автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Влияние скорости распространения пламени на выделения оксидов азота при добавке водорода в бензиновые двигатели

Тольяттинский государственный университет

На правах рукописи □ОЗОВЗЭ2В

Коломиец Павел Валерьевич

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ НА ВЫДЕЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКЕ ВОДОРОДА В БЕНЗИНОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Специальность 05 04 02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тольятти - 2007

003063926

Работа выполнена на кафедре «Тепловые двигатели» Тольяттинского государственного университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шайкин Александр Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Глейзер Абрам Исакович кандидат технических наук Большаков Сергей Владимирович

Ведущая организация:

Самарская государственная академия путей сообщения

Защита состоится « 26 » июня 2007 г в 15 00 час на заседании диссертационного совета Д 212 264 01 Тольяттинского государственного университета по адресу 445667, Самарская область, Тольятти, ул Белорусская, 14, зал заседаний ученого совета Г-208

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тольяттинского государственного университета

Автореферат разослан « 25 » мая 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 264 01 д т н, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ужесточение норм на содержание токсичных веществ в отработавших газах (ОГ) стимулируют исследования по созданию двигателей внутреннего сгорания (ДВС), отвечающих самым жестким экологическим стандартам при высокой эффективности их работы Одним из наиболее токсичных компонентов в ОГ бензиновых ДВС являются оксиды азота (NOx) Их содержание в ОГ составляет 0 1-0 5 % об и по этому показателю автотранспорт является лидером загрязнения атмосферы

Методы подавления NOx (рециркуляция ОГ, каталитические нейтрализаторы) во многом снижают экономические и мощностные показатели работы ДВС Одним из направлений уменьшения токсичных веществ в ОГ бензиновых ДВС является применение альтернативных топлив, например водорода, как в чистом виде, так и в качестве добавки к углеводородному топливу Известные исследования показали, что при работе ДВС на водородовоздушной смеси в ОГ наблюдаются лишь NOx Причем их выбросы в ОГ в несколько раз больше, чем при работе ДВС на бензовоздушной смеси Добавка водорода (не более 6 % от массы топлива) в топливовоздушную смесь (TBC) расширяет пределы стабильного воспламенения и горения, увеличивает полноту сгорания тем самым значительно снижая выбросы СО и СН При этом высокими остаются выбросы NOx

Выделение NOx при сгорании TBC в поршневых ДВС происходит в основном по механизму Я Б Зельдовича Основными параметрами определяющими выделения NOx являются температура процесса сгорания, концентрация кислорода и время пребывания азота и кислорода в высокотемпературной зоне

Уровень температуры процесса сгорания, время пребывания азота и кислорода в высокотемпературной зоне при прочих равных условиях определяется скоростью распространения пламени Средняя скорость распространения фронта пламени является определяющей величиной длительности процесса сгорания и зависит от турбулентности и физико-химических свойств TBC Изменение величины средней скорости распространения фронта пламени влечет за собой изменение процесса сгорания, который в свою очередь определяет выход токсичных компонентов

Исследование процесса сгорания ионизационным методом известно давно В настоящее время зарубежными автопроизводителями разрабатываются системы управления ДВС на основе мониторинга ионного тока в пламени Сигнал с ионизационного датчика (ИД) содержит информацию об интенсивности процесса сгорания при изменении физико-химических свойств TBC, составе TBC Следовательно, существует связь между средней скорости распространения фронта, характеристиками ионного ток в пламени и выделениями NOx в ОГ

К настоящему времени ни теоретически, ни экспериментально не определена взаимосвязь средней скорости распространения фронта и характеристик ионного тока пламени на выделения NOx в ОГ при изменении физико-химических свойств TBC за счет добавки водорода Ликвидация этого пробела является частью решения проблемы снижения выброса N0* бензиновыми ДВС, что и определяет актуальность настоящей работы

Цель работы — снижение выделений NOx в ОГ бензиновых ДВС воздействием на изменение средних скоростей распространения фронта пламени при добавке водорода в TBC

Задачи исследования

- определить методы нахождения влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx при сгорании TBC в бензиновых ДВС,

- разработать методику проведения эксперимента,

- определить связь между основными показателями процесса сгорания, электропроводностью пламени и выделениями NOx при добавке в TBC водорода,

- составить критерий, включающий среднюю скорость распространения пламени, коэффициент избытка воздуха, угла опережения зажигания (УОЗ), среднюю скорость поршня и объем завершения сгорания,

- получить эмпирическую зависимость средних скоростей распространения фронта пламени, режимных и конструктивных параметров ДВС и выделений NOx

Объект исследования - процесс сгорания TBC в бензиновых ДВС Предмет исследования - взаимосвязь средних скоростей распространения фронта и электропроводности пламени с выделениями NOx в ОГ

Методы исследования. При выполнении работы проводилось теоретическое обобщение известных литературных данных, применялся экспериментальный метод, включающий регистрацию скорости распространения пламени и токсичности ОГ, метод эмпирического анализа, статистическая обработка данных и их обобщение на основе имеющихся фундаментальных теоретических представлений об особенностях образования NOx

Достоверность результатов исследования. Достоверность подтверждается значительным объемом экспериментальных данных, статистической обработкой полученных результатов, а также непротиворечивостью полученных данных и зависимостей фундаментальным теоретическим представлениям об образовании NOx при сгорании углеводородовоздушных смесей Научная новизна исследования

1 Определены закономерности связывающие выделения NOx в ОГ

- со средней скоростью распространения фронта пламени,

- с изменением свойств TBC за счет добавки водорода,

- с электропроводностью пламени,

2 Получен безразмерный критерий Sch отражающим влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, скоростного режима, состава TBC, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания,

3 Получена эмпирическая зависимость, позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в TBC на процесс сгорания

Теоретическая значимость исследования

- обосновано влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx при сгорании TBC в бензиновых ДВС с добавками водорода в TBC,

- определен безразмерный критерий Sch отражающий влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, скоростного режима, состава TBC, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания,

- получена эмпирическая зависимость, позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров

проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в TBC на процесс сгорания

Практическую значимость исследования представляют

- результаты исследований изменений средних скоростей распространения фронта пламени при сгорании TBC с добавкой водорода в количестве не более 6% от массы топлива, показавшие возможность снижения NOx на 60 % по сравнению с работой ДВС на бензовоздушной смеси при одинаковой скорости распространения фронта пламени,

- результаты показавшие принципиальную возможность контроля за выделениями NOx в ОГ и управления двигателем по величине напряжения ионного тока

- эмпирическая зависимость влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx, позволяющая на стадии проектирования прогнозировать выделения NOx в ОГ

Основные результаты работы получены при проведении исследований

1 Научно-техническая программа Министерства образования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма «Транспорт», 1 1 НИР 05 03 01 002 «Разработка и внедрение системы снижения токсичности ОГ и расхода топлива автомобильных двигателей», 1 2 НИР 05 03 01 08 «Разработка и внедрение системы снижения токсичности ОГ и расхода топлива автомобильных двигателей муниципального транспорта»,

2 Грант поддержки молодых ученых, аспирантов и студентов по программе, проводимой Министерством образования Российской Федерации и правительством Самарской обл в 2004г

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на ООО «Научно производственное предприятие ИнжКА», г Димитровград Материалы работы применяются в учебном процессе для подготовки инженеров по специальности «Тепловые двигатели» и смежных специальностей

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ и доложены на следующих конференциях Всероссийская научно-техническая конференция «Технический ВУЗ — наука, образование и производство в регионе» (г Тольятти, ТГУ, 2001г), Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград - 2005, Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ, Тольятти - 2004, 2005, 49-я Международная научно-техническая конференция ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров", МГТУ «МАМИ», Москва - 2005, Международный симпозиум «Образование через науку», МГТУ им НЭ Баумана, Москва - 2005, Международном симпозиуме по водородной энергетике, МЭИ, 2005 г Москва, Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» Россия, Челябинск 2006 г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15печатных работ Из них 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК и положительное решение о выдаче патента на изобретение

На защиту выносятся следующие положения

- результаты экспериментального исследования влияния средней скоростью распространения фронта пламени на выделения NOx при изменении свойств ТВС за счет добавки водорода,

- безразмерный критерий Sch отражающий параметры, влияющие на выделения NOx в ОГ (температура, количество свободного кислорода и располагаемое время процесса сгорания),

- эмпирическая зависимость средних скоростей распространения фронта пламени, режимных и конструктивных параметров ДВС и выделений NOx позволяющая на стадии проектирования прогнозировать выделения NOx в ОГ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 154 наименований Работа изложена на 120 страницах машинописного текста иллюстрированного 5 таблицами и 58 рисунками

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлено общее описание работы, обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и определены задачи исследования

В первой главе диссертации проведен анализ литературных данных по вопросам образования NOx при горении углеводородо-воздушных смесей и снижения выделения NOx в бензиновых ДВС

Вопросами изучения этих процессов и снижения выделения двигателями NOx занимались отечественные ученые В Я Басевич, А Н Воинов, Я Б Зельдович, В А Звонов, Г Н Злотин, Р И Мехтиев, П Я Садовников, И Я Сигал, Д А Франк-Каменецкий, зарубежные ученые W A Daniel, D A Hamrin, J В Heywood, D J Patterson, I Andersson и другие Общепринятой теорией образования NOx считается «термическая» теория, предложенная Я Б Зельдовичем Анализ исследований показал, что причинами образования NOx в бензиновых ДВС являются высокая температура сгорания, наличие свободного кислорода и время продолжительности процесса сгорания При горении углеводородо-воздушных смесей NOx в основном образуются по «термическому» механизму, однако имеет место наличие так называемых «быстрых» NOx образующихся во фронте пламени за меньший промежуток времени чем «термические»

Современные решения, направленные на подавление NOx (рециркуляция ОГ, каталитические нейтрализаторы) снижают экономические и мощностные показатели работы ДВС Одним из направлений уменьшения токсичных веществ в ОГ бензиновых ДВС является применение альтернативных топлив Работы А И Мищенко, Г Н Злотина, Н А Иващенко, В Н Луканина, В И Хмырова, А П Шайкина, М М Русакова, JIН Бортникова, N N Mustafi, Y С Miraglia и др тому подтверждение Однако в ближайшее время не произойдет тотального перехода на альтернативные виды топлива Анализ исследований показал, что эффективным методом воздействия на выбросы NOx является организация рабочего процесса на бедных ТВС Это, возможно, достичь или расслоением ТВС или путем изменения физико-химических свойств ТВС за счет использования альтернативных топлив в качестве добавки к основному (синтез-газ, водород)

NO,ppm

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

\

/

_____

А ii! —

0,8

1 1,2 1,4 1,6 a.

