автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Влияние расслоения обедненной метановоздушной смеси в области электродов свечи зажигания на процессы ее воспламенения и горения

На правах рукописи

ЗОРИН ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ РАССЛОЕНИЯ ОБЕДНЕННОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОДОВ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ЕЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2003

Диссертация выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Злотин Григорий Наумович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Придко Владимир Алексеевич;

кандидат технических наук,

доцент Липилин Валентин Иванович.

Ведущая организация ОАО "Волгоградский моторный завод".

Защита диссертации состоится 26 декабря 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан "Ю " ноября 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Ожогин В.А.

- н з

О. О АI ~7 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' Актуальность работы. По прогнозам специалистов многих стран в самом ближайшем будущем следует ожидать расширение применения природного газа в качестве топлива двигателей транспортных средств. Это обусловлено, с одной стороны, постепенным исчерпанием мировых запасов нефти, ростом стоимости ее добычи и переработки, и с другой - значительными разведанными запасами, развитой системой добычи и транспортировки природного газа. В настоящее время в США, Японии, странах Западной Европы отмечается значительный рост числа исследований, касающихся работы поршневых двигателей внутреннего сгорания на природном газе, а также на других горючих газах, основным компонентом которых является метан.

К числу основных преимуществ метана как топлива для двигателей внутреннего сгорания относятся: экологическая чистота, высокие антидетонационные качества и широкие пределы воспламеняемости метановоз-душных смесей. По оценкам большинства специалистов названные преимущества можно в полной мере реализовать лишь в газовых двигателях с искровым зажиганием, допускающих работу на бедных топливовоздущных смесях. Однако практическое исполнение высокоэкономичного и малотоксичного поршневого газового двигателя с такой организацией рабочего процесса сдерживается низкой скоростью горения метановоздушных смесей, причем указанный недостаток проявляется тем больше, чем беднее эта смесь.

Низкая скорость горения метановоздушных смесей сказывается прежде всего на процессах образования и развития начального очага (НО) горения при зажигании смеси электрической искрой. Вместе с тем, многочисленные исследования показывают, что любые меры, обеспечивающие форсированное развитие НО горения, способствуют ускорению всего процесса сгорания, позволяют сократить пропуски воспламенения и, тем самым, повысить эффективность работы двигателя. В этой связи решение проблемы форсирования развития НО горения обедненных метановоздушных смесей является актуальной для современного двигателестроения.

Работа выполнялась при поддержке научно-технической программы Минобразования России "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" № 205.08.08.006.'

Дели и задачи работы. Повышение эффективности сжигания в замкнутых объемах природного газа путем реализации предлагаемого нового метода форсирования процесса воспламенения и горения обедненных метановоздушных смесей, сущность которого заключается в локальном обогащении этих смесей подачей малых доз горючих газов в область электродов свечи зажигания накануне искрового разряда. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) Разработать математический аппарат, опиацишощий ^ ной адекватностью сложный комплекс физико-:

*<Шнессов

С.1Кир»Г 09

протекающих в НО горения метановоздушной смеси при локальной подаче различных горючих газов в область электродов свечи зажигания,

2) Провести широкие теоретические исследования с помощью разработанной математической модели и с привлечением при необходимости других моделей, разработанных ранее в ВолгГТУ и адаптированных к задачам исследования.

3) Создать экспериментальную установку и провести экспериментальные исследования для проверки справедливости результатов теоретических исследований, а также для установления ряда факторов, влияющих на процесс форсированного развития НО, но не учтенных при математическом моделировании.

Методы исследования. Теоретические исследования с помощью комплекса математических моделей процесса воспламенения и горения метановоздушной смеси при локальной подаче различных горючих газов в область электродов свечи зажигания. Экспериментальные исследования этих процессов в условиях камеры сгорания постоянного объема.

Научная новизна. В результате дальнейшего развития созданных на кафедре математических моделей воспламенения топливовоздушной смеси создана универсальная математическая модель процесса искрового воспламенения метановоздушной смеси, способная описать развитие НО горения при локальной подаче в эту смесь в область электродов свечи зажигания любого горючего газа, при этом учтены режим работы форсунки, впрыскивающей локальную добавку, параметры искрового разряда, состав смеси и др.

Выявлены основные закономерности развития НО горения метано-воздушных смесей и установлены факторы, с помощью которых можно управлять развитием НО горения при локальной подаче различных горючих газов в область межэлектродного зазора свечи зажигания.

Практическая ценность. Выработан ряд важных рекомендаций, способствующих практической реализации предлагаемого метода организации рабочего процесса в ДВС с искровым зажиганием, работающих на метановоздушных смесях.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в учебный процесс при подготовке студентов по специальности 15.02.00 "Автомобили и автомобильное хозяйство", а также при выполнении работ магистров по программе 55.14.01 "Автомобили".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международной конференции "Прогресс транспортных средств и^ систем" (г. Волгоград, 2002 г.), на Всероссийской научной конференции "XXII Российская школа по проблемам науки и технологий" (г. Миасс, 2002 г.), на Всероссийском научном семинаре "Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе" (г. Москва, 2003 г.), на региональных конференциях молодых исследователей Волгограда и Волгоградской области (2000, 2001, 2002 гг.), на ежегодных внут-ривузовских конференциях (2000, 2002, 2003 гг.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 10 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованных источников, включающего 121 наименование, в том числе 52 на иностранном языке. Содержит 168 страниц машинописного текста, 55 рисунков, 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задача исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен литературный обзор способов применения природного газа в качестве моторного топлива на современном автомобильном транспорте и имеющихся проблем. Показана перспективность научных и конструктивных работ, направленных на создание газового двигателя, работающего на обедненных смесях природного газа с воздухом. Отмечено, что в настоящее время еще недостаточно внимания уделяется проблеме ускорения сгорания бедной метановоздушной смеси. Обзор показал, что эффективным способом решения данной проблемы является ускорение развитая начальной фазы сгорания. На основе анализа публикаций отечественных и зарубежных исследователей таких как А.Н.Воинов, В.З. Гиба-дуллин, Е.А. Захаров, Г.Н. Злотин, В.П. Карпов, В.В. Малов, С.Н. Шум-ский, М. Би^ег, Е. 8Ьег и др. выделены основные способы форсирования начальной фазы процесса сгорания: за счет изменения параметров искрового разряда и за счет расслоения топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Особое внимание в обзоре уделено способу ускорения развития начальной фазы процесса сгорания бензовоздушной смеси, разработанному в ВолгГТУ, который заключается в подаче малых доз горючих газов в область межэлектродного зазора незадолго до искрового разряда. Исследования такого способа организации работы двигателя проводились при локальной подаче в эту область как водорода, так и пропана. Результаты исследований показали, что обогащенная водородом или пропаном вблизи электродов свечи бензовоздушная смесь, легко и надежно воспламеняется, горение быстро выходит на стационарный режим и охватывает большой объем, что позволяет сократить продолжительность процесса сгорания и повысить его межцикловую нестабильность.

На основании проведенного анализа сделано предположение о том, что локальное обогащения зоны электродов свечи зажигания должно приводить к форсированию начальной фазы процесса сгорания не только бензовоздушной, но и метановоздушной смеси.

Во второй главе предлагается одномерная четырехзонная математическая модель процесса искрового воспламенения метановоздушной смеси при локальной добавке малых доз различных горючих газов в область электродов свечи зажигания. Эта модель является развитием одно-

мерной двухзонной математической модели искрового воспламенения гомогенной бензовоздушной смеси при локальной подаче микродоз пропана в область электродов свечи зажигания. Дополнительное выделение в модели еще двух зон позволяет в зависимости от свойств локальной добавки горючего газа анализировать процесс воспламенения образующейся при этом трехкомпонентной смеси, учитывая изменения ее концентрации в НО горения и влияние на ее состав режима работы форсунки, впрыскивающей горючий газ.

Моделирование процесса в первой зоне происходит с момента, начинающегося после завершения емкостной фазы разряда и образования ядра начального очага. Подвод энергии к очагу в этой зоне осуществляется от источника зажигания, а отвод - в электроды свечи зажигания и во вторую зону.

