Исследовано влияние изменения степени сжатия на эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания, включая показатели процессов сгорания и теплопередачи. Особое внимание уделено прочностным свойствам материалов, из которых изготовлены компоненты двигателя, а также их способности выдерживать повышенные механические и тепловые нагрузки. Предложена методология повышения энергоэффективности двигателя с алгоритмом ступенчатого подбора степени сжатия и оценкой прочностных характеристик двигателя. Апробация методологии проведена в рядном шестицилиндровом двигателе КАМАЗ-910. В рамках проведенных исследовательских работ определены оптимальные значения степени сжатия, которые обеспечивают высокую эффективность и экономичность двигателя в эксплуатации, а также надежную работу двигателя на протяжении всего ресурса автомобиля.
Однопоточный нестационарный метод может быть применен для получения тепловых характеристик различных высококомпактных поверхностей теплообмена в рамках импортозамещения. Такие поверхности широко могут быть использованы в транспорте (маслоохладители, воздухоохладители) и энергетике. В работе представлен модифицированный однопоточный нестационарный метод, в котором для получения достоверных результатов используются два способа обработки эксперимента - непосредственного наложения кривых и способом Локка по максимальному наклону кривой температуры. Также показано небольшое влияние на точность теплового эксперимента «неидеальности» ступеньки входной температуры потока газа. Для исследования поверхностей теплообмена однопоточным нестационарным методом применен экспериментальный стенд МГТУ им. Н. Э. Баумана, работающий по замкнутому контуру с малоинерционным нихромовым нагревателем и медным термометром сопротивления. Для пластинчато-ребристой поверхности МВТУ № 10 с шахматным расположением ребер получены экспериментальные зависимости в виде Nu = f (Re) и Eu = f (Re) в диапазоне чисел Рейнольдса от 300 до 600.
Оптимизация рабочего процесса с целью одновременного улучшения экономических и экологических показателей форсированного среднеоборотного двигателя представляет собой сложную научно-техническую задачу, поскольку мероприятия, улучшающие эти показатели, в ряде случаев приводят к противоположным результатам. В статье проанализированы направления по совершенствованию рабочего процесса среднеоборотных дизелей двойного назначения. Эти направления рассмотрены в комплексе с оценкой их влияния друг на друга. Итогом предлагаемой оптимизации рабочего процесса с целью снижения эмиссии оксидов азота (NO x ) и удельного эффективного расхода топлива является представленная траектория пошагового изменения параметров рабочего процесса среднеоборотного дизель-генератора 12ЛДГ500 (12ЧН 26,5/31) производства АО «Коломенский завод», которая дает представление о комбинации возможных способов его доводки, обеспечивающих улучшение указанных показателей.
Рассмотрена возможность использования в дизельных двигателях биотоплив, получаемых из микроводорослей. Представлены технологии получения биотоплив из биомассы микроводоросли Chlorella vulgaris. Эти технологии включают процессы выращивания микроводоросли, фильтрации и сушки полученной биомассы, экстракции из нее липидной фракции (водорослевого масло), получение из указанных липидов сложного метилового эфира путем их этерификации. Проведены экспериментальные исследования дизельного двигателя типа Д-243 на режимах внешней скоростной характеристики на нефтяном дизельном топливе и на смесях этого топлива со сложным метиловым эфиром липидной фракции микроводоросли С hlorella vulgaris в количестве от 5 до 40 % по объему. Результаты экспериментальных исследований показали, что на режиме максимальной мощности при n = 2200 мин-1 по мере увеличения содержания биодобавки в смесевом топливе от 0 до 40 % эффективная мощность двигателя уменьшилась на 4,8 %. При этом отмечено снижение содержания в ОГ монооксида углерода на 23 %, несгоревших углеводородов - на 25 %, уменьшение дымности отработавших газов на 18 %. В целом отмечено, что биодобавка сложного метилового эфира липидной фракции микроводоросли С hlorella vulgaris в нефтяное дизельное топливо приводит к ухудшению показателей топливной экономичности и улучшению показателей токсичности отработавших газов исследуемого двигателя.