-синтез-газ---бензин — - — природный газ

Рисунок 1 - Расчетная и экспериментальная оценка выделений N0* в ОГ при работе ДВС на различных видах топлива Линии - расчетные данные, столбцы - эксперимент

К настоящему времени известны отдельные исследования в этом направлении Расчетные модели определения выброса вредных веществ, для ДВС работающих на альтернативных топливах, не адекватно описывают концентрацию NOx в ОГ По экспериментальным данным N N Mustafi, Y С Miraglia и др при использовании в качестве топлива синтез-газа выброс NOx в ОГ возрос примерно в три раз по сравнению с использованием бензовоздушной смеси А его расчет по многозонной модели ISIS показал превышение над измеренным в шесть раз (рисунок 1) Причем пик сместился в область бедной смеси а = 1,4 Методика расчета образования NOx В А Звонова вообще не включает в себя расчеты для водорода

Экспериментальные исследования при работе ДВС на водородовоздушных смесях и с добавками водорода в бензовоздушную смесь проведены учеными А И Мищенко, В И Хмыровым, W A Daniel, J В Heywood, и др показали, что добавка водорода значительно расширяет пределы устойчивого горения, увеличивает скорость распространения пламени в основной и заключительной фазах сгорания, уменьшает задержку воспламенения Однако в исследованиях нет как единого понимания, так и не раскрывается механизм влияния физико-химических свойств TBC на процесс сгорания и выделения NOx двигателем Так по данным А И Мищенко наибольший выброс NOx наблюдается при а ~ 1,2, а работы В И Хмырова указывают на состав смеси а ~ 1,5 Между тем, в работах говорится о принципиальной возможности влияния скоростей распространения пламени на выделения NOx Это обстоятельство определило направление выполненного в настоящей работе исследования

Для полного освещения вопроса и разработки методов воздействия на рабочий процесс с целью снижения выделений NOx, необходимо получать информацию о процессе сгорания Проведенный анализ показал, что одним из методов изучения процесса сгорания является его визуализация

Это требует применения дорогостоящего оборудования, таких как методы лазерной диагностики, кварцевых окон и др Данная проблема отсутствует при изучении процессов горения с помощью явления электропроводности пламени углеводородных топлив Изучением процесса сгорания в ДВС с помощью явления электропроводности пламени занимались такие ученые, как Г С Аравин, H H Иноземцев, А С Соколик, H F Calcotte, J В Heywood, D E Maier, I. Nakamura, W. Stockhausen, и др Анализ исследований показал перспективность этого направления и возможность применения ИД в серийных ДВС без значительных конструктивных изменений, что и определило метод экспериментального исследования, выполненного в работе В последнее время за рубежом данный метод исследования процесса сгорания находит применение в системах управления двигателем (СУД)

Разработанные СУД позволяют вести контроль и получать достоверную информацию о протекании рабочего процесса В нашей стране такие системы отсутствуют

Современные представления о процессе сгорания в бензиновых ДВС, основываются на работах А Н Воинова, В А Звонова, Г Н Злотина, А С Соколика, Е А Федянова, W A Darnel, J В Heywood, S Curry, где показано что, физико-химические свойства смеси (состав, степень разбавления остаточными газами, наличие активизирующей добавки) и турбулентность заряда влияют на среднюю скорость распространения фронта пламени Средняя скорость распространения фронта пламени является величиной определяющей полноту и длительность процесса сгорания, следовательно, отражает влияние турбулентности, а также физико-химические свойства TBC Изменение величины средней скорости распространения фронта пламени влечет за собой изменение процесса сгорания, который в свою очередь определяет выход токсичных компонентов Однако в изученной литературе не отражено влияние на выделения NOx средних скоростей распространения фронта пламени и их изменения, при воздействии на физико-химические свойства TBC путем добавки водорода, что актуально в свете необходимости снижения токсичности воздействием на рабочий процесс

Итак, критический обзор состояния вопроса позволяет определить направление и метод экспериментального исследования, а также основные задачи, решение которых приведет к достижению поставленной цели

Во второй главе описываются конструктивные особенности экспериментальной установки и ИД, приводится схема измерений, излагается методика и последовательность проведения испытаний, дается оценка погрешностей полученных результатов

УИТ - 85 одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный

двигатель с изменяемой степенью сжатия, диаметр цилиндра D = 85 мм , отношение S/D = 1,35 с приводом от электромотора Обороты поддерживаются постоянными 600 и 900 мин"1 Изменение скоростного режима в данном диапазоне позволяет определить качественную картину влияния скоростного режима на среднюю скорость распространения фронта пламени в цилиндре ДВС Особенности Рисунок 2 - Расположение ИД в конструкции позволяют снизить КС УИТ-85 1 - цилиндр, 2 - неоднородность состава TBC от цикла к поршень, 3-свеча зажигания, 4-ИД циклу Постоянная частота вращения коленчатого вала способствует уменьшению межцикловой нестабильности работы установки, позволяет достаточно точно контролировать режимные параметры работы ДВС (температура охлаждающей жидкости, степень сжатия, число оборотов, состав TBC, УОЗ) и варьировать ими независимо друг от друга, что позволяет определять влияние на процесс сгорания и токсичность ОГ отдельных параметров В камере сгорания (КС) имеется штатное место для установки магнитострикционного датчика для измерения детонации, что дает возможность

замены этого датчика ИД без изменений в конструкции установки На рисунке 2 показано место установки ИД ИД находится на максимальном удалении от свечи зажигания Такая конструктивная схема головки блока цилиндра позволяет получить более полную картину процесса сгорания и факторов, влияющих на исследуемый процесс

Для исследования характеристик сгорания был спроектирован и изготовлен пятиэлектродный ИД (рисунок 3)

Рисунок 3 - Ионизационный датчик

Фронт пламени, омывая электроды и корпус ИД замыкает электрическую цепь, в которой возникает импульс напряжения ионного тока обусловленный электропроводностью пламени Продолжительность сигнала определяется временем замыкания цепи, т е временем от первого касания центрального и бокового электродов фронтом пламени до погасания при соприкосновении с внутренней полостью ИД

Схема измерения величины напряжения ионного тока (рисунок 4) включает в себя ИД, элементы питания, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), ПЭВМ на базе процессора Intel Pentium II, экранированные соединительные кабели

Электрическая схема подключения ИД показана на рисунке 4 Разность потенциалов (напряжение) создается источником питания Ионный ток при

Рисунок 4 - Схема экспериментального комплекса 1 - Баллон, 2 - газовый редуктор первой ступени, 3 - газовый редуктор второй ступени, 4 - манометр,5 - газовый счетчик барабанный ГСБ - 400, 6 - установка УИТ - 85, 7 - ионизационный датчик, 8-катушка зажигания, 9 - электромагнитный датчик

замыкании пламенем электрода и корпуса ИД течет по замкнутому контуру «УИТ-85 — ИД - Блок питания - АЦП - Общий провод - УИТ-85 - земля» Замеряется напряжение между электродами ИД последовательно включенным в цепь с источником питания и заземленным общим проводом установки УИТ-85 На параллельный канал аналогового ввода АЦП подается сигнал с катушки зажигания 8 и электромагнитного датчика 9, установленного на проводе высокого напряжения свечи зажигания В момент искрового разряда на датчике 9 возникает импульс тока, который фиксируется АЦП и используется для синхронизации осциллограмм Т е начало сгорания соответствует моменту подачи искры на свечу зажигания, который фиксируется датчиком 9 и записывается в память АЦП

Запись показаний с ИД, осуществлялась через АЦП Е-440 фирмы «L-Сагс1»(Россия) Для определения концентрации NOx в ОГ применялся микропроцессорный газоанализатор «АВТОТЕСТ-02 C0-C02-CH-02-N0x-X,-T» фирмы «МЕТА»(Россия)

Методика проведения экспериментов заключалась в одновременной записи осциллограмм напряжения ионного тока и измерении концентрации NOx в ОГ после вывода установки на соответствующий режим работы