Вторая зона является непосредственным продолжением первой. При ее моделировании исходили из того, что концентрация трехкомпонентной смеси остается постоянной, так как остается постоянной концентрация локальной добавки горючего газа, впрыснутого в межэлектродный зазор свечи зажигания. Подвод энергии к очагу во второй зоне осуществляется как в результате горения трехкомпонентной смеси, так и из первой зоны, а отвод - в электроды свечи зажигания и в третью зону.

Третья зона является непосредственным продолжением второй. При моделировании процесса в этой зоне исходили из того, что концентрация локальной добавки горючего газа, впрыснутого в область межэлектродного зазора свечи зажигания, по мере увеличения радиуса третьей зоны уменьшается и в конце ее становится равной нулю, то есть концентрация трехкомпонентной смеси является переменной величиной. Подвод энергии в третьей зоне осуществляется как в результате горения трехкомпонентной смеси, так и из второй зоны, а отвод - в четвертую зону. При этом потери теплоты в электроды отсутствуют.

Четвертая зона является непосредственным продолжением третьей. Размер ее выбирается с таким расчетом, чтобы за рассматриваемый промежуток времени (до выхода на стационарный режим горения) температура и состав смеси на ее внешней границе оставались неизменными. При моделировании процесса в этой зоне исходили из того, что: концентрация локальной добавки горючего газа, впрыснутого в межэлектродный зазор свечи зажигания, равна нулю, то есть в этой зоне рассматривается основная метановоздушная (двухкомпонентная) смесь. Подвод энергии в четвертую зону осуществляется как в результате горения двухкомпонентной смеси, так и из третьей зоны. Потери теплоты в электроды отсутствуют.

Модель базируется на следующей системе дифференциальных уравнений, справедливых для каждой точки любой из четырех зон :

- уравнение неразрывности

др + J___/., „ .2

9т г2 дт

(V • р • г2 ) = 0 ; (1)

- уравнение сохранения компонентов

дек = 1 _а_

з-г2 дг

д%

дт

Б

дёк

аг

V,

- уравнение энергии

ЗТ <ГГ _ _

9г о • г

5т 1

+ V

к = I

аг 1

Эг дт

ат аг

(Ч; + Чг -

(2)

(3)

р • Ср

где р - плотность смеси, т - время, г - расстояние от начала координат, V -скорость движения точки расчетной области, £ к - массовая доля к-го компонента смеси, Wк - массовая скорость расходования к-го компонента смеси, Т - температура, ср - удельная изобарная теплоемкость, X - теплопроводность, Бц - коэффициент диффузии к-го компонента, п - число компонентов в смеси, Ьк - удельная энтальпия к-го компонента,^ - удельная теплота, подводимая в результате выделения энергии в искровом разряде, ч г -удельная теплота, подводимая в результате химических реакций, ч э -удельная теплота, отводимая в электроды. Удельная теплота - это теплота, отнесенная к 1 м3 смеси.

При моделировании состава трехкомпонентной было принято, что струя горючего газа с температурой Тд, удельной теплоемкостью Сро под давлением рд вытекает из отверстия форсунки радиусом гф в течение времени Тф в неподвижную гомогенную метановоздушную смесь, имеющую давление рсм, температуру Тсм, теплоемкость СрсМ, коэффициент избытка воздуха а. При этом образуется гомогенная трехкомпонентная горючая смесь, состав которой определяется по формуле:

«'=,-^-. (4)

1п

'Ом ' тм + 'од "*д где 1ом, Ьд - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг метана и локальной добавки горючего газа соответственно; шм,. т„, шд - соответственно массы метана, воздуха и локальной добавки горючего газа в трехкомпонентной смеси.

При расчете массы локальной добавки в трехкомпонентной смеси учитывалась область истечения горючего газа из форсунки (дозвуковая или сверззвуковая).

Для верификации модели была проведена большая серия специальных экспериментов, которые показали хорошее совпадение рассчитанных и экспериментальных значений нормальной скорости сгорания и адиабатической температуры пламени от состава метановоздушной смеси, а также изменения радиуса очага горения от времени его развития.

В третьей главе приведены результаты теоретического исследования процесса искрового воспламенения метановоздушной смеси с учетом локальной добавки горючего газа в зоне зажигания.

и,

В ходе исследования установлено, что локальная подача метана, пропана и водорода в область электродов свечи зажигания способствует форсированию развития начального очага горения бедных метановоздуш-ных смесей. Причем это форсирование проявляется тем интенсивнее, чем беднее смесь. Так, например, при а=1,4, Тсм=500 К, рсм=0,4 МПа локальная добавка метана приводит к сокращению времени развития НО с 10 мс до 7,4 мс.

Кроме того, показано, что локальные добавки метана, пропана и особенно водорода способствуют более быстрому выходу горения на стационарный режим. При этом значительно (более чем в три раза) сокращается индукционный период.

Изучены энергетический баланс и структура фронта пламени обедненной метановоздушной смеси в области межэлектродного зазора как с локальными добавками различных горючих газов, так и без них. Это позволило объяснить причины форсированного развития НО горения при локальной подаче различных горючих газов. Пример полученного расчетным путем профиля фронта пламени метановоздушной смеси состава а=1,4 без локальной подачи горючего газа в область межэлектродного зазора приведен на рис.1. Толщина фронта пламени 8=0,79 мм, а нормальная скорость сгорания ин=0,155 м/с. Локальной подачей некоторого количества метана в примыкающей к электродам свечи области образуется смесь состава а=0,97, скорость сгорания которой близка к максимальной (рис.2). При этом почти в два раза сокращается толщина фронта пламени, а нормальная скорость сгорания увеличивается до 0,276 м/с. В результате ускоряется развитие НО горения, а интенсификация тепловыделения во фронте пламени происходит как за счет увеличения скорости химических реакций

так и за счет увеличения теплоты ^ выделяющейся в локальном объеме, т.е. зависит от химических свойств локальной добавки.

В ходе исследования вскрыты закономерности формирования поля концентраций топливовоздушной смеси при локальной подаче различных горючих газов в область электродов свечи зажигания. Показано (рис.3), что размер области обогащения смеси при прочих равных условиях определяется диффузионными свойствами этих газов. Это объясняет, почему локальная добавка, обладающая хорошими диффузионными свойствами, обеспечивает большее ускорение развития НО горения, чем применение более химически активного пропана (рис.4). Установлено, что использование для локальных добавок самого химически активного и легко диффундирующего газа - водорода оказывает также промотирующее влияние на горение основной метановоздушной смеси.

Изучение поля концентраций метановоздушной смеси в области электродов свечи зажигания позволило также установить, что максимальная интенсификация процесса формирования и развития НО горения для заданного состава исходной метановоздушной смеси достигается только

1,7 1,6 1,5 1,4 1,3

Т,К 2400

- 2000

1600

-5

кг/м -С

1200

1,2 <- 400

2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 г, мм Рис.1. Расчетный профиль фронта пламени бедной метановоздушной смеси без локальной добавки горючего газа в область межэлектродного зазора: а=1,4, Тсм=500 К, Рсм=400 кПа

Яг-Ю*.

Вт/м3 25

20

15

10

-1 0

1,1 1,05 1

0,95 0,9

0,85 и 400

кг/м -с

2,7 2,9 3,1 3,3 г, мм

0 - 0

чг-ю

Вт/м3

20

15

10

п9

Рис.2. Расчетный профиль фронта пламени метановоздушной Смеси при локальной добавке метана в область электродов свечи зажигания: а=1,4, Тсм=500 К, рсм=400 кПа,р д=540 кПа, Тф=1 мс, Гф=1мм

Л/ / / 4 п 7

2 1 0 /у 7

У

1 2 3 4 5 6 7 8 г>мм

Рис.3. Влияние локальной подачи горючего газа на состав смеси в НО

горения (а=1,4, Тсм=500 К, рсм=400 кПа,Тф=1мс, Гф=1мм): 1 - без локальной добавки; 2-е добавкой пропана (рд=520 кПа); 3 -с добавкой метана (рд=540 кПа); 4-е добавкой водорода (ря=560 кПа)

Рсм=400 кПа,Тф=1мс, Гф=1мм): 1 - без локальной добавки; 2-е добавкой пропана (рд=520 кПа); 3-е добавкой метана (рд=540 кПа); 4-е добавкой водорода (рд=560 кПа)

при определенных для каждого горючего газа значениях давления и конструктивных параметрах форсунки, впрыскивающей этот газ.

