Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук. — Санкт-Петербург, 2010. — 35 с.
Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели
Целью работы является разработка теоретических основ, комплекса
методов и средств для улучшения энергоэкономических и экологических
показателей двигателей конвертированием рабочего процесса на
природный газ и водород.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ физико-химических и моторных свойств различных альтернативных топлив для ДВС, способов их получения, хранения, систем топливоподачи;
разработка математической модели нестационарного течения газа в цилиндре ДВС и анализ с ее помощью возможности осуществления эффективного расслоения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя с непосредственным впрыском газа;
разработка математических моделей рабочего процесса газодизеля и бензоводородного двигателя, и на основе расчетно-теоретического исследования выбор способов рационального регулирования составов
топливовоздушных смесей двигателей, работающих на природном газе и водородсодержащих топливных смесях;
разработка топливной системы, обеспечивающей улучшение параметров подачи запального топлива для газодизеля;
создание испытательных стендов и экспериментальное исследование топливной аппаратуры и рабочего процесса газодизеля 6415/1 8 и бензоводородного двигателя 44 7,6/8,0;
разработка и исследование опытных образцов силовых установок с двигателями, работающими на природном газе и водороде. Научная новизна работы заключается в следующих положениях,
выносимых автором на защиту:
- математическая модель нестационарного течения рабочего тела в цилиндре ДВС на тактах выпуска, наполнения, сжатия и смесеобразования;
новые данные о газодинамических процессах происходящих в четырехтактном газовом двигателе с послойным смесеобразованием;
модель сгорания и тепловыделения в газодизеле и зависимости для определения ее параметров;
конструкция топливной системы газодизеля со специальной форсункой, имеющей в одном корпусе два распылителя с различными сечениями сопловой части, которая обеспечивает улучшение процесса подачи запального топлива;
зависимости для определения характеристик тепловыделения и математическая модель рабочего процесса бензоводородного двигателя;
границы возможного варьирования составов водородосодержащих топливных смесей с учетом обеспечения воспламеняемости и недопущения аномального сгораЕіия;
принципы выбора рациональных составов многокомпонентной водородосодержащеи топливной смеси в широком диапазоне режимов на основе экспериментальными данными. Достоверность результатов эксперимента обуславливается соблюдением действующих стандартов РФ, использованием поверенных и аттестованных измерительных приборов и оборудования.
Практическая значимость. Предложены практические рекомендации, обеспечивающие повышение эффективности теплоиспользования и снижения токсичности отработавших газов:
форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания и газовой форсунки, угол опережения, продолжительность и давление впрыска газа, обеспечивающие эффективный рабочий процесс газового двигателя с послойным смесеобразованием при непосредственном впрыске газа;
конструктивные параметры опытной топливной системы судового газоднзеля с двухсопловой форсункой, обеспечивающей улучшение процесса подачи запального топлива. - рациональные зависимости состава смеси и угла опережения впрыска дизельного топлива при работе судового газодизеля по винтовой характеристике,
обеспечивающие минимизацию эмиссии оксидов азота с учетом требований по экономичности;
характеристики регулирования состава смеси двигателя, работающего на бензине с добавками водорода и водяного пара, и система топливоподачи, реализующая данные характеристики.
Реализация результатов работы. Результатами реализации работы
являются разработанные системы питания и конвертированные на природный газ и водород, следующие транспортные двигатели, прошедшие всесторонние испытания:
газодизель 64 15/18, используемый в качестве главного судового двигателя на первом в России пассажирском судне - газоходе проекта Р51 "Нева - 1" Санкт-Петербургского Пассажирского порта. На газодизеле реализован полученный расчетно-экспериментальным путем закон регулирования состава
смеси;
бензиновые двигатели ВАЗ - 2106 и ЗМЗ - 24, переведенные на работу с добавками водорода и водяного пара. Макетный образец автомобиля УАЗ-452В с малотоксичной моторной установкой и автономным генератором водорода
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ физико-химических и моторных свойств различных альтернативных топлив для ДВС, способов их получения, хранения, систем топливоподачи;
разработка математической модели нестационарного течения газа в цилиндре ДВС и анализ с ее помощью возможности осуществления эффективного расслоения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя с непосредственным впрыском газа;
разработка математических моделей рабочего процесса газодизеля и бензоводородного двигателя, и на основе расчетно-теоретического исследования выбор способов рационального регулирования составов
топливовоздушных смесей двигателей, работающих на природном газе и водородсодержащих топливных смесях;
разработка топливной системы, обеспечивающей улучшение параметров подачи запального топлива для газодизеля;
создание испытательных стендов и экспериментальное исследование топливной аппаратуры и рабочего процесса газодизеля 6415/1 8 и бензоводородного двигателя 44 7,6/8,0;
разработка и исследование опытных образцов силовых установок с двигателями, работающими на природном газе и водороде. Научная новизна работы заключается в следующих положениях,
выносимых автором на защиту:
- математическая модель нестационарного течения рабочего тела в цилиндре ДВС на тактах выпуска, наполнения, сжатия и смесеобразования;
новые данные о газодинамических процессах происходящих в четырехтактном газовом двигателе с послойным смесеобразованием;
модель сгорания и тепловыделения в газодизеле и зависимости для определения ее параметров;
конструкция топливной системы газодизеля со специальной форсункой, имеющей в одном корпусе два распылителя с различными сечениями сопловой части, которая обеспечивает улучшение процесса подачи запального топлива;
зависимости для определения характеристик тепловыделения и математическая модель рабочего процесса бензоводородного двигателя;
границы возможного варьирования составов водородосодержащих топливных смесей с учетом обеспечения воспламеняемости и недопущения аномального сгораЕіия;
принципы выбора рациональных составов многокомпонентной водородосодержащеи топливной смеси в широком диапазоне режимов на основе экспериментальными данными. Достоверность результатов эксперимента обуславливается соблюдением действующих стандартов РФ, использованием поверенных и аттестованных измерительных приборов и оборудования.
Практическая значимость. Предложены практические рекомендации, обеспечивающие повышение эффективности теплоиспользования и снижения токсичности отработавших газов:
форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания и газовой форсунки, угол опережения, продолжительность и давление впрыска газа, обеспечивающие эффективный рабочий процесс газового двигателя с послойным смесеобразованием при непосредственном впрыске газа;
конструктивные параметры опытной топливной системы судового газоднзеля с двухсопловой форсункой, обеспечивающей улучшение процесса подачи запального топлива. - рациональные зависимости состава смеси и угла опережения впрыска дизельного топлива при работе судового газодизеля по винтовой характеристике,
обеспечивающие минимизацию эмиссии оксидов азота с учетом требований по экономичности;
характеристики регулирования состава смеси двигателя, работающего на бензине с добавками водорода и водяного пара, и система топливоподачи, реализующая данные характеристики.
Реализация результатов работы. Результатами реализации работы
являются разработанные системы питания и конвертированные на природный газ и водород, следующие транспортные двигатели, прошедшие всесторонние испытания:
газодизель 64 15/18, используемый в качестве главного судового двигателя на первом в России пассажирском судне - газоходе проекта Р51 "Нева - 1" Санкт-Петербургского Пассажирского порта. На газодизеле реализован полученный расчетно-экспериментальным путем закон регулирования состава
смеси;
бензиновые двигатели ВАЗ - 2106 и ЗМЗ - 24, переведенные на работу с добавками водорода и водяного пара. Макетный образец автомобиля УАЗ-452В с малотоксичной моторной установкой и автономным генератором водорода