Испытания проводились при степени сжатия s = 7, числах оборотов п = 600, 900 min"1, составах TBC от а = 1,0 до предела бедного срыва УОЗ был подобран и поддерживался постоянным для п = 600 min"1 6з = 13°пкв, для п = 900 mm"1 03 = 13° и 22°пкв Изменение физико-химических свойств TBC осуществлялось добавками водорода в TBC в малых количествах, от 1% до 6% массы от общего расхода бензина Необходимо отметить, что увеличение доли добавляемого водорода более 6-7 % массы от общего расхода бензина снижает его эффективное влияние на процесс сгорания При этом происходит элементарное замещение одного вида топлива другим

Для подтверждения достоверности информации проведена оценка погрешностей измерений в соответствии с ГОСТ 8 207-76 Определены следующие значения относительных погрешностей для концентрации NOx> 6nox = ± 5 %, для времени начала сигнала t, 8t = ± 3 71 %, для времени продолжительности сигнала т, 5т = ± 3 11 %, для амплитуды сигнала U, 5U = ± 5 %, для расхода водорода U, 5U = ± 3 2%, для коэффициента избытка воздуха а, 5а = ±23%

В третьей главе приводятся результаты измерений напряжения ионного тока и выброса NOx в ОГ при изменениях варьируемых параметров состава TBC, числа оборотов коленчатого вала, количества добавляемого водорода Характерный вид сигнала напряжения ионного тока представлен на рисунке 5 Осциллограммы импульсов записанных в 40 отдельных циклах на одном режиме, усреднялись и оценивались по трем параметрам

1) промежутку времени t от искрового разряда до возникновения импульса, т е достижения пламенем ионизационного датчика, мс,

2) продолжительности сигнала т мс,

3) амплитуде U напряжения ионного тока на осциллограмме, mV

По результатам измерений отрезка времени t от Рисунок 5 - Параметры оценки искрового разряда до возникновения импульса о средненного сигнала ...

напряжения ионного тока определено среднее значение W скорости распространения фронта пламени в КС УИТ-85 в период от воспламенения TBC до достижения пламенем наиболее удаленной зоны КС, где установлен ИД, как W= D/t, где D - диаметр цилиндра

На рисунках 6,7 представлено изменение промежутка времени t и средней скорости распространения фронта пламени в зависимости от состава TBC, скоростного режима и доли добавляемого водорода Промежуток времени t включает развитие начального очага пламени и распространение фронта

CJ^-O ■О

Y* т

о-" »

11

9 7 5 3

0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 а

О900-13-0 ♦ 900-13-5 П900 22 0 ■ 900-22-5 0600-13-0 «600-13 5

Рисунок 6 - Зависимость промежутка времени t от состава TBC и доли добавляемого водорода

W.M/C

21 ■ 19 ■ 17 -15 -13 -11 -9 -7 -

V

р^к-

—•—.

• ^"""sici

0,9

1 1,1 1,2 О900 13-0 » 900-13 5 ■ 900 22-5 0 600-13 0

1,3 1,4

□ 900-22 0 • 600-13-5

105

Рисунок 7 - Зависимость средней скорости распространения фронта пламени от состава TBC и доли добавляемого водорода

турбулентного пламени по объему КС, поэтому принято определение W как средней скорости распространения фронта пламени в «основной» фазе сгорания Скоростной режим оказывает значительное влияние на отрезок времени t При увеличении частоты вращения коленчатого вала, t уменьшается, те увеличивается средняя скорость распространения фронта пламени Добавка Н2= 0 05 сокращает время t в среднем на 35 %, при а > 1,3 данное сокращение достигает 50 % по сравнению с аналогичными показателями при работе установки без добавки водорода в TBC

Экспериментальные точки при работе установки с добавкой водорода от 1 до 4% располагаются в области между представленными опытными данными

На рисунке бив дальнейшем приняты следующие сокращения ХХХ-ХХ-Х -1-я группа цифр обозначает частоту вращения коленчатого вала установки, 2-я группа обозначает УОЗ, 3-я группа обозначает процентное содержание добавляемого водорода в TBC

Определено, что характер изменения напряжения ионного тока (рисунок 8) на ИД установленного в КС УИТ-85 в зоне, наиболее удаленной от свечи зажигания, отражает влияние состава TBC, массовой доли добавляемого водорода и скоростного режима на характеристики процесса сгорания и имеет такой же характер изменения от данных параметров, как и средняя скорость распространения фронта пламени Добавка Н2 = 0 05 массовых долей водорода в диапазоне состава TBC от а = 1 до а = 1,4 приводит к увеличению амплитуды сигнала до 82 % по сравнению с аналогичным показателем при работе установки без добавки водорода в TBC При а > 1,3 данное увеличение достигает 500 %

С добавкой водорода в TBC в количестве не более 6% (масс) стабильная работа установки осуществлялась до значений а = 1 5 и выше

Одновременно оценено влияние варьируемых факторов на выделение NOx в ОГ как при работе установки с добавкой водорода, так и без добавки (рисунок 9) Выявлено определяющее влияние состава TBC и добавок водорода С увеличением доли добавляемого в бензо-воздушную смесь водорода получено смещение максимальных выделений NOx в область более бедной смеси NOxmax бензо-

■900-22 5 0 600 13-0 • 600-13-5 ■ 900 22-5 0 600-13-0 «600-13-5

Рисунок 8 -Зависимость величины Рисунок 9 -Зависимость выделений NOx в ОГ напряжения ионного тока от состава TBC от состава TBC и доли добавляемого и доли добавляемого водорода водорода

воздушной смеси соответствует а = 1,097 (п = 600, 900 об/мин, УОЗ = 13°пкв), NOxmax для п = 900 об/мин и УОЗ = 22 °пкв - а = 1,12 При Н2 = 0,05 массовой доли водорода NOx шахсоответствует а - 1,2 для всех исследуемых режимах При увеличении доли водорода в бензо-воздушной смеси в области бедных TBC, происходит возрастание выделения NOx в ОГ примерно на 20 % Увеличение выделений NOx при добавке водорода при одинаковых составах TBC объясняется возрастанием средней скорости распространения фронта пламени, что приводит к увеличению температуры сгорания и как будет показано далее уменьшению объема, при котором завершается процесс сгорания

Четвертая глава посвящена анализу и обобщению результатов эксперимента, определения влияния средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ при изменениях турбулентности заряда и физико-химических свойств TBC, а также оценке возможности практического применения результатов экспериментального исследования

Оценено влияние на средние скорости распространения фронта пламени и параметры ионного тока физико-химических свойств TBC при изменениях а и введении добавки водорода Показано увеличение средней скорости распространения фронта пламени и амплитуды напряжения ионного тока при работе с добавками водорода в TBC в изученном диапазоне

Проведено сравнение влияния добавок водорода, т е изменения свойств TBC, и возрастания частоты вращения коленчатого вала, т е увеличения уровня турбулентности заряда Показано, что рост средней скорости распространения фронта пламени в «основной» фазе при добавке водорода в количестве Н = 0 05 сравним с ростом средней скорости распространения фронта пламени при увеличении п с 600 до 900 об/мин

Выделение N0X в ОГ определяется максимальной температурой цикла, наличием свободного кислорода и временем их нахождения в зоне высоких

температур Перечисленные факторы в свою очередь зависят от средней скорости распространения фронта пламени в «основной» фазе сгорания

Экспериментально полученные данные выделения NOx в ОГ и значения средней скорости распространения фронта пламени позволили определить их взаимосвязь (рисунок 10) В известных работах показано что, с увеличением доли добавляемого водорода в бензовоздушную смесь, расширяются пределы стабильного воспламенения и сгорания Добавка водорода позволяет обеспечить работу двигателя на бедных и сверхбедных TBC без потери интенсивности сгорания, но при значительном снижении выделений NOx в ОГ Т к предлагаемым управляющим параметром в системе контроля и управления двигателем является средняя скорость распространения фронта пламени, тогда с увеличением доли водорода в TBC и при этом поддерживая величину средней скорости распространения фронта пламени на постоянном уровне возможна работа двигателя на бедных составах TBC и существенное уменьшение выделений NOx в ОГ Наглядно показано что, с увеличением доли добавляемого водорода, при постоянной средней скорости распространения фронта пламени, выделения NOx заметно снижаются Так, например, при величине Wcp = 10м/с (п = 600 min"1, б3 = 13° пкв) без добавки водорода NOx = 4200 ppm, а Н2 - 0 05 при том же значении средней скорости распространения фронта пламени снижает выделения NOx до значения 1500 ppm, т е почти в три раза Подобный характер влияния средней скорости

О900 13 0 ♦900-13-5 0900 22-0 ■ 900-22-5 О 600-13-0 »600 13 5

Рисунок 10 -Зависимость выделений Ж)х от средней скорости распространения фронта пламени и доли добавляемого водорода

W л

№ ч / / ?

