в теплоизолированной камере сгорания быстроходного дизеля: Дис. .канд. техн. наук. М., 1999.- 164 с.

69. Лобанов И.Е. Локальный радиационно-конвективный теплообмен в турбулентном пограничном слое в камерах сгорания быстроходных дизелей: Дис. .канд. техн. наук. М., 1998,- 174 с.

70. Матиевский Д.Д. Разработка и использование методологии анализа индикаторного к.п.д. для снижения расходатрадиционного топлива, дымности и токсичности тракторных дизелей: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Ленинград, 1987. -40 с.

71. Карпов В.П. Закономерности горения в замкнутом объеме как основа рабочих процессов экономичных и малотоксичных поршневых двигателей: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. -Черноголовка, 1981. 29 с.

72. Синицин В.А. Физические условия и математическое моделирование локального теплообмена в ДВС: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Барнаул, 1995. - 32 с.

73. Lancaster D.R., Krieger R.B., Sorenson S.C. Effects of Turbulence on Spark-Ignition Engine Combustion // SAE Paper. W.C. - 1976. -№760160.-W.P.

74. Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York: McGraw Hill, 1988. - 17p.

75. Beaty K., Egnell R., Ekelund M. Development of a low Emission Volvo 9.GL Natural Gas fueled Bus Engine // SAE Paper. W.C. -1992.-№921554.-W.P.

76. Dietrich W.R., Grundman W., Langeloth G. Pollutant Reduction on Stationaru S.I. Engines from Motoren Werke Mannhiem for Operation on Natural Gas Applying the Lean - Burn Principle

77. MTZ. Motortechniche Zeitschrift. 1986. - №47. - 5s.

78. Johansson B. Influence of the Velocity Near the Spark Plug on Early Flame Development // SAE Paper. W.C. - 1993. - №930481. - W.P.

79. Kingston Jones M.G., Heaton M.D. Nebula Combustion System for Lean Burn Spark Ignited Gas Engines // SAE Paper. W.C. - 1989. -№890211.-W.P.

80. Johansson В., Olsson К. Combustion Chambers for Natural Gas SI Engines. Parti: Fluid Flow and Combustion // SAE Paper. W.C. -1995.-№950469.-W.P.

81. Singh M.K., Moore Jr J.S. Preliminary assessment of the availability of U.S. natural gas resources to meet U.S. transportation energy demand // SAE Paper. Hyatt Crystal City. - 2002. - №2002-01-1926.-W.P.

82. Руднев Б.И. Процессы локального радиационно-конвективного теплообмена в камерах сгорания судовых дизелей: Автореферат дисс. .докт. техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. - 44 с.

83. Чесноков С. А. Химический турбулентный тепломассобмен в двигателях внутреннего сгорания. Тула : Изд-во ТулГУ, 2005. -465 с.

84. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя / Б.С. Стечкин, К.И. Генкин, B.C. Золотаревский и др. М.: Академия наук СССР, 1960.-Б.С.

85. Гриневецкий В.И. Приложение к книге Гюльднера "Двигатели внутреннего сгорания". М., 1907. - Б.С.

86. Кавтарадзе З.Р. Снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания быстроходного дизеля путем усовершенствования рабочего процесса: Дис. .канд. техн. наук. -М., 2006.- 189 с.

87. Федоров В.А. Разработка и экспериментальная проверка метода расчета локальных периодических тепловых нагрузок в поршневых двигателях: Дис. .канд. техн. наук. М., 2004. - 161 с.

88. Плешко А.П., Перфильев В.В. О влиянии подсоединительных каналов на работу датчиков давления. Измерительная техника. -1957. N3. -Б.С.

89. Андерсен Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен (в двух томах). М.: Изд-во «Мир»,1990. Том 1. - 384с; Том 2. - 392 с.

90. Лазурко В.П., Кудрявцев В. А. Программа обработки индикаторной диаграммы дизеля на ЭЦВМ «Мир-1» // Тр. ЦНИДИ. — 1975. — № 7. — С. 81-84.

91. Матвеев В.В., Кудрявцев В.А. К анализу погрешностей при расчёте характеристик тепловыделения дизелей по индикаторным диаграммам // Тр. ЦНИДИ. — 1975. — № 9. — С. 144-149.

