Статья: РАСЧЕТ УСЛОВИЙ ТЕПЛООБМЕНА В ЗОНЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЕЙ (2025)

Объектом исследования является двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным зажиганием КАМАЗ серии 820.73-320 (КАМАЗ-820), работающий на компримированном природном газе. Цель работы - повышение эффективности диагностирования автотракторных ДВС, работающих на газомоторном топливе, с помощью регистрации и анализа данных системы управления двигателем и применения датчиков, регистрирующих качество горения топливовоздушной смеси. Разработан бортовой комплекс для регистрации параметров, характеризующих качество рабочих процессов в ДВС КАМАЗ-820 на компримированном природном газе - метане. Проведены длительные испытания на экспериментальной установке на базе автомобиля. В результате исследований подтверждена возможность длительно регистрировать параметры системы управления двигателем синхронно с дополнительными параметрами, такими как состав топливовоздушной смеси, частота и амплитуда колебаний блока цилиндров. Показан алгоритм регистрации и обработки данных для диагностирования ДВС. Разработаны практические рекомендации по эксплуатации газомоторной техники с бортовым комплексом регистрации при определении причин отказов двигателя. Показана возможность визуализации, хранения и анализа зарегистрированных данных.

В соответствии с программой мероприятий по реализации положений cоглашения № 75 от 17.06.2016 г. о сотрудничестве между ПАО «Газпром», ОАО «РЖД», АО Группа Синара, АО «Трансмашхолдинг» в качестве перспективного альтернативного топлива для тепловозных дизелей предложено использовать сжиженный природный газ. Несмотря на значительный мировой и отечественный опыт конвертации дизелей на работу по газодизельному циклу проблема обеспечения надежного воспламенения газового топлива в цилиндрах в полной мере не получила однозначного решения. Ключевыми барьерами, ограничивающими область надежного воспламенения газового топлива, являются нестабильная работа штатной топливной аппаратуры на режимах холостого хода и частичных нагрузок, а также существенное ухудшение теплового состояния ключевых составных частей двигателя при реализации газодизельного цикла, например, топливных форсунок. С одной стороны, такое положение обусловлено требованиями владельца инфраструктуры в лице ОАО «РЖД» об одновременном обеспечении высокой степени замещения дизельного топлива газовым и реализации полной мощности как в дизельном, так и в газодизельном цикле, что подразумевает работу на обозначенных режимах на штатной топливной аппаратуре, не предназначенной для эксплуатации на таких режимах. С другой стороны, при конвертации дизелей на работу по газодизельному циклу, как правило, значительное внимание уделяется обеспечению стабильной подачи запальной порции топлива без оценки теплового состояния форсунок, что приводит к повышению температуры носков распылителей форсунок, а следовательно, к увеличению темпа закоксовывания распыливающих отверстий, зависанию и в ряде случаев заеданию иглы. В настоящей статье проведено исследование закономерностей изменения температуры форсунки дизеля при реализации газодизельного цикла и установлено, что температура поверхности форсунок в газодизельном цикле работы двигателя увеличивается на 25…35 °С по сравнению с температурой в чисто дизельном цикле в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель.

Актуальность статьи обусловлена необходимостью замещения нефтяного дизельного топлива моторными топливами, получаемыми из альтернативных сырьевых ресурсов. В качестве современного альтернативного топлива рассмотрен природный газ. Проведено экспериментальное исследование двигателя с принудительным зажиганием типа КАМАЗ 820.93, работающего на природном газе (газовый двигатель). При испытаниях двигатель поочередно оснащался поршнями базового варианта с цилиндрической камерой в поршне и опытными поршнями по вариантам № 1 и 2, различающимися диаметром и глубиной указанной камеры. На режиме, близком к режиму максимального крутящего момента, наименьший удельный эффективный расход топлива, равный 193 г/(кВт · ч) достигнут при использовании опытных поршней по варианту № 2, а наибольший - 197 г/(кВт · ч) - при использовании базовых поршней. На этом режиме наименьшая концентрация оксидов азота в отработавших газах исследуемого двигателя, равная 1100 ppm, отмечена при использовании базовых поршней, а наибольшая - 1350 ppm - при использовании опытных поршней по варианту № 1. На других скоростных режимах с полной нагрузкой наибольшее содержание оксидов азота в отработавших газах отмечено при использовании опытных поршней по варианту № 2. При этом наибольшая концентрация несгоревших углеводородов в отработавших газах, равная 2200 ppm, отмечена при использовании базовых поршней, а наименьшая - 1700 ppm - при использовании опытных поршней по варианту № 2. В целом отмечены преимущества использования в исследуемом двигателе опытных поршней по варианту № 2.

Цель работы, основные результаты которой представлены в публикации, - адаптация программного обеспечения системы управления двигателем внутреннего сгорания к изменению характеристик и условий работы двигателя. Работа проведена на примере адаптации топливоподачи за счет сохранения коррекций, формируемых a-регулятором по обратной связи с l-зондом для поддержания заданного состава смеси. Методика основана на использовании искусственной нейронной сети (ИНС), работающей по технологии «Локально-линейные модели». Актуальность работы обусловлена тем, что опыт разработки ИНС для систем управления ДВС практически отсутствует. При этом использование ИНС в виде «черных ящиков» от сторонних производителей не обеспечивает требований к функциональной безопасности и может потребовать повышенных ресурсов от микроконтроллера. В публикации представлено описание разрабатываемой методики адаптивного управления, ее сравнение с классическим табличным методом и результаты предварительных моторных испытаний двигателя со встроенной ИНС.