/

/ J\ У

Á у

330 340 350 360 370 380 390 Ф.пк

---900-13-0% 1 1 — *— 900-13-0%-1 2

900-13-5% 1 1 -900-13 5%-1 2

Рисунок 11 - Характеристика тепловыделения, для 900 мин'1, У03=13° ПКВ, а =1,1, а =1,2

900-13-5% -X—900-22-5%

Рисунок 12- Расчетная оценка максимальных температур процесса сгорания при различных режимах и доли добавляемого водорода

V3C, смЗ-

135 • 130 -125 -120 -115 -110 -105 -

20 Ф> пкв

□900 22-0% ♦ 900-13-5%

■ 900-22-5% 0600-13-0%

0900-13-0% •600-13-5%

Рисунок 13- Изменение объема завершения сгорания при различных режимах и доли добавляемого водорода

распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ наблюдается и на других изученных режимах Выявлено, что с увеличением доли добавляемого в TBC водорода, при одинаковых значениях средней скорости распространения фронта пламени, выделения NOx в ОГ снижаются в среднем на 60 %

Так как выделение NOx при одинаковых составах смеси зависит от температуры, времени пребывания азота и количества кислорода в зоне высоких температур, проведен анализ

тепловыделения в КС экспериментальной установки с учетом доли добавляемого в TBC водорода На рисунке 11 представлена характеристика тепловыделения для различных условий сгорания TBC, в том числе с добавками водорода Результаты показывают, что при увеличении доли добавляемого водорода скорость тепловыделения возрастает до 50% (ср = 370°пкв), что обусловлено ростом максимальных температур цикла на 10% (рисунок 12), с увеличением добавляемого водорода

Определены объемы КС экспериментальной установки соответствующие завершению процесса сгорания по углу поворота коленчатого вала (рисунок 13) Показано что, с увеличением доли водорода в смеси процесс сгорания заканчивается в меньшем объеме по сравнению работы установки на бензовоздушной смеси Выделения NOx в ОГ снижаются за счет уменьшения объема и таким образом сокращается время пребывания азота и количества кислорода в зоне высоких температур Приближающийся к ВМТ объем сгорания, как известно положительно влияет на эффективность процесса сгорания, мощностные и экономические показатели работы ДВС

На стадии проектирования ДВС одной из основных задач является прогнозирование уровня выброса вредных веществ в ОГ

Рассматривая взаимное влияние средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, частоты вращения коленчатого вала, состава TBC получен безразмерный критерий Sch

HL. 180f©,

(1 1)

Sch=-

а W*

180

К

где Woch - средняя скорость распространения пламени в «основной» фазе сгорания, а -коэффициент избытка воздуха, W„cp - средняя скорость поршня, 03- угол опережения зажигания, V„, Vx, V/, - полный объем, объем при котором сгорание завершается и рабочий объем цилиндра соответственно

В работах А И Мищенко, В И Хмырова, N N Mustafi, Y С Miragha и в данной работе показано что, при добавке водорода в TBC увеличивается максимальная температура сгорания Это, как известно, сказывается на средней скорости распространения фронта пламени величина, которой приведена в предложенном выражении Известно что, на располагаемое время процесса сгорания влияет частота

вращения коленчатого вала В данном выражении она выражена через среднюю скорость поршня, где также учитана величина его хода Температура и располагаемое время процесса сгорания определяются моментом зажигания рабочего заряда, который значительно влияет на выделения NOx в ОГ Количество свободного кислорода в TBC отражается в соотношении воздух-топливо

В одной из последних работ I Andersson показал что, для сходимости расчетных моделей с экспериментальными данными следует учитывать изменения объема сгорания Т к это изменение является параметром определяющим располагаемое время процесса сгорания Поэтому, представленное выражение включает в себя полный объем, объем при котором сгорание завершается и рабочий объем цилиндра Величина степени сжатия проектируемого двигателя заложена в параметре Va, а число цилиндров в параметре Vh

Предложенная зависимость (11) позволяет определить показатель Sch с учетом конструктивных и режимных параметров вновь разрабатываемого ДВС Кроме того, в определении показателя Sch также учитывается влияние добавок водорода в TBC выраженное в изменении средней скорости распространении фронта пламени в «основной» фазе сгорания Woc„ С учетом показателя Sch получена эмпирическая зависимость

CNOx = 5530 In (Sch) - 4400 (1 2)

Данная зависимость позволяет прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных и режимных параметров проектируемого двигателя, и что особенно важно с учетом влияния добавок водорода в TBC на процесс сгорания Woc„ Предложенная эмпирическая зависимость показала хорошую сходимость с результатами, полученными в других работах

На рисунке 14 представлена диаграмма определения выделений NOx в ОГ по показателю Sch Данная диаграмма получена на основании экспериментальных данных и включает в себя широкий диапазон различных режимных и регулировочных параметров, таких как частота вращения коленчатого вала, УОЗ, состав TBC, доля добавляемого водорода

NOx, ppm

5000

4000 3000 2000 1000

шШ

& □

X - О

. 0« .

"0 А

у/П X +

2

О 600-13-0 ♦ 900-13-5 Ж600-28-0

900-23-0 1900-22-3 +900 22-5

©600-13-3 Р 900-22-0 • 600-9 3 ES 600 12-5 + 900-27-0 Ä900-26-3

• 600-13 5 О 900-22 3 +600-14 3 &600 18-5 «900-32-0 900 11-5

0900-13 0 ■ 900-22 5 -600-20 3 X 600-20 5 -900 11 3 Х900 12 5

О 900 13-3 gl 600 12-0 -600 22-3 900 13 0 Ф900 14-3 • 900 19-5

Sch

ЕЭ^аЛК 2000 26-0 (а=1 1) ВДЗЛК 2000-26-0 (а=1 2)

Рисунок 14 - Диаграмма определения выделений NOx в ОГ по показателю Sch

Последовательность определения показателя Sch

1

Задаются основными параметрами вновь проектируемого ДВС - частота вращения коленчатого вала, средняя скорость поршня, рабочий объем двигателя, степень сжатия, диаметр цилиндра, радиус кривошипа, длина шатуна По величине степени сжатия определяют полный объем цилиндра Предварительно задают величину УОЗ и состав TBC исходя из условий наибольшей топливной экономичности Среднюю скорость распространения фронта пламени и время завершения сгорания определяют по формуле, предложенной В В Смоленским («Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливовоздушную смесь» автореферат кандидатской диссертации)

Кв U,

и,

^Ч +1+

2

ия

Пр

1-е

El.

и,

(1 3)

где, Woch - средняя скорость распространения пламени в основной фазе сгорания, U3 - средняя скорость пламени в третьей фазе сгорания, W„cp - средняя скорость поршня, Vo - объем камеры в момент подачи искры, Va - полный объем цилиндра

5 На основании заданных параметров по кинематическому расчету определяют величину изменения рабочего объема цилиндра

6 По кривой изменения рабочего объема цилиндра определяют объем завершения процесса сгорания

7 По диаграмме в зависимости от полученного значения Sch определяют выделение NO в ОГ, путем пересечения величины Sch с линией диаграммы

В работе получено что, изменение величины средней скорости распространения фронта пламени взаимосвязано с амплитудой напряжения ионного тока (рисунок 15) Скоростной режим работы установки, состав TBC, доля добавляемого водорода и регулировочные параметры влияют на величину напряжения ионного тока

Проведена оценка выделения NOx в ОГ и величины напряжения ионного тока На рисунке 16 представлена экспериментальная оценка выделений NOx в ОГ и

U,mv

1000 800 600 400 200 0

я Г □ /

/и J ♦ г

У/ 7 / (ш

<У VL^

7 11

«900-13 0 ■ 900 22 5

15

♦ 900-13-5 0600-13-0

19

□ 900-22-0 •600-13-5

W,m/C

Рисунок 15- Экспериментальная оценка величины напряжения ионного тока и средней скорости распространения фронта пламени

750 1000 u>mV

Рисунок 16- Экспериментальная оценка выделений N0* и величины напряжения ионного тока

величины напряжения ионного тока Анализ экспериментальных данных позволил выявить следующее наблюдение Величина напряжения ионного тока в диапазоне U < 300 mV, соответствующая предполагаемой работе двигателя в области обедненных и бедных TBC, имеет линейный характер Поэтому, имеется принципиальная возможность контроля за выделениями NOx в ОГ и управления тепловых двигателей и установок по величине напряжения ионного тока поддерживая среднюю скорость распространения фронта пламени на требуемом уровне интенсивности сгорания и обеспечивая тем самым необходимый выброс NOx в ОГ Величину средней скорости распространения фронта пламени возможно использовать как информационный параметр в системах контроля и управления ДВС Предполагаемый алгоритм работы системы управления ДВС на основе электропроводности пламени представлен на рисунке 17

Рисунок 17 - Алгоритм работы системы управления ДВС на основе чпектпопповолности пламени

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной работе «Влияние скорости распространения пламени на выделения оксидов азота при добавке водорода в бензиновые двигатели» решена задача, имеющая существенное значение для защиты окружающей среды и человека, позволяющая снизить количество токсичных выбросов путем использования добавок водорода

В результате получено следующее

1 Экспериментально показано влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ при сгорании TBC в бензиновых ДВС с добавками водорода

2 В области бедных составов TBC (а > 1) при одинаковых средних скоростях распространения пламени малые добавки водорода (до 5-6 % по массе бензина) приводят к снижению выделений NOx в ОГ до 60%

W 180ИЭ V-V

~ Соси i а зс

3 Получен безразмерный критерий а jyv jgQ у отражающий влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта

пламени, УОЗ, скоростного режима, состава TBC, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания

4 Получена эмпирическая зависимость, Cnox ~ 5530 In (Sch) - 4400 позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в TBC на процесс сгорания

