Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

ДВИГАТЕЛИВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯВсеукраинский научно-технический журнал 2'2010Издание основано Национальным техническим университетом"Харьковский Политехнический Институт" в 2002 годуГосизданиеСвидетельство Госкомитета информационной политики,телевидения и радиовещания Украины КВ №6393 от 29.07.2002 г.РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯГлавный редакторА.П. Марченко, д. т. н., проф.Заместители главного редактораС.В. Епифанов, д. т. н., проф.И.В. Парсаданов, д. т. н., проф.Ответственный секретарьИ.В. Рыкова, к. т. н.С.А. Алехин, к.т.н.У.А. Абдулгазис, д. т. н., проф.Ф.И. Абрамчук, д. т. н., проф.А.В. Белогуб, к. т. н., доц.Д.О. Волонцевич, д. т. н., доц.А.Л. Григорьев, д. т. н., проф.Ю.Ф. Гутаревич, д. т. н., проф.В.Г. Дьяченко, д. т. н., проф.С.А. Ерощенков, д. т. н., проф.А.И. Крайнюк, д. т. н., проф.А.С. Куценко, д. т. н., проф.В.И. Мороз, д. т. н., проф.В.И. Пелепейченко, д. т. н., проф.В.А. Пылев, д. т. н., проф.А.Н. Пойда, д. т. н., проф.А.П. Строков, д. т. н., проф.Б.Г. Тимошевський, д. т. н., проф.И.И. Тимченко, к. т. н., проф.Н.А. Ткачук, д. т. н., проф.СОДЕРЖАНИЕОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯА.П. Марченко, В.А. Пылев, Л.П. Семененко, Н.И. Литвинцева,Г.В. ПавловаУ истоков специальности ДВС в Национальном техническомуниверситете «Харьковский политехнический институт». . . . . 3РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ДВСФ.И. Абрамчук, А.Н. АвраменкоПрограммный комплекс для моделирования внутрицилиндровыхпроцессов ДВС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7А.В. Грицюк, А.Н. Врублевский, А.А. Прохоренко,А.Н. СевастьяновИсследование двухфазного впрыскивания топлива в высокооборотноммалолитражном дизеле серии ДТА. . . . . . . . . . . . . . . . 13В.С. Кукис, В.А. Романов, А.И. Рыбалко, Ю.А. ПостолО возможной аппроксимации рабочего цикла двигателяСтирлинга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18В.А. Корогодський, А.О. Хандримайлов, Є.С. ГрайворонськийДослідження процесів масо – і теплообміну у паливному струменіз периферійним розподіленням палива. . . . . . . . . . . . . . . . . .22А.И. Крайнюк, С.А. Алёхин, С.В. Алексеев, А.А. КрайнюкИмитационная модель системы наддува глубокого охлаждениянаддувочного воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27A.V. GoncharenkoFuel oil atomization characteristics smoothed by a logarithm normaldistribution for marine diesel engines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34А.П. Марченко, И.Н. Карягин, И.И. СукачевВлияние температуры стенок камеры сгорания на испарениеи выгорание топлива в форсированных дизелях. . . . . . . . . . . . . .40Н.А. Крестлинг, В.В. ПоповПрименение теплонасосных установок на морских судах. . . . . . 46А.П. Марченко, В.В. ШпаковскийЭкспериментальные исследования рабочего процесса в камересгорания ДВС с теплоизолированным поршнем. . . . . . . . . . . . . . 49КОНСТРУКЦИЯ ДВСАДРЕС РЕДКОЛЛЕГИИ61002, г. Харьков, ул. Фрунзе, 21НТУ «ХПИ», кафедра ДВСТел. (057)707-68-48, 707-60-89E-mail: rykova@kpi.kharkov.ua,dvs@kpi.kharkov.uaС.А. Алёхин, В.В. Салтовский, В.И. ПрокоповичСиловая установка для бронетехники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54А.А. Лисовал, С.В. Кострица, А.В. ВербовскийМикропроцессорный регулятор дизеля и расчёт цикловойподачи топлива. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58В.И. Алёхин, А.В. Белогуб, О.В. АкимовМодернизация методологии расчета детали поршня на проч-в местах дислокации дефектов усадочного характера. . . . ность 62

О.В. Триньов, В.Т. Коваленко, А.Т. Тихоненко, О.М. Клименко, Д.А. КуртовАналіз напруженого стану випускних клапанів швидкохідного дизеля при прикладанні механічного навантаження.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65В.Н. Конкин, С.М. ШкольныйОпределение напряженно-деформированного состояния кривошипно-шатунного механизма воздушного компрессора.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70В.А. Пылев, А.В. БелогубОсобенности термомеханического нагружения и учета ресурсной прочности тонкостенного поршня бензиновогоДВС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74А.Н. Ганжа, Н.А. МарченкоМетоды и средства системного анализа поверхностных теплообменных аппаратов паро-газотурбинных и дизельгенераторныхэнергоустановок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82А.И. ТарасенкоПрименение стандартных алгоритмов в малооборотном дизеле с регулятором на основе управляющей ЭВМ. . . . . 86В.Т. Турчин, В.В. Матвєєнко, В.О. Пильов, С.М. БаклановАналіз ефективності застосування економічних теоретичних моделей експлуатації тракторних дизелів для оцінкиресурсної міцності поршнів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89В.В. ШпаковскийВлияние частично-динамической теплоизоляции на температурное состояние поверхности поршня. . . . . . . . . . . . 92ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ДВСД.Д. Матиевский, С.С. КулманаковОбеспечение перспективных экологических норм ДВС за счет применения смесевых биотоплив. . . . . . . . . . . . . . . . 96А. П. Строков, А.Н. КондратенкоСовременные методы очистки отработавших газов дизелей от твердых частиц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99П.М. Канило, И.В. ПарсадановПроблемы сжигания ископаемых топлив и глобальное потепление климата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104А.П. ПоливянчукПовышение точности гравиметрического метода измерений удельного выброса твердых частиц с отработавшимигазами дизеля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110А.М. Лєвтєров, Л.І. Лєвтєрова, Н.Ю. ГладковаОбразование монооксида азота и исследование влияния на его эмиссию регулируемых параметров двигателя ивида используемого топлива. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДВСВ.Н. Шеремет, Н.А. Ткачук, В.Г. ГончаровПовышение ресурса тяжелонагруженных элементов ДВС путем дискретного упрочнения деталей. Моделированиенапряженно-деформированного состояния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118А.К. Каукаров, Т. М. Мендебаев, В.Г. Некрасов, М.К. КуанышевИсследование сухого уплотнения поршня двигателя внутреннего сгорания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123С.Н. Соловьев, С.Ж. БодуК назначению посадок и зазоров цилиндропоршневых сопряжений герметичных компрессоров. . . . . . . . . . . . . . . . 127С.Б.Таран, О.В. Акимов, А.П. МарченкоРеальные перспективы использования чугуна с вермикулярным графитом для поршней высокофорсированныхДВС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Н.Я. Яхьяев, Н.М. ВагабовЭкспериментальное исследование деформации втулок цилиндров при сборке малоразмерного дизеля 4Ч8,5/11. . 133ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДВСД.М. Барановський, О.Ю. ЖулайТеоретична оцінка залежності діагностичних параметрів і надійності дизелів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137ГИПОТЕЗЫ, ПРЕДЛОЖЕНИЯВ.Н. БганцевИспользование когенерационных установок с поршневыми двигателями внутреннего сгорания в системах активациималодебетных нефтяных скважин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141П.Ю. НечволодИспользование поршневой когенерационной установки работающей на шахтном газе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143РЕФЕРАТЫ ОПУБЛИКОВАННЫХ СТАТЕЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Двигатели внутреннего сгорания // Научно-технический журнал. Харьков: НТУ “ХПИ”. – 2010. – №2. – 160 с.Всеукраинский научно-технический журнал по вопросам усовершенствования конструкций, эксплуатации,технологии производства и расчетов двигателей внутреннего сгорания. Материалы статей были рекомендованыПрограммным комитетом XV Международного конгресса двигателестроителей к открытой публикациив журнале и приняты редакционной коллегией.Издается по решению Ученого совета НТУ “ХПИ” протокол № 6 от 06.07.2010 г.© Национальный технический университет "Харьковский Политехнический Институт", 2010.

Общие проблемы двигателестроенияК 100-летию начала чтения лекций по ДВС в НТУ "ХПИ"А.П. Марченко, д-р техн. наук, В.А. Пылев, д-р техн. наук,Л.П. Семененко, канд. техн. наук, Н.И. Литвинцева, инж., Г.В. Павлова, инж.У ИСТОКОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ ДВС В НАЦИОНАЛЬНОМ ТЕХНИЧЕСКОМУНИВЕРСИТЕТЕ «ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»Харьковская школа двигалестроителей – однас наистарейших и известнейших школ соответствующегопрофиля. Скоро столетие, как развиваютсяи поддерживаются ее традиции, которые былизаложены в период создания данной специальностии кафедры в Харьковском технологическом институте,который ныне носит имя Национальный техническийуниверситет "Харьковский политехническийинститут".Мы хорошо знаем, что с появлением в 1918 годукафедр при одной из них, кафедре общего машиностроения,была выделена специальность теории иустройства термических двигателей, а с 1920 г. –двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Именно с1920 г. в стенах ХТИ начинается педагогическаядеятельность Василия Трофимовича Цветкова (годыжизни 1887 - 1954 г.г.), человека-легенды, которыйвнес неоценимый вклад как в организацию двигателестроенияна юге России, так и в создание собственнойконструкторской и научно-педагогическойшколы.В.Т. Цветков закончил ХТИ в 1911 г. с золотоймедалью, и получил специальность инженератехнолога. С 1911 по 1932 г.г. он плодотворно работаетна Харьковском паровозостроительном заводе(ХПЗ, ныне – ГП "Завод имени Малышева").До 1914 г. В.Т. Цветков работает конструкторомв конструкторском бюро тепловых двигателей,с 1914 по 1920 г.г. – помощником начальника цеха,с 1920-1928 г.г. – помощником главного инженера,начальником машиностроительного отдела завода,с 1928 по 1932 г.г. – техническим директором завода.Одновременно, с 1920 по 1929 г.г., В.Т. Цветковпреподаватель, доцент, профессор ХТИ. Ончитает лекции по тепловым двигателям, газовыммашинам, дизелям, паровым турбинам.С 1929 г. он заведующий секцией двигателейвнутреннего сгорания научно-исследовательскойкафедры теплотехники ХТИ. В этом году по егоинициативе в ХТИ создается лаборатория ДВС,которую до апреля 1931 г. возглавлял профессорЯков Моисеевич Майер, ученик В.Т. Цветкова (защитилдипломный проект в 1924 г. под его руководством,в 1928-1929 г.г. – ректор ХТИ).С 1930 г. проф. Цветков В.Т. – заведующийкафедрой ДВС Харьковского механико-машиностроительногоинститута (ХММИ), организованногона базе ХТИ, с 1936 г. – декан факультета тепловыхи гидравлических машин.Известны имена соратников Цветкова периодастановления специальности и образования кафедры.Это талантливые ученые и инженеры, ученикии последователи Карпенко Владимир Григорьевич,Константинов Василий Александрович,Брускин Александр Давыдович, Челпан КонстантинФедорович, Глаголев Николай Матвеевич, ВоронкинАлексей Александрович и многие другие.Гораздо меньше информации о предшественникахэтих выдающихся личностей, ученых, педагогах,организаторах. Сегодня мы лишь приоткроемстраницу нашей истории, о тех, кто создавалоснову для развития специальности, а в последствии– кафедры ДВС НТУ "ХПИ".С момента образования в 1885 г. ХТИ и до1920 г. в нашем университете было лишь два отделения(факультета), механический и химический.Интересным представляется знакомство с программамикурсов этих отделений. Так на третьемкурсе общими для всех студентов дисциплинамиявлялись "Механическая теория теплоты", "Теорияи устройство паровых котлов", "Технология металлов","Архитектурное проектирование". Среди 11дисциплин, читаемых на механическом отделении,встречаем "Приложения механической теории теплоты","Гидравлику", "Устройство паровых машин".Не мене интересным является факт, что средишести предметов, излагаемых "исключительнодля студентов химического отделения" встречаем"Теорию и устройство паровых котлов", "Паровыемашины и другие термические двигатели". Приэтом последний из указанных курсов включал трираздела: "Паровые двигатели", "Газовые двигатели","Бензиновые и керосиновые двигатели"Эти дисциплины, а также "Термодинамику" и"Техническую термодинамику" в разные годы вХТИ читали такие выдающиеся личности как ПогорелкоАлександр Константинович (1885-1895г.г.), Шимков Андрей Петрович (1887-1894 г.г.),Зернов Дмитрий Степанович (1898-1902 г.г.), ШиллерНиколай Николаевич (1903-1905 г.г.), Рогов-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 3

Общие проблемы двигателестроенияский Евгений Александрович (1906-1910 г.г.), ДоррерСергей Иосифович (1910-1919 г.г.), за которымис 1920 г. следует фамилия Цветкова В.Т.Студенты и преподаватели ХТИ изучая предметыпо этим направлениям обращались к первоисточникам,читая в оригинале труды таких известныхученых как Мариотта "Сочинения" ("Oeuvresde M. Mariotte") 1740 года издания; Д'Аламбера"Трактат по динамике" ("Traité de dynamique") 1758г.; Гей-Люсака "Физико-химические исследования"("Recherches physico-chimiques") 1811 г.; Карно"Размышления о движущей силе огня и о машинах,способных развивать эту силу" ("Réflexions sur lapuissance motrice du feu et sur les machines propres adévelopper cette puissance") 1824 г.; Клаузиуса "Механическаятеория теплоты" ("Die mechanischewärmetheorie") 1879 г.; Томсона лорда Кельвина"Трактат о натуральной философии" ("Treatise onnatural philosophy") 1885 г., а также Шимкова А.П.(?), Шиллера Н.Н. (1894 г.), Зернова Д.С. (1900 г.),Карпенко В.Г. (1913 г.). Эти и многие другие изданиядо сих пор бережно хранятся в Научнотехническойбиблиотеке НТУ "ХПИ" и входят вГосударственный реестр книжных памятников Украины.Таким образом, к концу 19-го века в ХТИ былисозданы все условия для перехода к чтениюлекций по двигателям внутреннего сгорания, каксамостоятельной дисциплины, а в последствии – кобразованию специальности и кафедры.Кто же первым в ХТИ вошел в аудиторию длячтения лекций по ДВС, выполнения практических занятий,курсовых проектов? Судьба распорядилась так,что им стал граф Сергей Иосифович Доррер (1887-1942).И.С. Доррер окончил ХТИ в 1903 году,"пройдя полный курс наук по механическому отделению,получив диплом, удостоен звания инженертехнолог".В 1905 г. он получает диплом стипендиатаминистерства Народного Просвещения и оставленпри ХТИ инженером-технологом.В те годы для себя он принимает решениеспециализироваться в бурно развивающейся электротехническойотрасли и подает прошение командироватьего с "ученой целью" за границу для осмотраи работы на заграничных электротехническихзаводах. Он пишет: "В связи с фактическойневозможностью пользоваться в данное время русскимипромышленными заведениями, ввиду препятствий,которые встречает желающий ознакомитьсяс производством работ на русских электротехническихзаводах, я желал бы посвятить время в1906 г. работе на заграничных заводах". В связи сданным прошением С.И. Доррер переведен на два4года из стипендиата внутри России в стипендиатыза границей.Будучи за границей, С.И. Доррер увидел такоебурное развитие паровых турбин и двигателей внутреннегосгорания, которое за десятилетие поставилоих по значению в один уровень с паровой машиной,не знавшей, как тепловой двигатель, соперниц в течениеста лет. И он принимает для себя другое, радикальноотличное от первоначального, решение. Водном из регулярных отчетов о командировке он пишет:"Ввиду того, что затраченный мною труд на теоретическуюподготовку одинаково полезен для изучениялюбого спец. предмета, выбор мой остановленна "Тепловых двигателях", изучению этого предметая и решил посвятить время моего перебивания за границей".После возвращения из заграничной командировкив сентябре 1908 г. С.И. Доррер был зачисленв состав преподавателей ХТИ. В этом же году онзаканчивает свою работу "О тепловой энергии", иуже в 1909 г. согласно решению Учебного комитетаХТИ вводит необязательный курс "Двигателивнутреннего сгорания" объемом 1 годовой час внеделю. Число слушателей в течение года колебалосьв среднем 8 человек. В этом же году им подготовленк печати литографический курс "Руководстводля обработки опытов с тепловыми двигателями".В 1910 г. по постановлению Учебного комитетав институте ввели предмет ДВС уже как обязательный,и ведет его граф Доррер С.И. В этом же году онподает прошение на преподавание предмета термодинамики.В 1910 г. С.И. Доррер был командирован на"Съезд специалистов по построению и применениюДВС", где слушает выступления известных специалистов,в том числе – Рудольфа Дизеля. В этом жегоду под его руководством осуществлена экскурсияв г. Москву и С.-Петербург студентов ХТИ, проектирующихпаровые турбины и ДВС.В период с 1910-по 1913 г.г. С.И. Доррер неоднократновыезжает в командировки в Москву,С.-Петербург, Ригу, Киев, за границу, где знакомитсяс новейшими конструкциями ДВС, преимущественносельскохозяйственного назначения. В1913 г. подает прошение "об исполнении студентами4-го курса проектов по ДВС взамен проектов попаровым машинам", а в 1914 г. – прошение руководитьглавными проектами по устройству силовыхпневматических станций, оборудованных ДВС илипаровыми турбинами.В библиотеке НТУ "ХПИ" мы находим учебнуюнагрузку Доррера С.И. на 1913-1914 учебныйгод. Она изображена на рисунке.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Общие проблемы двигателестроенияВ 1914 г. по инициативе Харьковского ОбществаСельского Хозяйства с целью обоснованиявыбора двигателей в ХТИ были проведены испытания14 двигателей "сельскохозяйственного типа".К финансированию испытаний были привлеченыДепартамет Земледелия, Харьковское Полтавское,Волынское, Екатеринославское и Курское ГубернскиеЗемства, Съезд Бакинских Нефтепромышленников.Товариществом нефтяного производствабратьев Нобель отпущены безвозмездно необходимыеколичества жидкого топлива и смазочных масел.Важность исследований подтверждает такжефакт, что в состав Экспертной комиссии входилитакие профессора как К.А. Зворыкин (председатель),Г.А. Латышев, Г.Ф. Проскура, А.М. Соломко,В.Э. Тигр, Г.И. Орлов, а также преподавателиА.П.Комаров, М.И. Кузнецов, К.Н. Урсу, Г.Н. Гулинов,гр. С.И. Доррер и другие. Кроме этого, былиорганизованы курсы среди студентов-технологов,желающих принять участие в испытаниях. Курсыпроведены преподавателем Доррером С.И. и инженеромЮжно-русского Общества надзора за паровымикотлами Э.К. Энглунда.Занимаясь преподавательской деятельностью,С.И. Доррер постоянно активно работает над учебнойлитературой. Кроме выше указанных изданий,известны такие его работы как "Паровые турбины:теория и расчет" (1910, 1911, 1912 г.г.), "Техническаятермодинамика. Вып. 1" (1912 г.), "Техническаятермодинамика: теория газов. Вып. 3" (1914г.), "Техническая термодинамика: теория газов.Вып. 2" (1916 г.).Ниже приведены два примера его литографическихизданий.Имея высокую теоретическую подготовку ибольшой практический опыт, в своих работах графДоррер обращал внимание на достижение целиграмотного и глубокого усвоения материала, всегдастарался показать практическую сторону его примененияинженерами.Последние сведения о пребывании С.И. Доррерав стенах ХТИ датируются 1919 годом. Он читаеткурсы: техническая термодинамика, ДВС, паровыетурбины. Руководит проектами установок сДВС и паровых турбин. В это время он едет в командировкув Ростов на Дону "по служебным деламсовместно со своей семьей, состоящей из женыи двух детей для возможности вывести свою семьюна юг ввиду тревожного времени".…Дальнейшие сведения о графе Доррере С.И.мы нашли в материалах студенческой газеты "Техникаи коммунизм" Донецкого горного техникума,образованного в 1921 г.Становление техникума проходило в крайненеблагоприятных условиях. После гражданскойвойны бездействовали шахты, металлургические,коксовые, машиностроительные заводы, были разрушеныжелезные дороги. Новое руководствостраны придавало большое значение восстановлениюДонбасса. Для этого необходимы были инженерныекадры, а горная промышленность остронуждалась в специалистах высокой квалификации.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 5

Общие проблемы двигателестроенияИзвестно, что для ведения специальных предметовприглашались инженеры с промышленныхпредприятий, профессора из Харькова,Екатеринослава, Новочеркасска и других городов...На рабфаке Донецкого горного техникумаучился и будущий глава СССР, Никита Хрущев.Именно Донтехникум дал старт его политическойкарьеры. И именно ему, студенту и секретарю партийнойячейки, принадлежит большая заслуга ворганизации и налаживании регулярной издательскойдеятельности в техникуме. О чем же писаластуденческая газета? Конечно же, важнейшей темойбыла идеология. Воспитывали не только студентов,но и преподавателей. Например, профессорС.И. Доррер, читая лекции, высказал одобрениезарубежной технике. И это ему было поставлено ввину в одной из статей...В дальнейшем профессор Доррер – заведующийкафедрой Московского авиационного института,репрессирован в 1937 году, умер в заключениив 1942 году.На этом сведения о первом лекторе предметаДВС в НТУ "ХПИ" на сегодня заканчиваются, поискиинформации продолжаются.6Но нам доподлинно известно, что все годы,проведенные в стенах ХТИ, С.И. Доррер позиционировалсебя как прогрессивный человек своеговремени. Изучая имеющийся опыт проектированияи эксплуатации тепловых машин, он щедро передавалсвои знания студентам. Достижения зарубежногодвигателестроения он стремился применить котечественным разработкам и, тем самым, способствовалразвитию этой отрасли машиностроения усебя на Родине, в России.При подготовке статьи использованы документыГосударственного архива Харьковской области,материалы Научно-технической библиотекиНационального технического университета"Харьковский политехнический институт", интернет-источники.Библиографические данные о указанных встатье ученых представлены на сайте библиотекиуниверситета по ссылкеhttp://library.kpi.kharkov.ua, также с ними можноознакомится в фондах библиотекиДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.43Рабочие процессы ДВСФ.И. Абрамчук, д-р техн. наук, А.Н. Авраменко, канд. техн. наук.ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ ДВСВведениеВ последнее время основное внимание в современномдвигателестроении уделяется проблемамулучшения экономических и экологическихпоказателей ДВС при обеспечении заданного моторесурса.Ужесточение требований к токсичностиотработавших газов ДВС вызывает необходимостьпри разработке новой модификации двигателя решатьряд компромиссных задач, которые неизбежнооказывают влияние на его технико-экономическиепоказатели.Доводка ДВС и, соответственно, расчетнотеоретическаяи экспериментальная оценка показателейрабочего цикла требует значительных материальныхи временных затрат.Использование современных программныхкомплексов позволяет расчетным путем оцениватьэкономические и экологические показатели ДВСеще на стадии проектирования, что дает возможностьсущественно сократить сроки создания идоводки новой модификации двигателя, обладающеговысокими технико-экономическими и экологическимипоказателями.Анализ публикацийПовышение уровня форсирования современныхдизелей оказывает неизбежное влияние натехнико-экономические, экологические и ресурсныепоказатели ДВС, что в свою очередь, требуетих комплексной оценки и совершенствования показателейкачества.Как следует из ряда зарубежных публикаций[1 – 4], современные программные комплексы, такиекак AVL Fire, Ansys, KIVA и другие позволяютс высокой степенью достоверности моделироватьвнутрицилиндровые процессы ДВС различных типов.Возможности этих программных комплексовпри моделировании рабочего цикла ДВС позволяютучитывать конфигурацию камеры сгорания(КС), кинематику кривошипно-шатунного и газораспределительногомеханизмов, параметры топливоподачи,состав топлива, параметры окружающейсреды и другие факторы.С использованием численных методов можнооценивать параметры рабочего цикла ДВС и токсичностьпродуктов сгорания.По свидетельству авторов [3, 4] при использованиичисленных методов для моделированиярабочего цикла ДВС удается добиться почти 100 %совпадения расчетных и экспериментальных индикаторныхдиаграмм, а расчетные значения выбросовоксидов азота NO x , например для дизелейCaterpillar 3401, 3406 и ОМ-355 Mercedes Benz,отличаются от экспериментальных в среднем на 5 –15 % в зависимости от режима работы дизеля.Результаты расчета рабочего цикла в дальнейшемможно использовать для решения сопряженнойзадачи среда – твердое тело с последующимрасчетом температур, напряжений и деформацийдеталей КС. При этом, в зависимости от версиипрограммного обеспечения для передачи граничныхусловий (ГУ) теплообмена и характера их распределенияпо поверхности КС в термоструктурныйанализ иногда возникает необходимость длявыбранного временного интервала повторять газодинамическийрасчет [5].Таким образом, по результатам литературногообзора можно сделать вывод, что совершенствованиепоказателей ДВС по таким параметрам, кактопливная экономичность, токсичность отработавшихгазов (ОГ) и моторесурс является приоритетнымнаправлением развития двигателестроения, аиспользование современных программных комплексовв сочетании с экспериментальными исследованиямипозволяет существенно ускорить процессдоводки и снизить материальные затраты.Цель и задачи исследованияЦель работы – усовершенствование программногокомплекса путем дополнения программногомодуля синтеза расчетной области КСпроизвольной формы, настройка параметров моделейпроцессов смесеобразования и сгорания в цилиндредизеля, демонстрация возможностей программногокомплекса и проверка полученных результатовна адекватность.В работе ставились такие задачи:- провести литературный обзор по современнымметодам моделирования рабочего цикла и расчетнойоценке состава продуктов сгорания дизеля;- дополнение программного комплекса мо-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 7