В рамках рассмотрения экологических вопросов, возникающих в результате роста парка автотракторной техники, обозначена перспективность развития двигателестроительной отрасли. Обосновано применение в дизельном двигателе альтернативного топлива - метанола и метилового эфира рапсового масла, позволяющего полностью заместить дизельное топливо нефтяного происхождения. Предложено конструктивное решение вопросов организации подачи рассматриваемого альтернативного топлива в цилиндры двигателя и обозначены показатели, характеризующие эффективность его применения на исследуемых нагрузочных и скоростных режимах. Представлены результаты экспериментальных исследований мощностных и экономических параметров рабочего процесса двигателя, работающего на метаноле и метиловом эфире рапсового масла, с установлением зависимости влияния режимов работы на эффективные показатели и определением их числовых характеристик. Даны рекомендации по обеспечению устойчивой работы дизельного двигателя на применяемых топливах с характеристикой их соотношений и эксплуатационные предложения.
Для уменьшения запальной порции дизельного топлива современного газодизеля от 15 до 6 %, размер которой ограничен перегревом форсунки в связи с ухудшением ее охлаждения топливом, проанализирована возможность применения на газодизеле грузового автомобиля форсунки от дизеля легкового автомобиля. Это исключает работу двигателя в дизельном режиме на полной нагрузке, но сохраняет возможность работы в аварийном режиме для движения с уменьшенной скоростью, а также позволяет использовать камеры сгорания газовых двигателей, что приводит к улучшению показателей двигателя. В среде AVL FIRE выполнены расчеты газодизеля с дизельной и двумя газовыми камерами сгорания - конической и омегообразной - для штатной и малой форсунок, трех размеров запальной порции дизельного топлива, нагрузки 100 и 25 %. Уменьшение запальной порции дизельного топлива от 15 до 6 %, замена дизельной камеры сгорания конической и уменьшение размеров форсунки привели к снижению индикаторного КПД на 1 % на полной нагрузке и увеличению на 2 % на малой нагрузке. Расходы на топливо при работе на полной нагрузке уменьшаются на 10,2 %, выбросы азота - на 21 %, а выбросы несгоревшего метана - на 34 % на полной нагрузке и 37 % - на малой.
Дизельные двигатели дизель-генераторов маневровых тепловозов работают в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. В режимах малых нагрузок и холостого хода отмечается снижение эксплуатационной эффективности работы многоцилиндрового тепловозного дизельного двигателя. Одним из эффективных способов повышения эксплуатационной эффективности работы этих двигателей является отключение части цилиндров в режимах холостого хода и малых нагрузок. В статье рассмотрены некоторые аспекты отключения части цилиндров в режимах холостого хода и малых нагрузок тепловозных двигателей. Отмечено, что при выборе компоновки двигателя предпочтение следует отдавать многоцилиндровым (не менее восьми цилиндров) V -образным среднеоборотным двигателям. Наиболее предпочтительно применять электрический привод вспомогательных агрегатов тепловоза с использованием в качестве источника энергии главного генератора или вспомогательной электрической машины, расположенной на фундаментной раме двигателя. Основной причиной низкочастотных вибраций дизель-генераторной установки при отключении цилиндров двигателя в режиме холостого хода являются околорезонансные вынужденные колебания фундаментной рамы. При выборе параметров упругих опор фундаментной рамы необходимо исключить возможность возникновения околорезонансных и тем более резонансных колебаний рамы на опорах при любых частотах вращения холостого хода и любых сочетаниях работающих и отключенных цилиндров. При отключении цилиндров в многоцилиндровом дизельном двигателе увеличение суммарной эффективной мощности оставшихся в работе цилиндров превышает эффективную мощность отключенных цилиндров за счет механических потерь и дополнительных насосных потерь на тактах сжатия-расширения в отключенных цилиндрах.
Статья посвящена актуальному вопросу повышения потребительских свойств коммерческого автомобиля, а именно увеличению межсервисного интервала. Установление периодичности технического обслуживания автомобиля осуществляется с учетом обеспечения надежной работы агрегатов и узлов, изменения его свойств в процессе эксплуатации. Увеличенный межсервисный интервал позволяет снизить эксплуатационные затраты автомобиля. Одно из важных направлений работ по увеличению межсервисного интервала - контроль состояния моторного масла двигателя в условиях эксплуатации, обоснование браковочных показателей для оценки качества работающего масла, а также прогнозирование срока его службы. Ресурс моторного масла в значительной степени зависит от конструктивных особенностей двигателя, условий эксплуатации автомобиля, качества используемых эксплуатационных материалов, качества самого моторного масла и его присадок. Для определения сроков замены моторного масла проведен всесторонний анализ, включающий оценку характерных режимов работы двигателя в составе автомобиля, оценку состояния масла по результатам стендовых испытаний в составе двигателя, оценку эксплуатационных свойств моторного масла по результатам натурных испытаний в составе автомобиля.