5 Показана принципиальная возможность контроля за выделениями NOx в ОГ и управления бензиновых двигателей по величине напряжения ионного тока, под держивая среднюю скорость распространения фронта пламени на требуемом уровне интенсивности сгорания, обеспечивая тем самым необходимый выброс NOx в ОГ

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

- в изданиях рекомендованных ВАК:

1 Ивашин, П.В Электропроводность пламени, средняя скорость сгорания и концентрация несгоревших углеводородов в отработавших газах бензиновых двигателей / Ивашин П В , Коломиец П В , Строганов В И, Шайкин А П // «Наука производству» Москва, №4, 2004 - С 98-101

2 Ивашин, П.В Электропроводность пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием / Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // ж-л Автотракторное оборудование, М, 2004, №3

3 Ивашин, П.В Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания / Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин АП // Известия Самарского научного центра РАН специальный выпуск ELPIT-2005 том 1 - Самара, 2005 - С 299-305

4 Положительное решение о выдачи патента на изобретение заявка № 2006100267/06(000288) 10 01 2007г «Способ контроля и управления сгорания топлива в ДВС и ионизационный датчик для его осуществления»

- в других изданиях:

5 Ахремочкнн, О.А Определение средней турбулентной скорости сгорания в цилиндре ДВС / Ахремочкин О А , Гордеев В Н , Коломиец П В , Русаков М М , Шайкин А П // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Технический ВУЗ-наука, образование и производство в регионе», Тольятти 2001 -С 204-209

6. Ивашин, П.В Взаимосвязь электропроводности пламени, средней скорости сгорания и концентрации несгоревших углеводородов в отработавших газах бензиновых двигателей / Ивашин П В , Коломиец П В , Строганов В И , Шайкин А П // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», Тольятти, ТГУ 2004 — С 46-51

7. Ивашин, П.В Ионный ток в пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием / Ивашин П В, Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П //Материалы 3-й Всероссийской научно-технической конференции "Современные тенденции развития автомобиле строения в России", Тольятти, ТГУ 26-28 мая, 2004 - С 78-82

8 Ивашин, П.В Взаимосвязь электропроводности пламени и показателя сгорания в бензиновых двигателях /Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин

АП // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров Материалы 49-ой МНТК ААИ 23-24 марта, 2005г МГТУ «МАМИ» -М 2005 -С 94-99

9 Ивашин, П.В Показатель характера сгорания в ДВС с искровым зажиганием и ионный ток в заключительной фазе сгорания / Ивашин П В, Коломиец П В , Смоленский В В, Шайкин А П // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей Материалы X МНПК ВлГУ 27-29 июня 2005 - Владимир, 2005 - С 106-113

10 Ивашин, П.В Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания / Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // Материалы 4-ой ВНТК "Современные тенденции развития автомобиле строения в России", 26-28 мая, 2005г ТГУ - Тольятти, 2005 - С 55-58

11 Ахремочкин, О.А Взаимосвязь средней скорости распространения пламени с концентрацией оксидов азота в отработавших газах ДВС/ Ахремочкин О А, Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // Материалы НТК «Научные чтения студентов и аспирантов», 16-18 мая, 2005г ТГУ - Тольятти, 2005 - с 87-88

12 Ивашин, П.В Добавки водорода и оксиды азота на бедных смесях/ Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // Труды МНТК "Прогресс транспортных средств и систем - 2005", 16-18 сентября, 2005г ВолгГТУ—Волгоград, 2005 -С 336-337

13 Ивашин, П.В Добавка водорода в топливно-воздушную смесь ДВС, скорость распространения пламени и токсичность отработавших газов/ Ивашин П В, Коломиец П В, Смоленский В В, Шайкин А П // Труды международного симпозиума по водородной энергетике, 1-2 ноября 2005 г, изд-во МЭИ - М, 2005 -С 67-71

14 Ахремочкин, О А Взаимосвязь концентрации оксидов азота в отработавших газах со средней скоростью распространения пламени в основной фазе / Ахремочкин О А , Ивашин П В , Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // Материалы МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», 26-28 апреля 2006 г ЧТГУ - Челябинск, 2006 - С 52-57

15 Ахремочкин, О.А Особенности сгорания топливно-воздушной смеси при добавке водорода в поршневом ДВС /Ахремочкин О А, Ивашин П В, Коломиец П В , Смоленский В В , Шайкин А П // Материалы МНТК «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», 26-28 апреля 2006 г ЧТГУ -Челябинск, 2006 - С 106-111

Тольяттинский государственный университет 445667, г Тольятти, Белорусская, 14 Подписано в печать 25 05 2007 Формат А5 Тираж 120 экз

Обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Образование и разложение NOx при сгорании углеводородо-воздушных смесей.

1.2 Процесс сгорания в поршневом ДВС с искровым зажиганием.

1.3 Особенности образования NOx в бензиновых поршневых ДВС.

1.4 Анализ расчетных моделей образования NOx в цилиндре поршневого ДВС.

1.5 Обзор и анализ способов снижения выбросов NOx в поршневых ДВС с искровым зажиганием.

1.6 Обзор методов исследования процесса сгорания в поршневых ДВС.

1.7 Электропроводность пламени как метод изучения процесса сгорания в поршневых ДВС искровым зажиганием.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2 Экспериментальное оборудование и методика проведения испытаний

2.1 Экспериментальный комплекс

2.1.1 Описание экспериментальной установки.

2.1.2 Конструктивные особенности и месторасположение ИД.

2.1.3 Описание схемы измерения и записи показаний ИД.

2.2 Испытания.

2.2.1 Методика проведения испытаний.

2.2.2 Режимы проведения испытаний.

2.2.3 Последовательность проведения испытаний.

2.3 Погрешности измерений.

2.3.1 Погрешности в определении состава ТВС, добавляемого водорода Н2 и выделений NOx в ОГ.

2.3.2 Погрешности в определении величины напряжения ионного тока.

2.4 Оценка достоверности полученных результатов эксперимента.

2.5 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3 Результаты экспериментальных исследований и их анализ

3.1 Измерение параметров ионного тока на электродах ИД.

3.2 Зависимость параметров ионного тока от состава ТВС и скоростного режима.

3.2.1 Время возникновения импульса напряжения ионного тока на электродах ИД.

3.2.2 Изменение амплитуды сигнала.

3.3 Экспериментальная оценка выделений NOx в ОГ.

3.3.1 Зависимость выделений NOx в ОГ от состава ТВС.

3.3.2 Влияние скоростного режима и регулировок на выделения NOx

3.4 Влияние добавок водорода на параметры ионного тока.

3.4.1 Зависимость времени возникновения и продолжительности сигнала на ИД от количества добавляемого водорода.

3.4.2 Характер изменения амплитуды сигнала от количества добавляемого водорода при различных режимах работы и составах 84 ТВС.

3.5 Влияние добавок водорода на выделения NOx в ОГ.

3.6 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4 Обобщение и возможность практического применения результатов экспериментального исследования

4.1 Параметры процесса сгорания в поршневых ДВС с искровым зажиганием определенные ионизационным методом.

4.1.1 Амплитуда полученного сигнала как характеристика процесса сгорания.

4.1.2 Средняя скорость распространения фронта пламени.

4.2 Влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ.

4.3 Изменение характеристики тепловыделения и объема завершения сгорания.

4.4 Возможность практического применения результатов экспериментального исследования.

4.4.1 Применение информации с ИД для определения состава ТВС.

4.4.2 Определение выделений NOx в ОГ по эмпирической диаграмме.

4.4.3 Применение информации с ИД для контроля и регулирования выделений NOx в ОГ тепловых двигателей и установок.

Поиски направлений по увеличению экономических и экологических показателей работы ДВС со сравнительно недавнего времени являются первостепенными задачами при проектировании и доводке двигателя на ближайшие годы.

Проблемы выполнения норм Euro-З и Euro-4 токсичности ОГ двигателей с искровым зажиганием при сохранении достигнутого уровня экономичности и мощности их работы достигаются созданием систем и устройств, обеспечивающих расслоение заряда ТВС при требуемых уровнях средней и пульсационных скоростей движения заряда, и изменении физико-химических свойств топлива. Эти мероприятия направлены на обеспечение максимальной полноты сгорания ТВС вблизи ВМТ и как результат - высокой скорости сгорания в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха и скоростных режимов работы двигателя. Однако существующие методы снижения NOx (рециркуляция ОГ, каталитические нейтрализаторы) во многом уменьшают экономические и мощностные показатели работы двигателя. В связи с этим снижение NOx воздействием на рабочий процесс при сохранении или повышении экономичности является весьма актуальной задачей.

Решение указанной проблемы возможно лишь при детальном исследовании основных параметров процесса сгорания в КС поршневого двигателя. Эффективность воздействия конструктивных, режимных и физико-химических параметров на скорость распространения пламени определяется проведением специальных исследований, выявляющих механизмы протекания процесса сгорания ТВС.

К настоящему времени не хватает достоверных данных о характере протекания процесса сгорания в поршневых ДВС и параметрах, определяющих этот процесс. В результате этого существует необходимость в проведении экспериментальных исследований. Визуализация газодинамической картины течения и процесса сгорания требует применения достаточно сложного и дорогостоящего оборудования, таких как методы лазерной диагностики, кварцевых окон, шлирен-фотосъемки, многощелевой фото-развертки. Метод изучения пламени с использованием явления ионизации в зоне горения углеводородного топлива наиболее рационален по сравнению с выше указанными в силу своей простоты.