Рабочие процессы ДВСдулем синтеза расчетной области КС произвольнойформы;- настройка параметров моделей процессовсмесеобразования и сгорания в цилиндре дизеля;- рассмотреть возможности программногокомплекса для моделирования внутрицилиндровыхпроцессов ДВС;- с использованием численных методов выполнитьрасчет рабочего цикла дизеля при работена режиме номинальной мощности;- оценить состав продуктов сгорания по такимкомпонентам как NO, CO и твердые частицы(ТЧ);- сравнить результаты расчета состава продуктовсгорания с данными эксперимента и результатамирасчета с использованием методик другихавторов;- оценить адекватность полученных результатов.Основные этапы и результатыисследованияПрограммный комплекс позволяет проводитьчисленное моделирование рабочего цикла ДВС сКС произвольной конфигурации, например цилиндрической,тороидальной, полусферической, типаЦНИДИ, Гессельмана и др.В представленной работе рассматриваетсярасчет сжимаемого турбулентного течения топливовоздушнойсмеси в цилиндре дизеля в нестационарнойпостановке. С учетом рекомендаций компанийAVL и Ricardo для описания турбулентныхтечений в цилиндре ДВС выбрана k-ε модель [6,7].Для моделирования динамики распространениятопливных факелов в КС в программном комплексеиспользуется модель распада струи WaveBreakup Model [8 – 10]. Область сопловых отверстийраспылителя находится в стационарной зонерасчетной сетки, что позволяет без измененийприменять установочные параметры, полученные врезультате моделирования распространения струйтоплива для последующего расчета рабочего цикладизеля.В расчете процесса наполнения цилиндраучитывается наличие остаточных газов в цилиндреи впускном канале.В качестве начальных условий задаются: давление,температура, масса остаточных газов в камересгорания и впускном канале, а также скоростипотока в КС.8Для описания процесса теплообмена междурабочим телом и стенками цилиндра в программномкомплексе используется модель полной энергии(Total Energy), которая позволяет достаточноточно моделировать процесс теплообмена длясжимаемых жидкостей и газов, и учитывать эффектнагрева рабочего тела в пограничном слое придвижении потока с большими скоростями.В качестве ГУ задаются давление и температуравоздуха на впуске, параметры процесса топливоподачи,характеристики перемещения поршня,впускного и выпускного клапанов. В расчете учитываетсятеплообмен рабочего тела со стенкамивпускного и выпускного каналов и КС, а также шероховатостьповерхностей деталей КС.Для моделирования процесса горения в цилиндредизеля в программном комплексе используютсятакие модели:- модель разложения вихря (EddyDissipation) [11];- модель пламен (Flamelet Model) [12];- модель, описывающая скорости химическихреакций в пламени (Finite Rate Chemistry);- объединенная модель (Combined Model);- модель горения углеводородных топлив(Hydrocarbon Fuel Model).Для моделирования процесса образования NOв цилиндре дизеля в программном комплексе используютсятакие механизмы:- термический механизм Зельдовича;- “быстрый ” механизм образования NO;- образование NO по механизму “N 2 O”;- “топливные” NO;- механизм, описывающий деструкцию NO.Для моделирования процесса образования сажии сульфатов в цилиндре дизеля в программномкомплексе используется модель “Magnussen andHjertager” [13].Для наглядной демонстрации возможностейпрограммного комплекса было выполнено численноемоделирование рабочего цикла дизеля Д21Апри работе на режиме номинальной мощности.Авторами была синтезирована исходная геометрияКС, выделена расчетная область и сгенерированагексаэдральная сетка, описывающая конфигурациюКС дизеля Д21А и выполнена настройкапараметров моделей процессов смесеобразования исгорания в цилиндре дизеля.Объект исследования – показатели рабочегоцикла и состав продуктов сгорания тракторногоДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСдизеля Д21А (2Ч10,5/12) при работе на режиме номинальноймощности.Краткая техническая характеристика дизеляпредставлена в табл. 1.Таблица 1. Техническая характеристика дизеляДвигательД21АОтношение S/D, мм 120/105Степень сжатия 16,5Номинальная мощность, кВт 18,4Частота вращения, соответствующаяноминальной мощности, мин-11800Тип КС – полусферическая в поршнеДавление начала впрыска, МПа 17Количество сопловых отверстийраспылителя 3Диаметр сопловых отверстий, мм 0,3Угол опережения впрыска топлива14до ВМТ, град. п.к.в.Продолжительность впрыска, град.20п.к.в.Фазы газораспределения:- открытие впускного клапана,град. п.к.в. до ВМТ;16- закрытие впускного клапана,град. п.к.в. после НМТ;40- открытие выпускного клапана,град. п.к.в. до НМТ;40- закрытие выпускного клапана,град. п.к.в. после ВМТ.16Расчетная область, представленная на рис. 1,содержит: впускной и выпускной каналы, впускнойи выпускной клапаны, объем цилиндра и камерысгорания. Для учета перетекания воздуха из надпоршневогопространства в камеру при движениипоршня к ВМТ расчетная область имеет участок,описывающий кольцевой зазор между боковой поверхностьюголовки поршня и зеркалом цилиндра,что позволяет более корректно моделировать взаимодействиетопливного факела с кольцевым вихрем(рис. 1.а) [14].Для описания расчетной области используетсягексаэдральная сетка. Расчетная сетка содержит305150 расчетных ячеек (рис.1.б). В близи подвижныхграниц минимальная высота промежуточногослоя равна 0,1 мм.Основные результаты исследованияРассматриваемая в работе задача решалась втечении 7 суток с использованием персональногокомпьютера на базе процессора Intel Core 2 Duo,имеющего 4 Гб оперативной памяти и суммарнуючастоту двух ядер процессора 6 ГГц .Расчетные значения скоростей и траекторийдвижения свежего заряда сравнивались с существующимиэкспериментальными данными, полученнымиметодом электротермоанемометрированияна идентичном режиме работы дизеля [15].Рис. 1. Расчетная область (а) и сгенерированнаясетка, описывающая конфигурацию КС дизеляД21А (б)Установлено, что в процессе наполнения цилиндраскорость свежего заряда по объему цилиндраизменяется неравномерно (рис. 2). Максимальноерасчетное значение полной скорости свежегозаряда зарегистрировано в области клапанной щелии достигает 300 м/с (на рис. 2 не показано). В областиогневого донышка поршня скорость потокаизменяется от 5 до 40 м/с, в зависимости от выбранногосечения и текущего положения поршня.Рис. 2. Распределение полной скорости свежегозаряда в процессе наполнения цилиндраДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 9

Рабочие процессы ДВСНа такте сжатия скорость свежего заряда изменяетсяот 10 до 40 м/с.Схема распространения топливных факелов иособенности КС (вид сверху), представлены на рис.3.Характер и скорость распространения топливногофакела № 3 по объему КС представленына рис. 4. Максимальное значение скорости распространенияструй топлива отмечается в областисопловых отверстий распылителя и достигает 250м/c. В пристеночном слое КС скорость струй топливаизменяется от 80 до 125 м/c.Рис. 3. Схема распространения топливныхфакелов в КС дизеля Д21А1 – топливный факел № 1; 2 – топливный факел№ 2; 3 – топливный факел № 3Рис. 4. Распределение скорости топливногофакела в процессе впрыскаНа рис. 5. представлено сравнение расчетнойи экспериментальной индикаторных диаграмм, соответствующихрежиму номинальной мощности.Максимальное давление сгорания (P z ) отмечаетсяпри α = 367 град. п.к.в. и достигает 7,6 МПа.Рис. 5. Сравнение расчетной и экспериментальной индикаторных диаграммХорошее согласование расчетной и экспериментальной[14] индикаторных диаграмм свидетельствуето достаточно корректном моделированиирабочего цикла дизеля на выбранном режиме.С целью уменьшения размерности решаемойзадачи на участке от момента закрытия впускногоклапана до открытия выпускного клапана в расчетнойобласти исключены впускной и выпускной10каналы.На рис. 6 представлено изменение температурыгаза в меридиональном сечении КС, лежащемвдоль оси топливного факела № 3, в процессе распространенияфронта пламени.При этом максимальная расчетная температурав цилиндре достигает 2400 К, а её усредненноезначение по объему цилиндра не превышает 1870К.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВС[17] предполагал три стадии образования NO x вцилиндре дизеля. Сравнительные результаты расчетно-теоретическогои экспериментального исследованийпо оценке токсичности продуктов сгоранияпредставлены в табл. 2.Рис. 6. Распределение температуры в цилиндредизеля в процессе горения топливовоздушной смеси(режим с N e = 18,4 кВт, при n = 1800 мин -1 )Рис. 7. Изменение массовой концентрации NOв цилиндре дизеля, в зависимости от угла поворотаколенчатого вала (режим с N e = 18,4 кВт при n =1800 мин -1 )Далее был выполнен расчет токсичности продуктовсгорания. Изменение массовой концентрацииNO в цилиндре дизеля представлено на рис. 7.Концентрация NO, усредненная по объему цилиндраза цикл, не превышает 1720 чнм, что на 6 % выше,чем данные эксперимента [16] на идентичномрежиме работы дизеля. Распределение нерастворимыхкомпонентов ТЧ – сажи и сульфатов в цилиндредизеля в процессе горения топливовоздушнойсмеси представлено на рис. 8.Выброс ТЧ с ОГ, усредненный по объему цилиндра,составляет 8,1·10 -3 кг/ч. Концентрация СОв ОГ дизеля за цикл составила 2130 чнм.Расчет эмиссии NO x в ОГ дизеля по методикеРис. 8. Изменение массовой концентрации ТЧ вцилиндре дизеля в зависимости от угла поворотаколенчатого вала (режим с N e = 18,4 кВт при n =1800 мин -1 )ВыводыПрограммный комплекс, реализующий известныерасчетные методы, дополнен модулемсинтеза расчетной области КС произвольной формы,который использовался авторами для синтезарасчетной области КС на тактах впуска, сжатия,рабочего хода и выпуска. В ходе выполнения работыпроведена настройка параметров моделей процессовсмесеобразования и сгорания в цилиндредизеля.По результатам проведенного расчетно-теоретическогоисследования можно отметить следующее:- использование расчетной сетки размерностью305150 расчетных ячеек с минимальной высотойпромежуточного слоя вблизи подвижныхграниц, равной 0,1 мм, позволяет достаточно корректномоделировать внутрицилиндровые процессыдизеля 2Ч10,5/12 и получать необходимуюинформацию для последующей доводки ДВС;- в процессе наполнения цилиндра скоростьДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 11

Рабочие процессы ДВСсвежего заряда по объему цилиндра изменяетсянеравномерно, максимальные расчетные значенияполной скорости свежего заряда зарегистрированыв области клапанной щели и достигают 300 м/с;- хорошее согласование расчетной и экспериментальнойиндикаторных диаграмм свидетельствуето достаточно корректном моделированиирабочего цикла дизеля на режиме номинальноймощности;- расчетные значения NO, полученные с использованиемчисленных методов, отличаются отэкспериментальных на 6 %, а СО на 4 %, что свидетельствуето корректном моделировании рабочегоцикла на исследуемом режиме;согласование результатов численного моделированиярабочего цикла дизеля (поля скоростей,внутрицилиндровые температуры, индикаторнаядиаграмма и характеристики токсичности отработавшихгазов) с данными экспериментов, свидетельствуетоб адекватности полученных результатов.Таблица 2. Основные результаты исследованияАналитические методыРасчет по Расчет поРежимЭксперимент [16] методике методике[17] [18]NO x, CН, CO, N, NO, C D, G ТЧ,чнм чнм чнм % чнм кг/ч кг/чЧисленные методыN e =18,4 кВт приn = 1800 мин -1 1610 25 2050 27 1002 1,066·10 -2 9,86·10 -3 1720 2130 8,1·10 -3NО,чнмCO,чнмG ТЧ,кг/чСписок литературы:1. Dahlén L. CFD Studies of Combustion and In-Cylinder Soot Trends in a DI Diesel Engine/ Dahlén L.,Larsson A. –Comparison to Direct Photography Studies /SAE 2000-01-1889, 2000. 2. Epping, K. The Potential ofHCCI Combustion for High Efficiency and Low Emissions /Epping K., Aceves S., Bechtold R., Dec J. / SAE TechnicalPaper 2002-01-1923, 2002. 3. Ranjbar A. A. Computationalstudy of the effect of different injection angle on heavy dutydiesel engine / Ranjbar A. A., Sedighi K., Farhadi M., PourfallahM. / THERMAL SCIENCE. - Vol. 13, No. 3. – 2009.PP. 9 - 21. 4. Jafaramadr S. Modeling the Effect ofSpray/Wall impingement on combustion process and emissionof di diesel engine / Jafaramadr S., Khalilarya S., ShafeeS., Barzegar R. / THERMAL SCIENCE. - Vol. 13, No. 3. –2009. PP. 23 - 34. 5. Авраменко А.Н. Оценка экономических,экологических и прочностных показателей быстроходногодизеля/ А.Н. Авраменко /Вестник НТУ “ХПИ”.– 2009. - № 47. – С. 127- 132. 6. Режим доступа:www.avl.com. 7. Режим доступа: www.ricardo.com. 8.Raitz R.D. Structure of high-pressure fuel sprays / R.D. Raitz,R. Diwakar / SAE 870598. 1987. 9. Raitz R.D. ModelingAtomization Processes in High-Pressure Vaporizining Sprays/ Atomization and Spray Technology. - vol.3, 309-337. -1987. 10. Liu, A.B. Modeling the Effects of Drop Drag andBreak-up on Fuel Sprays / A.B. Liu, R.D. Reitz / SAE 930072.- 1993. 11. Magnussen, B. F. The Eddy Dissipation Conceptfor Turbulent Combustion Modelling. Its Physical and PracticalImplications,Presented at the First Topic OrientedTechnical Meeting, International Flame Research Foundation,Ijmuiden / B. F. Magnussen. The Netherlands, Oct.1989. 12. Peters, N. Turbulent Combustion, Cambridgemonographs on mechanics / Cambridge University Press. -2000. 13. On Mathematical Modeling of Turbulent Combustionwith Special Emphasis on Soot Formation and Combustion./ Sixteenth Symp / B. F. Magnussen, B. H. Hjertager.(Int.) on Combustion. The Combustion Institute. P. 719, -1976. 14. Эфрос В.В. Дизели с воздушным охлаждениемВладимирского тракторного завода. В.В. Эфрос - М.:Машиностроение, 1976. – 277 с. 15. Ховах М.С. Автотракторныедвигатели. Исследование рабочих процессов,систем топливоподачи и газообмена/ Ховах М.С. –М.: Машиностроение, 1968. – 340 с. 16. Бганцев В.Н.Газовый двигатель на базе четырехтактного дизеляобщего назначения / В.Н. Бганцев, А.М. Левтеров, В.П.Мараховский // Мир Техники и Технологий - № 10. – 2003.С. 74 - 75. 17. Разлейцев Н. М. Моделирование и оптимизацияпроцессов сгорания в двигателях/ Н.М. Разлейцев—Х.: Вища школа, 1980.— 169 с. 18. Парсаданов И.В. Повышениекачества и конкурентоспособности дизелей наоснове комплексного топливно-экологического критерия/ И.В. Парсаданов– Издательский центр НТУ «ХПИ»,2003. – 244 с.12ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.436.038Рабочие процессы ДВСА.В. Грицюк, канд. техн. наук, А.Н. Врублевский, канд. техн. наук, А.А. Прохоренко,канд. техн. наук, А.Н. Севастьянов, инж.ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХФАЗНОГО ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА ВВЫСОКООБОРОТНОМ МАЛОЛИТРАЖНОМ ДИЗЕЛЕ СЕРИИ ДТАВведениеВ настоящее время известно и широко используютсядовольно ограниченное количествомероприятий [1], позволяющих повысить качестворабочего процесса высокооборотного дизеля натрадиционном топливе. Важное место среди нихзанимает внедрение топливных систем с электроннымуправлением, реализующих оптимальные законытопливоподачи при заданном давлении впрыскивания.[2, 3] для дизеля с полузакрытой камерой сгорания иштифтовой форсункой. Эти исследования показаливозможность снижения жесткости рабочего процесса,во многом определяющего шум работы двигателя, безухудшения его экономичности. Аналогичные выводына основе теоретического исследования влияния указанныхвыше факторов на рабочий процесс дизеля соткрытой камерой сгорания получены в работе [9].Целью настоящей работы является экспери-Зарубежный опыт двигателестроения ментальное исследование влияния параметровпоказывает, что в таком случае возможно решитьпротиворечивую единую задачу по выполнениюэкологических норм, снижению расхода топлива иувеличению удельной мощности двигателя. Однако,такая «электронизация» дизеля или, в частности,его топливной аппаратуры (ТА) в каждом отдельномпрактическом случае требует индивидуальногоподхода, заключающегося в разработкеалгоритма управления, адаптации серийно выпускающейсяили разработке новой ТА, внесения измененийдвухфазного впрыскивания на шум работы высокооборотногодизеля на режимах холостого хода.Объект и методика исследованияОбъектом и инструментом для проведения исследованияявляется одноцилиндровый дизель серииДТА производства КП ХКБД, внешний вид которогопоказан на рис.1. Дизель оснащен аккумуляторнойТА с электронным управлением [5-7]. Основныепараметры дизеля, его ТА и системы управленияпредставлены в табл. 1.в конструкцию отдельных элементов дви-гателя. Некоторые результаты таких работ, проведенныхдля отечественного высокооборотного малолитражного(ВМД) дизеля серии ДТА, освещаетданная статья.Известно, что в современных дизелях эффективнымсредством снижения шума работы являетсяприменение двухфазного впрыскивания топлива [1,4]. Особенно часто это мероприятие применяетсядля автомобильных и тракторных двигателей нарежимах холостого хода. Следует заметить, чтотакое разбиение процесса впрыскивания на двечасти является приемлемым (не приводит к значительномуувеличению расхода топлива) только вслучае выбора оптимальных значений характерныхпараметров процесса:Рис. 1. Дизель 1ДТНА2 на стенде– давления впрыскивания;– углов опережения подачи в цилиндр предварительной(пилотной) и основной порций топлива;– относительной величины пилотной порциитоплива.Результаты исследований по выбору оптимальныхзначений этих параметров приведены в работахМетодика экспериментального исследованиявключала: регистрацию давления у форсунки, давленияв цилиндре дизеля, давления в гидроаккумулятореТА, электрического сигнала управленияфорсункой. Во время исследования шум определялсяпо методике ГОСТ 12.1.026–80.В качестве варьируемых приняты следующиеДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 13

Рабочие процессы ДВСпараметры: Θ 1 , Θ 2 – моменты начала подачи электрическогосигнала управления на форсунку. Формируютпредварительную и основную фазы впрыскивания,соответственно; Δ 1-2 – задержка междупредварительной и основной фазами. Очевидно,чтоΔ 1-2 = Θ 1 - Θ 2 .Значения давления впрыскивания (давление ваккумуляторе р ак ) и величины пилотной порциитоплива приняты постоянными и обоснованы ниже.Таблица 1. Основные параметры исследовательского дизеля 1ДТНА2Тип двигателяЧетырехтактный с непосредственным впрыскиванием,одноцилиндровый, без наддуваДиаметр/ход поршня88 мм/82 ммСтепень сжатия 18,1Привод системотбором мощности от двигателяЧисло клапанов2 впускных; 2 выпускныхТопливная аппаратура- форсунка электрогидравлическая с электромагнитным клапаном- ТНВД рядный, трёхплунжерный, с регулировкой подачи дозатором- аккумулятор с регулятором давления, объемом 20 см 3контроллерМикропроцессорный программныйкодСистема управленияМ269-3, тактовая частота 40 МГц, Объем: ОЗУ - 256 кБайт,ПЗУ - 256 кБайтASSEMBLER, разработчик НПФ ЭЛОН-ТТ, г. ХарьковСистема регистрации сигналов, поступающихот датчиков, включающая АЦП, ПК, усилителизаряда, приведена на рис. 2. Она позволяет отслеживатьв реальном времени процессы, происходящиев двигателе и микропроцессорной системеуправления с помощью программного обеспечения«PowerGraph», интерфейс которого представлен нарис. 3.Обработка индикаторной диаграммы для получениязакона тепловыделения производилась с помощьюпрограммного комплекса DieselAnalyse (НТУ«ХПИ») [8].Стабилизация и поддержание заданного уровнячастоты вращения коленчатого вала дизеляобеспечивается реализованным в микроконтроллерепрограммным алгоритмом ПД-регулятора с отрицательнойобратной связью по выходной величине– продолжительности сигнала управленияфорсункой. Кроме того, алгоритм этого электронногорегулятора учитывает внутрицикловую неравномерностьвращения коленчатого вала.Рис. 2. Измерительная схема стенда и схема микропроцессорной системы управления:1 – дизель 1ДТНА2; 2 – электрогидравлическая форсунка; 3 – гидроаккумулятор;4, 5 – датчики давления топлива; 6 – датчик давления в цилиндре; 7, 8 – датчики положения коленвала ираспредвала; 9 – датчик давления воздуха на входе в двигатель; 10, 11, 12 – датчики температуры; 13, 14,15 - регуляторы длительности впрыскивания, угла начала подачи, давления в гидроаккумуляторе; 16 – контроллер;17 – аналогово-цифровой преобразователь; 18 – персональный компьютер14ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСРис. 3. Окно программы сбора и анализа данных исследования(параметры работы двигателя n кв = 2500 мин -1 , q ц = 11,5 мм 3 , p e = 0)Для изменения параметров двухфазноговпрыскивания в системе управления двигателемпредусмотрена возможность установки операторомΘ 2 в пределах от 90 град. п.к.в. до ВМТ до 10 град.п.к.в. после ВМТ и давления топлива р ак в диапазонеот 25 до 120 МПа.Цикловая подача определялась объемнымспособом стендовым расходомером. Контроль стабильностипроцесса впрыскивания, а также определениедействительного начала впрыскиванияосуществлялось при помощи сигнала, поступающегоот датчика давления, установленного на штуцерефорсунки.Верификация малых подач топлива на моторномстендеПри выполнении данного исследования передопределением эффективности двухфазного впрыскиваниябыла определена минимальная величинатоплива, подаваемая в цилиндр с помощью разработаннойТА. Известно, что цикловые подачи q ц ,полученные при моделировании работы ТА на безмоторномстенде отличаются от действительныхвеличин q ц , измеренных на двигателе. Сравнение(см. рис. 4) показало, что в условиях двигателя q цвыше на 5 % на режимах холостого хода и малыхнагрузок, и ниже до 7 % на режимах, близких кполной мощности.Такое расхождение величин q ц объясняетсяпогрешностью измерения малых расходов и отсутствиемфактора противодавления, сказывающегосяпри продолжительном впрыскивании в условияхбезмоторного стенда.В этом случае очевидно, что величина минимальнойустойчивой q ц , определенной на безмоторномстенде тоже является заниженной.Рис. 4. Сравнение результатов двух методовизмерения q ц на режимах нагрузочнойхарактеристики (n кв = 2000 мин -1 )1 – безмоторный стенд; 2 – на двигателеОсуществить прямое измерение минимальнойустойчивой цикловой подачи на моторном стенденевозможно. Поэтому данная величина косвеннооценивалась по результатам обработки индикаторнойдиаграммы (рис. 5). Такая оценка показала, что придавлении р ак = 50 МПа действительная минимальнаяустойчивая q ц не превышает 1,5 мм 3 , так как долятеплоты, выделившейся за первую фазу сгорания составляет0,09, а суммарная цикловая подача 10,4 мм 3 .ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 15