Моделирование теплого состояния базовых теплонапряженных двигателей внутреннего сгорания - сложная задача, которая требует учета множества факторов, включая теплопередачу, механические напряжения и влияние различных условий эксплуатации. В связи с этим статья, посвященная моделированию теплового состояния базовых теплонапряженных деталей двигателей внутреннего сгорания при согласованных граничных условиях теплообмена в сопряжениях, является актуальной. В статье представлены основные аспекты, которые стоит учитывать при проведении указанного моделирования, а также подходы к моделированию теплового и напряженно-деформированного состояний теплонапряженных деталей тепловозного двигателя. При моделировании теплового состояния деталей цилиндропоршневой группы первостепенное значение имеют условия теплообмена в камере сгорания двигателя. Среди многочисленных вариантов формул для определения коэффициента теплоотдачи от горячего газа стенкам камеры сгорания предпочтение отдано формуле Вошни. Разработана конечно-элементная модель гильзы цилиндра и поршня. В результате моделирования получены температурные поля этих деталей. Разработанный программный комплекс позволяет более точно рассчитывать температуру и тепловые нагрузки на теплонапряженные элементы двигателя.
Определены условия образования линии разрыва потока газов в такте расширения дизельного двигателя, работающего по комбинированному циклу, и найдены точки релаксации (бифуркации) потока расширяющихся газов. Показано, что энтропия рабочего тела (расширяющихся в цилиндре дизельного двигателя газов) как функция состояния может быть использована для анализа работы двигателя. Выполнен расчет показателей энтропии в такте расширения для двух найденных точек релаксации на индикаторной диаграмме. Установлено, что приращение энтропии стремится к нулю, что подтверждает реальность определенной авторами линии разрыва потока газов. Оценены эффективная длительность такта расширения и оптимальная высота цилиндра дизельного двигателя по результатам экспериментального определения точек релаксации (бифуркации) в такте расширения и расчета изменения энтропии ∆ S для этого такта посредством использования скорости потока газов и динамики ее изменения. Приведены аналитические выражения для определения изменения энтропии ∆ S. Показано, что полученные в статье результаты не зависят от конструкции дизельного двигателя.
Рассмотрены вопросы, связанные с необходимостью улучшения экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания и применения в них альтернативных топлив. Предложен способ, позволяющий надежно снизить содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизельного двигателя путем замены штатного дизельного топлива метанолом и метиловым эфиром рапсового масла. Представлены результаты экспериментальных исследований экологических показателей дизельного двигателя, работающего на метаноле и метиловом эфире рапсового масла, установлены зависимости влияния на них нагрузочных и скоростных режимов его работы и определены их числовые характеристики. На основании экспериментальных данных представлены концентрации содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизельного двигателя, подробно рассмотрен и проанализирован процесс образования в камере сгорания суммарных углеводородов CH x, диоксида углерода СО2, оксидов азота NO х, монооксида углерода СО, сажи С и рассмотрена причинно-следственная связь между образованием токсичных компонентов в цилиндре дизельного двигателя, работающего на метаноле и метиловом эфире рапсового масла, и показателями его рабочего процесса.
Выполнен краткий анализ мировой тенденции к переходу на использование в современных быстроходных поршневых двигателях сверхмаловязких моторных масел. Отмечен дефицит как научного обоснования, так и методического сопровождения этого перехода. Даны обоснование, формулировка и аналитико-расчетное доказательство гипотезы о существовании предельно малой вязкости смазочных материалов для быстроходных поршневых двигателей. Описана сущность двух новых подходов к разработке метода расчетной оценки предельно малой вязкости моторного масла для обеспечения энергосбережения поршневого двигателя. Выполнены и проанализированы результаты расчета предельно малой высокотемпературной кинематической вязкости моторных масел с использованием входных данных трех известных отечественных моделей быстроходных дизелей. Диапазон полученных значений результатов расчета составил 2,0…6,6 сСт, что позволяет отнести рекомендуемые для этих двигателей смазочные материалы к вязкостному классу SAE 0W-8 обновленного стандарта J300. На примере одного из этих дизелей сделан прогноз повышения удельной топливной экономичности на 2,5 % при переходе со смазывания рекомендованным производителем дизеля средневязким маслом (SAE 5W-30) на сверхмаловязкое (SAE 0W-8) моторное масло.