Кроме того, показано, что воздействие на процесс развития НО горения при помощи локальных добавок имеет преимущество перед увеличением межэлектродного зазора, дополнительной подпиткой очага энергией из индуктивной фазы разряда и повышением степени сжатия.

В четвертой главе приводится описание экспериментальных стендов, контрольно-измерительной аппаратуры и методик проведения экспериментов.

Экспериментальное исследование процессов воспламенения и'горения смесей природного газа с воздухом при их локальном расслоении горючим газом, подаваемым в область межэлектродного зазора свечи зажигания, проводились в камере сгорания постоянного объема, что позволило выделить и изучить в "рафинированном" виде влияние отдельных факторов, что весьма затруднительно осуществить в условиях ДВС.

Для экспериментов был модернизирован экспериментальный стенд, с камерой сгорания постоянного объема, созданный ранее в ВолгГТУ. Он был оснащен комплексом регулирующего, регистрирующего и управляющего оборудования. С помощью специального электронного блока стенд обеспечивал возможность изменения характеристик искрового разряда; независимое изменение продолжительности и момента подачи горючего газа в область межэлектродного зазора и высокого напряжения на свечу зажигания; тонкое регулирование изменение избыточного давления горючего газа перед форсункой, подающей этот газ в область электродов свечи зажигания; регистрацию с помощью ионизационных датчиков распространения фронта пламени; регистрацию с помощью пьезодатчика изменения давления в бомбе; управление с помощью вертушек интенсивности турбулентности. В структуру стенда для регистрации, обработки результатов и анализа изучавшихся процессов был включен современный персональный компьютер

Методика проведения экспериментов была следующей. Предварительно в отдельном баллоне на специальной установке приготовлялась то-пливовоздушная смесь заданного состава. Для этого баллон вакууммиро-вался с помощью вакуумного насоса, затем заполнялся горючим газом до необходимого давления, контролируемого по манометру. После заправки баллона газом в него подавался сжатый воздух в количествах, обеспечивающих заданный состав смеси. Заправленный баллон выдерживался несколько суток. Перед началом экспериментов камера сгорания постоянного объема вакууммировалась, затем заполнялась приготовленной топливо-воздушной смесью до установления в ней атмосферного давления. Воспламенение смеси осуществлялось от электрической искры, параметры которой задавались электронным блоком. Очистка бомбы от продуктов сгорания перед новым опытом производилась в процессе ее вакууммирова-ния.

Экспериментальное изучение диффузионных свойств локальных добавок горючих газов и режима работы форсунки проводилось путем изучения формы факела пламени горючих газов на воздухе. Для этого использовалась ранее разработанные в ВолгГТУ установка и методика.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса искрового воспламенения и горения метановоздушной смеси с учетом локальной добавки горючего газа в зоне зажигания.

Поскольку экспериментально установить время формирования начального очага горения т„0, практически невозможно, постольку необходимо было выбрать такой экспериментально определяемый параметр, который был бы прямо пропорционален этому времени. Такой величиной оказалась продолжительность начальной фазы сгорания тнф, которую оценивали временем от электрического пробоя межэлектродного зазора до появления перегиба на кривой давления. Опыты показали, что продолжительность начальной фазы прямо пропорционально теоретически определенному времени развития НО горения.

Как при локальных добавках различных горючих газов, так и без них

отношение —— остается постоянным. Так, для метановоздушной смеси с

а=1,4 оно равно примерно 1,3 (рис.5).

Полученный результат, во-первых, подтвердил решающую роль динамики формирования НО горения в развитии всего процесса сгорания, во-вторых, обосновал возможность использовать экспериментально полученные значения т„ф для качественного сопоставления с расчетными значениями тно.

Так, опыты подтвердили, что локальная подача горючего газа ускоряет развитие процесса горения обедненных метановоздушных смесей, причем тем заметнее, чем беднее основная метановоздушная смесь. Например, если при коэффициенте избытка воздуха основной метановоздушной смеси а=1,1 локальная подача микродоз метана в область электродов свечи зажигания сократила время развития начальной фазы процесса сгорания в 1,22 раза, то для смеси с а=1,5 оно уменьшилось в 1,47 раза.

Анализ кривых изменения давления горящей смеси (рис.6) подтвердил правильность важного вывода, полученного в ходе теоретических исследований о том, что положительное влияние локальной подачи горючих газов в область межэлектродного зазора не ограничивается процессом воспламенения и начальной фазой горения, а прослеживается в течение всего процесса сгорания.

Изучение сделанных на воздухе фотографий факелов пламени, образующихся при подаче горючих газов в область электродов свечи зажигания, подтвердило существенную роль диффузионных свойств этих газов и скорости их истечения на формирование поля концентраций образующихся топливовоздушных смесей. В частности, подтверждено, что в докрити-

Т нф, мс

60

50

40

30

20 30 40 50 Т но, мс

Рис.5. Зависимость продолжительности начальной фазы сгорания от времени развития НО горения (а=1,4): 1 - без локальных добавок; 2-е добавкой пропана; 3-е добавкой метана; 4-е добавкой водорода

Р,МПа

0,2

0,1

0

0 30 60 90 120 150 тмс Рис.6. Кривые нарастания давления сгорания смеси природного газа с воздухом (а=1,4):

без локальных добавок; 2-е добавкой пропана; 3-е добавкой метана; 4 -с добавкой водорода

1

2 /

3 у

4/

4 —\ /з/ Т,

Л 1/ 2 /

0,09 0,08 0,07

0,06 0,05 0,04

Рис.7. Влияние локальной добавки метана на нестабильность времени подхода пламени к ионизационному датчику при зажигании смеси природного газа с воздухом: 1 - с добавкой метана; 2 - без локальной добавки

N1, кВт

3

2,5

2

1,5

1

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 а

Рис.8. Влияние локального обогащения зоны электродов свечи зажигания метаном на индикаторную мощность одноцилиндрового газового двигателя (п=1500 мин"1, е=11,0- оптимальный): 1 - без локальной добавки, 2-е добавкой метана

ческой области истечения формирование поля концентраций метановоз-душной смеси близко к картине, наблюдаемой при впрыске водорода, а в сверхкритической области истечения к картине, наблюдаемой при впрыске пропана.

Экспериментальные исследования позволили установить, что положительное влияние локального обогащения топливовоздушной смеси имеет место не только в ламинарных условиях, но и при турбулентном горении, а также при горении топливовоздушных смесей, забалластированных продуктами сгорания.

Отмечено, что добавка горючих газов, в частности мсшяа, в область электродов свечи зажигания сокращает межцикловую нестабильность процесса сгорания. Последнее должно приводить к сокращению расхода топлива двигателем и снижению выбросов несгоревших углеводородов. Межцикловая нестабильность в работе оценивалась коэффициентом вариации времени подхода пламени к ионизационному датчику 8 (рис.7).

Опыты показали, что локальное обогащение бедных метановоздуш-ных смесей подачей в область электродов свечи зажигания малых количеств горючих газов позволяет сократить необходимую для успешного воспламенения таких смесей ток индуктивной фазы разряда. Так, локальная подача метана в область межэлектродного зазора свечи зажигания сокращает величину тока индуктивной фазы разряда, необходимого для воспламенения метановоздушной смеси с а=1,4, в два раза. Это должно приводить к уменьшению расхода энергии в системе зажигания и к увеличению срока службы свечей зажигания.

В шестой главе приведены результаты теоретического исследования индикаторных показателей ДВС, работающего на природном газе, с предлагаемой и традиционной организацией рабочего процесса. Исследование проводилось с использованием адаптированной к условиям особенностей газового двигателя математической модели индикаторного процесса ДВС, разработанной на кафедре "Теплотехника и гидравлика" ВолгГТУ.