Рабочие процессы ДВСРис. 5. Интегральное тепловыделение придвухфазном впрыскивании на режиме холостогохода (n кв = 2000 мин -1 )Другим направлением исследования являлосьопределение возможности модификации законатепловыделения за счет варьирования параметроввпрыскивания: угла опережения впрыскиванияосновной порции топлива Θ 2 , длительностипредварительной фазы впрыскивания, интерваламежду предварительной и основной фазами Δ 1-2 .Анализ кривых тепловыделения, приведенных нарис. 6, полученных для различных значенийварьируемых параметров, показывает следующее:1. Вследствие недостаточно высокой длядизеля без наддува степени сжатия период задержкивоспламенения пилотной порции топливазначительно увеличивается пропорционально Θ 1 .Это приводит к тому, что независимо от величиныΘ 1 , которая изменялась от 22 до 12 град. п.к.в. доВМТ, воспламенение происходит вблизи ВМТ за 4-9 град. п.к.в.2. Несмотря на постоянную величинупилотной порции топлива, максимальная скоростьтепловыделения в первой фазе с уменьшением Θ 2растет. Это объясняется тем, что в моментпопадания в цилиндр основной порции в нем ещепроисходит сгорание, и, таким образом, имеетместо эффект «тушения» пламени потокомжидкого топлива, происходящий до его прогрева ииспарения.3. Для всех рассмотренных случаев сгораниезавершается через 50 град. п.к.в. после ВМТ,однако, наиболее рациональным, с точки зрениярасхода топлива и снижения шума, являетсявариант, соответствующий кривой 1 (см. рис. 6),набор параметров которого и был принят длядальнейшего исследования.Рис. 6. Дифференциальное тепловыделение на режиме холостого хода (n дв = 1000 мин -1 , р ак = 40 МПа)1 – Δ 1-2 = 16 град. п.к.в, Θ 2 = 1 град. п.к.в. после ВМТ; 2 – Δ 1-2 = 20 град. п.к.в.,Θ 2 = 8 град. п.к.в. после ВМТ; 3 – Δ 1-2 = 20 град. п.к.в., Θ 2 = 2 град. п.к.в. до ВМТИсследование эффективности двухфазнойподачи для снижения шумаИзвестно, что скорость нарастания давления впериод сгорания определяет шум рабочего процессадизеля, который, в свою очередь, является составнойчастью общего шума двигателя. Подтверждениемданного факта явились результаты, полученные входе испытаний дизеля 1ДТНА2. Так, с организациейдвухфазной подачи на режиме холостого хода16снижение dp/dφ составило 50%, как показано нарис.7, что привело к уменьшению шума, издаваемогодвигателем на 3 дБА (см. рис.8). Как видно из рис. 8,аналогичные закономерности получены для другихчастот вращения коленчатого вала двигателя,работающего без нагрузки. В процессе проведенияисследования было выявлено, что расход топлива сведением предварительной подачи остается науровне, полученном при однофазной подаче, а приДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСp e > 0 и двухфазной подаче топлива эффект поснижению шума уменьшается, а расход топливаувеличивается.Рис. 7. Скорость нарастания давления на режиме холостого хода (n кв = 1000 мин -1 , р ак = 40 МПа)1 – сплошная – Δ 1-2 = 16 град. п.к.в, Θ 2 = -1 град. п.к.в. до ВМТ;2 – пунктир – Δ 1-2 = 0 град. п.к.в., Θ 2 = Θ 1 = 12 град. п.к.в. до ВМТСледует отдельно отметить, что припрокручивании коленчатого вала двигателя с n кв =900 мин -1 от стендового пускового устройства шум,издаваемый объектом исследования, составил81 дБА. Это всего лишь на 3 дБА ниже шумаработающего при двухфазной подаче топливадвигателя (см. рис. 8). Кроме того, на работающемдвигателе увеличение давления топлива ваккумуляторе с 40 до 60 МПа увеличивает шум состороны ТНВД на 1 дБА при неизменной величинешума со сторон выпускной системы, вентилятора игенератора. Такие результаты измерения шумадвигателя говорят о том, что для его сниженияследует также вводить мероприятия, снижающиешум работы отдельных приводных механизмов.Рис. 8 Изменение шума работы дизеля 1ДТ приоднофазной (1) и двухфазной (2) подаче топливана холостом ходуЗаключениеВ ходе моторных испытаний одноцилиндрового,четырехклапанного дизеля 1ДТА2 с непосредственнымвпрыскиванием топлива и электроннойТА исследована эффективность применениядвухфазной топливоподачи для снижения шума.Исследование показало, что:1. Организация с помощью аккумуляторнойтопливной аппаратуры с электронным управлениемдвухфазной топливоподачи приводит к снижениюшума работы двигателя на холостом ходу на3 - 4 дБА по сравнению с однофазной подачей топлива,и на 4 - 5 дБА по сравнению с дизелем, укомплектованнымтопливной аппаратурой непосредственногодействия.2. Существует возможность модификации законасгорания топлива за счет:– разделения цикловой подачи топлива на двефазы;– изменения угла опережения впрыскивания;– изменения интервала между основной ипредварительной подачами.3. Минимальная устойчивая цикловая подачатоплива электрогидравлической форсунки в цилиндрдизеля 1ДТНА2 составляет 1,5 мм 3 .4. На режимах работы двигателя под нагрузкойразделение топливоподачи на две фазы приводитк увеличению расхода топлива. На данных режимахтребуется проведение дополнительного по-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 17

Рабочие процессы ДВСиска наилучших параметров топливоподачи с применениемописанной в данной работе методики.Список литературы:1. Грехов Л.В. Топливная аппаратура дизелей с электроннымуправлением. Учебно-практическое пособие./Л.В. Грехов – М.: Легион-Автодата, 2003. – 176 с.2. Кузин В.Е. Электронная аппаратура для регулированиядвойного впрыска топлива / В.Е. Кузин, Ф.И. Пинский,Б.Н. Сулиз // НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Реферативныйсборник ДВС. – № 4-75-8. – 1975. – с. 17 – 21.3. Пинский Ф.И. Исследования возможностей снижениядинамики цикла дизеля применением электрогидравлическойсистемы топливоподачи / Ф.И. Пинский, М.Г.Крупский // НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Реферативныйсборник ДВС. – № 4-75-8. – 1975. – с. 22 – 23. 4 Системыуправления дизельными двигателями. Перевод с немецкого// За рулем. – 2004. – 480 с. 5. Врублевский А.Н. Особенностиматематического моделирования гидромеханическихпроцессов ЭГФ / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев,А.В. Грицюк и др. // Двигатели внутреннего сгорания.– 2007. – №1. – С. 44 – 52. 6. Врублевский А.Н.Многокритериальный синтез топливной системы сэлектронным управлением впрыскивания / А.Н. Врублевский,А.Л. Григорьев, А.В. Денисов // Двигатели внутреннегосгорания: – 2008. – №1. – С. 91 – 98. 7. Грицюк А.В.Результаты безмоторных испытаний дизельной электрогидравлическойфорсунки / А.В. Грицюк, Г.А. Щербаков,А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Двигатели внутреннегосгорания. – 2008. – №2. – С. 91 – 97. 8. МарченкоА.П. Универсальный автоматизированный стенд дляиспытаний ДВС / А.П. Марченко, А.А. Прохоренко, Д. В.Мешков // Вісник Національного технічного університету„Харківський політехнічний інститут”. –– 2006. – C.119-122. 9. Прохоренко А.А. Влияние двухстадийногосгорания на индикаторные показатели автотракторногодизеля / А.А. Прохоренко // Двигатели внутреннегосгорания. – 2007. – №1. – С. 63 – 69.УДК 621.43В.С. Кукис, д-р техн. наук, В.А. Романов, канд. техн. наук, А.И. Рыбалко, инж.,Ю.А. Постол, канд. техн. наукО ВОЗМОЖНОЙ АППРОКСИМАЦИИ РАБОЧЕГО ЦИКЛАДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГАВведениеПри исследовании теплоэнергетических силовыхустановок, работающих по замкнутому (илиусловно замкнутому) циклу, широко используетсяпредставление протекающих в установке физическихявлений определенной совокупностью термодинамическихпроцессов – термодинамическоймоделью. Для описания энергетических явлений,совершающихся во внутреннем контуре (ВК) двигателяСтирлинга (ДС), предложен ряд термодинамическихмоделей.Рассмотрение известных моделей термодинамическихциклов показывает, что они либо существеннонеадекватны процессам, реально происходящимв ВК, либо носят абстрактный характер, чтоне позволяет использовать их для анализа в какихлибоконкретных условиях организации цикла.Предлагаемая термодинамическая модельпроцессов, протекающих во внутреннем контуредвигателя СтирлингаРеальные индикаторные диаграммы, получаемыепри испытаниях ДС, имеют «внешние» и«внутренние» отличия от предложенных термодинамическихмоделей по двум причинам. «Внешнее»отличие проявляется в том, что вся совокупностьпроцессов на диаграмме представляется кри-18вой линией, образующей замкнутый контур эллипсообразнойформы. Причиной этого является непрерывноеи плавное перемещение рабочего поршня,обусловливающее непрерывное и плавное изменениеобъема газа. Существуют и глубокие«внутренние» (скрытые внешние) отличия известныхмоделей цикла от реальных процессов. Преждевсего, при построении каждой из них предполагалось,что отдельные процессы совершаются последовательновсей массой рабочего тела, которая вразличные моменты реализации цикла находитсято в одной, то в другой, то в третьей и т.д. полостяхВК. При осуществлении действительного цикла этамасса каким-то образом распределена по всемуконтуру. Часть рабочего тела всегда находится вгорячей полости, часть - в холодной, часть - в нагревателе,часть - в регенераторе, часть - в охладителе.Распределение газа между этими элементамиосуществляется вытеснителем и, в связи с безостановочнымдвижением последнего, непрерывно меняется.Кроме того, при построении моделей допускалось,что каждый из основных четырех процессовцикла протекает в соответствующей полости,имеющей свое специфическое назначение. Результатыэкспериментальных исследований показывают,что это не так. Индикаторные диаграммы иДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

графики температуры, отражающие состояние рабочеготела в горячей и холодной полостях двигателя,свидетельствуют о том, что характер изменениядавления и температуры газа в каждый моментвремени весьма близок как в той, так и в другойполостях. При этом качественно поведение параметроврабочего тела в любой точке ВК практическисоответствует тем изменениям, которые происходятв рассматриваемый момент с основной массойгаза. Существует лишь определенная разницамаксимальных и минимальных величин указанныхпараметров, а также некоторый сдвиг по углу поворотаколенчатого вала, при котором достигаютсяэти экстремальные значения.Отмеченная разница температур в различныхполостях ДС в каждый момент времени при определениисостояния газа ВК может быть скорректированавведением эквивалентной температуры [1].В результате появляется возможность построенияиндикаторной диаграммы с некоторыми усредненнымипо ВК параметрами, считая состояния газаквазиравновесными.Максимальное приближение к реальной диаграммеможет быть достигнуто ее аппроксимациейвесьма большим количеством политроп. Однакопри таком решении задачи неизбежно возникнуттрудности, обусловленные, с одной стороны, громоздкимирасчетами параметров цикла, составленногоиз большого количества процессов, с другой -неопределенностью выбора точек, служащих границамикаждого из этих процессов. Поэтому решениезадачи достаточно корректной аппроксимацииреальной диаграммы должно сводиться к ее описаниюлогически оправданным количеством политропс четким обоснованием границ каждой из них.Анализ рабочего процесса в ВК ДС с учетомкинематики механизма привода поршня и вытеснителяпозволяет разделить линию индикаторнойдиаграммы на участки, соответствующие каждомуиз четырех основных этапов рабочего цикла (регенеративнымнагреву и охлаждению, подводу теплотыизвне и ее отводу вовне).Поскольку в реальном двигателе процессы регенерациисовершаются не при неподвижномпоршне, то, очевидно, что регенеративный нагрев,например, начинается до прихода рабочего поршняв ВМТ (т.е. сопровождается сжатием рабочего тела)и заканчивается после ее прохождения (т.е. вусловиях расширения рабочего тела). Аналогичнопроцесс регенеративного охлаждения начинаетсяРабочие процессы ДВСпри продолжающемся расширении рабочего тела(до прихода поршня в НМТ) и заканчивается в условияхсжатия (после прохождения им НМТ). Учитывая,что для осуществления этих процессов необходимопроталкивание рабочего тела вытеснителемчерез регенератор, логично считать, что регенеративныйтеплообмен происходит в то время,когда абсолютная скорость перемещения вытеснителябольше, чем у поршня. Соответственно процессывнешнего теплообмена происходят в периоды,когда скорость рабочего поршня по абсолютнойвеличине превышает скорость перемещениявытеснителя.Таким образом, равенствоdSdαdS=dαраб. т. выт. являетсяусловием перехода от одного из четырехосновных процессов цикла в ВК к другому.На рис. 1 показаны графики перемещений искоростей движения рабочего поршня и вытеснителядля одноцилиндрового ДС вытеснительноготипа со следующими конструктивными особенностями:радиус кривошипа - 14 мм; длина шатуна -40 мм; дезаксиал - 15 мм; сдвиг фаз - 51 0 20'.Рис. 1. Графики перемещения и скоростидвижения рабочего поршня и вытеснителя двигателяСтирлинга ДС 6,5/3,0Как видно из рисунка, абсолютная величинаДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 19

Рабочие процессы ДВСРис. 3. Моделювання циліндра двигунана базі твердотільної тривимірноїмоделіРис. 4. Зразки сітчастого опису розрахунковихобластей двигунаРозрахунки проведені із використанням диференційноїмоделі турбулентності Спаларта-Аллмараса (SA) (рис. 5). Робочим тілом є повітря.В якості початкових умов для розрахунку заданітиск і температура у розрахунковій області моделі(Р=96300 Па; Т=1000К). На вхідній межі впускнихканалів тиск і температура гальмування задавалисяпостійними (Р=96300 Па; Т=300 К). Їх значеннявідповідають осередненим параметрам у впускномуколекторі, які визначені по результатам розрахункуробочого процесу.Параметри розрахунку:2πt = 0.01 360 ⋅ωпо фізичному часу, де– кутова швидкість колінчастоговала;τ= tω квкв– крок20 – крок по псевдочасу.В роботі не розглядався період перекриттяклапанів, і не враховувався газодинамічний впливпопереднього циклу роботи двигуна. Розрахункипроведені без врахування теплообміну повітряногозаряду зі стінками моделі.В зоні фронту процес випаровування крапельприскорюється за рахунок обдування крапель відносногарячим зарядом, тому при розрахунках процесівмасо - і теплообміну у паливному струменівраховується визначена швидкість потоку газів уциліндрі на такті стиску (рис. 5).З попередніх розрахунків визначено, що часна прогрівання крапель до температури насиченняу фронті становить Δτ s =1,07·10 -3 с. Відповідно,краплі в зоні фронту струменя пройдуть відстаньблизько 50 мм. Таким чином можливо визначити,що фронт струменя на відстані близько 50 мм відрозпилювача форсунки складається з крапель, якідосягли температури насичення. Розрахункові значеннявипаровування маси пального М п , та масиповітря М пов при русі паливного струменя визначенів залежності від інтегральної характеристики паливоподачіσ. Використовуючи наведену методику,можна оцінити осереднений коефіцієнт надлишкуповітря α' в об’ємі струменя при розрахунку на долюпального, що випарувалася (М п /М цi ) (рис. 6).Випаровування маси бензину при просуванніпаливного струменя визначене без врахування взаємодіїструменя зі стінками камери згоряння. Виявленахарактерна залежність змінення α' у струменівід його просування. При русі струменя від розпилювачафорсунки на відстань більш, ніж 50 ммвідбувається інтенсивне протікання процесу нагріванняпаливних крапель. Однак, фактична кількістьпального, що випарувалося на цій ділянці незначна.Це пояснюється тим, що паливний струмінь ще неповністю розкрився, і в його об’єм потрапила незначнакількість повітря. Основна частина випаруванняпального і подрібнення його часток відбуваєтьсяна відстані від 55 мм до 85 мм від розпилювачафорсунки. У цьому інтервалі руху паливногоструменя, в залежності від динаміки подачі пальногоі геометрії струменя, відбувається ефективневипаровування пального. При просуванні струменяна відстань більш ніж на 55 мм значення α' стабілізується.За даними проведених розрахунків привідстані від розпилювача форсунки до поверхністінки камери згоряння 55-85 мм у випаровуванняперейде близько 4,6 % пального у струмені. Рештапального потрапить на поверхню стінки камеризгоряння, яка розташована у голівці циліндра.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 25

Рабочие процессы ДВС320 °ПКВ280 °ПКВ230 °ПКВа) б)Рис. 5. Швидкість руху свіжого заряду в циліндрі на такті стискуа) поля швидкостей руху свіжого заряду в циліндрі;б) векторна картина руху свіжого заряду в циліндріРис. 6. Залежність частки пального, яка випарувалася, та коефіцієнту надлишкуповітря в паливному струмені від відстані, яка пройдена фронтом струменяВисновки. Модернізовано чотиритактний опозитний двигун 2Ч 7,8/6,8 з іскровим запалюван-26ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСням виробництва Київського мотоциклетного заводусистемою БВП під новий робочий процес. Доробленаконструкція двигуна: змінена форма камеризгоряння в головці циліндра; свічка запалюваннявстановлена по осі циліндра в центрі камери згоряння;змінено нахил впускного й випускного клапанів;у стінці циліндра встановлена форсунка.Для розрахунку процесів масо – і теплообмінув паливному струмені уточнена математична модель,яка заснована на теорії аеродинамічного сліду.Базова модель дозволяє розраховувати процесисумішоутворення з розподілом часток палива повсьому об’єму паливного струменя, а в наведенійуточненій моделі – з урахуванням периферійногорозподілу палива в струмені й з повітряною порожниноюусередині. Модель ураховує зміну зовнішньогой внутрішнього кутів розкриття струменя, щосприяє уточненню протікання процесів сумішоутворенняв конкретній конструкції двигуна.З урахуванням розрахунку робочого процесудвигуна, динаміки руху паливного струменя й розрахунківполів руху заряду в циліндрі на базі тривимірногомоделювання процесів, визначена масапалива, яка випарувалася у фронті струменя. Прицьому, в об’ємі струменя з урахуванням маси парівпалива, й маси повітря, яке потрапило до нього,визначений коефіцієнт надлишку повітря α'. Поданим розрахунків процесів масо – і теплообміну впаливному струмені визначено, що найбільш раціональнавідстань між розпилювачем форсунки йповерхнею камери згоряння – 55–85 мм. При цьомуу парову фазу перетвориться близько 5% вприснутогопалива. Решта палива досягне стінок камеризгоряння.Список літератури:1. Петриченко Р.М. Физические основы Внутрицилиндровыхпроцессов в двигателях внутреннего сгорания /Роман Михайлович Петриченко // Учеб. Пособие. – Л.:Изд- во Ленингр. ун-та., 1983. – 244 с. 2. КорогодськийВ.А. Дослідження процесів плівкового сумішоутворення удвигуні з іскровим запалюванням при безпосередньомувприскуванні палива / В.А. Корогодський, О.В. Василенко,О.П. Савельєв // Зб. наук. пр. Українська державна академіязалізничного транспорту. – Харків: УкрДАЗТ. –2009. – Вип. 103. – С. 249-256. 3. Пат. 87733 С2, Україна,МПК 7 F02В 17/00. Спосіб сумішоутворення в камерізгоряння двигуна внутрішнього згоряння і двигунвнутрішнього згоряння з розшаруваннямпаливоповітряного заряду та із примусовим запалюваннямпри безпосередньому вприскуванні палива / КорогодськийВ.А., Кирилюк І.О., Ломов С.Г.; заявник i власник– Корогодський В.А., Кулигін В.І.,Кирилюк І.О., ЛомовС.Г. - №a200710939; заявл. 03.10.2007; опубл.10.08.2009, Бюл. № 15. 4. Петриченко Р.М., Русинов Р.В.Теплообмен в топливном факеле / Р.М. Петриченко, Р.В.Русинов // Двигателестроение. – 1983. – №1. – С. 9-12. 5.Астахов В.А. Разработка рабочих процессов бензиновогодвигателя с расслоением заряда в дополнительной камересгорания: дис... канд. техн. наук: 05.04.02 / ВладимирАлексеевич Астахов. – Харьков, 1987. – 230 с. 6. СолодовВ.Г., Стародубцев Ю.В. Научно-прикладной программныйкомплекс MTFS® для расчета трехмерных вязкихтурбулентных течений жидкостей и газов в областяхпроизвольной формы. Сeртификат гос. регистрацииавт. прав, УГААСП, №5921, 16.07.2002. 7. ХандримайловА.А. Численное моделирование сжимаемых вязких турбулентныхтечений во впускных каналах и цилиндрахпоршневых двигателей / А.А. Хандримайлов, В.Г. Солодов// Аэрогидродинамика: проблемы и перспективы: Сб.науч. тр. – Харьков: Нац. аэрокосмич. ун-т “ХАИ”. –2006. – Вып. 2. – С. 212 – 233.УДК 621.43А.И. Крайнюк, д-р техн. наук, С.А. Алёхин, канд. техн. наук,С.В. Алексеев, инж., А.А. Крайнюк, канд. техн. наукИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ НАДДУВА ГЛУБОКОГООХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХАВведениеВозможность улучшения эксплуатационныхмощности установки ввиду ограничения цикловойподачи топлива из-за снижения плотности воздухапоказателей дизелей применением газотурбинного (массового заряда воздуха) и недопустимостинаддува в значительной мере ограничивается проблемами,связанными с повышением температурывоздушного заряда в цилиндрах и неудовлетворительнымкачеством воздухоснабжения на нерасчетныхрежимах. Особенно заметно отмеченныенедостатки проявляются при эксплуатации двигателяв условиях жаркого климата. Высокая температураокружающей среды обуславливает падениепревышения максимальной температуры цикла,пределов термонапряженности материалов турбиныи цилиндропоршневой группы.При этом уменьшение отношения граничныхтемператур термодинамического цикла предопределяетснижение к.п.д. установки в среднем на 6.3% на каждые 10 К повышения температуры воздухана входе в турбокомпрессор.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 27

Рабочие процессы ДВСК перспективному, с этой точки зрения, направлениюразвития систем наддува относитсяприменение в качестве основного агрегата воздухоснабжениякаскадных обменников давления(КОД) – устройств, основанных на непосредственномобмене энергией между отработавшими газамии сжимаемым воздухом. Принципиальным отличиемКОД от известных волновых обменников системынаддува «Comprex» является существеннобольшая энергоэффективность обменных процессов,невысокая чувствительность показателей работык отклонению эксплуатационного режима отрасчетных условий, относительно невысокая частотавращения его ротора. Высокий к.п.д. КОДпроявляется в значительном превышении расходавоздуха относительно сжимающего газа [1].Система наддува глубокого охлаждениянаддувочного воздухаИспытания опытной системы наддува с КОДна базе дизеля 6ЧН12/14 (рис. 1.) подтвердили ееспособность обеспечивать неизменность давлениянаддува во всем диапазоне скоростных режимовдвигателя. Причем на номинальном скоростномрежиме при давлении наддува 230 кПа и температуресжимающих газов 700 К избыток наддувочноговоздуха относительно расхода через поршневуючасть двигателя составил 82,5 % при незначительномпревышении противодавления выпуску газовиз цилиндров уровня давления наддува.Рис. 1. Стенд моторных испытаний КОДОтмеченная особенность работы КОД позволяетне только реализовать практически любуютребуемую внешнюю характеристику наддува, нотакже осуществить глубокое охлаждение наддувочноговоздуха путем детандерного расширенияизбытка нагнетаемого в КОД воздуха до температурыниже окружающей среды с последующим егоиспользованием в качестве хладагента второй ступениохладителя. Схема системы наддува глубокогоохлаждения наддувочного воздуха (СНГО) показанана рис. 2.Рис.2. Принципиальная схема СНГО КОДВ данном устройстве один из агрегатов каскадногообмена давлением (КОД 1) выполняетфункцию нагнетателя наддувочного воздуха, другой(КОД 2) – детандера-компрессора.28Необходимым условием эффективной работырассмотренной системы является согласованиерасходных характеристик ее составных агрегатов.Поиск размерных параметров каскадных обменников,настроенных на требуемый режим работыДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

комбинированного двигателя, осуществляется методом,изложенным в работе [2].Соотношения размеров КОД 1 и КОД 2 зависитот степени повышения давления π к . С увеличениемπ к снижается доля нагнетаемого КОД 1 воздуха,отводимая на осуществление холодильногоцикла, вместе с тем, как показывают результатырасчета систем различной напорности, снижениерасхода хладагента при повышении давления наддуваP s от 0,18 до 0,3 МПа (рис. 3) оказывает несущественноевлияние на охлаждающую способностьСНГО, что объясняется компенсационным эффектомснижения температуры хладагента вследствиеповышения степени его расширения в детандеркомпрессореКОД 2.Для оценки показателей работы СНГО КОД сфиксированными размерными параметрами в широкомдиапазоне эксплуатационных режимовКДВС целесообразно использование математиче-ской модели, одновременно имитирующей рабочиепроцессы составных агрегатов системы.Целью работы является изложение основныхположений имитационной модели работы КДВСна нерасчетных режимах, основанной на поискеусловий совместной работы агрегатов КОД ипоршневой части двигателя.Р ис. 3. Термодинамические параметры хладагентаи надувочного воздуха в системах наддува с глубо-ким охлаждением наддувочного воздуха при различнойстепени повышения давления- плот ность наддувочного воздуха;- температура хладагента; - температуранадувочного воздухаМатематическая модель совместной работысоставных агрегатов СНГО КОДОсновными допущениями расчета являются:одномерность течения рабочих сред в проточныхэлементах системы, отсутствие тепловых и механическихпотерь в соединительных магистралях,утечек в подвижных сопряжениях ротора КОД.Дополнительно полагается неизменной напорностьциркуляционного вентилятора ΔP в в предлагаемомдиапазоне поиска расчетных значений расходовсред в напорных линиях системы наддува КОД.Рабочие процессы ДВСУсловием совместной работы агрегатов комбинированногодвигателя на установившемся режимеявляется баланс расходов рабочих сред в на-и газовой сред:порных элементах воздушнойG s = G2 + G6− G5, (1)G g 1 = G 1 . (2)В общем случае отношения расходов в напорныхмагистралях системы наддува зависят от термодинамическихпараметров потоков и перепададавлений между окнами высокого давления (ВД)каждого КОД.Задача поиска режима совместной работы агрегатовсводится к определению давления наддуваP s и перепада давлений между окнами ВД обоихКОД, при которых реализуются условия (1) и (2).Согласно принятым допущениям перепад ΔP 5-6между окнами ВД КОД 2 зависит от напорностициркуляционного вентилятора ΔP в и гидравлическогосопротивления охладителей: 1 и 2, соответст-ΔP х1 и ΔP х2 .венноΔP 5-6 = ΔP в - ΔP х1 - ΔP х2 . (3)Гидравлическое сопротивление охладителейвыражается упрощенной зависимостью:ρi⎛ V2 ⎟ ⎞⋅ ⎜iΔР xi = ζ сумi ⋅. (4)⎝ Fi⎠ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 29гдеζ сумi – суммарный коэффициент гидравлическогосопротивления,V , ρ – средний объемныйiрасход и плотность потока соответственно, F –условная площадь проходного сечения теплообменника.Перепад давлений ΔP 1-2 между окнами ВДКОД1 зависит от расхода воздуха G s через поршневуючасть двигателя. В тоже время расход G s всвою очередь зависит от давления наддува P s и перепададавлений ΔP s-g1 между впускными и выпу-клапанами ДВС. скными Причем:ΔPis− g1 = ΔPв− ΔP1−2− ΔPх1 − ΔPх2 (5)На основании предполагаемых значений P s ,ΔP x1 и ΔP x2 моделируется рабочий цикл ДВС [3, 4,5], КОД 1, и КОД 2.По результатам расчета значений G s , G g1 , G 1 ,G 2 , G 5 , G 6 уточняются гидравлические сопротивленияохладителей воздуха ΔP х1 , ΔP х2 первой и втоступенейи корректируются значения перепа-ройдов давлений ΔP 1-2 и ΔP 5-6 в окна х ВД обменников.Баланс расходов по условию (2) достигаетсясоответствующим изменением ΔP 1-2 (например,при G 1 >G g1 необходимо уменьшить ΔP 1-2 ). В случае2i