Явление электропроводности пламени позволяет определить средние скорости распространения фронта пламени, интенсивность сгорания в месте установки ИД, а также получить информацию о контурах фронта пламени. Необходимо отметить, что процесс измерения ионного тока может производиться непрерывно и практически безынерционно.

Средняя скорость распространения фронта пламени является определяющей величиной длительности процесса сгорания как в основной, так и в заключительной фазах. Таким образом, средняя скорость распространения фронта пламени является показателем условий сгорания, отражает влияние турбулентности, а также физико-химические свойства ТВС. Изменение величины средней скорости распространения фронта пламени в ту или иную сторону влечет за собой изменение процесса сгорания, который в свою очередь определяет выход токсичных компонентов.

Данная научная работа направлена на изучение влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ. Выбор данного токсичного компонента ОГ обусловлен во первых - отсутствием развитых знаний о влиянии средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ; во-вторых - сложностью применяемых методов, направленных на уменьшение выделений NOx бензиновыми двигателями в комплексе с другими составляющими ОГ; в-третьих -ужесточением экологических нормативных требований на выбросы NOx автотранспортными средствами.

К настоящему времени ни теоретически, ни экспериментально не определено влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ при изменении физико-химических свойств ТВС за счет добавки водорода. Ликвидация этого пробела является частью решения проблемы снижения выброса NOx бензиновыми ДВС, что и определяет актуальность настоящей работы.

Цель работы - снижение выделений NOx в ОГ бензиновых ДВС воздействием на изменение средних скоростей распространения фронта пламени при добавке водорода в ТВС. Задачи исследования:

- определить методы нахождения влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx при сгорании ТВС в бензиновых ДВС;

- разработать методику проведения эксперимента;

- определить связь между основными показателями процесса сгорания, электропроводностью пламени и выделениями NOx при добавке в ТВС водорода;

- составить критерий, включающий среднюю скорость распространения пламени, коэффициент избытка воздуха, угла опережения зажигания (УОЗ), среднюю скорость поршня и объем завершения сгорания;

- получить эмпирическую зависимость средних скоростей распространения фронта пламени, режимных и конструктивных параметров ДВС и выделений NOx.

Объект исследования - процесс сгорания ТВС в бензиновых ДВС. Предмет исследования - взаимосвязь средних скоростей распространения фронта и электропроводности пламени с выделениями NOx в ОГ.

Методы исследования. При выполнении работы проводилось теоретическое обобщение известных литературных данных, применялся экспериментальный метод, включающий регистрацию скорости распространения пламени и токсичности ОГ, метод эмпирического анализа, статистическая обработка данных и их обобщение на основе имеющихся фундаментальных теоретических представлений об особенностях образования NOx.

Достоверность результатов исследования. Достоверность подтверждается значительным объемом экспериментальных данных, статистической обработкой полученных результатов, а также непротиворечивостью полученных данных и зависимостей фундаментальным теоретическим представлениям об образовании NOx при сгорании углеводородовоздушных смесей.

Научная новизна исследования.

1. Определены закономерности связывающие выделения NOx в ОГ:

- со средней скоростью распространения фронта пламени;

- с изменением свойств ТВС за счет добавки водорода;

- с электропроводностью пламени;

2. Получен безразмерный критерий Sch, отражающий влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, скоростного режима, состава ТВС, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания;

3. Получена эмпирическая зависимость, позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в ТВС на процесс сгорания.

Теоретическая значимость исследования.

- обосновано влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx при сгорании ТВС в бензиновых ДВС с добавками водорода в ТВС;

- определен безразмерный критерий Sch, отражающий влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, скоростного режима, состава ТВС, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания;

- получена эмпирическая зависимость, позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в ТВС на процесс сгорания

Практическую значимость исследования представляют

- результаты исследований изменений средних скоростей распространения фронта пламени при сгорании ТВС с добавкой водорода в количестве не более 6% от массы топлива, показавшие возможность снижения NOx на 60 % по сравнению с работой ДВС на бензовоздушной смеси при одинаковой скорости распространения фронта пламени; результаты исследований, показавшие принципиальную возможность контроля за выделениями NOx в ОГ и управления двигателем по величине напряжения ионного тока.

- эмпирическая зависимость влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx, позволяющая на стадии проектирования прогнозировать выделения NOx в ОГ.

Основные результаты работы получены при проведении исследований:

1. Научно-техническая программа Министерства образования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма «Транспорт», 1.1 НИР 05.03.01.002 «Разработка и внедрение системы снижения токсичности ОГ и расхода топлива автомобильных двигателей»; 1.2 НИР 05.03.01.08 «Разработка и внедрение системы снижения токсичности ОГ и расхода топлива автомобильных двигателей муниципального транспорта»;

2. Грант поддержки молодых ученых, аспирантов и студентов по программе, проводимой Министерством образования Российской Федерации и правительством Самарской обл. в 2004г.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на ООО «Научно - производственное предприятие Инж.КА», г. Димитровград. Материалы работы применяются в учебном процессе для подготовки инженеров по специальности «Тепловые двигатели» и смежных специальностей.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ и доложены на следующих конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Технический ВУЗ - наука, образование и производство в регионе» (г. Тольятти, ТГУ, 2001г.); Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград - 2005; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ, Тольятти - 2004, 2005; 49-я Международная научно-техническая конференция ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров", МГТУ «МАМИ», Москва - 2005; Международный симпозиум «Образование через науку», МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва - 2005; Международном симпозиуме по водородной энергетике, МЭИ, 2005 г. Москва; Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» Россия, Челябинск 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ. Из них 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты экспериментального исследования влияния средних скоростей распространения фронта пламени на выделения NOx при изменении свойств ТВС за счет добавки водорода;

- безразмерный критерий Sch, отражающий параметры, влияющие на выделения NOx в ОГ (температура, количество свободного кислорода и располагаемое время процесса сгорания);

- эмпирическая зависимость средних скоростей распространения фронта пламени, режимных и конструктивных параметров ДВС и выделений NOx, позволяющая на стадии проектирования прогнозировать выход NOx в ОГ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной работе «Влияние скорости распространения пламени на выделения оксидов азота при добавке водорода в бензиновые двигатели» решена задача, имеющая существенное значение для защиты окружающей среды и человека, позволяющая снизить количество токсичных выбросов путем использования добавок водорода.

В результате получено следующее:

1. Экспериментально показано влияние средней скорости распространения фронта пламени на выделения NOx в ОГ при сгорании ТВС в бензиновых ДВС с добавками водорода.

2. В области бедных составов ТВС (а > 1) при одинаковых средних скоростях распространения пламени малые добавки водорода (до 5-6 % по массе бензина) приводят к снижению выделений NOx в ОГ до 60%.

3. Получен безразмерный критерий

W 18Of0 V-V осн з 'а 31 осн зс а-тр' 180 " К отражающий п h влияние на выделения NOx в ОГ средней скорости распространения фронта пламени, УОЗ, скоростного режима, состава ТВС, доли добавляемого водорода, степени расширения после окончания сгорания.

4. Получена эмпирическая зависимость, Cnox = 5530 In (Sch) - 4400, позволяющая прогнозировать выделения NOx в ОГ с учетом конструктивных, режимных и регулировочных параметров проектируемого двигателя, а также с учетом влияния добавок водорода в ТВС на процесс сгорания.

5. Показана принципиальная возможность контроля за выделениями NOx в ОГ и управления бензиновых двигателей по величине напряжения ионного тока, поддерживая среднюю скорость распространения фронта пламени на требуемом уровне интенсивности сгорания, обеспечивая тем самым необходимый выброс NOx в ОГ.

1. Автомобильные двигатели. ДВС / Лурье В.А., Мангушев В.А., Маркова И.В., Черняк Б .Я. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1985, т.4

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1968.

3. Аравин Г.С. Ионизация пламенных газов в условиях бомбы и двигателя. -Дис.ИХФАН СССР, 1952.

4. Ахремочкин О.А., Гордеев В.Н., Коломиец П.В., Тофан П.П. Определение средней турбулентной скорости сгорания в цилиндре ДВС. // Материалы ВНТК "Технический ВУЗ наука, образование и производство в регионе" ч.2 - Тольятти, 2001.

5. Будаев С.И., Ивашин П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Электропроводность пламени и скорость сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе с искровым зажиганием // ж-л. Автотракторное оборудование №3. М:2004 - С.42-44.

6. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р., Горение, физические и химические аспекты,моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М., Фмзматлит

7. Вибе И.И. Теория двигателей внутреннего сгорания // Конспект лекций. -Челябинск, 1974

8. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ, изд./ Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубовкин, Л.Н. Смирнова; Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: Химия, 1989.

9. Н.Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1972.

10. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. ДВС: Теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983.

11. Гайдон А.Г., Вольфгард Х.Г. Пламя, его структура, излучение и температура.- М.: Металлургиздат, 1959.

12. Гардинер Д. Химия горения М.: Химия, 1989.

13. Генкин К.И. Рабочий процесс и сгорания в двигателе с искровым зажиганием.- М.: Машиностроение, 1949.

14. Гибадуллин В.В. Организация рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием и локальной подачей микродобавок водорода в область межэлектродного зазора свечи зажигания // Диссертация канд. техн. наук, ВолгПИ Волгоград, 1992.

