Статья: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ (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.

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.

Актуальной проблемой современного двигателестроения является обеспечение работоспособности деталей цилиндропоршневой группы, которые представляют собой одни из наиболее нагруженных деталей двигателей внутреннего сгорания. Решение этой проблемы возможно путем поддержания приемлемого теплового состояния этих деталей. При этом первостепенное значение имеет теплообмен между указанными деталями, в частности, теплообмен в зоне поршневых колец. В статье рассмотрены особенности теплообмена при отводе теплоты от поршня, а именно теплоотвода через поршневые кольца. Теплоотвод через поршневые кольца характеризуется термическим сопротивлением в области контакта поршня и кольца, а также термическим сопротивлением масляной пленки в зазоре между кольцом и втулкой цилиндра. Результаты комплексного моделирования в программном комплексе ICE позволяют оптимизировать конструкцию деталей цилиндропоршневой группы для снижения тепловых и механических потерь и повышения КПД двигателя, а также обеспечить надежность работы двигателя, снижение износа и риска залегания поршневых колец.

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.