Рабочие процессы ДВСневыполнения баланса по уравнению (1) поиск режимовсовместной работы осуществляется придругих значениях P 2 . Давления в окнах ВД каскадныхобменников и сечениях газораспределитель-ных каналов ДВС определяются выражениями:30P = P + ΔP , (6)P = P − ΔP− ΔP, (7)s122P g 1 = P 1,1−2x1 x2(8)P 6 = P 2 , (9)P = P + ΔP. (10)5 6 5−6Температура наддувочного воздуха передвпускным коллектором двигателя а также воздуха вокне 5 КОД 2 определяется на основании расчетатепловых потоков в охладителе 1 одновременно срасчетом температуры низкотемпературного хладагентав охладителе 2.Алгоритм поиска режима совместной работыагрегатов КДВС иллюстрируется блок-схемой, показаннойна рис.4.Рис . 4.Блок-схема алгоритма поиска режима совместнойработы агрегатов КДВСВ приведенном алгоритме часто повторяющейсявычислительной операцией является расчетрабочих параметров агрегатов КОД. Наиболее полногазодинамические процессы в проточных элементахобменников могут быть описаны численнымметодом «Распад произвольного разрыва», иподробно изложены авторами в работе [6] применительнок рабочему циклу волнового обменникадавления. На этапе предварительного определениярасходных характеристик каскадных обменниковдостаточную точность обеспечивает предложенныйметод «Послойных диффузий» [7].В соответствии с данным методом объем напорообменныхячеек и массообменных каналовКОД условно разбивается неподвижной сеткой наравные элементарные расчетные слои, величинакоторых выбирается из условия полного растворенияв них рабочего тела, поступившего за периодвременного расчетного шага из смежных слоев(рис. 5.), причем каждый слой имеет однородныетермодинамические параметры.Рис. 5. Расчетная схема объема ячейки кначалу расчетного шагаНа первом этапе расчета все элементарныерасчетные слои рассматриваются как закрытыетермодинамические системы (слои фиксированныхмасс), кроме первого и последнего, которые являютсяоткрытыми термодинамическими системами.Изменение термодинамических параметров вэлементарном расчетном слое в общем случае рассматриваетсякак результат одновременного воздействияна рабочее тело, первоначально содержащеесяв этом слое, трех факторов: подведеннойизвне теплоты, работы проталкивания условныхграниц между смежными слоями, разбавления рабочимтелом, поступающим со стороны смежныхслоев.Следует иметь в виду, что работа деформацииэлементарного слоя эквивалентна сумме работ проталкиванияусловных границ раздела со сторонысмежных слоев:ΔL = ΔL+ ΔL. (11)ДЕФ i ПР i−1 ПР i+1При допущении о несущественном отличиипоказателя политропы сжатия для различных слоев,работа деформации отдельного слоя представляетсобой часть общей работы проталкивания рабочеготела всего объема ячейки, соответствующуюотносительной объемной доле расчетногоэлемента (слоя). Действительно, суммарная работапроталкивания рабочеготела всего объема ячейкизатрачивается на сжатие рабочих тел, содержащихсяв расчетных слоях.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСN⎛n i−1⎞n i⋅Rг⎜ n ⎟iΔL ПР = ∑ ⋅T⋅ ⋅⎜π−1Σi mik−1⎟ , (12)ni=1 i⎝ ⎠где Т i – температура воздуха в i-м слое; m i – массавоздуха в i-м слое; n i – показатель политропы сжатияв i-м слое;R г– газовая постоянная; N – числорасчетных слоев.Принимая во внимание, что для равных элементарныхслоев с одинаковым давлениемT i ⋅ mi= const , получимΔLVі . (13)iДЕФ = ⋅ dL ПР ΣVΣВ соответствии с первым законом термодинамикидля открытой системы изменение параметровв крайнем, со стороны поступления рабочего тела,расчетном слое описывается уравнением:гдеΔU 1 - приращение внутренней энергии рабочеготела;2W1 = C Tint+ )Δ U ( v Δmint+ ΔLДЕФ1+ ΔQ1, (14)2C v- удельная массовая изохорная теплоем-2кость газа; W - кинетическая энергия потока в2минимальном поперечном сечении впускного (выпускного)окна;Δm int- масса рабочего тела, поступившаяв ячейку за период временного расчетногошага,Δmint= μfint⋅ Pint⋅ kг⋅k −1Rгг1⋅Tint⎡⎢⎛P ⎞⋅ ⎢⎜ ⎟⎢⎝Pint⎠⎣2kг⎛ P ⎞− ⎜ ⎟⎝ Pint⎠kг+ 1kг⎤⎥⎥ ⋅ Δτ⎥⎦2 ;(15)ΔQ 1 - тепловой поток при теплообмене между рабочимтелом и стенками объема ячейки;- температуравошедшего газа.Для случая2С V= const1имеем:T intW( CvTint+ ) Δmint+ ΔQ1+ ΔLДЕФi− CvT1ΔmintΔ T21 =,(16)C mm11где - первоначальная масса газа в слое; Т - первоначальнаятемпература газа в элементарном расчетномслое;vΔT 1 - изменение температуры в первомэлементарном расчетном слое.Для внутренних расчетных элементов расчеттермодинамических параметров на каждом расчетномшаге осуществляется в два этапа. На первомэтапе параметры во внутренних слоях изменяютсяпод воздействием подведенной теплоты и работыдеформации. Тогда изменение температуры вовнутренних слоях определяется из уравнения:ΔQi+ ΔLiΔTi=ДЕФ . (17)C ⋅ mИзменение термодинамических параметроврабочего тела, первоначально содержащегося врасчетных слоях, приводит к деформации этих слоеви смещению их границ относительно узлов неподвижнойсетки (см. рис. 5):ΔxΔx⎡Nj jx ( ) ∑+ 1f1⎢ N −1a − a1 11 k+ ⎢= ⎥ ⎥ j j2⋅ =⎣k 2f2⎦1 1N⎡vi∑k=1i−1Nj jx ( ) ∑ ∑+ i fi⎢ N −1ai− ak− a1 1k+ ⎢= = + ⎥ ⎥ j j2⋅ =⎣k 1 k i 1 ⎦i f2iN1j +1j +где a = m2⋅ R ⋅T2.iiгi∑k = 1aakk⎤, (18)⎤,(19)Суммарная деформация каждого внутреннегослоя, обусловленная перемещением правой и левойусловных границ, вызывает изменение давления вобъеме ячейки в конце первого этапа расчетногошага:1j +21j +2i1j +2i⋅1j +2г i1j +f2im R Tp =. (20)xТаким образом, в конце первого этапа расчетногошага в каждом расчетном элементе, ограниченномузлами сетки в общем случае может содержатьсядва различных температурных слоя (зоны Iи II, рис.6).К началу второго расчетного шага распределениетермодинамических параметров в объемеячейки определяется путем усреднения в пределахкаждого слоя:j + 111j +211j +21m = m − Δm; (21)j + 1i1j + 1 21= Tj +1T , (22)1j +2i−11j +2im = Δm+ m ; (23)1 1 1j+j+j+2 2 2j+ 1 Δmi−1⋅Ti−1+ mi⋅i =j+1mi1j+2iTT , (24)j + 1N1j +2N −11j +2Nm = Δm+ m ; (25)ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 31

Рабочие процессы ДВС1 1 1j+j+j+2 2 2j+ 1 ΔmN−1⋅TN−1+ mN⋅N =j+1mN1j+2NTT , (26)1Δ j +iгде m2- масса газа, находящаяся в объемеjΔ x+ 12i⋅ f1j+x 2i ⋅ fi1j +i ; m2i.- масса газа, оставшаяся в объемеРис. 6. Расчетная схема i-го слоя в конце первогоэтапа расчетного шагаМоделирование рабочего цикла КОД сводитсяк последовательному расчету параметров состоянияодновременно в двух смежных ячейках,соединенных соответствующим передаточным каналомстатора, при этом расчет проводится в направленииот линии вытеснения к линии продувки.Расчет выполняется до совпадения термодинамическихпараметров текущего расчетного цикла ссоответствующими значениями параметров напредшествующем рабочем цикле.Расход рабочего тела в газораспределительныхокнах КОД на установившемся режиме работыопределяется по формулам:ϕ пвд∑ ΔϕΔ0nG ПВД = Z ⋅ m , (27)inti60ϕ овд∑ ΔϕΔm outi0nGОВД= Z ⋅, (28)60ϕ пнд∑ ΔϕΔ0nG ПНД = Z ⋅ m , (29)inti60ϕ онд∑ ΔϕΔm outi0nGОНД= Z ⋅, (30)60где Δ и Δm – масса, поступившая в ячейку иm intioutiмасса, вышедшая из нее за расчетный шаг, Z –количество ячеек ротора КОД, n – частота вращенияротора КОД, ϕ , ϕ , ϕ и ϕ – углыпвдповорота ротора, соответствующие сообщениюодной ячейки соответственно с окном ПВД, ОВД,ПНД и окном ОНД.32овдпндондТемпература рабочего тела в окнах ОВД иОНД определяется по формулам:ϕовд∑0ϕΔϕ( Δmouti⋅Ti)T =, (31)ОВДϕΔϕовд∑0онд∑0ϕΔϕΔmΔϕонд∑outiΔmj( Δmouti⋅Ti)T =. (32)ОНДИспользование предложенного метода позволяетопределить параметры рабочих тел в газораспределительныхокнах агрегатов КОД 1 и КОД 2.Расчет согласно блок-схеме (см. рис. 4) повторяетсядо выполнения условий (1) и (2).Показатели работы комбинированногодвигателя с СНГО КОДРезультаты моделирования режимов совместнойработы агрегатов наддува и охлаждения споршневой частью двигателя по скоростной и нагрузочнойхарактеристикам КДВС представлены нарис. 7.Как видно из рис. 7 расход воздуха G 5 в контуревысокого давления КОД 2 заметно превышаетрасход нагнетаемого КОД 1 воздуха G 2 , несмотряна то, что на осуществление холодильного цикларасходуется лишь часть воздуха, нагнетаемогоКОД 1. «Самоумножение» расхода в контуре холодильногоцикла объясняется одновременной работойКОД 2 в режиме компрессора, возвращающегов контур детандера значительный поток G 6 сжатоговоздуха.При снижении частоты вращения коленчатоговала двигателя, оснащенного СНГО с нерегулируемойнастройкой, имеет место определенное падениенаддува P s и повышение T s . Механизм такогоизменения параметров обусловлен излишним перепускомнагнетаемого КОД 1 воздуха в контур КОД2 ввиду переразмеренности последнего на режимахнизких частот вращения коленчатого вала. Приэтом снижение общего давления в СНГО, в своюочередь, обуславливает падение степени расширениявоздуха в детандере и повышение температурыхладагента. Коррекция расходной характеристикиКОД 2, как было показано выше, легко достигаетсярегулированием перепада давления между окнамивысокого давления путем соответствующего изменениячастоты вращения вентилятора. Потенциалтакого регулирования демонстрирует рисунок 7 б.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'20100outij

Рабочие процессы ДВСРис.7. Нагрузочная (a) и скоростная (б) характеристики двигателя6ЧН 12/14 с СНГО КОД, при температуре окружающей среды 30ºС- с регулированием напорности циркуляционного вентилятора КОД 2 ΔРв;- без регулированияАдаптивность системы наддува с глубокимохлаждением наддувочного воздуха при работекомбинированного двигателя по нагрузочной характеристикепроявляется в усилении напорности иохлаждающей способности системы на режимахмаксимальных нагрузок (рис. 13 a), где повышениеплотности воздушного заряда и снижение его температурынаиболее целесообразно. При температуреокружающей среды 30 ºС и охлаждении надувочноговоздуха в холодильнике первой ступени до50 ºС на режиме P e = 1,5 МПа снижение температурынадувочного воздуха в холодильнике глубокогоохлаждения составляет 58 ºС, а на режиме P e =0,2 МПа - температура надувочного воздуха снижаетсяна 33 ºС.Способность системы наддува КОД обеспечитьвысокоэффективный наддув и охлаждениенадувочного воздуха ниже температуры окружающейсреды без привлечения дополнительной механическойэнергии на осуществление холодильногоцикла, обуславливает возможность значительногоповышения тяговых и экономических характеристикдвигателей, особенно при их эксплуатации вусловиях жаркого климата. По сравнению с базовымдвигателем использование СНГО КОД позволяетснизить удельный эффективный расход топлива,на номинальном режиме работы на 10 % иповысить эффективную мощность на 36 %. Крометого, благодаря высокому уровню наддува и низкойтемпературе надувочного воздуха даже принизких частотах вращения коленчатого вала рассматриваемыйдвигатель имеет более высокиемощностные показатели на частичных скоростныхрежимах работы. Например при n = 800 мин -1 мощностьрассматриваемого двигателя превышаетмощность базового на 65 %.Впечатляющие показатели холодильного цикласистемы наддува с глубоким охлаждением наду-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 33

Рабочие процессы ДВСвочного воздуха допускают возможность параллельногоиспользования агрегатов наддува двигателяв качестве холодильной установки автомобильногоили железнодорожного рефрижераторадля перевозки скоропортящихся грузов.Заключение1. Применение систем наддува каскадногообмена давлением с глубоким охлаждением раскрываетперспективу значительного улучшениятяговых и экономических показателей дизельногодвигателей, работающих в сложных климатическихи эксплуатационных условиях.2. Представленная имитационная модель сдостаточной, для практических целей, точностьюпозволяет определить параметры составных агрегатовКДВС с СНГО КОД на нерасчетных режимах.Список литературы:1. Крайнюк А. И. Принципы организации рабочего процессаагрегатов каскадного сжатия и некоторые направленияих применения / А. И. Крайнюк, О. Клюс, С.В.Алексеев // Scientific joyrnals, Maritime University ofSzczecin, Wydawnictwo naukowe Akademii Morskiej wSzczecinie. Zeszyt №14(86). – Szczecin 2008. – Р. 25-29. 2.Крайнюк А. И. Система наддува ДВС с глубоким охлаждениемнаддувочного воздуха / С.В.Алексеев, А.А. Крайнюк// Двигатели внутреннего сгорания. – №2. – 2009. –с.-59-65. 3. Вибе И.И. Теория двигателей внутреннегосгорания / И.И. Вибе. – Челябинск, 1974. – 252с. 4. ТолстовА.И. Индикаторный период запаздывания воспламененияи динамика цикла быстроходного двигателя своспламенением от сжатия // В кн.: Исследование рабочихпроцессов в быстроходных дизелях. Вып. 1. - М.:Машгиз, 1955. – С.5 – 55. 5. Глаголев Н.М. Расчет рабочегопроцесса двигателей внутреннего сгорания /Н.М.Глаголев. – Х.: Изд-во Харьк. ун-та, 1958. – 188 с. 6.Крайнюк А.И. Системы газодинамического наддува:монография / А.И. Крайнюк, Ю.В. Сторчеус. – Луганск.:Изд-во ВУГУ, 2000. – 224 с. 7. Крайнюк А. И. Моделированиенеустановившегося течения рабочего тела в напорообменныхканалах силовой установки каскаднотепловогосжатия / А.И. Крайнюк, А.М. Гоголя, А.А.Крайнюк // Вiсник Кременчуцького державногополітехнічного університету. – 2003. – Вип.2(19) –с.257–261.UDK 621.435A.V. Goncharenko, Cand. Tech. Sci.FUEL OIL ATOMIZATION CHARACTERISTICS SMOOTHED BY A LOGARITHMNORMAL DISTRIBUTION FOR MARINE DIESEL ENGINESIntroductionThe quality of fuel oil atomization is characterizedby many indexes, the most important of which aredispersion (fineness) and uniformity of the atomization,length, operating action range, and flame cone angle.For objective estimation of the atomization quality bythe dispersion and uniformity of the atomization at thefinal adjustment of the engine fuel oil equipment, it isused atomization characteristics [1, p. 100].In the view of the coming energy crisis due tocrude oil depletion the one of the possible alternativesis to introduce coal-water slurries as a fuel for internalcombustion engines [2, p. 74]. That kind of fuel has itsown reologic and atomization peculiarities. Thus researchesof the atomization characteristics of differentalternative fuels are urgent. The urgency of the researchesis also dictated by a periodically partially incorrectrepresentation of the characteristics.Naturally, accepting one or another sort of a fuelfor burning in the internal combustion engines of oneor another type is the matter of time and cost of thefuel. Undoubtedly, subjective preferences of a decisionmaking person will also play some specific role [3, 4].34The innovation of the given article is in trying touse a logarithm normal distribution for smoothing theatomization characteristics of the fuel oil or coal-waterslurries for a certain example of the assumed experimentaldata. It is also important to test a hypothesis ona certain theoretical distribution by a statistical criterion.The problem setting in the general view relates tosome important science and practical problems of thefuel oil or coal-water slurries atomization optimization.Analysis of the latest researches and publicationsIn the study book [1, p. 100-104] it is shown atomizationcharacteristics of some fuel oil dependentlyon the number and diameter of the nozzles on conditionof equal summarized cross-section for fuel oilflow fig. 1, [1, p. 101, fig. 39].On the fig. 1: the characteristic 1 is for 4 nozzleswith the diameters of 0.4 mm (4x0.4), 2 – 2x0.57 mm,3 – 1x0.8 mm. Summarized cross-section for fuel oilflow is the same in all three cases.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСNumber of droplets, %Droplets diameter, μmFig. 1. Fuel oil atomization characteristicsIt is also described different factors and their influenceupon the dispersion and uniformity of the atomizationthere. But probably units on the vertical coordinateaxis on fig. 1 cannot be expressed in %. Andtherefore the diagrams can be referred to as just a preliminaryimage of atomization characteristics.In the monograph [2, p. 166-197] it is consideredproblems of coal-water slurries atomization quality.There are criterion relationships for a spray dropletsmean diameter by Sauter. But there are no curves of adensity of the droplets diameter distribution there.In the study guide [5, p. 192-197] attention ispaid to fuel oil atomization and it is shown on fig. 2,[5, p. 195, fig. 7.4] the fuel oil atomization characteristicfor a six-cylinder four-stroke supercharged dieselengine with 25 cm bore and 34 cm stroke.μmFig. 2. Fuel oil atomization characteristicOn the fig. 2: 1 – relative frequencies curve of thecharacteristics, 2 – relative summary curve. For thesummary curve: d k – diameters of droplets, n – totalnumber of droplets that have dimensions form minimumup to the given diameter, n c – the total number ofdroplets. For differential curve 1: d k – given value ofdroplets sizes, d(n/n c ) – the increase of the dropletsnumber, d(d k ) – the increase of the diameter.However like in the work [1, p. 101, fig. 39] thedensity of the distribution measured in % which apparentlyis not correct. Moreover in the related text blockit is mixed numbers that denote differential and cumulativecurves.In the newest publication [6, p. 174] denoted theutmost importance of the size of the fuel droplets forthe combustion process quality. Although there is noany curves of the size distribution.An attempt to analyze some parametric researcheson reologic properties of coal-water slurriesfor their use in ships’ internal combustion engines wasmade in the paper [7]. It is quite natural to continueanalytical researches in the field of fuel supply flow,injection, and spraying.Analytical researches was made in the monographs[3, 4], where it was given a theoretical backgroundfor solving problems of a technical state on thebasis of subjective analysis and problem-resource approach.As it is seen from above mentioned speculationsthere is a necessity to remind principles of statisticalestimations and using them to get the low of distribution.Problem settingThe intention of the given paper is to research theadequacy between experimental and theoretical distributionsfor fuel oil atomization characteristics. Also itis to plot diagrams of distribution curves and test thehypothesis of a logarithm normal distribution.Main materialIt is necessary to determine droplets diameter of aspray before plotting atomization characteristics. It canbe used one of the simplest and most commonly usedway of putting a smoked plate into the spray. Then thedroplets dimensions have to be measured with the helpof a microscope [1, p. 101; bilo, p. 174].After this procedure we get so-called “simple statisticalsample” or “simple statistical series”. The simplestatistical sample is a primary form of a statisticalmaterial registration and can be proceeded in differentways. One of the ways of such a treatment is plotting astatistical function of a distribution of the random variable[8, p. 134].ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 35

Рабочие процессы ДВСStatistical function of a random variable D k is afrequency of the event D k < d k in the given statisticalmaterial:( d ) = P* ( D d )F * < , (1)kwhere F*(d k ) – statistical function of the distribution,P* – statistical frequency.In order to determine the value of the statisticalfunction of the distribution at the corresponding d k , it isjust enough to calculate the number of droplets withthe value of D k less than d k and divide the number inthe total number of droplets.When the number of observations is quite large(a few hundreds) a simple statistical sample becomesan inconvenient form of registration of the statisticalmaterial – it becomes inexpressive and poor for presentation.To get it more compact and good looking the statisticalmaterial should undergo an additional treatment– it is to be plotted a so-called “statistical series”. Assumewe have some results of observations on the randomvariable D k , performed in a simple statistical sample.Then we divide all diapason of the observed valueskkof D k into intervals and calculate the number of valuesm i , for each i th interval. We divide these numbers intothe total number of the observations n and get the frequency,corresponding to the given interval:* mip i = . (2)nTotal sum of all intervals, obviously, shouldequal one.Plotting a table in which it is given intervals inthe way of their appearance on the abscise axis andcorresponding frequencies we get a statistical series.Assumed experimental dataFirst we plot a statistical series.According to the curve 1 on fig. 1 it probably wasimplied some distribution there. Let us assume it wasprimary experimental data performed in a simple statisticalsample. The table 1 is performed as a statisticalseries correspondingly. In the table 1 I i depicts the intervalsof droplets diameter in the spray.Table 1Assumed experimental data## 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ΣI i 0-1 1-2 2-3 3-5 5-7 7-9 9- 10- 11- 14- 17- 20- 25- 30- 35- 40- 0-4510 11 14 17 20 25 30 35 40 45m i 0 3 28 230 492 630 321 312 828 633 480 540 270 150 80 45 5042*p i00.0005950.0055530.0456170.097580.124950.0636650.061880.1642210.1255450.09520.10710.053550.029750.0158670.0089251When grouping the observed data of the randomvalue into an interval, there is a question arising aboutwhat interval the value, which is precisely on the borderof the two intervals, should be kept to. In such acase we conditionally reckon it belonging to both intervalsand add to the numbers m i of the one and theother interval 21 .The number of intervals which the statistical materialhas to be divided into does not have to be toogreat (then the series of the distribution becomes inexpressive,and frequencies in it show irregular oscillations);on the other hand the number of the intervalsdoes not have to be too small (when we have few intervalsproperties of the distribution is described toorough by such a statistical series). Practice proves that36in most cases it is rationally to choose the number ofthe intervals from 10 to 20.The more representative and uniform the statisticalmaterial the bigger number of the intervals can bechosen when composing the statistical series. Thelengths of the intervals can be both the same and different.It is easer, of course, to choose them equal.However, when forming information about randomvalues, distributed utmost irregularly, sometimes it getsconvenient to choose in areas of the highest density ofdistribution intervals narrower than in areas of lowdensity.Then we perform the statistical series graphicallyin the shape of a histogram. We have done it like this.On the abscise axis we put intervals, and on each intervalas on the basis we plot a rectangle, the area ofwhich equals the frequency of the given interval. ToДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСplot the histogram it is necessary to divide the frequencyof each interval into its length and use the acquiredvalue as the height of the rectangle.In case of equal by length intervals the heights ofthe rectangles are proportional to corresponding frequencies.It comes out of the histogram plotting that itstotal are equals one.In this example of the assumed statistical data thelength of intervals are not equal because the prototypedistribution has a very sharp increase of the distributiondensity in the area from 4 to 12 μm (see fig. 1,curve 1). Therefore the intervals from # 1 up to # 8 arenarrower than from # 9 up to # 16.In the table 2 it is given data for plotting the histogram.The histogram constructed accordingly to the datagiven in the table 2 is shown on fig. 3.0On the fig. 3: x – d k , Nkp– I i , f(x) – a smoothingcurve,4Nkp– the frequency,2Nkp– the number ofdroplets.In principle plotting the statistical function of thedistribution already solves the problem of a descriptionof the experimental material preliminary illustrated onfig. 1, 2. However plotting the function of distributionwith the aid of the equation 1 is not so convenient – inthe sense of imagination ability. Often it is better to useother characteristics of statistical distributions, analogousnot to the function of a distribution but the densityof the distribution. This method uses the equation(2).f( x)〈〉 4N kp0.070.06510 − 4 〈〉 2⋅N kp00.0530.0350.01800 10 20 30 40 500〈〉 0xN , kp45Fig. 3. Distribution, histogram, and smoothing curveTable 2Data for plotting the histogram## I i m i*p i1 0-1 0 0 0 02 1-2 3 3 0,000595 0,0005953 2-3 28 28 0,005553 0,0055534 3-4 230 115 0,045617 0,0228085 4-5 115 0 0,0228086 5-6 492 246 0,09758 0,048797 6-7 246 0 0,048798 7-8 630 315 0,12495 0,0624759 8-9 315 0 0,06247510 9-10 321 321 0,063665 0,06366511 10-11 312 312 0,06188 0,0618812 11-12 828 276 0,164221 0,0547413 12-13 276 0 0,0547414 13-14 276 0 0,0547415 14-15 633 211 0,125545 0,04184816 15-16 211 0 0,04184817 16-17 211 0 0,04184818 17-18 480 160 0,0952 0,03173319 18-19 160 0 0,03173320 19-20 160 0 0,03173321 20-21 540 108 0,1071 0,0214222 21-22 108 0 0,0214223 22-23 108 0 0,0214224 23-24 108 0 0,0214225 24-25 108 0 0,0214226 25-26 270 54 0,05355 0,0107127 26-27 54 0 0,0107128 27-28 54 0 0,0107129 28-29 54 0 0,0107130 29-30 54 0 0,0107131 30-31 150 30 0,02975 0,0059532 31-32 30 0 0,0059533 32-33 30 0 0,0059534 33-34 30 0 0,0059535 34-35 30 0 0,0059536 35-36 80 16 0,015867 0,00317337 36-37 16 0 0,00317338 37-38 16 0 0,00317339 38-39 16 0 0,00317340 39-40 16 0 0,00317341 40-41 45 9 0,008925 0,00178542 41-42 9 0 0,00178543 42-43 9 0 0,00178544 43-44 9 0 0,00178545 44-45 9 0 0,001785Σ 0-45 504250421 1ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 37