Установлено, что форсирование НО горения за счет локального обогащения зоны электродов свечи зажигания горючим газом приводит к повышению индикаторных показателей газового ДВС (рис.8). Причем это повышение тем интенсивнее, чем беднее смесь. Так, если при составе исходной метановоздушной смеси а=1,2 повышение индикаторной мощности за счет подачи микродобавок метана составляет всего 2%, то при а=1,6 локальная подача метана приводит к увеличению ЭД на 20%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В ходе выполненных в работе теоретических и экспериментальных исследований получен комплекс результатов, направленных на решение важной научно-практической задачи - повышение

эффективности сжигания в замкнутых объемах природного газа. Комплекс включает:

1.1. Метод форсирования воспламенения и сгорания обедненных метановоздушных смесей, сущность которого заключается в локальном обогащении этих смесей подачей малых доз горючих газов, в том числе метана, в область электродов свечи зажигания накануне искрового разряда.

1.2. Усовершенствованную математическую модель процесса искрового воспламенения топливовоздушной смеси при

.... локальной подаче различных горючих газов в область электродов свечи зажигания, а также программный комплекс, обеспечивающие проведение теоретического анализа динамики развития начального очага горения и протекающих физико-химических процессов при реализации предлагаемого метода организации рабочего процесса, что позволило выявить основные факторы, с помощью которых можно управлять развитием НО горения метановоздушных смесей.

2. Теоретические исследования с помощью математической модели и большой объем экспериментов, проведенных в основном в камере сгорания постоянного объема, позволили получить ряд важных результатов и рекомендаций, которые должны способствовать реализации предлагаемого метода организации рабочего процесса в ДВС с искровым воспламенением:

2.1. Доказано, что предлагаемый метод организации рабочего процесса позволяет значительно форсировать развитие НО и начальной фазы горения, причем положительное влияние локальной добавки горючего газа проявляется тем интенсивнее, чем беднее смесь. Это влияние не ограничивается начальной фазой, а прослеживается в течение всего процесса сгорания.

2.2. Установлено влияние свойств локально поданного горючего газа на структуру фронта пламени и протекающие в нем процессы тепло- и массопереноса, показано роль этих процессов в формировании и развитии НО горения.

2.3. Выявлена важная роль в формировании НО горения поля концентраций топливовоздушной смеси, образующейся в области межэлектродного зазора свечи зажигания при локальной подаче горючего газа и даны рекомендации по управлению этим полем.

2.4. Показана возможность управления процессом воспламенения путем изменения давления локально подаваемого газа, продолжительности процесса подачи, сдвига по времени момента подачи этого газа и момента подачи высокого напряжения на свечу зажигания.

3. Кроме сказанного, теоретические и экспериментальные исследования позволили получить другие результаты, важные для практической реализации в ДВС предлагаемого способа организации рабочего процесса.

3.1. При локальной подаче горючего газа в область электродов свечи зажигания вдвое сокращается необходимая продолжительность индуктивной фазы разряда, что приводит к уменьшению расхода энергии в системе зажигания и увеличивает срок службы свечей зажигания.

3.2. Реализация предлагаемого способа форсирования процессов воспламенения и сгорания бедных метановоздушных смесей приводит к уменьшению межцикловой нестабильности и увеличивает пределы эффективного обеднения смеси.

3.3. Локальная подача горючего газа в область электродов свечи зажигания позволяет до 20 % повысить индикаторную мощность газового ДВС, работающего на обедненных метановоздушных смесях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Влияние локальной подачи горючего газа в межэлектродный зазор свечи зажигания на структуру фронта пламени метановоздушной смеси / Захаров Е.А., Злотин Г.Н., Зорин В.Д., Федянов Е.А.//Двигателестроение. - 2003. - №1. - С. 19-21.

2. Зорин В.Д., Злотин Г.Н., Захаров Е.А. Способ эффективного использования положительных моторных свойств природного газа в двигателе с искровым зажиганием //VII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 12-15 ноября 2002 г.: Тезисы докладов/ Волгогр. гос. технич. ун-т и др. - Волгоград, 2003. -С.54-56.

3. Захаров Е.А., Злотин Г.Н., Зорин В.Д. Анализ эффективности основных способов форсирования развития начального очага горения метановоздушной смеси //Прогресс транспортных средств и систем - 2002: Матер, междунар. научн. -практич. конф., Волгоград, 8-11 октября 2002 г. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2002. - Часть 2. - С.109-111.

4. Захаров Е.А., Злотин Г.Н., Зорин В.Д. Способ форсирования развития начального очага горения метановоздушной смеси //XXII Российская школа по проблемам науки и технологий (г.Миасс, 25-27 июня 2002 г.): Краткие сообщения/ Миасский науч. - учеб. центр и др. - Екатеринбург, 2002 г. С. 61-63.

5. Злотин Г.Н., Захаров Е.А., Зорин В.Д. Влияние локального расслоения на процесс сгорания забалластированных остаточными газами топливо-воздушных смесей // Наземные транспортные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолГТУ. - Волгорад, 2002. - С. 25-27.

6. Зорин В.Д., Злотин Г.Н., Захаров Е.А. Влияние типа промотора при локальном расслоении топливовоздушной смеси на развитие начального очага горения // VI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 13-16 ноября 2001 г.: Тезисы докладов/ ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002. - С.39-41.

7. Математическое моделирование процесса воспламенения метановоз-душной смеси при различных способах воздействия на начальный очаг горения / Захаров Е.А., Злотин Г.Н., Зорин В.Д., Федянов Е.А. // Известия Тульского гос. ун-та. Сер. Автомобильный транспорт. - 2002. Вып.6. -С.108-114.

8. Снижение выбросов окислов азота двигателями легкого топлива при локальном расслоении топливовоздушной смеси / Злотин Г.Н., Федянов Е.А., Захаров Е.А., Иванов Ю.В., Зорин В.Д.// Отчетная конф.-выставка по подпрограмме "Транспорт" науч.техн. программы Мин. образ. РФ "Науч. исслед. высшей школы...": Тез. докл., 11-13 февраля 2002 г., Москва - Звенигород / Московский гос. авиационный ин-т. -М., 2002. -С.417-418.

9. Зорин В.Д., Злотин Г.Н., Захаров Е.А. Влияние локального расслоения заряда на структуру фронта пламени и динамику развития начального очага горения // V региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгорад, 21-24 нояб. 2000 г. : Тез.докл. / ВолГГу и др. - Волгоград, 2001. - С. 116-117.

10. Зорин В.Д., Захаров Е.А. Программа расчета равновесной температуры и теплового эффекта при сгорании углеводородного топлива // Тез. докл. юбил. смотра-конкурса науч., конструкторских и технологических работ студ. ВолгГТУ, Волгоград, 15-17 мая 2000 г. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2000. - С.88.

Зорин Владимир Дмигриевич

ВЛИЯНИЕ РАССЛОЕНИЯ ОБЕДНЕННОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОДОВ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ЕЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ

Автореферат

Подписано в печать//.//, 2003 г. Заказ № 6 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография "Политехник" Волгоградского государственного технического университета.

400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35.

I

4

* j

»204^1 7

щ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Актуальность проблемы применения природного газа как моторного топлива.

1.2. Способы использования природного газа в современных двигателях транспортных машин и имеющиеся проблемы.

1.3. Способы интенсификации процесса сгорания в газовых двигателях.

1.4. Начальная фаза сгорания и способы ее интенсификации в обедненных газовоздушных смесях.

1.4.1. Влияние параметров искрового разряда на развитие начальной фазы сгорания.

1.4.2. Расслоение заряда как способ ускорения развития начальной фазы сгорания.

1.5. Использование математического моделирования для исследования образования и развития начального очага горения.

1.6. Основные задачи исследования.

Глава 2. ОДНОМЕРНАЯ ЧЕТЫРЕХЗОННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРИ ЕЕ ЛОКАЛЬНОМ ОБОГАЩЕНИИ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОДОВ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ.

2.1. Особенности математической модели и принятые допущения.

2.2. Моделирование состава трехкомпонентной смеси с учетом режима работы форсунки, впрыскивающей горючий газ.

2.3. Основные уравнения модели.

2.4. Начальные и граничные условия.