Улучшение статических и динамических показателей дизельных двигателей может быть достигнуто при выборе оптимальной схемы системы воздухоснабжения. В статье проанализированы применяемые схемы систем наддува дизельных двигателей. Рассмотрены система газотурбинного наддува со свободным турбокомпрессором, система наддува с силовой турбиной и приводным компрессором, система наддува с турбокомпрессором и регулированием подачи дополнительного воздуха в цилиндры. В качестве объекта исследования выбран дизельный двигатель типа Д6Н, работающий в составе дизель-генераторной установки. Разработана математическая модель комбинированного двигателя с указанными системами наддува и электронным регулятором частоты вращения. С использованием программного комплекса SimInTech проведено моделирование переходного процесса наброса полной нагрузки на исследуемый двигатель. Замена системы газотурбинного наддува исследуемого двигателя силовой турбиной и приводным компрессором привела к сокращению продолжительности переходного процесса с 3,07 до 2,82 с. Для улучшения динамических характеристик системы газотурбинного наддува рассмотрена возможность дополнительной подачи воздуха в цилиндры в динамических режимах. Получена желательная характеристика дополнительной подачи воздуха в цилиндры двигателя с турбокомпрессором и регулированием подачи дополнительного воздуха в цилиндры. При реализации этой характеристики интегральная подача дополнительного воздуха в цилиндры в рассматриваемом переходном процессе составила 0,02342 кг. Подача дополнительного воздуха в цилиндры двигателя с турбокомпрессором позволила сократить продолжительность переходного процесса до 2,82 с.

Создана и исследована система охлаждения ракетного двигателя с покрытиями из природных материалов (гранит, кварцит, туф, тешенит). Цель исследования - поиск способов для обеспечения теплозащиты поверхности нагрева. Показаны пути управления процессом напыления на металлическую подложку до сжигания топлива на покрытии, что может интенсифицировать процесс напыления путем изменения угла наклона горелки и длины струи, истекающей из сопла в результате спиновой детонации. Определен оптимальный угол встречи струи с покрытием. На интерферограммах в виде концентрации линий процесса разрушения видны уплотнения, схлопывания пор, развитие микротрещин растяжения, сдвиг слоев сжатия, ориентированных по направлению максимального термического напряжения. С помощью голографии построены графики деформаций и перемещений. Местные напряжения регистрируются оптическим методом. Коэффициент избытка окислителя при испытаниях a < 1; длина струи 0…0,16 м; радиус струи (3…10) × 10-3 м; угол между осью горелки и плоскостью покрытия 90°…0°. Согласно полученным интерферограммам, разрушения покрытия следует ожидать, когда микротрещины сосредотачиваются вдоль зоны разлома. Далее трещина переходит к своему критическому размеру и разрушению покрытия. Для познания механизма разрушения покрытия использовали голографическую интерферометрию, скоростную киносъемку СКС-1М и аналитическое решение задачи термоупругости. Важно, что разрушение покрытий в виде каверны наблюдалось в реальном времени. Предварительные повреждения концентрируются в локальных зонах деформаций. Возникший разрыв покрытия фиксируется оптическими методами.

Статья посвящена проблеме недостаточной проработки критериев и методов оценки эффективности эксплуатации гибридных автомобилей. Для априорной оценки расхода топлива в условиях, приближенных к эксплуатационным, предложено использовать теоретический метод моделирования, основанный на анализе потерь в цепочках передачи энергии в комбинированной энергоустановке и учитывающий ее тип и характеристики. В статье дано описание экспериментальных гибридных автомобиля и автобуса, задействованных в исследовании, приведены результаты оценки их топливной экономичности в условиях дорожных испытаний. Представлена методика экономического расчета, позволяющая оценить возможную экономическую выгоду от эксплуатации гибридных автомобилей для эксплуатирующих организаций в зависимости от предполагаемого среднегодового пробега и периода эксплуатации. Указаны границы условий, при которых эксплуатация гибридных автомобилей категорий M1, М2, М3 и N1 экономически оправдана. В качестве критериев эффективности гибридных автомобилей категорий M1 и N1 на государственном уровне рассмотрены расход топлива и выбросы углекислого газа при эксплуатации. Рекомендуется относить к эффективным гибридные автомобили, имеющие средний расход топлива по ГОСТ Р 59890-2021 6,4 л / 100 км и ниже или выбросы СО2 меньше 150 г/км. В соответствии с ГОСТ Р 58554-2019 такие автомобили относятся к классам A, B, C, D и E. При оценке эффективности гибридных автомобилей массой более 2610 кг целесообразно применять удельные показатели. Результаты расчета показывают, что удельный расход топлива автомобилей с комбинированными энергетическими установками не превышает 280 г/(кВт × ч). Энергетический КПД при движении по испытательному циклу WHTC таких автомобилей должен превышать 22 %. Представленный в статье комплексный подход расширяет представление о критериях оценки эффективности гибридных автомобилей в зависимости от условий эксплуатации и характеристик комбинированной энергоустановки.