Рабочие процессы ДВСSmoothing the statistical series by a logarithmnormal distributionOften it happens to be desirable to compare toexperimental data such a distribution of a randomvalue x in an interval (a, b), so that some function g(x)would have a normal distribution, i. e. for the class ofdistributions by Captain [9, p. 613]:whereΦxΦ x( x)( )( x)⎡ g − μ ⎤x = Φu⎢ ⎥ , (3)⎢⎣σg⎥⎦– integral of probabilities,normal function of distribution, μ – expectation,standard deviation.The density of the distribution:ϕx( x)=σg⎧1 ⎪exp⎨−2π⎪⎩12⎡ g⎢⎢⎣( x)Φ u –σ g –2⎫− μ ⎤ ⎪ dg⎥ ⎬ . (4)σg⎥⎦⎪ dx⎭The random variable x, described by distribution(3, 4), can be considered as the limit of the sequence ofthe random valuesxr+ 1 xr+ zr+ 1( x )= h (r = 0, 1, 2, …),each of which is the result of an action of small independentimpulses z 1 , z 1 , …, z 1 , that satisfy conditions ofthe limit theorems (by Chebyshev, central limit theorem),moreoverr∑ − 1i=0xi+ 1 − xidxz1 + z2+ . . . + zr =≈ = g( x)h ∫.rx( x ) h( x)In particular, if h(x) = x, that is the effect of animpulse action is proportional to already achievedvalue of the random variable, and x 0 = 1, theng(x) = lnx, and we have logarithm normal distributionix0( x ≤ 0)⎧ 0,⎪( ) ⎨ ⎪⎧2ϕ x = 1 1 ⎡lnx − μ ⎤ ⎪⎫(5)⎪ exp⎨−⎢ ⎥ ⎬ ( x > 0).⎩xσ2π2 ⎪⎩ ⎣ σ ⎦ ⎪⎭According to the shape of the histogram4Nkponthe fig. 3, and theoretical reasons (5), we chooseμ = ln12,661 and σ = 0,5765 in such a way that thecurve f(x) on the fig. 3 would have similar shape to the4N kp.The hypothesis test of a logarithm normal distributionTo test the hypothesis about accordance betweenthe theoretical distribution (5) and assumed experimentaldata we use one of the most commonly used tests:the chi-square goodness-of-fit test.The Pearson criterion χ 2 is calculated by the formula[8, p. 152]χ2= nk *( pi− pi)∑i=1pi2, (6)where k – the number of intervals, p i – theoreticalprobability for random variable D k to get to the specifiedi th interval of the testing distribution given by thedensity (5).Or on the condition of (2) the measure of diversity(6) has the view ofU = χ2=k∑i=1( m − np )inpii2. (7)Distribution of χ 2 (6, 7) depends on a parameter r,which is called “the number of degrees of freedom” ofthe given distribution. It is calculated by the formular = k − s , (8)where s – the number of imposed restrictions.In this problem setting it is just onek*p ii=1∑= 1. (9)In the table 3 it is illustrated the results of calculations.The sum of p i :kp ii=1∑= 0,986086 ≠ 1becausethe normalizing condition for the case of the logarithmnormal distribution (5) means∞∫0( x)f dx = 1,which accomplishes.The number of degrees of freedom (8) with respectto the restriction (9) at the k = 16r = 16 −1= 15 .Using special tables composed for χ 2 distributionfor the values of χ 2 = 10,24 and r = 15 we get probabilitiesp = 0,8 at the χ 2 = 10,31 and p = 0,9 at theχ 2 = 8,55.Thus with the probability more than 0,8 the diversitiesbetween experimental and theoretical dataoccur due to random factors and the hypothesis of thelogarithm normal distribution of fuel droplets sizes in aspray with the parameters of μ = ln12,661 andσ = 0,5765 can be recognized as the one that does notcontradict to the experimental data.38ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Table 3Calculations for chi-square goodness-of-fit test## I i*p ip( p* i − pi)1 0-1 0 0,000005 0,0000052 1--2 0,000595 0,000679 1,04957E-053 2--3 0,005553 0,005566 2,81096E-084 3--5 0,045617 0,04728 5,85062E-055 5--7 0,09758 0,09846 7,85931E-066 7--9 0,12495 0,12493 3,33654E-097 9--10 0,063665 0,06426 5,50533E-068 10--11 0,06188 0,06247 5,56838E-069 11--14 0,164221 0,16558 1,11614E-0510 14--17 0,125545 0,12616 2,9939E-0611 17--20 0,0952 0,09075 0,0002182412 20--25 0,1071 0,09489 0,00157121713 25--30 0,05355 0,0517 6,6212E-0514 30--35 0,02975 0,02839 6,51592E-0515 35--40 0,015867 0,01588 1,11064E-0816 40-45 0,008925 0,009085 2,82971E-06Σ 0-45 1 0,986086 0,002031122χ 2 10,24091577iРабочие процессы ДВСpi2Subjective preferences of fuel atomizationquality accordingly to the shape of the droplets sizesdistributionsAccording to the theory of fuzzy sets it is formulatedfunctions of belonging. There is an arbitrary subjectiveapproach in that portrays some personal ideasabout uncertainty. The newly developing theory ofsubjective analysis [3, 4] offers introduction of subjectivepreference functions which allows estimation in areal view the influence of psychological factors upon adecision making person.There is a formal analogy between the distributionof some preferences and distribution of probabilities,and we can use many results of the theory ofprobabilities, mathematical statistics, and the theory ofinformation, giving them, although, every time an interpretationin terms of the subjective analysis[3, p. 115].Here it is used some variation principle of themaximum of the subjective entropy of certain subjectivepreferences. The corresponding functional taken ina rather general view [3, p. 119, (3.38)]:Φπ = αH π + βε + γН , (10)where Н π – the subjective entropy; ε = ε(π, U, …) – afunction of subjective effectiveness; N – normalizingcondition; α, β, γ – structural parameters, they can beconsidered in different situations as Lagrange coefficients,weight coefficients or endogenical parameterswhich represent certain psychic properties.The optimal distribution that we get as the resultof using the variation principle has the view of:−β L L( σi)− eπ ( σi) =, (11)N−β L L( σi)ewhere π − ( σ i )ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 39∑j = 1– a function of negative preferences of aσ i ;subject concerning achievable for him alternativesL( σ i ) – a function of losses («harmfulness»).When considering required for each alternativereqresources – R ( σ ) ( σ ∈ ), where – a set ofii S aachievable for a person’s goals alternatives, we have aproblem-resource situation. In every problem-resourcesituation there is its own distribution of the requiredresources. It is also there is a possibility together withthe use of absolute required resources to use normalizedresources. IfRreq=then normalized resourcesRreq( σ )i=N∑j = 1N∑RRj = 1reqreqR(σj( σ )reqi( σ )S a), (12)j. (13)We can make an assumption, thatreqreq( σ ) = R ( σ ) , or L( σ ) = R ( σ )L iiii . Then a functionof the negative preference [3, p. 127, (3.64)]req−βR( σi)− eπ ( σi) =, (14)Nreq−βR( σ j )e∑j = 1The sense of this distribution – the more the requiredresources needed for achieving the σ i alternativethe less that alternative preferable to a person.It can be chosen an exceeding value or an increaseof some disposable resources over required as afunction of positive preferences. There are two possiblevariants. Disposable resources: R , if they aredispuniversal (for example money), do not depend upon thealternative being chosen by a subject. Then the increaseisddisp reqR+ ( σi) = R − R ( σ ). iIf disposable resources are specialized, then[3, p. 127, (3.65)]ddisp reqR+ σ = R σ − R σ ). (15)( i ) ( i ) ( i

Рабочие процессы ДВСAccording to an accepted technical and economicalstrategy a subject chooses fuel atomization qualityby the shape of fuel atomization characteristics as akind of alternatives portrayed by curves fig. 1-3 basedon the constructed distributions and histograms withthe aid of the formulas (1-5) and tested by the procedure(6-9) in accordance with a certain criterion.ConclusionsThe experimental data for fuel oil or coal-waterslurry atomization characteristics, assumed accordinglyto [1, 5] can be in the view of the sense of the formulatedproblem smoothed by a logarithm normal distribution.The ordinate axis measurement units for differentialcurves of the droplets sizes distributions should be%expressed in in [1, 5]. Apparently there is a misprintingin the books.μmTesting the hypothesis of the logarithm normaldistribution with the parameters of μ = ln12,661 andσ = 0,5765 by the Pearson criterion χ 2 allows to acceptthe hypothesis. Chi-square goodness-of-fit test givesvalues of χ 2 = 10,24, and at r = 15 we get probabilities:p = 0,8 at the χ 2 = 10,31 and p = 0,9 at the χ 2 = 8,55.Concerning following researches the quality ofthe fuel spray, which depends upon fuel oil or coalwaterslurry characteristics, injectors tips, injectorsapertures, pressures, temperatures, viscosities, andother reologic characteristics, as well as the technicalstate versus economical factors, will exert an influenceupon a decision making person subjective preferences.There is a tool for such researches in the view of (10-15), that is a kind of a variation problem which includesthe subjective entropy of the subjective preferences.The literature list:1. Самсонов В.И. Двигатели внутреннего сгорания морскихсудов. Учебник для высш. учеб. заведений. /В.И. Самсонов, Н.И. Худов. – М.: Транспорт, 1990. – 368с. 2. Белоусов Е.В. Создание и совершенствование твердотопливныхпоршневых двигателей внутреннего сгорания:монография / Е.В. Белоусов. – Херсон: ОАО «ХГТ» -2006. – 452 с. 3. Касьянов В.А. Субъективный анализ:монография / В.А. Касьянов. – К.: НАУ, 2007. – 512 с. 4.Касьянов В.А. Элементы субъективного анализа: монография/ В.А. Касьянов. – К.: НАУ, 2003. – 224 с. 5. Судовыедвигатели внутреннего сгорания: Учебник /Ю.Я. Фомин, А.И. Горбань, В.В. Добро-вольский,А.И. Лукин [и др.]. – Л.: Судостроение, 1989. – 344 с. 6.Kuiken K. Diesel engines for ship propulsion and powerplants from 0 to 100,000 kW: in 2 parts / K. Kuiken. – TargetGlobal Energy Training, Onnen, The Netherlands, 2008. – 1part. 7. Гончаренко А.В. Аналіз параметричних дослідженьреологічних властивостей водовугільних суспензійдля застосування у суднових двигунах внутрішнього згоряння/ А.В. Гончаренко // Авиационно-космическая техникаи технология. – 2009. – №8(65). – С. 90-95. 8. ВентцельЕ.С. Теория вероятностей: учебник / Е.С. Вентцель.– М.: Наука, 1969. – 576 с. 9. Корн Г., Корн Т. Справочникпо математике для научных работников и инженеров/ Г. Корн, Т. Корн. – М.: Наука, 1984. – 831 с.УДК 621.436А.П. Марченко, д-р техн. наук, И.Н. Карягин, инж., И.И. Сукачев, канд. техн. наукВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕНОК КАМЕРЫ СГОРАНИЯ НАИСПАРЕНИЕ И ВЫГОРАНИЕ ТОПЛИВА В ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЯХАнализ развития форсированных дизелей показывает,что значительное повышение температурпоршня приводит к необходимости использованияих тепловой защиты из условий обеспечения надежностии долговечности. Для тепловой защитыогневой поверхности камеры сгорания (КС) обычноприменяются вставки из термостойких сталей,составные поршни с накладками и др. Например, вконструкции высокофорсированного дизеля [1]температура монометалического поршняограничена 620К. Применение жаростойкихнакладок на поршнях позволяет повыситьдопускаемую температуру стенок КС40четырехтактного дизеля до 820 К, двухтактного до1220 К [1] . В разрабатываемых двигателях дляприменения альтернативных дизельных топлив, вчастности растительных масел, биотоплив высокиетемпературы стенок КС оказываются необходимымидля организации качественного рабочегопроцесса [2].Однако, обеспечение высоких показателейрабочего процесса при теплоизоляционной защитепоршня связано с решением целого ряда проблем.На кафедре ДВС НТУ «ХПИ» были проведеныкомплексные испытания дизеля 4ЧН12/14 с серийнымии с теплоизолированными элементами рабо-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСчей полости цилиндров. Для расчетного исследованияиспользованы экспериментальные материалысравнительных испытаний дизеля со штатнымпоршнем из алюминиевого сплава и с поршнем состальной накладкой с серийной цилиндрическойКС.В данной работе ставится задача конкретизироватьусловия испарения и выгорания топлива вразличных зонах струи, что позволит учесть влияниена процесс сгорания температуры стенок КС ираспределения топлива. При этом рассчитывалисьхарактеристики распределения топлива в объемеКС и у пристеночных зон, скорости его испаренияи выгорания.На основании экспериментальных индикаторныхдиаграмм были определены характеристикитепловыделения в базовом и опытном дизеле.Идентификация полученных характеристик проведенана основе метода моделирования рабочегопроцесса, разработанного на кафедре ДВС НТУ”ХПИ“ [3], в котором уточнен расчет характеристикиспарения и выгорания топлива в пристеночныхзонах КС. Результаты идентификации математическоймодели рабочего процесса дизеля приведенына рис. 1.Рис.1. Результаты идентификации математической модели рабочего процесса двигателя 4ЧН12/14 сштатной (а) и опытной КС (б) на режиме работы: n = 1600 мин -1 , N e =88,3 кВтНиже рассмотрены особенности математическоймодели расчета смесеобразования и сгорания.В соответствии с физической моделью процессовсмесеобразования и сгорания, изложенной в[3], на участке топливоподачи и завершения развитиятопливных струй (ТС) скорость сгорания лимитируется,главным образом, скоростью испарениятоплива.При расчете испарения топлива широкое распространениеполучили методы, в которых использованызакономерности испарения отдельных капель.При этом, скорость испарения ТС являетсясуммой скоростей испарения отдельных капель.Если принять, что каждая элементарная порциякапель топлива, поступившая в расчетную зонуиспарения, распыляется на dN капель, то текущуюотносительную скорость испарения топлива вj - той зоне усредненного теплообмена определяемкак:и j3 / 2( 1−Bи)j] ⋅ σZjτиjdσ / dτ= [1 −/. (1)Полная текущая скорость испарения топливаравна сумме скоростей испарения в зонах интенсивноготеплообмена: оболочке струи, ее фронте ив пристеночных зонах.Для расчетов по формуле (1) необходимоДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 41

Рабочие процессы ДВСпредварительно определить константы испарениятоплива в различных зонах струи. Оценку теоретическойконстанты испарения произведем по известнойзависимости:Ки j= 4 ⋅10= 4 ⋅1066⋅ NU⋅ NUDD⋅ DP⋅ D⋅ pPS⋅ p/ ρSf/ ρf=, м 2 /с, (2)где NU D - критерий Нуссельта для процессов диффузии;D P – коэффициент диффузии паров топлива,отнесенный к градиенту парциальных давлений, с;p S - давление насыщенных паров, МПа;ρ f - плотностьжидкого топлива, кг/м 3 . Давление насыщенныхпаров топлива при температуре равновесияиспарения равно:pS= A⋅exp[ −B/ T]. Для дизельноготоплива среднего состава A = 2520 МПа , B =5220 К. Зависимость коэффициента диффузии паровтоплива от температуры и давления среды:DDp0 ⋅( TК/ T0) ⋅(p0/ p), где D p -коэффициентp = 0диффузии при атмосферных условиях, T 0 = 273 K,p 0 = 0,031·10 -8 с.Условия испарения капель в различных зонахструи и КС учитываем путем соответствующегозадания T К и NU D .После того, как ТС достигает стенки КС, топливно-газоваясмесь начнет растекаться за пределыконуса струи. Формируется уплотненный пристеночныйслой, над которым образуется более разреженноеоблако из заторможенных капель, отраженныхот стенки и оторвавшихся от ядра пристеночногопотока. Различные условия испарения топливав прилегающем к стенке слое и рассеянногонад стенкой затрудняет выбор среднего значенияконстанты испарения топлива для пристеночнойзоны в целом.Для описания состояния топливного слоя иопределения влияния на него температуры поверхностиКС в процессе сгорания необходимы экспериментальныеданные, которые можно получитьтолько на модельных установках. В литературеимеются сведения о результатах исследований нафизических моделях – установках постоянногообъема, например [4]. Заметим, что при этом обеспечиваетсячастичное подобие процессов вследствиеих сложности. При попадании топлива на высокотемпературнуюстенку КС подвод тепла к топливупроисходит как от газового заряда, так и отповерхности при этом коэффициент теплоотдачи отповерхности значительно выше.Скорость испарения топлив при докритическомдавлении среды принимает максимальные42Кзначения при температуре стенки, близкой к среднемолекулярнойтемпературе кипения топлива.При дальнейшем повышении температуры стенкикапля отделяется от стенки паровой прослойкой,что снижает скорость её испарения. В отличие отдокритической области давлений, при давлениисреды, выше критического, скорость испарениятоплива достигает максимального значения приболее высоких температурах поверхности, т.е. криваяпродолжительности испарения смещаетсявправо (рис. 2). Дальнейшее повышение температурыне приводит к увеличению времени испарениякапли. Исследования показали, что для монофракционногоаналога дизельного топлива – н-гексадекана ( μ = 226, р кр = 1,34 МПа) максимальноезначение скорости испарения соответствует T W≈ 573К при р = 0,1 МПа и T W = 723 K при р ≥ 1,75МПа [5].В литературе также имеются результаты экспериментальныхисследований физики пленочногосмесеобразования в КС. Так, в работе [5] приведеныэкспериментальные данные по динамике испарениятопливной пленки в зависимости от температурыстенки, температуры, давления и скоростивоздушного заряда. Скорость испарения топливногослоя зависит от интенсивности теплоподвода кнему от воздушного заряда и стенки КС.Рис.2. Влияние температуры стенки на продолжительностьиспарения капель топлива с ее поверхности1- Н-гептан;2- Н-гексадекан [5]Температура топливного слоя определяет коэффициентдиффузии D P и давление насыщенныхпаров топлива р S . Расчет относительного временииспарения пристеночного топлива проводим аналогичноопределению скорости испарения в объеме сиспользованием опытных данных [6].Коэффициент диффузии и давление насыщенныхпаров топлива определяем при температуреравновесного испарения равной температурестенок КС. При этом постоянные коэффициенты А,ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

В для стандартного летнего топлива определяем подвум точкам: при атмосферном давлении p S = p 0 =0,1 МПа ; Т К = Т М = 527 К и при критических параметрахp S = p кр = 1,5 МПа; Т К = Т кр = 718 К;плотность топлива ρ f = 845 кг/м 3 . С учетом среднегодиаметра капель d 32 = 25·10 -6 м находим относительноевремя испарения топлива.Принимаем, что относительная скорость испарениятоплива пристеночного топлива в зависимостиот температуры стенки КС изменяется попараболической зависимости, достигая максимумапри критической температуре испарения топлива.Поэтому скорость испарения частиц топлива в пристеночномдвухфазном слое определяем, используявыражение (1).Для расчета константы испарения топливавблизи стенки воспользуемся следующим упрощеннымпредставлением о развитии струи в пристеночнойзоне. Долю топлива, достигшего стенкиσW, распределяем по потокам и по зонам испарения:σ , σ ,ЯW jФW jσ ОWjσ W j. На данном этапе исследованиядоли топлива σ ОW суммируем с σОисчитаем, что константы испарения этих масс топливаК Оодинаковы. Аналогично поступаем с долямитопливаК ФjσФWjиσ Ф , константу испарениякоторых также считаем одинаковой. Для топливав пристеночном слоепо стенкам КС в поршне, осевшего на поверхностькрышкиσГW jσ КW j, принимаем NU = 3,5.Dσ ЯW jσ ПW jРабочие процессы ДВС, развивающимсяи на гильзу цилиндраДля расчета действительной константы испаренияиспользуем выражение Bи= Y ⋅ Kи/ d 32 .Здесь Y – эмпирическая поправка теоретическойконстанты испарения, введена для уменьшенияпогрешностей, связанных с принятыми допущениями.Опыт идентификации характеристик тепловыделенияна различных режимах работы двигателейтипа СМД, показал, что Y можно принятьзависящей, прежде всего, от мелкости распыливанияd 32K и j, вихревого движения заряда вблизи ВМТH и частоты вращения коленчатого вала n :0,532 ⋅(H ⋅ )Y ≈ ( 1...1,2) ⋅ d n.jj2Процесс сгорания условно разделим на четырехарактерных периода: задержка воспламенения,сгорание в процессе топливоподачи (стадия кинетическоговыгорания паров топлива, испарившихсяза период задержки воспламенения и стадия сгораниятоплива, испаряющегося после начала сгорания),развитое диффузионное горение после окончаниявпрыскивания и развития ТС и догораниепаров топлива и продуктов неполного сгорания. Впроцессе горения топливный факел охвачен пламенем,максимальная температура которого достигает2500 …2700 К. При этом даже значительное повышениетемпературы стенок КС не приводит к существеннымизменения условий сгорания в её объеме.Поэтому, в данной работе основное вниманиеуделено учету влияния пристеночного смесеобразованияна скорость развития цепных реакцийдля периода сгорания на участке топливоподачи идо окончания развития топливных струй.Известно, что сгорание в период топливоподачиотличается динамичной вспышкой (резким нарастаниемскорости тепловыделения в начале горенияи, столь же быстрым, снижением сгорания вконце вспышки), затем новым повышением скороститепловыделения с максимумом в момент окончанияразвития ТС. Такой характер изменения скороститепловыделения хорошо описывают простыекинетические уравнения, выведенные Н.Ф. Разлейцевым[7] и получившие развитие в работе [3].Рассмотрим уравнение для относительнойскорости сгорания топлива в период после начальнойвспышки и до окончания развития ТС:( dx / dτ)1 = P1⋅ Ψ1+ P2⋅ Ψ2= dσи/ dτ ⋅ Ψ1+, (3)+ A ( B / V )( σ − x)(α − x)⋅ Ψ2CCигде P 1 , P 2 - функции для относительной скоростивыгорания паров топлива, образовавшихся послепериода задержки воспламенения и относительнойскорости догорания продуктов неполного сгоранияв объеме цилиндра; Ψ 1 ,2- коэффициенты полнотысгорания для паров топлива, образовавшихсяпосле периода задержки воспламенения и догоранияпродуктов неполного сгорания, A 2 - коэффициентпропорциональности; V C –объем цилиндра вВМТ, м 3 ; α - коэффициент избытка воздуха присгорании;Ψ 2σ и - доля цикловой порции топлива,испарившегося к данному моменту времени; x –текущее значение суммарного относительного тепловыделения.Скорость сгорания паров топлива, образовавшихсяпосле воспламенения, пропорциональнаdσ и / dτ . Скорость догорания продуктов неполногосгорания, поступивших из зон горения в окружаю-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 43