2.5. Выбор основных коэффициентов и констант, проверка модели на адекватность.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ С УЧЕТОМ ЕЕ ЛОКАЛЬНОГО ОБОГАЩЕНИЯ В ЗОНЕ ЗАЖИГАНИЯ.

3.1. Влияние вида локально подаваемого газа на состав горючей смеси в области электродов свечи зажигания.

3.2. Влияние вида локально подаваемого горючего газа на структуру фронта пламени метановоздушной смеси.

3.3. Влияние локального обогащения смеси в зоне электродов свечи зажигания на динамику развития НО горения и характер выхода горения на стационарный режим.

3.4. Влияние локальных добавок горючих газов на энергетический баланс начального очага горения.

3.5. Способы форсирования начального очага в сравнении с локальным расслоением топливовоздушной смеси.

3.6. Влияние режима работы форсунки на время развития начального очага горения.

3.7. Теоретическое исследование процесса смешения с основной метановоздушной смесью горючих газов, подаваемых в локальную область электродов свечи зажигания.

3.8. Влияние локальных добавок горючих газов на развитие начального очага пламени при изменении состава метановоз-душной смеси.

3.9. Выводы по главе.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Экспериментальная установка с камерой сгорания постоянного объема.

4.1.1. Камера сгорания постоянного объема.

4.1.2. Лабораторная система зажигания.

4.1.3. Регистрация процессов воспламенения и горения.

4.1.4. Узел для подачи горючего газа в область межэлектродного зазора.

4.1.5. Методика работы с установкой.

4.2. Экспериментальная установка для изучения особенностей факелов горючего газа, подаваемого в область электродов свечи зажигания, и методика работы с установкой.

4.3. Выводы по главе.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ СМЕСЕЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ВОЗДУХОМ

ПРИ ЛОКАЛЬНЫХ ДОБАВКАХ ГОРЮЧЕГО ГАЗА В ОБЛАСТЬ

ЭЛЕКТРОДОВ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ.

5.1. Результаты экспериментальных исследований влияния локального обогащения топливовоздушной смеси на начальную фазу и последующий процесс сгорания.

5.1.1. Влияние вида локально подаваемого горючего газа на развитие начальной фазы сгорания смеси природного газа с воздухом.

5.1.2. Влияние вида локально подаваемого горючего газа на развитие процесса сгорания в смеси природного газа с воздухом.

5.1.3. Влияние перепада давлений на воспламенение впрыскиваемого газа (визуальное исследование).

5.2. Влияние на развитие начальной фазы и всего процесса сгорания различных факторов, не учтенных в математической модели.

5.2.1. Влияние конструкции узла для подачи горючего газа в область электродов свечи зажигания на процесс воспламенения и сгорания смеси природного газа с воздухом.

5.2.2. Совместное влияние момента подачи высокого напряжения на свечу зажигания, продолжительности и давления локальной подачи разных горючих газов на процесс сгорания смеси природного газа с воздухом.

5.2.3. Влияние параметров искрового разряда на процесс воспламенения смеси природного газа с воздухом при локальном обогащении зоны межэлектродного зазора свечи зажигания горючими газами.

5.3. Особенности процесса сгорания турбулизированных смесей природного газа с воздухом и смесей, забалластированных остаточными газами.

5.4. Влияние локального обогащения зоны электродов свечи зажигания на межцикловую нестабильность процесса сгорания смеси природного газа с воздухом.

5.5. Выводы по главе.

Глава 6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДОБАВОК ГОРЮЧЕГО ГАЗА В ОБЛАСТЬ ЭЛЕКТРОДОВ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ НА ИНДИКАТОРНЫЕ

ПОКАЗАТЕЛИ ГАЗОВОГО ДВС.

6.1. Исходные положения математической модели рабочего процесса ДВС и система основных уравнений.

6.2. Определение параметров в уравнении Вибе.

6.3. Результаты расчетов индикаторных показателей газового ДВС с учетом локального обогащения зоны электродов свечи зажигания метаном.

6.4. Выводы по главе.

В настоящее время стала очевидной перспективность использования природного газа в качестве альтернативного моторного топлива для автотранспортных средств (АТС). Последнее обусловлено рядом важных преимуществ этого топлива перед бензином и дизельным топливом: низкая стоимость, развитая добыча, доступность во многих регионах мира. Кроме того, природный газ имеет преимущества перед традиционными видами топ-лив с точки зрения выбросов вредных веществ в атмосферу. В связи с этим в США, Японии, Великобритании, Аргентине, Австралии приняты дорогостоящие программы по использованию природного газа на транспорте. 20 января 1999 года Госдума РФ, приняв в первом чтении законопроект "Об использовании природного газа в качестве моторного топлива", также одобрила перевод АТС на газ.

На сегодняшний день природный газ нашел наиболее широкое применение в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси электрической искрой. При этом отмечается снижение мощности ДВС, обусловленное, в частности, меньшей скоростью сгорания смесей природного газа с воздухом. При обеднении этих смесей скорости их сгорания быстро уменьшаются, что не позволяет в полной мере использовать одно из важных достоинств природного газа - широкие пределы воспламенения.

Выяснению возможностей ускорения процесса сгорания смесей природного газа с воздухом в ДВС с принудительным искровым зажиганием посвящена данная диссертационная работа.

В настоящее время можно считать установленным, что важнейшую роль в формировании всего процесса сгорания играет его начальная фаза. По мере обеднения смеси природного газа с воздухом продолжительность начальной фазы может увеличиться в пять раз. Это приводит к росту продолжителыюсти сгорания несмотря на то, что продолжительность основного периода сгорания меняться незначительно. Многочисленные исследования показывают, что любые меры, обеспечивающие ускоренное развитие начального очага (НО), способствуют ускорению всего процесса сгорания, позволяют сократить пропуски воспламенения, снизить межцикловую нестабильность и, тем самым, повысить эффективность работы двигателя.

В связи со сказанным основное внимание в диссертации сосредоточено на изучении возможности ускорения развития начального очага горения смесей природного газа с воздухом за счет разработанной в ВолгГТУ организации рабочего процесса ДВС. Существо этой организации заключается в локальном обогащении топливовоздушной смеси в области межэлектродного зазора свечи зажигания. В отличие от ранее проведенных исследований в настоящей работе это достигается подачей в область межэлектродного зазора метана при использовании этого же газа в качестве основного топлива.

Для теоретического анализа такого способа организации рабочего процесса была разработана четырехзонная сферическая центральносимметрич-ная математическая модель искрового воспламенения смеси метана с воздухом при локальных добавках в область электродов свечи зажигания различных горючих газов, с учетом режима работы форсунки, впрыскивающей этот газ. С помощью модели проведено теоретическое исследование воздействия различных добавок на формирование трехкомпонентной смеси, структуру фронта пламени, динамику формирования НО горения, характер выхода горения на стационарный режим, нормальную скорость сгорания.

Модель также позволила провести сравнительный анализ влияния на развитие начального очага горения как локального обогащения зоны электродов свечи зажигания, так и форсирования энергии емкостной и индуктивной фазы искрового разряда и повышения степени сжатия.

Кроме того, использование при теоретическом анализе модели индикаторного процесса ДВС, разработанной ранее на кафедре "Теплотехника и гидравлика" ВолгГТУ и адаптированной с учетом задачи исследования, позволило оценить влияние локального обогащения зоны электродов свечи горючим газом на индикаторные показатели газового ДВС.

Для опытной проверки справедливости результатов теоретического анализа были проведены экспериментальные исследования как в камере сгорания постоянного объема, оснащенной необходимой дозирующей, регулирующей и измерительной аппаратурой, так и на установке для визуальной регистрации факелов горючих газов.

Экспериментальные исследования подтвердили справедливость основных результатов теоретического анализа. Кроме того, эксперименты позволили установить ряд факторов, влияющих на воспламенение и горение локально обогащенной метановоздушной смеси, но не учтенных при математическом моделировании.