92. Borghi, R., Delamare, L., Gonzales, M. The Modeling and Calculation of a Turbulent Flame Propagation in a Closed Vessel.

93. CNRS Faculte des Sciences de Rouen. - W.Y. - №230. - W.P.

94. Cant, R. S., Bray, K.N.C. Strained Laminar Flamelet Calculation of Premixed Turbulent Combustion in a Closed Vessel // 22nd International Symposium on Combustion. Pittsburgh. - 1990. -W.N. - W.P.

95. Bowman C.T. Chemistry of Gaseous Pollutant Formation and Destruction, in Fossil Fuel Combustion // A Source Book. W.C.1991.-W.N.-P215-260.

96. Gorner, K. Technische Verbrennungssysteme, Grundlagen, Modelbildung, Simulation. Berlin-Heidelberg: Springer Verlag. -1991.-W.P.

97. Polifke, W. Fundamental and Practical Limitations of NOx, Reduction in Lean-Premixed Combustion, Notes for the EUROCONFERENCE RWTH about "Premixed Turbulent Combustion: Introduction of the State of the ART". Aachen, (Germany). - 1995.-P.l-17.

98. Zeldovich, Y. В., Sadovnikov, P. Y., Frank-Kamenetskii, D. A. Oxidation of Nitrogen in Combustion // Institute of Chemical Physics.- Moscow-Leningrad: Translation by M. Shelef, Academy of Sciences of USSR. 1947. - W.P.

99. Bogensperger, M. A Comparative Study of Different Calculation Approaches for the Numerical Simulation of Thermal NO Formation: Diss. Graz, 1996. - W.P.

100. Heywood, J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. -W. C.: McGrawHill Book Company, Second Series, 1988. W.P.

101. Warnatz, J., Maas U. Technische Verbrennung. BerlinHedelberg- New-York: Springer - Verlag, 1993. -220 s.

102. Maas U., Pope S. Simplifying Chemical Kinetics; Intrinsic low-dimensional Manifolds in Composition Space. // Combustion and Flame. 1992. - №88. - P.239-264.

103. De Soete, G.G. Overall reaction rates of NO and N2 formation• thfrom fuel nitrogen //15 Symposium (International) on Combustion.- Pittsburgh. 1975. - W.N. - 1093p.

104. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: Физматлит, 2003. - 352с.

105. Иевлев В.М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М.: Наука, 1975. - 278с.

106. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен; В 2-х т.: Пер. с англ. М.: Мир, 1990.-Т. 1.-384 с.

107. Горение в сверхзвуковом потоке / В.К. Баев, В.И. Головичев, П.К. Третьяков и др. Новосибирск: Наука, 1984. -415с.

108. Дунаев В.А., Акименко Т.А. Численное моделирование и визуализация многокомпонентного газового потока // Тезисы докладов международной НТК Современные научно-технические проблемы гражданской авиации. М., 1999. - С. 93-94.

109. Freeman L.M., Korkegi R.H. Projectile Aft-Body Drag Reduction by Combined Boat-Tailing and Base Blowing // AFAPL. -1976. TR-75-112. - W.P.

110. Течение газа с подводом тепла вблизи внешней поверхности тела // Обзор БНТИ ЦАГИ. 1971. - №347. - Б.С.

111. Riegler, U.G. Berechnung der Verbrennung und der Schadstoffbildung in Ottomotoren unter Verwendung detaillierter Reaktionsmechanismen // Dissertation. Fakultat Energietechnik der Universität Stuttgart. - 1999. - W.P.

112. Чесноков С.А. Применение k-s модели турбулентности при горении в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. -2004. -Вып. 8.-С. 103-110.

113. FIRE v8.3 CFD COMBUSTION. 2004. - 99р.

114. Гайворонский А.И., Савченков Д.А., Шибанов A.B. Влияние формы камеры сгорания на экологические и экономические показатели газового двигателя // Образование через науку: Тезисы докладов Международной конференции. М., 2005. - С.385.

115. Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Шибанов A.B. Исследование влияния конструктивных и регулировочных параметров на образование оксидов азота в газовом двигателе с использованием трехмерной модели рабочего процесса

116. Двигатель 2007: Сборник научных трудов по материалам международной конференции, посвященной 100-летию школе двигателестроения МГТУ им Н.Э. Баумана. - Москва, 2007. -С.145-150.