Рабочие процессы ДВСщий объем цилиндра, пропорциональна ( σ x)ии −зависит от средней концентрации неиспользованногокислорода в цилиндре. Поэтому, при подсчетеP 2 концентрация активных центров принятапропорциональной ( α − x) .В уравнении (3) введены функции Ψ1, Ψ 2 ,соответственно, характеризующие полноту выгоранияпаров топлива, образовавшихся после воспламененияи выгорания продуктов неполного сгорания,проникающих за пределы зоны светящегосявысокотемпературного пламени. Заметим, что вбазовой методике расчета [3] для всех стадий сгоранияпринимали одинаковое значение Ψ . ВеличинуΨ определяли для стадии выгорания топлива,испаряющегося после воспламенения, предполагаянеполное сгорание паров топлива во фронте пламени.Обозначив через d ξ / dτ относительную скоростьвыхода продуктов неполного сгорания иззоны горения, а через q – долю располагаемой теплоты,не выделившуюся вследствие неполного сгорания,Н.Ф. Разлейцевым было получено выражениедля относительной скорости тепловыделения,аналогичное выражению для P 1 :dx / dτ= dσи/ dτ − q(dξ/ dτ) /. (4)/( dσ/ dτ)⋅ dσ/ dτ= Ψ ⋅ dσ/ dτииДля пояснения учета условий в выделенныхнами зонах испарения и стадиях процесса сгоранияв формуле расчета Ψ приведем следующие обоснования.Скорость образования продуктов неполногосгорания пропорциональна скорости обрыва цепей[ A]0и, а скорость выхода продуктовнеполного сгорания связана с дефицитом кислородав зонах горения. Фактор автоускоренияобрыва цепей пропорционален отношению требуемогопритока кислорода J 1 для полного сгораниятоплива к фактическому притоку кислорода в зонугорения из окружающей среды J (вследствие молекулярнойD M и турбулентной D T диффузий). Поэтому:⋅ dξ/ dτ = C ⋅ g ⋅n Cg = k[A]⋅[M ]/[ M В ] ≈ 2k[A]⋅ J / J .2 1Требуемый приток кислорода зависит от скоростиразвития химических предпламенных реакцийв стехиометрической смеси:10 0 0 0J = ,209M⋅ k ⋅[A]⋅exp[−E/( RT )] ⋅dσи / dτ. Фактическийприток кислорода в зону горения пропорционаленобщему коэффициенту диффузииD=D M +D T и разности концентрации кислорода вокружающей среде и зоне горения:441 ⋅ D ⋅0,209M0(α − x)⋅[A]0J = C. Здесь: C 1 - коэффициентпропорциональности.В результате концентрационной неоднородностизаряда в КС, а также интенсивного поглощениякислорода в зонах горения, коэффициент избыткавоздуха вблизи этих зон и самих зонах существенноменьше среднего по цилиндру. Для учетаэтого явления фактический избыток кислорода взонах горения представлен какM 0(ξ В ⋅α − x), гдеξ В - степень эффективного использования воздушногозаряда при сгорании паров топлива. Впристеночную зону кислород подводится только состороны воздушного заряда. Поэтому принимаем,что диффузия кислорода в пристеночные зоны горениявдвое меньше, чем в объеме.Учитывая вышеизложенное, была уточненазависимость для относительной скорости выходапродуктов неполного сгорания из j- той зоны накопленияи испарения топлива:dξC2=⋅[rVexp( −5)+ 2rWj×dτD(ξВ⋅ α − x). (5)dσиdx× exp( −16000 /(2500 + TWj))] ⋅ ⋅dτdτЗдесьr= ( dσ/ dτ + dσ/ dτ) / dσdτ,V иОиФи /jиW jrW = ( dσ/ dτ) /( dσи/ dτ)- соответственно, отношениескорости испарения топлива в объеме КСи в j - той пристеночной зоне к суммарной скоростииспарения.На основании уравнений (4) и (5) полученовыражение для коэффициента полноты выгораниятоплива в j - той зоне накопления и испарения топлива:A1Ψ = f ( j,τ)= 1−[ rV+ 300rWj×ξВ⋅ α − x,(6)dx× exp( −16000 /(2500 + TWj))]dτгде0,51 = a ⋅ 0,21/(O2(1 + O))⋅ ( H ⋅ n)A- коэффициентпропорциональности, включающий физикохимическиеконстанты и газодинамические характеристикирабочей смеси. Здесь a - поправка, учитывающаяотличиеΨ 1 и Ψ2от среднего значенияΨ , принятого в [3]. Идентификация показала, чтодля штатной и опытной КС исследуемого двигателядля Ψ 2 a = 0,075. Значение a дляоказалосьразличным: для штатной КС a = 0,3, для теплоизолированной– a = 1.Концентрационные условия сгорания топлива вцилиндре дизеля с неоднородным составом смесиДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010Ψ 1

охарактеризуем текущим значением коэффициентаизбытка воздухаα tв условной определяющей зонегорения, в единице объема которой, скоростьсгорания равна средней скорости в зоне пламени.Для оценки степени приближенияРабочие процессы ДВСк среднемузначению по цилиндру использовано понятие остепени эффективного использования воздушногозаряда в определяющей зоне сгоранияα tξ = α / αв t ,введенное ранее Н.Ф.Разлейцевым.На рис.3 приведены расчетные характеристикидинамики испарения ( dσ , σ ) и сгораниятоплива ( Ψ,dx / dϕ, x ) со штатной КС (2) и КС состальной накладкой (5), отличающиеся температуройогневой поверхности. Температура кромкицилиндрической штатной КС составляла 553К, атеплоизолированной - 973К. Для сравнимости результатоводинаковыми выдерживались значенияплотности воздушного заряда, мелкости распыливаниятоплива, коэффициента избытка воздуха изакон топливоподачи ( σ ) др.iiРис.3. Влияние теплоизоляции КС на характеристикииспарения и выгорания топлива двигателя4ЧН12/14 со штатной комплектацией (2) иопытной комплектацией (5) на режиме работыn = 1600 мин -1 , N e =88,3 кВтРис.4. Влияние характеристик смесеобразованияна тепловыделение в двигателе 4ЧН12/14с соштатной комплектацией (а) и опытной комплектацией(б) на режиме работы n = 1600 мин -1 , N e=88,3 кВтНа рис.4 приведены результаты расчетногоанализа смесеобразования и сгорания сравниваемыхрежимов штатной (а) и опытной (б) конструкциидвигателя. На момент окончания впрыскиваниястенок КС достигает около 50% цикловой пор-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 45

Рабочие процессы ДВСции топлива, при этом средняя скорость испарениятопливного слоя на стенке растет по закону параболы,топливо попадающее в пристеночные зоныбыстро испаряется и частично окисляется, но неможет выгореть полностью из-за недостаточнойконцентрации кислорода. Выгорание топлива впристеночных зонах неполное и происходит помере диффузии кислорода, наблюдается заметноезатягивание процесса сгорания. Максимальная скоростьнарастания давления уменьшилась на 25%.ВыводыРасчетный анализ результатов экспериментальныхисследований свидетельствует, что причинойухудшения показателей дизеля при значительномповышении температуры стенок КС являетсярезкое снижение коэффициента избытка воздуха впристеночных зонах сгорания. Снижение фактическогоизбытка кислорода в пристеночных зонахгорения приводит к существенному увеличениюмассовой скорости выхода продуктов неполногосгорания. Формула (6) позволяет оценить влияниена полноту сгорания топлива: распределения топливапо зонам равновесного испарения; температурыстенок КС; концентрационной неоднородностизаряда и относительной скорости сгорания.Список литературы:1. Двигуни внутрішнього згоряння. Т.1. Розробкаконструкцій форсованих двигунів наземних транспортнихмашин / Марченко А.П., Рязанцев М.К., ШеховцовА.Ф. За ред. А.П. Марченка, А.Ф. Шеховцова. – Харків,Прапор, 2004. – 384 с.. 2. Васильев И.П. Влияние топливрастительного происхождения на экологические и экономическиепоказатели дизеля / И.П.Васильев. —Луганск,2009. - 240с. 3. Процессы в перспективных дизелях / Подредакцией А.Ф. Шеховцова. – Х.: Изд-во «Основа» приХарьк. ун-те, 1992.-352 с. 4. Семенов Б.Н. Рабочий процессвысокооборотных дизелей малой мощности / Б.Н.Семенов, Е.П. Павлов, В.П. Копцев. – Л.: Машиностроение,1990. – 240 с. 5. Temple-Pediani R. Fuel drop vaporizationunder pressure on a hot surface // Proc. Inst. Mech. Eng.- Part 1.- 1969-1970. - №38. – P. 33-41. 6. Гершман И.И.Исследование развития и испарения топливной пленки /И.И. Гершман, О.К. Пик // Труды НАМИ. – I965, вып.75. 7. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизацияпроцесса сгорания в дизелях / Н.Ф. Разлейцев. – Харьков:Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1980. – 168 с.УДК 662.997Н.А. Крестлинг, канд. техн. наук, В.В. Попов, инж.ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК НА МОРСКИХ СУДАХВведениеБолее эффективное и полное использованиевторичных энергоресурсов (ВЭР) на судах морскогофлота возможно с помощью теплонасосных установок(ТНУ) повышающих потенциал теплоносителя.В данном случае повышение температурытеплоносителя происходит за счёт охлаждения низкотемпературныхэнергоносителей или источниковтеплоты судовых энергетических установок. Приэтом происходит перенос энергии от тела с болеенизкой температурой к телу с более высокой температуройв обратных круговых процессах.В этом плане ТНУ аналогичны холодильныммашинам, но отличаются от них целевым назначением,а циклы этих установок отличаются положениеминтервала температур. В частности, холодильныемашины позволяют получить искусственноеохлаждение, тепловые насосы - нагрев.Формулирование проблемыВыбор оптимальной системы тепло- и хладоснабженияна базе ТНУ должны предусматриватькомплексный системный анализ, который включает46рассмотрение рациональных схем энергоснабжения,экономическое использование топливоэнергетическихресурсов, охрану окружающей среды,вовлечение нетрадиционных возобновляемыхисточников энергии и вторичных энергоресурсов вобщий топливо-энергетический комплекс и др.Решение проблемыПринципиальная технологическая схема комплексногоприменения теплонасосной установки(ТНУ) для теплоснабжения и хладоснабжения показанана рис. 1.Рассол, охлажденный до – 3 о С в испарителеТНУ, направляется в воздухоохладители. Вода вконденсаторе, воспринимая тепло от конденсирующегохладагента R12 нагревается до 40–45 о С,циркулирует в воздухонагревателе, повышает до35–40 о С температуру воздуха, который используетсядля обогрева помещений.Эффективность схемы определена эксергетическимКПД, который для рабочего режима составляет0,63 ÷ 0,67.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСРис. 2. Действительная теплопроизводительность(а) и холодопроизодительность (б) ТНУ в зависимостиот температур конденсации при различныхтемпературах кипения хладагента R121,2 – t 0 – 0 о С; –10 о СПо данным результатам построены графикикоэффициента комплексной эффективности К с показанныена рис. 3.Рис. 1. Комплексное тепло - и хладоснабжение отТНУа) – технологическая схема;б) – эксергетический баланс;1 – воздухонагреватели; 2 – конденсатор; 3 – компрессор;4 – испаритель; 5 – воздухоохладитель; 6–насос; 7 – клапанДействительная теплопроизводительность Q Ти холодопроизодительностьQ ОТНУ в зависимо-сти от температуры конденсации при различныхтемпературах кипения хладагента R12, котораяхорошо согласуется с расчетной, показаны на рис.2.Рис. 3. Зависимость коэффициента комплекснойэффективности К с от температурыконденсации t КПрнципиальная технологическая схема комплекснойТНУ для тепло– и хладоснабжения технологическикомфортной системы кондиционированиявоздуха (СКВ) и эксергетический балансэтой установки показаны на рис. 4.Зависимость теплопроизводительности ТНУQ Т от температуры выходящей из конденсатораводы при различных температурах смесипоtWKсле регулирующего вентиля показана на рис.5.бДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 47

Рабочие процессы ДВСДля сравнения на рисунке приведены зависимоститеплопроизводительности ТНУ при работена чистых хладагентах R12 и R142. Из графиковвидно, что производительность ТНУ, работающейна указанной смеси, выше, чем при работе на чистомхладагенте R142, и ниже, чем при работе начистом R12.Рис. 5. Зависимость теплопроизводительности (а)и холодопроизводительности (б) ТНУ от температурынагретой воды при различных температурахкипенияо1 – 8 – tРВ = 10 С ; 10; 5; 5; - 5; 0 - 5___ - смесь R12 с R142В; _ _ _ - R12; _ .._ - R142ВРис. 4. Комплексное тепло– и хладоснабжениетехнологически комфортных СКВ на базеТНУ:а) технологическая схема; б) эксергетическийбаланс; в) процесс в h–d диаграмме;1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – регулирующийвентиль; 4 – испаритель; 5 – воздухоохладитель;6 – вентилятор СКВ; 7 – воздухонагреватель;8 – технологическое помещение; 9 – на технологическикомфортное СКВ48Зависимость холодопроизводительности ТНУQ O от температуры выходящей из конденсатораводы и зависимость действительного комплексногокоэффициента преобразованияводы на выходе из конденсатораот температурыДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010К Сt WK, показаны нарис. 5б и рис. 6.Получена зависимость коэффициента подачиλ исследуемого компрессора от отношения давленийP К / Р Ого КПД компрессораи приведена зависимость индикаторно-η i от отношения давлениянагнетания P к давлению всасывания P показа-но на рис. 7.КО

Рабочие процессы ДВСWKРис. 6. Зависимость комплексного коэффициентапреобразования от температуры нагретой водыt при различных температурах смеси после регулирующеговентиля t РВ1 – 4 – tРВ =10 С ; 5; 0; - 5Рис. 7. Зависимость коэффициента подачи λ ииндикаторного КПД η i ТНУ от отношения дав-лений P К / Р О :1 – смесь; 2 – хладагент R12; 3 – хладагент R142ВоСравнение зависимостей λ и η i при работеТНУ на смеси и на чистых хладагентах R12 и R142показало, что при работе ТНУ на смеси индикаторныйКПД η i получился достаточно высоким. Однакоон на 0,5 ÷ 3 % ниже, чем при работе на чистомхладагенте R142 и на 7 ÷ 9 % выше, чем приработе на чистом R12. Одной из причин этого можетбыть уменьшение относительных энергетическихпотерь из-за более низкой молекулярной массыR142.При прочих равных условиях эти потери пропорциональнымолекулярной массе. Молекулярнаямасса R142 равна 100,48; R12 равна 120,93. Относительныепотери при одинаковых температурахсоотносятся как 100:120.ЗаключениеРассмотрены особенности работы утилизационныхтеплонасосных установок на судах морскогофлота. Проанализированы варианты использованиявторичных энергетических ресурсов судовых энергетическихустановок для тепло- и хладоснабжения.Полученные результаты показали перспективностьпредложенных технических решений дляиспользования ВЭР судовых энергетических установокна судах морского флота.Список литературы:1. Справочник по теплообменникам: В 2 т.; Пер. с англ.;под. ред. Б.С. Петухова, В.К. Широкова. – М.: Энергоатомиздат,1987. – Т.1. – 561с.УДК 621.43.016.4А.П. Марченко, д-р техн. наук, В.В. Шпаковский, канд. техн. наукЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯДВС С ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫМ ПОРШНЕМПостановка проблемыИсследования, направленные на снижениерасхода топлива, повышение ресурса ДВС и улучшениеэкологичности являются весьма актуальными.В двигателестроении рассматривалось множестворазличных способов повышения эффективностиДВС [1]. Одним из перспективных направленийулучшения показателей топливной экономичностиДВС является частично-динамическая теплоизоляцияпоршня, реализация которой является достаточносерьёзной научно-технической проблемой.Реализация частично-динамической теплоизоляциипозволяет улучшить рабочий процесс и, тем самым,повысить эффективные и экологические показателидизеля.Цель исследованийДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 49

Рабочие процессы ДВСЦелью данной работы является исследованиевлияния на параметры рабочего процесса дизеля4ЧН12/14 частично-динамической теплоизоляциипоршня с рациональной толщиной теплоизолирующегокорундового слоя, образованного гальваноплазменнойобработкой.Обоснование научных и практических результатов.Температура деталей КС влияет на протеканиерабочего процесса в дизеле, на показатели его экономичностии токсичности [1]. На теплоизолированнойповерхности деталей КС температура отличаетсяот температуры ее поверхности без теплоизоляции.На кафедре ДВС НТУ «ХПИ» выполнен комплексрасчетно-экспериментальных работ по исследованиючастично-динамической теплоизоляциипоршня. Было показано, что реализация такойтеплоизоляции возможна путем модификации поверхностипоршня гальваноплазменной обработкойс образованием корундового слоя определеннойтолщины. При этом, для такой теплоизоляции достигаетсяэффект снижения температуры поверхностипоршня на участке наполнения и повышение –на участке сжатия-сгорания. Сравнения температурногосостояния поршней штатного и с тепло-изолирующим корундовым слоем показали [2], что.11P,МПа10температура на теплоизолированной поверхностипри наполнении на 8°С ниже температуры на неизолированнойповерхности. В период сжатия ивидимого сгорания топлива температура на теплоизолированнойповерхности выше и достигает максимальногоотличия до 60°С (рис. 1).Это создает условия на участке наполнениядля увеличения массы свежего заряда, а на участкесжатия-сгорания – более эффективного сгорания засчет приближения мгновенной температуры поверхностипоршня к 380-400 °С, которая для современныхкамер сгорания по данным многих авторов(3, 4, 5, 6) является наиболее рациональнойдля рабочего процесса на участке сгорания.Рис. 1. Изменение температуры на огневойповерхности поршня в течении цикла. Цифрыуказывают толщину корундового слоя δ·10 -3 м219P,МПа 35350 370390 φ,гр.п.к.в.1086420200 250 300 350 400 450 φ, гр.п.к.в.Рис. 2. Индикаторная диаграмма дизеля 4ЧН12/14, n = 2000 мин –1 , р е = 0,95 МПа, Θ 1 = 18 гр. до ВМТ;50ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВС1 – серийные поршни; 2 – поршни с корундовым слоем на всей рабочей поверхностиЭти утверждения были подтверждены результатамиэкспериментальных исследований на дизеле повышению коэффициента наполнения.температура снижается, тем самым способствует4ЧН12/14 с серийными поршнями и с поршнями скорундовым слоем толщиной 0,2·10 -3 м. (рис.2).Исследовались индикаторные диаграммы и характеристикитепловыделения. Для получения качественнойкартины индикаторные диаграммы снятыпри одинаковых условиях проведения испытаний ина одних и тех же режимах.1Анализ индикаторных диаграмм показал, чтопри работе двигателя с поршнями с корундовымслоем получены более высокие значения максимальногодавления цикла и разница составила 0,5МПа.2Установлено, что на участке наполнения давлениегаза ниже, чем при работе с серийнымипоршнями, а на такте сжатия, к моменту впрыскиваниятоплива, выше (рис. 3). Этот результат согласуетсяс полученными ранее результатами рас-диа граммы дизеля 4ЧН12/14, n = 2000 мин –1 ,Рис. 3. Такт наполнения индикаторнойчетных исследований [2], которыми было показано,р е = 0,95 МПа; 1 – серийные поршни;2 – с корундовым слоем на всей рабочейчто для поршня с частично-динамической теплоизоляциейтемпература поверхности донышкаповерхностипоршня ниже, чем температура у серийного поршня.Уменьшение температуры поверхности доныш-нарастания давления (рис. 5) ниже в области перво-Скорость тепловыделения (рис. 4) и скоростька поршня снижает подогрев свежего заряда, и его го максимума и значительно выше в области второгомаксимума.0,04dx/dφ0,030,02120,010,0360 380 400 420 440 460 φ, гр.п.к.в.Рис. 4. Х арактеристика сгорания топлива дизеля 4ЧН12/14, n = 2000 мин –1 , р е = 0,95 МПа;1 – серийные поршни; 2 – с корундовы м слоем на всей рабочей поверхностиВ период самовоспламенения максимальная сгорания, в ДВС с корундовым слоем на донышкевеличина скорости нарастания давления в цилиндрепоршня, скорость нарастания давления составилаДВС с корундовыми поршнями составила 0,17 0.2822МПа/град., а в ДВС с серийными поршнямиМПа/град., а в цилиндре ДВС с серийными поршнями0,218 МПа/град., т. е. на 29,45% больше. Это обу-0,189 МПа/град. Скорость нарастания давлесловилоприближение подвода теплоты сгоранияния снизилась на 11,18%. В период устойчивого топлива к ВМТ. В результате основное сгораниеДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 51

Рабочие процессы ДВСзаканчивается раньше на 20-30 гр. п.к.в., чем в ДВСсо штатным поршнем. Увеличение максимальногозначения скорости сгорания в области второго максимумаи приближение его к верхней мертвой точкекачественно подтверждает более эффективноеиспользование теплоты сгорания топлива и лучшуюэкономичность работы двигателя.4dp/dφМПа/град2012Вследствие более раннего догорания температуравыпускных газов снижается почти на 10%.Подтверждением положительного влияниячастично-динамической теплоизоляции поршня напроцесс сгорания может служить отсутствие нагарав ДВС с теплоизолированными поршнями (рис. 7).При проведении сравнительных испытаний напоршнях без теплоизоляции образовался нагар толщинойот 82·10 -6 м до 146·10 -6 м, а на поршнях скорундовым слоем нагара не было. Кроме того,снизился массовый выброс твердых частиц на 19-30% [7], что особенно важно, для решения проблемулучшения экологичности ДВС.-2-4350 360 370 380φ, гр.п.к.вРис. 5. Скорость нарастания давленияв дизеле 4ЧН12/14, n = 2000 мин –1 ,р е = 0,95 МПа;1 – серийные поршни;2 –с корундовым слоем на всей рабочейповерхностиМаксимальное значение температуры в двигателес поршнем с корундовым слоем на 30 К вышеи сдвинулось в сторону ВМТ на 4 гр. п.к.в. (рис. 6).На линии расширения температура газа ниже. Произошлосокращение продолжительности третьейфазы сгорания (рис. 4)..а)1800Т Г ,К160011400120010002б)Рис. 7. Толщина нагара (·10 -6 м) на головкесерийного поршня (а), головка поршня с корундовымслоем после испытаний без нагара(б)80060052340 360 380 400 420 440 φ,гр. п.к.в.Рис. 6. Температура газа в дизеле 4ЧН12/14,n = 2000 мин –1 , р е = 0,95 МПа;1 – серийные поршни; 2 –с корундовымслоем на всей рабочей поверхностиВыводыТаким образом, реализация частичнодинамическойтеплоизоляции поршня с рациональнойтолщиной теплоизолирующего корундовогослоя, образованного гальваноплазменной обработкой,является одним из перспективных резервовулучшения топливной экономичности ДВС и показателейтоксичности его выпускных газов. Результатыанализа индикаторных диаграмм, диаграммДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рабочие процессы ДВСскорости тепловыделения, скорости нарастаниядавления, температуры газа свидетельствуют о качественномположительном изменении внутрицилиндровыхпроцессов при частично-динамическойтеплоизоляции поршней корундовым слоем рациональнойтолщины.Это говорит о перспективности исследований,проводимых на кафедре ДВС НТУ «ХПИ».Список литературы:1. Фомин В.М. Пути совершенствования экологоэкономическихпоказателей дизелей / В.М.Фомин // Автомобильныеи тракторные двигатели: Межвуз. сб.науч. тр. - вып. ХVI. – 1999 - С.23. 2. Марченко А.П. Эффектвлияния малых толщин теплозащитного покрытияпоршня на его мгновенную поверхностную температуру/ А.П. Марченко, В.А Пылев, В.В. Шпаковский [и др.] //Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствованияпоршневых двигателей: XI междунар. научн.-практ. конф. – Владимир, 2008. – С. 220-223. 3. PischiugerA., Pischiuger F/ Der Einfud der wand bei der Verbrennungeines Brennstoffstranlesin einem Luftwirbef //MTZ. - 1959 - №1. 4. Камзолов Е.П. Исследование процессавоспламенения и сгорания топлива при испарении егос нагретой стенки / Е.П. Камзолов // Известия вузов. –-1961 - №4 - С.43-47. 5. Леонов О.В. Исследование плёночногосмесеобразования / О.В.Леонов, Е.П. Камзолов.//Известия вузов - 1961 - №1 - С.86-91. 6. Ермаков В.Ф.Оптимизация тепловых сопротивлений деталей цилиндровсудовых дизелей / В.Ф.Ермаков // Двигателестроение– 1979 - №3 - С. 22-23. 7. Парсаданов И.В. Оценка влияниягальваноплазменного покрытия поршня на выбросытвёрдых частиц с отработавшими газами дизеля / И.В.Парсаданов, А.П. Поливянчук // Двигатели внутреннегосгорания. - №2. – 2009. –С. 97-100.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 53