Работа выполнялась на кафедре "Теплотехника и гидравлика" Волгоградского государственного технического университета в период с 1999 по 2003 гг.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору Злотину Григорию Наумовичу и научному консультанту кандидату технических наук, доценту Захарову Евгению Александровичу за неоценимую организационную помощь и поддержку. Автор признателен доктору технических наук, профессору Федянову Евгению Алексеевичу за ценные консультации, помощь и поддержку, кандидату технических наук, доценту Шумскому Сергею Николаевичу за наладку и ремонт электронной экспериментальной аппаратуры, а также всем сотрудникам кафедры, содействовавшим выполнению настоящей работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В ходе выполненных в работе теоретических и экспериментальных исследований получен комплекс результатов, направленных на решение важной научно-практической задачи - повышение эффективности сжигания в замкнутых объемах природного газа. Комплекс включает:

1.1. Метод форсирования воспламенения и сгорания обедненных метановоздушных смесей, сущность которого заключается в локальном обогащении этих смесей подачей малых доз горючих газов, в том числе метана, в область электродов свечи зажигания накануне искрового разряда.

1.2. Усовершенствованную математическую модель процесса искрового воспламенения топливовоздушной смеси при локальной подаче различных горючих газов в область электродов свечи зажигания, а также программный комплекс, обеспечивающие проведение теоретического анализа динамики развития начального очага горения и протекающих физико-химических процессов при реализации предлагаемого метода организации рабочего процесса, что позволило выявить основные факторы, с помощью которых можно управлять развитием НО горения метановоздушных смесей.

2. Теоретические исследования с помощью математической модели и большой объем экспериментов, проведенных в основном в камере сгорания постоянного объема, позволили получить ряд важных результатов и рекомендаций, которые должны способствовать реализации предлагаемого метода организации рабочего процесса в ДВС с искровым воспламенением:

2.1. Доказано, что предлагаемый метод организации рабочего процесса позволяет значительно форсировать развитие НО и начальной фазы горения, причем положительное влияние локальной добавки горючего газа проявляется тем интенсивнее, чем беднее смесь. Это влияние не ограничивается начальной фазой, а прослеживается в течение всего процесса сгорания.

2.2. Установлено влияние свойств локально поданного горючего газа на структуру фронта пламени и протекающие в нем процессы тепло- и массопереноса, показано роль этих процессов в формировании и развитии НО горения.

2.3. Выявлена важная роль в формировании НО горения поля концентраций топливовоздушной смеси, образующейся в области межэлектродного зазора свечи зажигания при локальной подаче горючего газа и даны рекомендации по управлению этим полем.

2.4. Показана возможность управления процессом воспламенения путем изменения давления локально подаваемого газа, продолжительности процесса подачи, сдвига по времени момента подачи этого газа и момента подачи высокого напряжения на свечу зажигания.

3. Кроме сказанного, теоретические и экспериментальные исследования позволили получить другие результаты, важные для практической реализации в ДВС предлагаемого способа организации рабочего процесса.

3.1. При локальной подаче горючего газа в область электродов свечи зажигания вдвое сокращается необходимая продолжительность индуктивной фазы разряда, что приводит к уменьшению расхода энергии в системе зажигания и увеличивает срок службы свечей зажигания.

3.2. Реализация предлагаемого способа форсирования процессов воспламенения и сгорания бедных метановоздушных смесей приводит к уменьшению межцикловой нестабильности и увеличивает пределы эффективного обеднения смеси.

3.3. Локальная подача горючего газа в область электродов свечи зажигания позволяет до 20 % повысить индикаторную мощность газового ДВС, работающего на обедненных метановоздушных смесях.

1. Автомобильные двигатели / Под ред. Ховаха М.С. - М.: Машиностроение, 1977.- 592 с.

2. Автосалон 2002 в Женеве // Автостроение за рубежем. 2002,- №5. - С.2-6.

3. Аразов В.П., Калиниченко В.В., Ширяев В.М. Мероприятия по обеспечению безопасности ДВС, использующих природный газ в качестве моторного топлива // Двигателестроение. 1998. - №1. - С. 33-34.

4. Базаров Б.И. Улучшение показателей газовых двигателей и газодизелей // Автомобильная промышленность. 1999. - №11. - С. 13-15.

5. Балагуров В.А. Аппараты зажигания. М.: Машиностроение, 1968. - 252с.

6. Башев В.В. Улучшение показателей роторно-поршневого двигателя за счет оптимизации инициирущего искрового разряда: Дисс. канд. техн. наук / ВолгПИ. Волгоград, 1986. - 196 с.

7. Бетев A.C., Карпов В.П., Семенов Е.С. Влияние молекулярного переноса на турбулентное горение воздушных смесей водорода с углеводородами // Химическая физика. 1999. - том 18. - №3. - С. 100-103.

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

9. Вилюнов В.И., Некрасов Е.А., Баушев B.C. О закономерностях искрового воспламенения и выхода на стационарный режим горения // Физика горения и взрыва,- 1976.- № 3,- С.361-366.

10. Вишневский А.Е., Гуссак Л.А., Самойлов И.Б. О промотировании горения углеводородно-воздушных смесей // Доклады АН СССР. 1977. - Т.232. - № 2. - С.363-366.

11. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справочник / Под ред. Гамбурга Д.Ю., Дубовкина Н.Ф. М.: Химия, 1989. - 672 с.

12. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. -М.Машиностроение, 1977. 280 с.

13. Газобаллонные автомобили / Григорьев Е.Г., Колубаев Б.Д., Ерохов В.И. и др. М.: Машиностроение, 1989. - 216 с.

14. Газовый двигатель с искровым зажиганием / Багдасаров И. Г., Савельев Г.С., Бакиров Ю.А., Брагин А.В.// Газовая промышленность. -1999,- №10.-С.32, 56.

15. Галышев Ю.В., Магидович Л.Е. Перспективы применения газовых топлив ДВС // Двигателестроение. 2001. - №3. - С.31-35.

16. Генкин К.И. Газовые двигатели. М:Машиностроение, 1977. - 192с.

17. Генкин К.И. , Хмельницкий А.П. Развитие газовых транспортных двигателей // Поршневые двигатели внутреннего сгорания: Труды конференции по поршневым двигателям. М.: Изд. АН СССР, 1956. - С. 4467.

18. Гибадуллин В.З. Организация рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием и локальной подачей микродобавок водорода в область межэлектродного зазора свечи зажигания: Дис. канд. техн. наук / ВолгПИ. -Волгоград, 1992,- 206 с.

19. Гибадуллин В.З, Злотин Г.Н., Захаров Е.А. Влияние микродобавок водорода на токсичность бензиновых ДВС // Вестник Международной академии наук экологии и безопасной жизнедеятельности. 1998,- № 1,- С. 36-38.

20. Гусаров А.П., Вайсблюм М. Е., Соколов М.Г. Газ как перспективное автомобильное топливо // Экология двигателя и автомобиля: Сб. научн. тр. НАМИ. М.,1998,-С.117-120.

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

22. Захаров Е.А. Рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием и локальными добавками углеводородных газов в область межэлектродного зазора : Дисс. канд. техн. наук / ВолгГТУ Волгоград, 1998. - 164 с.

23. Зельдович Я.Б., Симонов H.H. К теории искрового воспламенения газовых взрывчатых смесей // Журнал физической химии. 1949. - Т.23 - № 11.- С.1361-1374.

24. Зельдович Я.Б. Структура и устойчивость стационарного ламинарного пламени при умеренно больших числах Рейнольдса: Препринт. Черноголовка, 1979. 33 с.

25. Злотин Г.Н., Гибадуллин В.З. Если водород добавлять в конце такта сжатия // Автомобильная промышленность.- 1995,- №11.- С. 21-23.

26. Злотин Г.Н., Захаров Е.А. Влияние подачи микродоз углеводородного газа в межэлектродный зазор свечи зажигания на процесс сгорания топливовоздушных смесей // Двигателестроение.-1998.-№4.-С.21-23.

27. Злотин Г.Н., Захаров Е.А., Федянов Е.А. Математическая модель для расчета поля концентраций промотора, подаваемого в область электродов свечи зажигания / Волгоград, гос. техн. ун-т. Волгоград, 1997. - 14 с. Деп. в ВИНИТИ 31.12.97, № 3862 - В 97.

