Рассмотрена возможность использования кунжутного масла в качестве экологической добавки к нефтяному дизельному топливу. Проанализированы состав и физико-химические свойства нефтяного дизельного топлива, кунжутного масла и их смесей. В качестве объекта исследования выбран дизельный двигатель без наддува типа Д-243 (4Ч 11/12,5) производства Минского моторного завода, входящий в состав дизель-генераторной установки, вырабатывающей переменный электрический ток. Двигатель испытан в режимах регуляторной характеристики, формируемой при частоте вращения 1500 мин-1. Исследования проведены на нагрузочных режимах с мощностью двигателя, равной 0, 12, 24 и 36 кВт, на нефтяном дизельном топливе и при добавлении в него 10, 20 и 30 % кунжутного масла. Разработана методика оптимизации указанной добавки, базирующаяся на расчете обобщенного критерия оптимальности в виде суммы частных критериев - относительных значений условного удельного эффективного расхода топлива, дымности отработавших газов и концентраций в них оксидов азота. Расчеты, проведенные для режима максимальной мощности, показали, что оптимальным является смесевое топливо, содержащее 70 % нефтяного дизельного топлива и 30 % кунжутного масла. При переводе двигателя на указанную смесь условный удельный эффективный расход топлива снизился на 0,9 %, дымность отработавших газов уменьшилась в 1,67 раза, концентрация в них оксидов азота возросла на 6,9 %.
В целях сокращения вредных выбросов с отработавшими газами дизельных двигателей в работе обоснована необходимость применения в двигателях альтернативного моторного топлива спирта и его производных. Проанализированы результаты научно-исследовательских работ по изучению показателей сгорания и тепловыделения в дизельных двигателях, работающих на спиртосодержащих топливах. Изучены вопросы замещения нефтяного моторного топлива спиртом и предельно допустимые концентрации при его замещении с учетом показателей процессов сгорания, тепловыделения и снижения токсичности отработавших газов. Представлены результаты экспериментальных исследований показателей процесса сгорания и тепловыделения дизельного двигателя, работающего на метаноле и метиловом эфире рапсового масла. По результатам проведенных исследований установлены характеристики давления сгорания, максимальной температуры газов, скорости тепловыделения по углу поворота коленчатого вала и определены их числовые значения на различных нагрузочных и скоростных режимах работы.
В настоящее время применение газовых двигателей в качестве привода электрогенераторов становится все более популярным. Жесткие нормативы по стабильности вырабатываемой электроэнергии могут быть обеспечены повышенными требованиями к качеству работы системы автоматического управления двигателем, которая включает системы автоматического регулирования частоты вращения и воздухоснабжения и служит частью единой системы управления энергетической установкой. Цель данной работы - создание динамической модели газового двигателя для использования в процессе проектирования системы автоматического управления двигателем на этапах расчетного исследования и полунатурного моделирования. Рассмотрены особенности рабочего процесса газового двигателя, представлены функциональные схемы комбинированного двигателя и систем автоматического регулирования частоты вращения и воздухоснабжения. Приведены основные уравнения, описывающие динамические свойства элементов газового двигателя на основе соотношений рабочего процесса, показатели которого в значительной степени определяются коэффициентом избытка воздуха. В качестве примера разработана динамическая модель отечественного газового двигателя Д49, на базе которой в программном комплексе MATLAB/Simulink построена компьютерная модель двигателя в составе системы управления. В результате моделирования переходных процессов рассматриваемой системы управления проанализировано влияние способов управления воздушной заслонкой на стабильность работы двигателя и качество процессов регулирования.