Конструкция ДВСУДК 629.03С.А. Алёхин, канд. техн. наук, В.В. Салтовский, инж., В.И. Прокопович, инж.СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БРОНЕТЕХНИКИВведениеВ течение всего периода серийного производствадизеля 5ТДФ (мощностью 515 кВт) КП ХКБДпроизводились систематические работы по его совершенствованию:повышению надёжности, экономичности,улучшению экологических характеристик.Эти работы обеспечили увеличение гарантийнойнаработки и ресурса дизеля в 2,5...3 раза. Необходимостьдальнейшего совершенствования танков(увеличение их подвижности), диктуемая временем,высокий уровень доработки дизеля 5ТДФ и огромныйопыт, приобретённый КБ, обусловили работыпо созданию дизелей повышенной мощности на базедизеля 5ТДФ. В 2000 г. был создан дизель 5ТДФМмощностью 625 кВт, а в 2008 – дизели 5ТДФМА и5ТДФМА-1 мощностью 772 кВт. Существенно, чтодизели повышенной мощности имеют практическите же весогабаритные размеры, что и базовый дизель5ТДФ.Параллельно с работами по совершенствованиюи увеличению мощности дизеля 5ТДФКП ХКБД были выполнены работы по увеличениюмощности энергоагрегата ЭА8А мощностью 8 кВт,использующегося на танке как вспомогательнаясиловая установка (ВСУ).Результатом этой работы было создание энергоагрегатаЭА10 мощностью 10 кВт. Успешное завершениеработ по созданию дизеля 5ТДФМА-1 мощностью772 кВт и энергоагрегата ЭА10 мощностью10 кВт предопределило проведение работ по комплексноймодернизации моторно-трансмиссионногоотделения танка Т-72.Цель и постановка задачиКомплексная модернизация МТО танка Т-72путём:- установки дизеля 5ТДФМА-1 мощностью772 кВт вместо штатного дизеля В46-6 мощностью574 кВт для увеличения подвижности танка и сниженияпутевых расходов топлива;- совершенствования систем танка, обеспечивающихработу дизеля, с целью обеспечения работыдизеля до температур окружающего воздуха+55 0 С без ограничения его по мощности;- установки ВСУ мощностью 10 кВт для обеспечениядлительной работы электрических системтанка на стоянке (в дежурном режиме) при неработающемосновном дизеле.Исходя из экономической целесообразности,при выполнении перспективных работ должны бытьмаксимально использованы штатные узлы и агрегатытанка Т-72.Реализация поставленной задачи1. Конструктивные особенности дизеля5ТДФМА-1 (таблица 1) - малый объём, наличиедвухстороннего отбора мощности, установка непосредственнона дизеле навесных агрегатов: компрессоравысокого давления, стартер-генератора, масляногоцентробежного фильтра и редуктора приводавентилятора (на дизеле В46-6 они установлены напромежуточном редукторе) - позволили выполнитьустановку дизеля в МТО танка Т-72 без примененияпромежуточного редуктора (гитары) 4 (рис. 1).В46-6 5ТДФМА-1Рис. 1. Схемно-конструктивное решение установки дизеля1 – дизель; 2 – коробка перемены передач;3 – бортовая передача; 4 – промежуточный редуктор (гитара);5 – вентилятор; 6 – вспомогательная силовая установка ЭА1054ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСПередача крутящего момента от дизеля 1 производитсянепосредственно на штатные коробкиперемены передач 2 и бортовые передачи 3.Это позволило в освободившийся объём установитьВСУ 6.Размещение ВСУ в МТО позволило отменитьбронированный отсек ВСУ, который используетсяв случае размещения его на надгусеничной полкетанка, и обеспечить работу электрических системтанка без пуска основного дизеля при длительномнахождении танка в дежурном режиме, а такжеобеспечить пуск основного дизеля от ВСУ в случаеразрядки аккумуляторных батарей.2. Ниже приведены основные конструктивныемероприятия по совершенствованию систем, обеспечивающихработу дизеля, которые были внедреныпри комплексной модернизации МТО.2.1. Проведена доработка корпуса (улитой)вентилятора путём установки в него специальноспрофилированных рёбер (рис. 2).Таблица 1. Технические характеристики дизелейДвигательНоминальнаямощностьNe, кВтстенд.МощностьвЧастотавращения объектовыхколенчатоговала условияхN,n, мин -1 кВтНа входе вкоробку переменыпередачмощностьNкпп,кВтДлительнаямощность наведущих колёсахтанках при температуреокружающеговоздуха,N вед. кол., кВтчастотавращенияn,мин -1 +20 0 С +55 0 С водаТеплоотдачатыс. Дж/секВ46-6 574 2000 540 483 2850 394 250 262 62 323 1,25ТДФМА-1 772 2850 706 649 2850 546 507 256 76 331 1,6Рис. 2. Доработка корпуса вентилятора1 - ребра; 2 - центробежный вентилятор;3 - корпус вентилятора.ΣмаслоРасходвоздуха,кг/сДанное конструкторское решение было разработанона основании расчётов и исследований, впроцессе которых установлено, что отсутствие направляющихрёбер, как это имеет место в штатномМТО танка Т-72, приводит к отрыву потока воздухаот стенок улит, образованию обратного потокавоздуха и образованию окружной неравномерностипотока воздуха на выходных кромках центробежноговентилятора и, как следствие, малому егоКПД.Установка специально спрофилированныхнаправляющих рёбер в корпусе (улитке) позволилаувеличить в два раза КПД центробежного вентиля-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 55тора, что обеспечило увеличение расхода воздухана 20% при той же потребляемой мощности;Учитывая, что удельная теплоотдача в охлаждающуюжидкость и масло двухтактного дизеля5ТДФМА-1 на 30% меньше, чем у четырёхтактногодизеля В46-6, увеличение расхода воздуха вентиляторапозволило при сохранении штатных радиаторовтанка Т-72 обеспечить работу дизеля без снижениямощности до температуры окружающего воздуха+55 0 С.Таким образом, была решена задача по обеспечениюработы дизеля в жарких условиях (до температурокружающего воздуха +55 0 С) без ограничениядизеля по мощности.2.2. На воздухоочиститель (рис. 3) установленпатрубок 3, имеющий специальный аэродинамическийпрофиль и увеличенное сечение, через которыйочищенный воздух направляется во входниккомпрессора основного дизеля. Специально спрофилированныйпатрубок обеспечил понижениесопротивления воздухоочистителя и увеличениемощности основного дизеля за счёт снижения потерьво впускной трассе.

Конструкция ДВСРис. 3. Система воздухоочистки и выпуска отработавших газов1 – воздухоочиститель; 2 – кассеты; 3 – патрубок (вход воздуха в ОД);4 – выпускная труба;5 – выпускной патрубок; 6 – сопло; 7 – компенсатор; 8 – эжекционный клапан; 9 – труба отсоса пыли;10 – пылесборник; 11 – циклон; 12 – турбина; 13 – труба562.3. Разработана конструкция выпускной трубы4 (рис. 3), представляющая собой эжектор с периферийнымподводом выпускных газов, направляемыхв него из турбины 12 основного дизеля, вцентральную часть эжектора подводится воздух спылью из бункера воздухоочистителя 1.Применение выпускного патрубка с периферийнымподводом газа вместо центрального (какэто имеет место на танке Т-72), в условиях ограниченныхгабаритов по длине, позволило увеличитьКПД эжектора отсоса пыли из воздухоочистителя всреднем в 1,7 раза, что обеспечило требуемую эффективностьудаления пыли из пылесборника воздухоочистителя,а также снизить противодавлениена выпуске основного дизеля на 40% и, таким образом,увеличить мощность дизеля на 22...25 кВт иулучшить топливную экономичность на 3...3,5%.Увеличение КПД объясняется тем, что эжекторс периферийным подводом газа эффективно работаетпри длине камеры смешения, равной 2...4 её диаметра,и это требование было реализовано в условияхограниченных габаритов, а для эжектора с центральнымподводом газа длина камеры смешения должнабыть равной 8...10 её диметра - это требование в условияхограниченных объёмов МТО танка реализоватьневозможно.2.4. В выпускной трубопровод 4 основного дизеляподключена труба 13 выпуска отработавшихгазов из дизеля ВСУ. Это упростило конструкциювыпускной системы ВСУ и позволило не вводитьдополнительное отверстие в броневых стенках моторно-трансмиссионногоотделения, а также дополнительноеоборудование для герметизации моторнотрансмиссионногоотделения при преодолении военно-гусеничноймашиной брода и при подводном хождении.2.5. Применены маслобаки системы смазкидвигателя и системы гидроуправления и смазки силовойпередачи, в которых змеевики подогрева маслазаменены на жаровые трубы, через которые пропускаютсявыпускные газы подогревателя, обеспечивающиепрогрев масла в баках перед пуском засчёт использования тепловой энергии выпускныхгазов подогревателя. Отмена змеевиков и применениежаровых труб обеспечила упрощение конструкциимаслобаков, увеличила интенсивность прогревамасла и позволила использовать энергию выпускныхгазов подогревателя, т.е. повысила его эффективность.2.6. В систему охлаждения основного дизеляподключена система охлаждения ВСУ, а прокачкаохлаждающей жидкости, прогреваемой во вспомогательнойсиловой установке и в подогревателе, производитсячерез основной дизель и радиаторы двумянезависимыми параллельными потоками. Общая системаохлаждения основного дизеля и двигателя ВСУобеспечила упрощение конструкции системы охлажденияи её номенклатуру (использование одних и техже радиаторов для системы охлаждения основногодизеля и вспомогательной силовой установки), прогреви пуск основного дизеля за счёт прогрева охлаждающейжидкости при работе вспомогательной сило-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСвой установки в холодный период эксплуатации, повысиланадёжность работы танка (обеспечение пускаосновного дизеля) за счёт применения дублирующихсистем, в данном случае при выходе из строя подогревателяиспользуется энергоагрегат.3. На прилагаемой схеме (рис. 4) показанокомпоновочное размещение узлов и систем силовойустановки.Рис. 4. Компоновочное размещение узлов исистем силовой установки1 - основной дизель (ОД); 2 - коробка передач; 3 -бортовая передача; 4 - ведущее колесо; 5 - компрессорвысокого давления; 6 - компрессор; 7 -патрубок; 8 - жаровые трубы; 9 - воздухоочиститель;10 - маслобак ОД; 11 - стартер-генераторОД; 12 - маслобак системы гидроуправления исмазки передачи; 13 - стартер-генератор ВСУ;14 - ВСУ; 15 - дизель ВСУ; 16 - подогреватель;17,19,20 - трубы; 18 - эжекционный клапан; 21 -труба выпускная; 22 - турбина ОД; 23 - системаохлаждения; 24 - конический редуктор; 25 - направляющиеребра; 26 - центробежный вентилятор;27 - корпус вентилятора; 28 - рессора; 29 -передача ОДОсновной дизель 1, имеющий двухстороннийотбор мощности от выпускного коленчатого вала,устанавливается соосно с коробкой передач 2, конструктивнообъединёнными с бортовыми передачами3, от которых мощность передаётся на ведущиеколёса 4 ВГМ. Коробка передач, бортовые передачии ведущие колёса используются штатные танкаТ-72.На основном дизеле устанавливаются компрессорвысокого давления 5, стартер-генератор 11и их приводы, конический редуктор 24 приводацентробежного вентилятора 26.Вспомогательная силовая установка 14 включаетв себя стартер-генератор 13 и дизель 15. Настоянках, когда не работает основной дизель, стартер-генератр13 обеспечивает все электрическиепотребители энергии ВГМ такой же мощностью,как и основной дизель от своего стартер-генератора11.Система охлаждения дизеля 15 вспомогательнойсиловой установки объединена с системой охлаждения23 основного дизеля.Выпускные газы дизеля 15 вспомогательнойсиловой установки направляются по трубе 20 втрубу выпускную 21 основного дизеля.Привод центробежного вентилятора 26 осуществляетсяот передачи 29 основного дизеля черезрессору 28 и конический редуктор 24.4. Ходовые испытания танка Т-72 с модернизированнымМТО показали, что увеличение мощностина 35% и увеличение удельной мощности с14 кВт/т до 17 кВт/т обеспечили:- уменьшение времени разгона танка до максимальнойскорости на 15%;- увеличение средней скорости движения погрунтовым дорогам на 10%;- снижение путевых расходов топлива и маслана 10 и 30% (соответственно).ЗаключениеМодернизация МТО танка Т-72 установкойдизеля 5ТДФМА-1 мощностью 772 кВт вместоштатного дизеля В46-6 мощностью 574 кВт и ВСУмощностью 10 кВт обеспечила:- улучшение подвижности танка;- увеличение средней скорости движения погрунтовым дорогам;- снижение путевых расходов топлива и масла;- обеспечение работы дизеля без ограниченийпо мощности при температурах окружающего воздухадо +55 0 С;- длительное обеспечение электрических потребителейтанка электроэнергией от ВСУ без пускаосновного дизеля и экономию, таким образом,ресурса основного дизеля, топлива и масла;- повышение надёжности пуска основного дизеляза счёт использования ВСУ.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 57

Конструкция ДВСУДК 621.436А.А. Лисовал, канд. техн. наук, С.В. Кострица, асп., А. В. Вербовский, асп.МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДИЗЕЛЯ ИРАСЧЁТ ЦИКЛОВОЙ ПОДАЧИ ТОПЛИВАВведениеПоэтапное введение для автомобильных дизелейевропейских норм на выбросы вредных веществв отработавших газах (ОГ), которые постоянноужесточаются, послужило стимулирующимфактором для развития микропроцессорного регулированиясистемами и работой дизеля в целом.Применение современных конструктивныхмероприятий по совершенствованию дизелей в направленииулучшения топливной экономичности иснижения выбросов вредных веществ в ОГ тесносвязано с применением микропроцессорных системдля управления подачей топлива, наддувом, системаминейтрализации ОГ и рабочими процессамидизеля в целом. Аккумуляторные топливные системытипа Common Rail вообще не могут работатьбез микропроцессорного управления.Научная тематика кафедры «Двигатели и теплотехника»Национального транспортного университета(НТУ) многие десятилетия связана с разработкойи усовершенствованием топливных системи автоматических систем регулирования автотракторныхдизелей и газодизелей. Базируясь на накопленномопыте разработок и исследованиях механических,гидравлических регуляторов частоты вращенияколенчатого вала дизеля и электронногорегулятора управления подачей газового топливадля газодизеля, было поставлено задание – разработатьмикропроцессорный регулятор (МР) дляавтомобильного дизеля.Постановка задачиВпервые серийный выпуск электронных регуляторовчастоты вращения дизеля был начат фирмойВудворд во второй половине 50-х годов. В нашевремя практически все ведущие фирмы, которыепроизводят топливную аппаратуру, дизели,автомобили, тракторы и другие наземные транспортныесредства создают и внедряют микропроцессорныесистемы управления дизелем, системыуправления и регулирования его агрегатами, итранспортным средством в целом.Детально об основных функциях и принципеработы серийных МР для различного типа топливнойаппаратуры, которые выпускают зарубежныефирмы, описано в работе [1]. Среди стран СНГ ре-58альных успехов в применении МР собственнойконструкции на ТНВД для автомобильных дизелейдостигли производители топливной аппаратурыЯЗТА и ЯЗДА [2]. В 2005 г. на международнойвыставке SIA'05 в г. Киеве они представили своиновые образцы топливной аппаратуры с МР.Цель работы – создание научно-техническихоснов для перехода от механического регуляторадизеля к микропроцессорному на примере разработкиэкспериментального двухрежимного МР спологими частичными характеристиками для автомобильногодизеля 4 ЧН 12/14.Предыдущие этапы работ по созданию экспериментальногодвухрежимного МР с пологимичастичными характеристиками были опубликованыранее в работах [3–5]. Описанные этапы работ былисвязаны с разработкой общей методики созданияМР дизеля и программно-измерительного комплексав его составе, с вопросами математическогомоделирования МР.Одной из главных задач разработки МР былосоздание программного обеспечения. Исходныеданные для этого были получены в результате:анализа характеристик рядного ТНВД; обоснованиявозможности коррекции цикловой подачи топливас помощью МР при различном положениирейки; выбора методов расчёта двухрежимных характеристикв цифровом регуляторе.В статье представлены результаты разработкии принцип работы экспериментального МР дляавтотракторного дизеля 4 ЧН 12/14, которые выполненыв сотрудничестве с Институтом газа НАНУкраины. Сделан упор на принцип работы электронногоблока управления (ЭБУ), на расчёт положенияисполнительного органа МР, т.е. расчётцикловой подачи топлива рядного ТНВД для получениязаданного двухрежимного регулирования.МетодикаВнесены уточнения в общую методику созданияМР дизеля, которая была опубликована вработе [3].Электронный регулятор состоит из трёхструктурных составляющих: датчиков с измерительнойчастью; электронного блока управления спрограммным обеспечением; исполнительного ме-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСханизма (одного или нескольких). В соответствии собщей методикой структурные составляющие проходятэтапы макетного проектирования, созданияпрограммного обеспечения, безмоторных и моторныхиспытаний.Наиболее трудоёмким, на наш взгляд, являетсясоздание работоспособного программного обеспечениядля ЭБУ.Уточнённая методика и этапы разработки экспериментальногообразца МР показаны на рис. 1,где введены отладка программного обеспечения иразработка диагностического программного обеспечения.Рис. 1. Этапы разработки МР дизеляВ основу создания программного обеспечениядля ЭБУ заложено два метода. Первый – пошаговыеограничения в зоне работы дизеля для определениядиапазона перемещения исполнительногомеханизма. Второй – метод линейной интерполяциидля определения координаты перемещенияисполнительного механизма и получения пологихдвухрежимных частичных характеристик.После этапа макетного проектирования былапроведена отладка программного обеспечения дляЭБУ на математической модели МР [4]. Математическаямодель МР реализована в программной средеMATLAB/Simulink, что дало возможность примоделировании работы ЭБУ использовать практическиидентичное программное обеспечение,заложенное в микроконтроллер. В математическоймодели отсутствует только участок программымикроконтроллера, который описывает запуск дизеля.Подпрограмма-модуль МР была объединенасо структурным звеном «ТНВД», которое моделируетработу нагнетательных секций насоса, трубопроводоввысокого давления и форсунок. Звено вмодели описано графической матрицей, котораяполучена по экспериментальным данным характеристикТНВД с фиксированной рейкой с шагом1 мм. Раньше подобные характеристики аппроксимировалиполиномом второй степени, а полученноеДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 59

Конструкция ДВСуравнение вводили в модель. Такую же величинустепени аппроксимации мы оставили для обработкиграфической матрицы звена «ТНВД» в средеMATLAB/Simulink.Исполнительный механизм в подпрограммемодулеМР был описан передаточной функциейвторого порядка. В результате повышена точностьмоделирования. При проверке адекватности моделиМР коэффициент вариации уменьшился в 1,5раза в сравнении с передаточной функцией первогопорядка.Основные результатыВ качестве исполнительного механизма дляМР был применён серводвигатель Servo С507.Данный серводвигатель (сервопривод) применяетсяв промышленной автоматике. Напряжение питания– +5 В. Управление серводвигателем осуществляетсяс помощью широтно-импульсного сигнала отЭБУ.Разработано кинематическое соединение исполнительногомеханизма с рейкой ТНВД(ЛСТНФ 410012), которое показано на рис. 2.Рис. 2. Исполнительный механизм приводарейки ТНВД60Выходной вал серводвигателя поворачиваетсяна угол от 0 до 90 град за 0,17 с. Рабочий ход исполнительногомеханизма составляет 80 град, чтосоответствует 14 мм перемещения рейки ТНВД.Крутящий момент на плече 10 мм составляет 30 Н.Электронный блок управления преобразует иобрабатывает первичную информацию от датчиков,реализует алгоритмы управления и диагностикуэлементов МР. Разработанный ЭБУ принимает иобрабатывает такие сигналы: частоты вращенияколенчатого вала дизеля, положения электроннойпедали, температур надувочного воздуха и охлаждающейжидкости, давления наддува, выключателяподачи топлива. По результатам обработки этихсигналов ЭБУ реагирует на них через исполнительныймеханизм или световую индикацию.Главной составляющей ЭБУ является микроконтроллер.Для обеспечения функций экспериментальногоМР выбран микроконтроллерРІС 16 F876А фирмы Microchip, встроенные модуликоторого позволяют через схемы согласованиявзаимодействовать с датчиками и исполнительныммеханизмом [3, 4].Разработано программное обеспечение МР,основная задача которого – расчет цикловой подачитоплива в зависимости от частоты вращениядизеля и положения электронной педали.В работе [4] для двухрежимного регулированияопределяли положение исполнительного механизма(расчет цикловой подачи топлива) методомдвухмерной линейной интерполяции между двумяграничными кривыми: внешней скоростной характеристикойи характеристикой холостого хода. Притаком подходе не все частичные характеристикиимели плавное уменьшение цикловой подачи привозрастании частоты вращения коленчатого валадизеля.Для преодоления известного недостатка плунжерныхТНВД с дозированием отсечкой – падениецикловой подачи при уменьшении частоты вращениядизеля, была проведена коррекция характеристикТНВД с фиксированной рейкой. На ТНВД былустановлен МР, коррекцию осуществляли в «ручном»режиме управления при подсоединении компьютерак ЭБУ. Критерием выравнивания былополучение горизонтальных характеристик ТНВД засчёт дополнительного воздействия на исполнительныймеханизм посредством введения «ручного»сигнала управления.Результаты коррекции сигнала управлениядля получения горизонтальных характеристик цикловыхподач показаны на рис. 3. Зависимость расчётногоположения исполнительного механизмаB pпоказана в цифровом коде (ц.к.) для электрическогосигнала. Из рисунка видно, что при изменениичастоты вращения n н кулачкового вала ТНВДи при разной степени нажатия на электронную педаль(25…100 %), необходима различная степенькоррекции характеристик цикловых подач. Этирезультаты стали основой для введения в программноеобеспечение ЭБУ трёх дополнительныхДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСграничных кривых, которые разместили междувнешней скоростной характеристикой и характеристикойхолостого хода.Рис. 3. Результаты коррекции сигнала управлениядля исполнительного механизмаНа рис. 4 показаны графики расчётных граничныхкривых с внесенными уточнениями. Координатыкалибровочных точек, которые нанесены нарис. 4, введены в электронно-программируемоезапоминающее энергонезависимое устройство.Для получения пологих двухрежимных частичныххарактеристик, наклон которых плавновозрастает по мере уменьшения частоты вращениядизеля, введены дополнительные граничные кривые4…6, которые соответствуют нажатию электроннойпедали на 75, 50 и 25 %.При работе дизеля в диапазоне частот вращения750…2020 мин -1 и нажатии оператором на педаль45 % определение сигнала управления Bpдля исполнительного механизма (расчет цикловойподачи) будет осуществляться методом линейнойинтерполяции между кривыми 5 и 6 с последующейпроверкой ограничения по кривой 3.На этапах отладки программного обеспеченияи проверки работоспособности МР в целом на дизелемного времени было затрачено на режимыхолостого хода, пуска и остановки дизеля. Отладкупрограммного обеспечения для этих режимов проводилинепосредственно на дизеле 4 ЧН 12/14.ЗаключениеРазработанный МР прошёл безмоторные имоторные стендовые испытания на дизеле4 ЧН 12/14, которые подтвердили работоспособностьэкспериментального образца и правильностьнаписания программного обеспечения.Трудоёмким процессом в создании МР являетсяразработка и отладка программного обеспечениядля ЭБУ. Для ускорения отладки необходимоприменять математическое моделирование работыЭБУ с использованием программных комплексовтипа MATLAB/Simulink, которые позволяют сохранятьидентичность программного обеспечениямикроконтроллера.Рис. 4. Данные для расчёта подачи топливаНа рис. 4 показаны следующие граничныекривые: 1 – пусковая подача; 2 – внешняя скоростнаяхарактеристика; 3 – регуляторная ветка; 4…6 –дополнительные кривые; 7 – подача холостого хода.Координаты положения исполнительного механизмаBpв зависимости от частоты вращенияBnи координаты положения электронной педали показаныв цифровом коде (ц.к.) для электрическихсигналов. Кривые 2 и 7 соответствуют нажатиюэлектронной педали на 100 % и 0 %.Список литературы:1. Грехов Л.В. Топливная аппаратура и системы управлениядизелей: Учебник для вузов / Л.В. Грехов,Н.А. Иващенко, В.А. Марков. – М.: Легион-Автодата,2004. – 344 с. 2. Каталог продукции ООО «Торговый дом«Топливоподающие системы». – 2005. – 24 с.3. Лисовал А.А. К вопросу о методике разработки микропроцессорногорегулятора / А.А. Лисовал // Двигателивнутреннего сгорания. – 2006. – №2. – С. 34–38.4. Лисовал А.А. Методика и результаты испытаниймикропроцессорного регулятора с программноизмерительнымкомплексом в его составе / А.А. Лисовал// Двигатели внутреннего сгорания. – 2007. – №2. –С. 15–19. 5. Лисовал А.А. Подготовка математическоймодели электронного регулятора к расчётным исследованиям/ А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания.– 2008. – №1. – С. 98–103.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 61