28. Злотин Г.Н., Захаров Е.А., Шумский С.Н. Экспериментальное исследование влияния локальных подач пропана на развитие начального очага горения / Волгоград, гос. техн. ун-т. Волгоград, 1998. - 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 11.03.98, № 717 - В 98.

29. Злотин Г.Н. Форсирование воспламенения топливовоздушных смесей электрической искрой // Двигателестроение.- 1998,- № 2,- С. 11-14.

30. Злотин Г.Н., Шумский С.Н., Дульгер М.В. Методика расчета термохимических характеристик сгорания углеводородных топлив // Известия ВУЗов. Энергетика. 1988. - № 8. - С. 58-63.

31. Иост В. Взрывы и горение в газах. М.: Изд. иностранной литературы, 1952. - 688 с.

32. Карпов В.П., Малов В.В., Северин Е.С. Влияние оптимизации характеристик комбинированного разряда на форсирование начального очага горения и развитие горения в околопредельных смесях // Физика горения и взоыва. 1986,- № 6,- С.72-78.

33. Карпов В.П., Малов В.В., Северин Е.С. Исследование критических условий воспламенения околопредельных метановоздушных смесей комбинированным искровым разрядом с варьируемыми характеристиками // Физика горения и взрыва,- 1986,- № 2,- С. 3-9.

34. Карунин A.J1. Концепция ДВС, работающего на альтернативных топливах // Автомобильная промышленность. 2001. - №7. - С. 34.

35. Кириллов Н.Г. Сжиженный природный газ может и должен стать моторным топливом для Российского транспорта // Автомобильнаяпромышленность. -2002. -№4. С. 1-4.

36. Кленникова Е.В. Мартиров O.A., Крылов М.Ф. Техническая эксплуатация газобаллоных автомобилей. М.: Транспорт, 1986. -175 с.

37. Конвертирование дизелей для работы на природном газе / Ксенофонтов С.И., Мурин В.И., Стрелков В.П., Водолага B.C.- М. ВНИИГАЗ, 1997. 96с.

38. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. М.: Наука, 1986. -288 с.

39. Луканин В.Н., Карпов В.П., Гогиберидзе О.Э. Особенности горения газовых топлив / Московский гос. автомоб.-дор. ин-т. М., 1997. -9 с. - Деп.в ВИНИТИ 8.12.97, № 3579 -В 97

40. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Оценка уровня загрязнения атмосферы автотранспортом в крупном городе при замещении жидкого нефтянного топлива газовым // Экология двигателя и автомобиля: Сб. научн. тр. НАМИ. -М., 1998.-С.121-131.

41. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М: Мир, 1968. -272 с.

42. Малов В.В. Исследование характеристик искровых разрядов некоторых типов систем зажигания и их влияние на работу карбраторного двигателя: Дисс. канд. техн. наук / ВолгПИ Волгоград, 1974. - 230 с.

43. Математическая теория горения и взрыва / Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. М.:Наука, 1980. - 480с.

44. Мир вступает в "эпоху метана". Природный газ как моторное топливо // Рынок нефтегазового оборудования СНГ. -1997. №7,- С.16-19.

45. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. -Киев: Наук, думка, 1984. 143 с.

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

47. Надим X. Возможности использования ионизационных датчиков в системах управления рабочим процессом ДВС: Дисс. канд. техн. наук/ ВолПИ. Волгоград, 1991. - 140 с.

48. Особенности критических условий цепно-теплового взрыва /Азатян В.В., Болодьян И.А., Шебеко Ю.Н. , Копылов С.НЛ Физика горения и взрыва. -2001. том 37.- №5С. 12-23.

49. Свитачев А.Ю. Стохастическая математическая модель развития начального очага горения в ДВС с искровым зажиганием: Дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 1998. - 142 с.

50. Сергиевский A.B. Причины снижения мощностных показателей 2-х топливных газобензиновых двигателей внутреннего сгорания и способы их устранения // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвузовский сб. научн. тр. Вып. XIV/ МАМИ. М., 1998. - С.22-26.

51. Соколик A.C. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.:Изд. АН СССР, 1960. - 428 с.

52. Сравнительный анализ способов конвертации жидкотопливных двигателей в двигатели, питаемые природным газом / Луканин В.Н., Хачиян A.C., Кузнецов В.Е. и др. // Экология двигателя и автомобиля: Сб. научн. тр. НАМИ. М., 1998. - С.97-103.

53. США: General Motors разработала альтернативу пикап Chevy S-10. 21.08. 2001. //News. Battery, ru.

54. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. Кикоина И.К. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

55. Теория турбулентных струй. 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. Г.Н. Абрамовича-М.: Наука, 1984. - 715 с.

56. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочник: В 2т. / Под ред. Глушко В.В. М.:Изд. АН СССР, 1962. - Т.1-2.

57. Титков А.И. Природный газ моторное топливо XXI века // Автомобильная промышленность.- 1998,- № 2,- С. 26-29.

58. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями / Под ред. Хиллиарда Д. и Спрингера Дж. М: Машиностроение, 1988,- 512с.

59. Трелин Ю.А. Исследование особенностей работы ДВС с искровым зажиганием при добавках водорода в бензовоздушную смесь: Дисс. канд. техн. наук / ВолгПИ,- Волгоград, 1981,- 210 с.

60. Федянов Е.А. Межцикловая неидентичность рабочего процесса и проблемы улучшения показателей ДВС с искровым зажиганием: Дисс. докт. техн. наук / ВолгГГУ. Волгоград, 1999. - 337 с.

61. Флиегел В.К. Исследование процессов воспламенения топливовоздушных смесей электрической искрой: Дисс. канд. техн. наук / ВолгПИ Волгоград, 1982.- 198 с.

62. Хачиян A.C. Использование природного газа в качестве топлива для автомобильного транспорта // Двигателестроение,- 2002,- № 1,- С. 34-36.

63. Чирков К.Ю. Перетряхина В.Б. Претендент №1: природный газ -наиболее технологически подготовленное и экологически чистое моторное топливо XXI века // Региональное нефтегазовое оборудование СНГ. 1997. -№7,- С. 22-23.

64. Шумский С.Н. Форсирование начальной фазы сгорания в ДВС за счет воздействия на процесс искрового воспламенения топливовоз душных смесей: Дисс. канд. техн. наук / ВолгПИ Волгоград, 1987. - 254 с.

65. Adelman Н. G. A time dependent theory of spark ignition // 18th Symp. (Int.) on Combust.-1981, P. 1333-1342.

66. Anderson R.W., Asik J.R. Ignitability Experiments in a Fast Burn, Lean Burn Engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1983. - № 830477. - 15 pp.

67. Andrews G.E., Bradley D. The Burning Velocity of Methane-Air Mixtures // Combustion and Flame. 1972.-№19.- P. 275-288.

68. An Investigation of Puff-Jet Ignition in an Interna. Combustion Engine Fueled by Natural Gas/Fisher P.D., Ridley J.D., PittP.L., Clements R.M. //SAE Techn. Pap. Ser. 1986. - № 860538. - 6 pp.

69. Bard O.A., Elsayed N., Karim G.A. An investigation of the lean operational limits of gas-fueld spark ignition engines // Trans. ASME. J. Energy Resour. Technol. 1996. - 118. №2. - P. 159-163.

70. Bates Stephen. Flame imaging studies in a spark-ignition four-stroke internal combustion optical engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1989,- № 890154,- 16 pp.

71. Best motor fuel alternative is propane, American Energy Week'95 is told // Butane-Propane News.- 1995.- 27, № 4,- P. 27-28.

72. Combustion Aspects of Application of Hydrogen and Natural Gas to MS9001E DLN-1 Gas Turbines at Elsta Plant / Morris J.D., Symonds R.A., Ballard F.L., Banti A.// ASME II.-1999.-Paper 98-GT-359.

73. Cummins alt-fuel engines certified by С ARB // Commer. Carrier J.- 1996,- 153, № 11. P. 76.

74. Dale J.D., Oppenheim A.K. Enhanced Ignition for I.C. Engines with Premixed Gases // SAE Techn. Pap. Ser. -1981,- № 810146. 16 pp.