Радиальное давление поршневого кольца на гильзу цилиндра определяется давлением газов в заколечном пространстве в совокупности с давлением, которое кольцо оказывает за счет упругих сил, возникающих при его изгибе. Последние полностью определяются формой кольца в свободном состоянии, от которой зависит не только работоспособность двигателя, но и технологичность изготовления колец. Одной из наиболее известных является методика расчета формы поршневых колец, предложенная в работах Саратовского политехнического института. В литературе описан и ряд других методик, позволяющих оценить контактное силовое взаимодействие в сопряжении «кольцо - гильза цилиндра». Однако расчеты по этим методикам проводят к погрешностям вычислений, достигающим 11 %. Причины погрешностей объясняются использованием упрощенных разностных схем и некорректным экстраполированием недостающих точек кольца на краях интервалов для вычисления производных от перемещений. В то же время, нет достоверных данных по точности предлагаемых методик. В представленной работе оценена точность расчета формы поршневых колец в свободном состоянии по методике Саратовского политехнического института. Исследования показали, что для повышения точности расчетов по этой методике необходимы корректировки, которые позволят устранить причины возникновения неприемлемых погрешностей расчетов и оптимизировать данный метод, сведя предельные погрешности к 1,0…1,5 %.
Одно из основных направлений развития двигателей с воспламенением от сжатия - повышение эффективности их работы, которая сопровождается ростом их мощностных, экономических и экологических показателей, что, в свою очередь, влияет на тепловое состояние деталей двигателя. В работе исследована зависимость температуры огневого днища, выпускных каналов, головки блока цилиндров, втулки цилиндра, блока цилиндров от расхода охлаждающей жидкости для вариантов конструкций рубашки охлаждения. Показано, что перераспределение потоков охлаждающей жидкости путем конструктивных изменений рубашки охлаждения и, как следствие, локальное увеличение скорости охлаждающей жидкости наряду с увеличением расхода на головку блока цилиндров приводит к значительному снижению температуры в зоне огневого днища. Предложенный вариант конструкции охлаждающей полости головки блока цилиндров, полученный в результате расчетных исследований, позволил обеспечить приемлемые температуры, снизив локальные значения температур в зоне огневого днища на 11 %, седел впускных клапанов - на 16 %, седел выпускных клапанов - на 3 %, колодца форсунки - на 20 %
Рассмотрена возможность улучшения качества сгорания аммиака путем добавления водорода в рабочую смесь двигателя с искровым зажиганием. В качестве объекта исследования выбран двигатель размерности 7,7/8,58 со степенью сжатия 10,5. Для исследования влияния добавок водорода на характеристики воспламенения и параметры двигателя, работающего на аммиачно-водородном топливе, был предложен механизм кинетики реакций воспламенения и сгорания аммиачно-водородных смесей. Исследовано влияние состава смеси на период задержки воспламенения рабочей смеси и ее сгорание, а также на параметры двигателя. Показано, что период задержки воспламенения аммиака уменьшается с ростом содержания водорода в смеси. При неизменности общей теплотворной способности топлива и угла опережения зажигания увеличение содержания водорода в смеси приводит к повышению максимального давления сгорания, однако из-за ускоренного процесса выделения теплоты мощность двигателя снижается. В связи с этим для повышения мощности двигателя с ростом содержания водорода в смеси необходимо увеличивать угол опережения зажигания. Кроме того, увеличение концентрации водорода в смеси способствует значительному повышению температуры и давления в процессе сгорания, что приводит к увеличению концентрации оксидов азота в отработавших газах.
При разработке источников энергии для освоения Крайнего Севера Российской Федерации необходимы исследования особенностей работы тепловых двигателей в условиях низких температур в холодильных камерах. Цель исследования - создание системы автоматического регулирования температуры воздуха в камере. Разработана система автоматического регулирования температуры воздуха в климатической камере с каскадной холодильной установкой для испытаний тепловых двигателей малой и средней мощности в условиях низких температур до -60 °С. Составлена математическая модель климатической камеры, содержащая модели испытываемого двигателя и воздуха в камере. Для исследования выбран дизель ЯМЗ-5340 номинальной мощностью 140 кВт. На компьютерной модели проведено моделирование процессов охлаждения воздуха в климатической камере.
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.
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.
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.