15. Головина Е.С., Федоров П.Г. Влияние физико-химических факторов на скорость распространения пламени // В кн.: Исследование процессов горения -М.: АН СССР, 1958, с. 44-55

16. Гольденберг С.А., Пелевин B.C. Влияние давления на скорость распространения пламени в ламинарном потоке. // В кн.: Исследование процессов горения. М.: АН СССР, 1958, с. 57 - 67

17. ГОСТ 14846 91 Двигатели. Методы стендовых испытаний

18. ГОСТ 8.207 76 "Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения", в кн. Основополагающие стандарты в области метрологии. - М.: Изд-во Стандартов, 1986.

19. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. / А.С. Орлин, Д.Н. Вырубов, В.И. Ивин и др. -М.: Машиностроение, 1983, изд. 4.

20. Дмитриевский А.В., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых ДВС. М.: Машиностроение, 1985.

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

22. Жегалин О.И., Лукачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985.28.3авадский Ю.В. Решение задач автомобильного транспорта методом имитационного моделирования. М.: Транспорт, 1977

23. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ. Изд.: 4.1: Пер. с англ./ Под ред. Калверта С., Инглунда Г.М. Металлургия, 1988

24. Зб.Ивашин П.В. Зависимость концентрации несгоревших углеводородов вотработавших газах бензиновых ДВС от скорости распространения пламени и ионного тока. // Автореферат диссертации к.т.н., ТГУ. Тольятти, 2004.

25. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Шайкин А.П., Строганов В.И. Электропроводность пламени, средняя скорость сгорания и концентрация несгоревших углеводородов в ОГ бензиновых двигателей / Автотракторное электрооборудование № 1-2. 2004, с. 38 39.

26. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Добавки водорода и оксиды азота на бедных смесях // Труды МНТК "Прогресс транспортных средств и систем 2005", 16-18 сентября, 2005г. ВолгГТУ-Волгоград, 2005.-С 336-338

27. Ивашин П.В., Коломиец П.В., Смоленский В.В., Шайкин А.П. Контроль и регулирование процесса сгорания по ионному току в заключительной фазе сгорания // Известия Самарского научного центра РАН специальный выпуск ELPIT-2005 том 1. Самара, 2005 - С. 299-305

28. Ивашин П.В., Прокопович Т.А., Шайкин А.П., Строганов В.И. Электропроводность пламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе / Наука производству № 4, 2004, с. 5 7.

29. Ивашин П.В., Семченок В.В., Шайкин А.П., Влияние добавки водорода на токсичность и экономичность ДВС с искровым зажиганием, Инженер Технолог Рабочий №3,2001, с.22-23.

30. Иноземцев Н.Н., Кошкин В.К., Процесс сгорания в двигателях, Под Общ. ред. Н.Н. Иноземцева, М., изд-во 1-я тип. Машгиза в Лгр., 1949

31. Иноземцев Н.Н. Ионизация в ламинарных пламенах, в кн. "Стабилизация пламени и развитие процесса сгорания в турбулентном потоке" под ред. Горбунова Г.Н., -Оборонгиз, 1961.

32. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива: Справ. Пособие. Л.: 1987.

33. Каменев В.Ф., Ефремов С.А. Способ управления двигателем, работающим на обедненных ТВС / Автомобильная промышленность № 3-4, 1995.51 .Колбенев И.Л. Повышение энергоэкологических показателей автотракторных дизелей / Двигателестроение №12,1987.

34. Ксандопуло Г.И., Дубинин В.В., Химия газофазного горения. М., Химия, 1987.

35. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. М. Наука, 1986.

36. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие. Владимирский гос. ун-т. Владимир, 2004.

37. Кумагаи С. Горение. М., Химия, 1979.

38. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения топлива. М.: Наука, 1971.

39. Лернер М.О., Регулирование процесса горения в двигателях с искровым зажиганием. М., Наука, 1972.

40. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. М.: МАДИ(ТУ), 2000.

41. Льюис Б., Эльбе Г., Горение, пламя и детонация в газах. / Пер. с англ. Под ред. К.И. Щелкина и А.А. Борисова, 2-изд., М., МИР, 1968.

42. Мальцев В.М., Основные характеристики горения. М., Химия, 1977

43. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента (в лабораториях общего физического практикума). / Л.Г. Деденко, В.Л. Керженцев; Под ред. Проф. А.Н. Матвеева. М.: Изд-во Московского ун-та, 1977.

44. Малов Р.В. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1982.-200с.

45. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев, Наукова думка, 1984.

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

47. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф; Л.;Энергоатомиздат, Ленинград. Отделение.- 1985.

48. Основы горения углеводородных топлив. / Пер. с англ. Под ред. Л.Н. Хитрина и В.А. Попова. М.: ИЛ, 1960.

49. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. -М., Машиностроение, 1972.

50. Покровский Г.П. Электроника в системах топлива автомобильных двигателей. М.: Машиностроение, 1990.

51. Рахимов P.P. Улучшение показателей двигателей с искровым зажиганием путем интенсификации сгорания бедных смесей. // Автореферат диссертациик.т.н., ВолГТУ. Волгоград, 1999.

52. Российская АН, научный совет по горению и взрыву, Институт макрокинетики и проблем материаловедения РАН. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса: Изд. «Территория». 2001

53. Русаков М.М., Бортников JI.H., Пелипенко В.Н. Водород и токсичность ДВС. // Международный научный семинар "Водородные технологии 21 века" С Петербург, 1997.

54. Семенов Е.С., Соколик А.С. Исследование турбулентности в цилиндре поршневого двигателя. / Известия АН СССР, 1958.

55. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М., изд АН СССР, 1958.

56. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Д.: Недра, 1988

57. Смоленский В.В. Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливно-воздушную смесь // Автореферат диссертации к.т.н., ТГУ. Тольятти, 2007.

58. Соколик А.С. Основы теории процесса нормального сгорания в двигателях с искровым зажиганием. М.: АН СССР, 1951.

59. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: АН СССР, 1960.

60. Степанов Е.М., Дьячков Б.Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. -М.: Металлургия, 1968.

61. Трелин Ю.А. Исследование особенностей работы ДВС с искровым зажиганием при добавке водорода в топливовоздушную смесь. // Автореферат диссертации к.т.н. Волгоград, 1981.

62. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями // Подред. Д. Хиллиарда, Дж. Спрингера; пер. с англ.- М.: МашиностроениеД988 -504с.

63. Фристом P.M., Вестенберг А.А. Структура пламени. М., Металлургия, 1969.

64. Хмыров В.И., Лавров Б.Е. Водородный двигатель. Алма-Ата, Наука КазССР, 1981.

65. Шайкин А.П., Афанасьев А.Н., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Муниципальный транспорт: уменьшение токсичности ОГ и экономичности ДВС. //ВНТК Наука, техника, образование. Тольятти, 2001. - с. 128-131.

66. Шайкин А.П., Ахремочкин О.А., Гордеев В.Н., Ивашин П.В. Управление коэффициентом избытка воздуха ДВС с помощью тока ионизации. // МНПК Современные тенденции развития автомобилестроения в России, Тольятти, 2003, с.156-157.

67. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Будаев С.И. О возможных причинах снижения концентрации несгоревших углеводородов при добавке водорода в ТВС ДВС. // МНПК Прогресс транспортных средств и систем, Волгоград, 2002, с.136-140.

68. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Семченок В.В. Механизм снижения несгоревших углеводородов и повышение эффективности работы при добавке водорода в топливно-воздушную смесь ДВС. / Наука производству, №9,2001.

69. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Семченок В.В. Влияние добавки водорода на токсичность и экономичность ДВС с искровым зажиганием, // ж-л Инженер, технолог, рабочий, №3, 2001, с.22-24.

70. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Коломиец П.В. Электропроводность пламени, средняя скорость сгорания и концентрация несгоревших углеводородов в ОГ бензиновых двигателей. / Автотракторное оборудование. №1-2, М., с.38-39.

71. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Прокопович Т.А. Ионный ток в пламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе. // ВНТК Современные тенденции развития автомобилестроения в России, Тольятти, 2004, с. 175-178.

72. Шайкин А.П., Ивашин П.В., Строганов В.И., Прокопович Т.А. Электропроводность пламени и средняя скорость сгорания в заключительной фазе. / Наука производству, №4, М., 2004, с.5-6.

73. Шайкин А.П., Карпусенко В.В., Русаков М.М., Влияние начальных параметров топливной смеси на токсичность ОГ ДВС. М., Химическая физика, т. 10, №6,1991.

74. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Афанасьев А.Н. Водород и ДВС. // МНПК Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения, Челябинск, 2003, с.62-63.

75. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н. Водород и автомобиль сегодня. // МНТК Автомобиль и техносфера, Казань, 1999, с.33-34.

76. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н. ДВС с добавкой водорода в топливно-воздушную смесь для городского автомобиля. // НТК Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники. Москва, 2002.

77. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Добавка водорода в топливно-воздушную смесь ДВС и токсичность отработавших газов. // Межвузовский сборник научных трудов Тольятти, 1998, с.487-489.

78. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников Л.Н., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Системы снижения токсичности отработавших газов ДВС. // НПЯ

79. Наукоемкие природоохранные технологии. Тольятти, 1994.

80. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников JI.H., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Токсичность отработавших газов ДВС при добавке водорода. // МНПК Проблемы развития автомобилестроения в России Тольятти, 1997.

81. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников JI.H., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Токсичность отработавших газов ДВС при добавке водорода. // XI Симпозиум по горению и взрыву Черноголовка, 1996.

82. Шайкин А.П., Русаков М.М., Бортников JI.H., Пелипенко В.Н., Природоохранные проблемы автомобильных ДВС и Тепловых установок. // Юбилейная НТК Тольятти, 1997, с. 46-47.

83. Шайкин А.П., Русаков М.М., Гордеев В.Н., Павлов Д.А. Исследования возможности дожигания токсичных составляющих в отработавших газах. // МНПК Прогресс транспортных средств и систем Волгоград, 2002, с.141-144.

84. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н. Городской автобус: уменьшение токсичности ОГ и экологичность ДВС. // Наука, техника, образование Тольятти, 2000, с.335-338.

85. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н. Добавки водорода в ДВС. Токсичность, экономичность. // ВНТК Перспективы развития автомобильного транспорта Тольятти, 2000, с.63-66.

86. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А. Возможности снижения токсичности отработанных газов городских автобусов. // НПК Безопасность транспортных систем Самара, 2002.

87. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А., Добавки в бензовоздушную смесь, пределы воспламенения, токсичность ДВС. // Симпозиум по горению и взрыву Черноголовка, 2000, с.178-180.

88. Шайкин А.П., Русаков М.М., Пелипенко В.Н., Ахремочкин О.А., Пределы стабильного горения бензовоздушных смесей с добавками в ДВС. / Вестник Самарского аэрокосмического университета Самара, 1999, с. 144-148.

89. Шайкин А.П., Строганов В.И., Гурьянов Д.И. Двигатель внутреннего сгорания в составе гибридной силовой установки. // Объединенный научный журнал, №7, М., 2003, с.56-59.

90. Шайкин А.П., Шайкина Н.А., Ивашин П.В., и др., Взаимосвязь ионного тока, средней скорости распространения пламени в заключительной фазе сгорания и несгоревших СН. // Наука производству, №8 М., 2004, с.5-6.

91. Шатров Е.В. Альтернативные топлива для двигателей / Автомобильная промышленность М.:1982, №2.

92. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. АН СССР, 1963.

93. Щетинков Е.С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965.

94. Электрические измерения: Учеб. пособие для ВУЗов / В.Н. Малиновский, P.M. Демидова-Панферова, Ю.Н. Евланов и др., под ред. В.Н. Малиновского. М.: Энергоатомиздат, 1985.

95. Alik I.A. Future Automobile Fuel Economi: Technologi and the Marketplace / I.A. Alik, U.U. Senney, Т.Е. Bull SAE Tech. Pap.830983 - 1983

96. Alternative Kraftstoffe, VW Dokumentation, Wolfsburg Deutschland, 1992.

97. Andersen R.W., Asik J.R. Ingitability in a fast burn, lean burn Engine. SAE Techn. Pap. Ser. 1983 № 830477.

98. Andersson I., Cylinder Pressure and Ionization Current Modeling for Spark Ignited Engines, Linkopings Universitet, SAE 581 83 Linkoping, Sweden, 2002

99. Ather A. Quader, John E. Kirwan and M. James Grieve. Engine Performance and Emissions Near the Dilute Limit with Hydrogen Enrichment Using an On-Board Reforming Strategy SAE Tech. Pap. 2003-01-1356.

100. Bergman H.K. A Highly Efficient Alcohol Vapour Aspirating Spark Ignition Engines: Neat Methanol. SAE Paper 902154,1990.

101. Brisley R.J., Collins N.R., French C., Morris D., Twigg M.V. Development of Advanced Platinum-Rhjodium Catalyst for Future Emissions Requirements. SAE 1999-01-3627.

102. Calcotte H.F., King I.R. 5th Symposium (Int.) on Combustion, N.J., 1955, p. 423.

103. Cheng W.K., Hamrin D., Heywood J.B., Hochgreb S., Min K., Norris M. An Overview of Hydrocarbon Emissions Mechanisms in Spark-Ignition Engines. SAE Paper, 932708, 1993.

104. Clerk D. On the limits of Thermal Efficiency in Internal Combustion Motors. Proc. Instn. Civill Engrs. 1987. Vol 169.

105. Daniel W.A. Engine Variable Effects on Exhaust Hydrocarbon Combustion. -SAE Paper 680124,1968.

106. Groff G.J., Matekunas F.A. The Nature of Turbulent Flame Propagation in a Homogeneous Spark Ignited Engine. - SAE Technical Paper Series, 1980, № 800133 p. 1-25

107. Groff G.J., Wood C.G., Hess C.C. Lean Combustion in Spark ignited Internal Combustion Engines Review. SAE Tech. Pap. Ser. - 1983 № 831217.

108. Hamrin D.A. and Heywood J.B. Modelling of engine-out Hydrocarbon Emissions for Prototype Production Engines. SAE tech. pap. 950984,1995.

109. Jehad A.A. Yaminl, H.N. Gupta, and Bansal B.B. The effect of combustion duration on the performance and emission characteristics of propane fueled 4-stroke S.I. engines. SAE Paper, 1232708,2003.

110. Jones P., et al, "Full Cycle Computational Fluid Dynamics Calculations in a Motored Four Valve Pent Roof Combustion Chamber and Comparison with Experiment", SAE, SP 1101, №950286, 131-146,2001

111. Jurgen Forster, Achim Gunter, Marcus Ketterer, Klaus Jurgen. Ion Current Sensing for Spark Ignition Engines. SAE Paper 1999-01-0204.

112. Kemmler R., Waltner A., Schon C. and Godwin S. Current Status and Prospects for Gasoline Engine Emission Control Technology Paving the Way for Minimal Emissions. SAE Tech. Pap. 2000-01-0856.

113. Khalighi В., et al," Computation and Measurement of Flow and Combustion in a Four-Valve Engine with Intake Variations", SAE, SP 1101, №950287, стр. 147179,2001.

114. Kuwahara K., Ueda K., Ando H., Mixing Control Strategy Engine Performance Improvement in a Gasoline Dir. Injection Engine. SAE 980158

115. L. Eriksson, L. Nielsen and M. Glavenius. Closed Loop Cycle Ignition Control by Ion Current Interpretation. SAE Paper 970854,1997.

116. Lavoie G., Blumberg P. A fundamental model for predicting fuel consumption NOX and HC emission of the conventional S.I. engine. Comb. Sci. and Tech., Vol.21, 1980

117. Matsumoto Т., Watanabe N., Sugiura H., Ishikawa T. Development of fuel-cell hybrid vehicle / (1) SAE Tech. Paper 2002-01-0096.

118. Mustafi N.N., Miraglia Y.C., Raine R.R., Bansal P.K., Elder S.T., Spark-ignition engine perfomans with «Powergas» fuel (mixture of CO/H2): A comparison with gasoline and natural gas. Full 85,2006,1605-1612

119. Nicolae Apostolescu and Radu Chiriac. A Study of Combustion of Hydrogen-Enriched Gasoline in a Spark Ignition Engine. SAE 960603.

120. Nlootat G., et al, "A Model for Converting SI Engine Flame Arrival Signals into Flame Contours", SAE, SP 1099, №950109, стр. 99-110,1999

121. Nutt В., Dowd J., Holmes J. The Cost of Making Methanol Available to a National Market. SAE Paper 872063.

122. Sebastien E. Gay-Desharnais, Jean-Yves Routex, Mark Holtzapple, Mehrdad Ehsani. Investigation of hydrogen carriers for fuel-cell based transportation. SAE Tech. Paper 2002-01-0097.

123. Spicher U. Optical Fibre Technique as a Tool to Improve Combustion Efficiency SAE paper, 902138,1990.

124. Swabowski, S.J., S. Hasekmy, et al, " Ford Hydrogen Engine Powered P 2000 Vehicle", Society of Automotive Engineers, 2002-01-2043.

125. Thiele M., Selle S., Riedel U., «Warnatz and Maas numerical simulation of spark ignition including ionization» SAE paper, 1302138, 2000.

126. Thorsten Pfeffer, Peter Biihler, David E. Влияние коэффициента завихрения при впуске на общую работу сгорания и скорость распространения пламени на примере исследования высокоскоростного двигателя Формулы 1. SAE Paper 2002-01-02.

127. Timothy Т. Maxwell, Jesse С. Jones: Alternative Fuels. Society of Automotive Engineers, USA 1995.

128. Timothy V. Johnson Gasoline Vehicle Emissions SAE 1999 In Review SAE Tech Pap 2000-01-0855.

129. Wilson T.S., Bryanston-Cross P.J., Chana K.S., Dunkley P., Jones T.V., Hannah P. High Bandwidth Heat Transfer and Optical Measurements in an Instrumented Spark Ignition Internal Combustion Engine. SAE 2002-01-0747.

130. Witze P.O., Martin J.K., Borgnakke C. Measurement and prediction of the precombustion fluid motion and combustion pates in a spark ignition engine. -SAE Techn. Pap. Ser.-№831697,1983

131. Yutaka Ohashi, Mitsuru Koiwa, Koichi Okamura and Atsushi Ueda. The Application of Ionic Current Detection System for the Combustion Control. SAE Paper 1999-01-0550.