75. Development of VTEC-E Lean-Burn Engine / Kazutoshi Nishizawa, Hidemi Ogihara, Kauro Horie, Chikara Tanaka, Keiji Miura, Noriyuki Yamada // Honda R&D Technical Review. 1992. -Vol.4.

76. Douaud A., de Soete G., Henault C. Experimental Analysis of the Initiation and Development of Part-Load Combustion in Spark Ignition Engines // SAE Techn. Pap. Ser. -1983,- № 830338. 16 pp.

77. Dulger M., Sher E. Experimental Study on Spark Ignition of Flowing Combustible Mixtures // SAE Techn. Pap. Ser. 1995.-№951004.-12 pp.

78. Durbin Enoch J., Tsay Kenneth C. Extending the Lean Limit Operation of an SI Engine with a Multiple Electrode Sparc Plug // SAE Techn. Pap. Ser.- 1983.-№ 830476,- 8 pp.84. "Eagle" Gasmotor // Autochnic. 1996. -45, № 3. - P.16.

79. Eletcher M. New designs turn on the power // Eureka. 1997. - 17, №8. -P.41

80. Evans R., Blaszczy K. J. // Fast-burn combustion chamber design for natural gas engines // Trans. ASME. J. Eng. Gas Turbines and Power.-1998.-120, №1. P.232-236.

81. Fukano Yukiyoshi, Hisaki Haruo, Kida Shigio, Kadota Toshikazu // /JBGPDK. -2000. -№10,-C 15-16. 166.

82. Furutani M., Kawashima H., Ohta Y. A Novel Concept of Ulyra-Lean Premixed Compression-Ignition Engine // Proceeding of 12th Internal Combustion Engine Symposium. 1995. - P. 259.

83. Furutani M., Ohta Y. A Novel Attempt at Eliminating Piston Compression Ignition//Trans. JSME.-1995. P.1074-1080.

84. General prospects of improving combustion efficiency of I.C.Engines / Maly R.R. // Proc. 11th World Petrol. Congr. 1983. - Vol. 4. - 433 - 442.

85. German Geoff J., Wood Carl G., Hess Clay C. Learn combustion in spark-ignited internal combustion engines a review // SAE Techn. Pap. Ser. - 1983,-№831217.- 19 pp.

86. Goto Yoshio, Sato Yoshio // ^BC:P^C. 1999. - №10. - C 17. - 182.

87. Goto Satoru, Itosh Yasuhiro // ¿JBC.PDK. 1997. - №10. - C 22. - 214.

88. Gupla M., Bell S.R., Jillman S.T. An Investigation of lean combustion in a natural gas ftield spark-ignited engine // Trans. ASME. J. Energy Resour. Technol. - 1996.- 118. №2.-P. 145-151.

89. Gussak L.A. The role of chemical activity and turbulence intensivity in prechamber-torch organization of a stationary flow of a fuel-air mixture // SAE Techn. Pap. Ser.- 1983,- № 830592,- 14 pp.

90. Heini K., Janach W. Das "Trans Valve-Injection" Verfahren fur Erdgasmotoren // MTZMotortechn. Z. 1996. - 57, №12. - P. 668-674.

91. Hires S.D., Tabaczynski R.J., Novak J.M. The Prediction of Ignition Delay and Combustion Intervals for a Homogeneous-Charge Spark Ignition Engine//SAE Techn. Pap. Ser.- 1978. № 780232. - 16 pp.

92. Ignition in learn-bura engines / Hancock M.S.// SERG Bull (Gr. Brit). 1989. -4, № 1,- P.16-17.

93. Iida N. Alternative Fuels and Homogeneous Charge Compression Ignition Combustion Technology//SAE Techn. Pap. Ser.- 1997. -№ 97207. 16 pp.

94. Kalghatgi G.T. Spark Ignition, Early Flame Development and Cyclic Variations in LC.Engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1987. - № 870163. - 13 pp.

95. Kataoka Katsuml, Segawa Daesuke, Kadota Toshikasu, Hldaslilno Kouju, Hiroka Shigemassa // ^BC:P>K. 1997. - №11. - C 22. - 210.

96. Kataoka Katsumi, Atsumi Yo Skitaka., Segawa Daesuke, Kadota Toshikaso, Fukano Yokioshi // ^BC:P)K. 2000. - №3. - C 17. - 187.

97. Kupe J., Wilhelmi H., Adams W. Operational Characteristics of a Lean Burn SI Engine: Comparison between PlasmaJet and Conventional Ignition System // SAE Techn. Pap. Ser. 1987. - № 870608. - 10 pp.

98. Lome E, Kenneth C. The Effect Of Enhanced Ignition On The Burning Characteristics Of Methane-Air Mixtures// Combustion and Flame .-2002,- № 54. -P. 183-193.

99. Maly R., Vogel M. Initiation and Propagation of Flame Fronts in Lean CH4 -Air Mixtures by the Three Modes of the Ignition Spark // 17 th Symp. (Int.) on Combustion. 1979. - P. 821-831.

100. Mitsunory Ishii. Analisis of Emissions Reduction Potential and Power Output of a Natural Gas Engine // Journal of Sosiety of Automotive Engineering of Japan. -1993.-№10. Vol.47

101. Nakamura N., Baika T., Shibata Y. Multipoint Spark Ignition for Lean Combustion // SAE Techn. Pap. Ser. 1985,- № 852092. - 10 pp.

102. NGV: Transportation for the New Centure // 7 th International Conference and Exibition on Natural Gas Vehicles. -Yokohama, Japan. -2000. 790 pp.

103. Petkov T., Veziroglu T.N., Sheffield J.W. An Outlook of Hydrogen as an

104. Automotive Fuel // Int. Journal of Hydrogen Energy. 1989. - V. 14. - № 7. -p.449-474.

105. Phillips J.N., Roby R.J. Enhanced Gas Turbine Combustor Performance Using H2 Enriched Natural Gas// ASM II. 1999. - Paper 99-GT-l 15.

106. Pitt P.L., Ridley J.D., Clements R.M. An Ignition System for Ultra Lean Mixtures // Combustion Science and Technology. 1984. - V.35. - № 5-6. - P.277-285.

107. Premixed Compression Ignition Natural-Gas Engine / Ohta Y., Furutani M., Kojema M., Kono M.// 8 th Fisita World Automobile Congress. Seul, Korea. -2000. -F2000A083.

108. Prospects of Ignition Enhancement / Maly R., Saggau B., Wagner E., Ziegler G. // SAE Techn. Pap. Ser. 1983. - № 830478. - 18 pp.

109. Rilley R. Alternative Cars in the 21st Centure // Sosciety of Automotive Engineers, Inc. 1994.

110. Rivin B., Dulger M., Sher E. Extending Lean Misfire Limit of Methane-Air Mixture by Means of an Enhanced Spark Discharge // SAE Techn. Pap. Ser.-1999.-№ 990573.-12 pp.

111. Shudo Toshio, Nakajima Yasua, Futukushi Takayuki. Thermal efficiency analysis in a hydrogen premixed combustion engines // JSAE Rev.- 2000,- 21, №2. C.177-182.

112. Shudo Toshio, Shimamura Kazuki, Nakajima Yasua. Combustion and emissions in a methane DI stratified charge engine with hydrogen premixed // JSAE Rev.- 2000,- 21, №1. C.3-7.

113. Takefumi Hosaka, Minory Hawasaki. Development of the Variable Timing and Lift (VTEC) Engine for the Honda NSX // SAE Techn. Pap. Ser.-l 991 .-№ 910008,12 pp.

114. Tanone Kimitoshi, Kido Hiroyuki, Hamatake Toshiro, Shimada Fumio // flBC:P>K. -2000. №9,- C 18.-201.

115. Throttleless Premixed-Charge Engines: Concept and Experiment / Ronney P.D., Shoda M., Waida S.T., Durbin E.J.// Journal of Automobile Engineering. -1994.-P. 13-24.

116. Yuji Yamamoto, Katsushiko Sato, Shunich Tsuzuki Study of Combustion Characteristics of Com pressed Natural Gas as Automotive Fuel // SAE Techn. Pap. Ser.-1994.-№ 940761.-12 pp.