УДК 621.436: 539.3: 621.74Конструкция ДВСВ.И. Алёхин, асп., А.В. Белогуб, канд. техн. наук, О.В. Акимов, д-р техн. наукМОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТОДОЛОГИИ РАСЧЕТА ДЕТАЛИ ПОРШНЯ НАПРОЧНОСТЬ В МЕСТАХ ДИСЛОКАЦИИ ДЕФЕКТОВ УСАДОЧНОГОХАРАКТЕРАПредставленная публикация является продолжениемцикла исследований, посвященных проблемеобеспечения надежной работы и техническогосовершенства литых деталей поршней бензиновыхдвигателей внутреннего сгорания, выполняемыхв рамках внедрения методологии расчета наусталостную прочность с учетом дислоцированныхусадочных дефектов.В предыдущих публикациях [1-4] данногоцикла были определены и выполнены следующиешаги подготовки начальных условий для разработкиметодологии:• с помощью моделирования литейных процессовв пакете программ LVM Flow были определеныместа дислокации усадочных дефектов;• создана геометрическая модель поршня сдислоцированными дефектами;• с использованием универсального расчётногопрограммного комплекса ANSYS проведеномоделирование теплового и напряженнодеформированногосостояния (НДС) поршня безучета возможных дефектов усадочного характера(«плотной детали») и с дислоцированием их втвердотельную модель, с учетом начальных и граничныхусловий, представленных в работах [3,4];• получены напряжения в обусловленныхзонах «плотной детали» и с дислоцированнымидефектами усадочного характера.Из-за многократных циклических измененийнагрузочных и скоростных режимов двигателейнадежность поршней зависит от сопротивленияусталостному разрушению материала в различныхнапряженных сечениях. На сегодняшний день методологиярасчета прочностных характеристикпоршней ДВС широко представлена в фундаментальныхработах Костина А.К., Шеховцова А.Ф.,Чайнова Н.Д., Абрамчука Ф.И., Пылёва В.А. [5-9],но для полной оценки детали поршня необходимопроведение серии дополнительных сравнительныхрасчетов. В данной публикации на базе конструкторско-технологическогопроектирования проведенамодернизация существующей методологии расчетапрочностных характеристик деталей поршнейс дислоцированием усадочных дефектов. Выполненнаямодернизация расчетов прочностных характеристикпоршня в части учета дислокации усадочныхдефектов и их размеров, проводилась в рамкахчисленного научного эксперимента с использованием,в качестве инструментария, комплексаANSYS. Для постановки полнофакторного 2 4 эксперимента(табл. 1) были использованы следующиеисходные данные:Таблица 1. Схема подготовки данных полнофакторного эксперимента№№ экспериментадеф. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16X1 + - + - + - + - + - + - + - + -X2 + + - - + + - - + + - - + + - -X3 + + + + - - - - + + + + - - - -X4 + + + + + + + + - - - - - - - -62- места дислокации литейных дефектов, которыебыли взяты из результатов моделирования деталипоршня ВАЗ 21083-1004015 и 2105-1004015 вИКС LVM Flow, описанных и наглядно представленныхв [1]. В частности, места в теле бобышкипод пальцевым отверстием (фактор Х1), в теле бобышкинад пальцевым отверстием (фактор Х2), всечении скругления корпуса поршня к днищу (факторХ3), и в теле днища поршня под камерой сгорания(для поршней с камерой сгорания) (фактор Х4).Исходя из характера рассредоточения рассмотренныхдефектов в теле детали, согласно данным макроанализа,представленным на рис. 1 и в результатемоделирования литейных процессов, было предложеноиспользовать два типоразмера рассматриваемыхдефектов Ø0,3 и 1,3 мм;ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВС- создана конечно-элементная модель поршняс дислоцированными дефектами [2];Рис. 1. Результат макроанализа поршня с дефектамиусадочного характера в днище поршня (данныеОАО «АВТРАМАТ»)- начальные и граничные условия для моделированияНДС были применены согласно методике,предложенной раннее А.В. Белогубом и др. [3,4];- в качестве переменных напряжений в деталипоршня приняты значения давления газов в цилиндреза один цикл работы двигателя, а в качестветермических - стационарные напряжения, возникающиепри номинальной мощности и номинальнойчастоте вращения коленчатого вала;- возникающие, в результате моделирования,напряжения в местах дислокации дефектов, былопринято контролировать в точках максимальногозначения напряжений рис. 2.В качестве решателя для моделирования вANSYS принят критерий наибольших касательныхнапряжений, согласно III теории прочности:σ1 − στ3max=2Данный критерий прочности был выбран исходяиз рекомендаций [10] , а так же простоты еговыявления в мультимедийной среде комплексаANSYS.а) б)в) г)Рис. 2. Точки определения значений в соответствующих дислоцированных дефектаха) дефект Х1 б) дефект Х2 в) дефект Х3 г) дефект Х4Далее в выбранных точках контролировалисьмаксимальные и минимальные значения возникающихнапряжений, рассчитывались значенияамплитуды напряжений (τ а ), среднего напряжения(τ m ) и коэффициенты асимметрии цикла R по общепринятымформулам [10].В таблице 2 показаны результаты выполненныхрасчетов.Дальнейший расчет заключался в определениипредельных напряжений τ max пр. в местах дислоцированныхдефектов, в зависимости от асимметриицикла:τ max пр. = τ -1 +(1-ψ τ )×τ m ,где τ -1 - коэффициент выносливости материалапоршня (АК12М2МгН) при симметричном цикле,его значения в зависимости от температуры и числациклов нагружений (10 7 циклов) были найдены изДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 63

Конструкция ДВСсправочных данных [11]; ψ τ – коэффициент чувствительностиматериала к асимметрии цикла, вычисленныйиз уравнения диаграммы предельныхамплитуд по Гудману (ψ τ =τ -1 /τ в ).Таблица 2. Результаты значений напряжений цикла соответствующих дислоцированных дефектов№τ max в зонах дефекта, МПаτ min в зонах дефекта, МПаэкспериментаХ1 Х2 Х3 Х4 Х1 Х2 Х3 Х41 30 74 36 7 11 66 24 5,9416 13 39 19 11 4,3 33 14,7 4,8-//-τ а , МПаτ m , МПаХ1 Х2 Х3 Х4 Х1 Х2 Х3 Х41 9,35 3,75 5,95 0,5 20 70 30 6,4816 4,50 2,8 2,25 3,35 8,8 36 17 8,15-//-RХ1 Х2 Х3 Х41 0,37 0,90 0,67 0,8516 0,32 0,85 0,77 0,42Выражение для определения коэффициентовзапаса прочности для каждого исследуемого дислоцированногодефекта было представлено в виде:nττ−=τ × k + ψaτ1.Результаты численного расчета τ max и связанныхс ним параметров представлены в своднойтаблице 3.Выражение для определения коэффициентовзапаса прочности для каждого исследуемого дислоцированногодефекта было представлено в виде:nττ−=τ × k + ψaτmm× τ× τm1.Таблица 3. Расчетные значения параметровпрочности для принятых шагов эксперимента взависимости от коэффициента асимметрииПолученныеданные№экспе римента116τ -1 ,МПаτ в ,МПаψ τmτ max пр. ,МПаХ1 149 335 0,44 160 8,06Х2 149 335 0,44 188 4,27Х3 146 335 0,44 162 7,46Х4 149 335 0,46 153 43,5Х1 149 335 0,44 154 17,7Х2 149 335 0,44 169 7,9Х3 146 335 0,46 155 14,6Х4 149 335 0,44 154 21,3Полученные результаты расчета максимальныхнапряжений меньше предельно допустимых,64n τно в местах Х2 при максимальном размере дефектовкоэффициент запаса наименьший.Предложенная модернизация методологиирасчета прочностных характеристик литых поршнейДВС состоит из следующих этапов:• определение, путем моделирования и с помощьюстатистических данных, параметров дефектов,получаемых при изготовлении литых деталей;• дислоцирование данных дефектов в 3D модельдетали;• моделирование теплового и напряженнодеформированногосостояния детали с заданныминачальными и граничными условиями;• определение полученных в результате моделированиязначений напряжений, исходя из существующихкритериев прочности;• проведение расчета прочностных характеристикпо приведенным в статье формулам, взятымиз существующих технических справочников;• оценка полученных результатов в сравненииих с рекомендуемыми допустимыми значениямипрочности и разработка конструкторскотехнологическихрекомендаций.Расчет на прочность, такого рода, являетсядетерминистическим и сводится к вычислениюпредельных напряжений, запасов прочности. Предлагаемаяметодология расчета не является достаточнойиз-за ограниченного объема экспериментальнойинформации о прочности, но является необходимойдля технического расчета параметровлитых деталей ДВС.Следует сделать вывод, что значения напряженийзависят от размеров дислоцированных де-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСфектов, но на данной стадии исследований не известнопри каких сочетаниях размеров дефектовбудут наиболее опасные зоны. Дальнейшее направлениеисследований предполагает построениеуравнений регрессии и расчет прочностных характеристикпри переходных процессах работы двигателядля разных типоразмеров дислоцированныхдефектов.Список литературы:1. Алехин В.И. Компьютерно-интегрированное моделированиелитейных процессов в автомобильных поршняхна основе конструкторско – технологической методикипроектирования деталей ДВС / В.И. Алехин, А.В. Белогуб,А.П. Марченко, О.В. Акимов // Двигатели внутреннегосгорания. – 2009. - №2. - С.101-104. 2. Алехин В.И.Моделирование теплового и напряженно-деформированногосостояния поршня с учетом дислоцированныхдефектов усадочного характера / В.И. Алехин, О.В. Акимов,А.В. Белогуб, А.П. Марченко // Вестник НТУ «ХПИ».Сборник научных трудов. Тематический выпуск: Машинознавствота САПР. – 2010. – №19. – С. 12-18. 3. БелогубА.В. Исследование температурного поля поршня. /А.В. Белогуб, А.Г. Щербина, А.А. Зотов, Ю.А. Гусев //Авиационно-космическая техника и технология. – 2002.Вып. 31. – С. 120-123. 4. Белогуб А.В. Исследование термонапряженногосостояния поршня. / А.В. Белогуб, В.А.Байков, А.И. Бицюра, Ю.А. Гусев, А.Г. Щербина,А.С. Стрибуль. // Високі технології в машинобудуванні.Зб. наук. праць НТУ „ХПІ”. – 2002. – Вип. 1 (5). – С. 32 –35. 5. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов В.И. Теплонапряженностьдвигателей внутреннего сго-рания. – Л.:Машиностроение, 1979. – 222 с 6. Процессы в перспективныхдизелях /Под ре-дакцией А.Ф. Шеховцова.-Х.:Изд-во Основа; при Харьк. ун-те, 1992.-352 с. 7. ЧайновН.Д. Конструирование двигателей внутреннего сгорания/ Н.Д. Чайнов, Н.А. Иващенко, А.Н. Краснокутский; подред. Н.Д. Чайнова. – М.: Машиностроение, 2008. 495 с. 8.Абрамчук Ф.И. Современные дизели: повышение топливнойэкономичности и длительной прочности / Ф.И. Абрамчук,А.П. Марченко, Н.Ф. Разлейцев и др.; под ред.А.Ф. Шеховцова. – К.: Техника, 1992. 272 с. 9. Пылёв В.А.Автоматизированное проектирование поршней быстроходныхдизелей с заданным уровнем длительной прочности:Монография. – Харьков: Изд. центр НТУ «ХПИ»,2001. – 332с. 10. Серенсен В.П. Несущая способность ирасчет деталей машин на прочность. Руководство исправочное пособие/ С. В. Серенсен, В. П. Когаев, Р. М.Шнейдерович; под ред. С.В. Серенсена. – М.: Машиностроение,1975. 488 с. 11. Трощенко В.Т. Сопротивлениеусталости металлов и сплавов : справочник в 2 т. / [сост. В.Т. Трощенко, Л.А. Сосновский ] – Киев : Науковадумка, 1987-. – Т2. – 1987.- 1302+XXXVI с.УДК 621. 43. 016О.В. Триньов, канд. техн. наук, В.Т. Коваленко, канд. техн. наук,А.Т. Тихоненко, канд. техн. наук, О.М. Клименко, магістр, Д.А. Куртов, студ.АНАЛІЗ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ ВИПУСКНИХ КЛАПАНІВШВИДКОХІДНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ ПРИКЛАДАННІ МЕХАНІЧНОГОНАВАНТАЖЕННЯВ умовах експлуатації деталі клапанного вузла,зокрема випускні клапани, зазнають дію значнихзмінних механічних навантажень, прикладанняяких відбувається при високих температурах в камерізгоряння (КЗ) двигуна. На рівень механічнихнавантажень впливає, насамперед, значення максимальноготиску в циліндрі двигуна, а також інерційнінавантаження в момент посадки клапана насідло. Певний внесок у виникнення додатковихмеханічних навантажень можуть внести відхиленнявід номінальних розмірів в спряженнях «сідлоклапан»,«стрижень клапана-напрямна втулка»,допущені при виготовленні та збиранні деталейклапанного вузла.Детальний аналіз даних тривалої експлуатаціїдизелів СМД в роботі [1] показав, що типовимидефектами випускних клапанів, навіть при умовахпорівняно низьких термічних навантажень (моделіСМД-15, pe= 0,62 МПа), були їх обриви: в зоніспряження стрижня з тарілкою та в зоні проточкипід сухарики. Як зазначалося в роботі [1], основнимифакторами, що призводили до виникнення зазначенихдефектів, є механічні напруження під дієюінерційних і газових навантажень, а також дійсніумови спряження клапанів з напрямною втулкоюі сідлом. Такі умови визначаються, головним чином,вибором величини діаметрального зазору вхолодному стані δ між стрижнем клапана та напрямноювтулкою, його змінами при роботі двигунапри нагріванні та закладеним в конструкцію клапанноговузла биттям опорної фаски клапана відносноосі напрямної втулки. Величина зазору δ,згідно відомим рекомендаціям, задається в залежностівід діаметру стрижня клапана d і складаєδ ≈ 0,01 d . Як відомо також, зазор δ в значній мірівпливає на працездатність клапана через тепловід-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 65

Конструкция ДВСведення від його стрижня. В той же час зі зменшеннямδ напруження в зоні спряження стрижня ітарілки зростають від перекосів при посадці клапанана сідло і можуть досягати значень, близьких домежі утоми. Перекоси осі клапана відносно осі напрямноївтулки і механічні напруження, які прицьому виникають, залежать також від геометричноїформи самої тарілки, яка визначає її жорсткість. Зізменшенням жорсткості тарілки згинальні напруженняв стрижні клапана зменшуються, але прицьому, як доводять автори [1, 2], збільшуєтьсязношення опорних фасок сідла і клапана.Вирішення наведеного переліку проблем, якіпов’язані з механічними напруженнями у випускнихклапанах швидкохідних дизелів, можливе наоснові вузлової математичної моделі нестаціонарноготеплового і напружено-деформованого стануклапанного вузла.Зростання рівня форсування сучасних швидкохіднихдизелів супроводжується одночаснимпідвищенням як експлуатаційних температур деталейклапанного вузла, так і механічних навантажень,зокрема максимального тиску в циліндрі.Враховуючи те, що зі зростанням температури механічнівластивості переважної більшості жароміцнихклапанних сталей суттєво погіршуються, детальнийаналіз механічної складової у формуваннінапружено-деформованого стану випускних клапанівможна вважати актуальним як з точки зоруотримання теоретичних узагальнень, так і практичнихрезультатів.Метою проведеного розрахунковоекспериментальногодослідження було уточненняматематичної моделі теплонапруженого стану клапанноговузла, визначення ролі механічної складовоїу виникненні можливих дефектів випускнихклапанів при зростанні рівня форсування.Проведені дослідження включали широке колопитань, пов’язаних з уточненням схеми закріпленняклапана при розв’язанні задачі механіки, визначеннямвпливу геометричної форми тарілкиклапана, механічних властивостей клапанних сталейна напружено-деформований стан клапана приприкладанні механічних навантажень та інших.Були поставлені також досліди, які мали за метууточнення самої експериментальної методики визначеннядеформацій і напружень з використаннямтензометрії. Зупинимось на окремих отриманихрезультатах.Експериментальні дослідження з визначення66впливу тиску газів на напружено-деформованийстан випускних клапанів проводилися на безмоторномустенді, основним елементом якого був складенийкорпус, що імітує головку циліндрів, міститьоброблені поверхні під опорну фаску клапана тайого стрижень, має достатню жорсткість. В корпусірозміщується досліджуваний клапан, препарованийтензодатчиками, встановленими на тарілці клапанав напрямках дії найбільших складових напруженогостану, а саме колових та радіальних. Тензодатчиквстановлювався також на самому корпусі поблизуопорної фаски для контролю деформацій івідповідних напружень в осьовому напрямку. Зісторони тарілки клапана корпус герметично закриваєтьсяфланцем зі штуцером. Корпус в зборі підключаєтьсядо гідравлічної системи вантажопоршневогоманометричного стенду. Механічне навантаженняклапана, яке моделює дію газових сил,створюється тиском масла в гідравлічній системівантажопоршневого стенду. Детальний опис моделюючоїустановки наведено в роботі [3].Безмоторний експеримент з тензометрії клапана,як складова частина всього дослідження, мавза мету уточнення схеми закріплення клапана прирозв’язанні задачі механіки напруженодеформованогостану на основі методу скінченихелементів (МСЕ). При цьому результати тензометріїможна використовувати для уточнення математичнихмоделей як окремих деталей, наприкладклапана, так і клапанного вузла в цілому. Геометричнамодель клапанного вузла, яка використовуєтьсяв подальшому для побудови скінченоелементноїматематичної моделі, максимально відтворенав конструкції складеного корпусу, яка показана нарис.1.Рис. 1. Геометрична модель клапанного вузлаДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСДля визначення деформацій було використановимірювач статичних деформацій ИСД-3 зі зрівноваженоюмостовою схемою та з вимірюванням нульовимметодом [3].З метою вдосконалення методики проведеннябезмоторного експерименту, як зазначалося, крімвирішення питань, пов’язаних з уточненням математичноїмоделі, було проаналізовано також впливна результати вимірювання деформацій бази тензодатчикаl.В експерименті для такого аналізу були вибранітензодатчики серії КФ4П1-5-200-Б-12, константанові,з базоюl = 5мм, коефіцієнтом тензочутливостіk = 2,09 ± 0,01 і тензодатчики серіїКФ4П1-1,5-100-Б-12,l = 1, 5 мм, k = 2,07 ± 0,01 .Порівняльний аналіз проводився на серійному клапанідизеля СМД-18Н (матеріал клапана – сталь4Х9С2). Тензодатчики встановлювалися за схемою,представленою на рис. 2. Для закріплення датчиківна клапані в контрольних зонах було застосованоорганічний клей холодного затвердіння ціакрин ЕО[3]. Чотири контрольні датчики (1-4), як показанона схемі, встановлюються на тарілці клапана, аодин компенсаційний (5) – на стрижні.Рис. 2. Схема розміщення тензодатчиківВ таблиці 1 для порівняння представлені значеннявідносних деформацій ε в контрольних зонах1 і 2 серійного суцільного клапана, для знаходженняяких були застосовані тензодатчики з різнимизначеннями параметра l.5Таблиця 1. Відносні деформації ε×10 в контрольних зонах серійного випускногоклапана дизеля СМД-18Н при використанні тензодатчиків серії КФ4П1База,l, мм51,5Таким чином, для варіанта суцільного клапана,зменшення бази тензодатчика від 5 до 1,5 мм увибраному діапазоні навантажень на тарілку клапанапрактично не вплинуло на результати досліду.Результати безмоторного експерименту підтвердиликоректність вибраної схеми закріпленняклапана для задачі механіки. Зокрема, при моделюваннінапружено-деформованого стану клапана, якокремої деталі, може бути запропонована схема,яка представлена на рис. 3.При такій схемі клапан представляється закріпленимпо опорній фасці, що забезпечуєтьсязавданням переміщенняUП= 0№Навантаження, МПазони 1 2 3 4 5 6 7 8 91 -3 -7 -10 -13 -17 -21 -24 -27 -312 -1 -2 -3 -4 -4 -5 -5 -6 -61 -4 -6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -282 -1 -2 -3 -3 -4 -4 -4 -5 -5в місцевій системікоординат, зв’язаної з опорним скінченим елементом.На основі загальних підходів до вирішенняконтактних задач, викладених, наприклад, в роботі[4], до розгляду введено контактний прошарок ,який може бути достатньо тонким і жорстким. Донього прикладені двосторонні кінематичні зв’язки,S kякі виключають можливість відставання клапанавід сідла (рівносильно виникненню додатних складовихнапруженого стану) по нормалі n , але допускаютьпереміщення клапана по дотичній τ (силитертя або ж нульові дотичні напруження в зоні контакту).Зі сторони КЗ клапан навантажено тиском газівв циліндрі, який змінюється в залежності відрежиму навантаження. Зі сторони верхнього торцядо клапана прикладено розтягуюче сумарне зусиллявід клапанних пружин, віднесене до одиниціплощі верхнього торця. Проведені МСЕрозрахункинапружено-деформованого стану варіантівклапанів, зокрема серійного і з внутрішньоюпорожниною (порожнистого) з вибраною схемоюзакріплення, дали розбіжність з результатами безмоторногоексперименту в межах 10-15%, що можнавважати цілком задовільним.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 67

Конструкция ДВСРис. 3. Завдання ГУ задачі механікиПідтвердивши коректність схеми закріпленняклапана на експериментальному етапі дослідження,в розрахунковій його частині представилося можливимпроаналізувати вплив конструктивних факторівна напружено-деформований стан при прикладанніяк лише механічних, так і лише термічнихнавантажень. При розрахунковому моделюваннівикористовувалася вісесиметрична математичнамодель напружено-деформованого стану випускногоклапана дизеля СМД (програмне забезпечення«KROK», розробник ІПМаш НАН України). Розглядалися,в тому числі, варіанти клапанів серійногоі порожнистого на режимі номінальної потужно--1сті дизеля ( n = 1800 хв ,ep = 0,773 МПа ). Механічна складова напруженодеформованогостану клапана і найбільш напруженоїйого частини – тарілки залежить від рівня прикладеногодо тарілки тиску газів, який приймавсяпостійним і рівним максимальному на даному режиміN = 73,6 кВт,zp = 9,1 МПа . При розв’язанні задачі теплопровідностібули використані ГУ, розроблені наоснові проведених моторних досліджень дизеляСМД-18Н (4ЧН12/14) [5].При проведенні розрахункового аналізу розглядалисяінтенсивності напруженьта компонентитензора напружень:осьові,σo- колові,eσ iσR- радіальні,σZ-τR- дотичні. Для порівняльногоаналізу були вибрані найбільш напружені зони(точки) 1-4 тарілки клапана, показані на рис. 4.68Рис. 4. Розрахункові перетини досліднихваріантів клапаніва – серійний суцільний;б – порожнистийРезультати розрахункового дослідження длясерійного та порожнистого варіантів клапанів зведенов таблиці 2. Випускний клапан дизеля зазнаєскладне навантаження, зумовлене нерівномірнимтемпературним полем і складною геометрією меридіональногоперетину. Слід зазначити, що температурнеполе серійного клапана, від якого залежатьтермопружні напруження, є типовим для випускнихклапанів швидкохідних дизелів. При цьомурівень температур тарілки клапана достатньовисокий, досягає 720 – 750 °С, що свідчить про недостатнєтепловідведення через сідло серійногоклапана. При цьому термопружні напруження, якщооцінювати їх по інтенсивностям, далекі відкритичних на даному режимі ( = 200 МПа приot = 700 C ). Серед компонентів тензора напруженьпереважають колові і радіальні. Тарілка клапанастиснута до центру, максимальні напруження спостерігаютьсяв центрі тарілки, а також безпосередньона опорній фасці (зона 4). Роль механічних напружень,порівнюючи з чисто термічними,суттєвапо всім компонентам тензора напружень і для всіхконтрольних зон, однак при цьому не змінюєтьсяположення зон максимальних напружень. Максимальнінапруження (по всім компонентам) зосередженів центрі тарілки і на самій опорній фасці.Слід також відзначити, що прикладення механічногонавантаження може позитивно вплинути на рівеньсумарних напружень в зоні опорної фаски(точка 4), так як термічні і механічні напруженнямають різний знак (“-” – стискаючі, “+” – розтягуючі).ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010σ вσ i

Конструкция ДВСТаблиця 2. Інтенсивності і компоненти тензора напружень в контрольних зонах-1серійного клапана ( n = 1800 хв , N = 73,6 кВт )eТермічне навантаженняМеханічне навантаження№ зони σR, σZ, σo, τR, σi, σR, σZ, σo, τR, σi,МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа1 -26,6 -0,1 -26,3 0,4 26,3 -43,1 -9,1 -42,6 -0,2 33,52 -29,6 -0,2 -16,6 0,3 26,2 -52,5 -9,2 -50,4 0,4 39,83 -1,1 -0,6 0,3 0,8 1,9 -8,7 -9,1 -27,1 0,1 15,24 49,3 42,7 98,9 6,4 54,3 -75,3 -73,7 -83,2 -43,2 6,1Порожнисті конструкції випускних клапанівдосліджувалися раніше, наприклад в роботах [6, 7],але, головним чином, у зв’язку з використаннямнатрієвого охолодження клапана. Для розв’язаннязадачі теплопровідності задавались ГУ, розробленідля математичної моделі серійного клапана [5] ідоповнені умовами по внутрішній порожнині клапана.При цьому для замкненої порожнини приймавсянульовий тепловий потік q = 0 .Наявність замкнутої порожнини в стрижніклапана призводить до незначного ( в середньомуна 8 - 10%) зростання температур в найбільш нагрітихчастинах тарілки порожнистого клапана у порівнянніз серійним, але при цьому спостерігаєтьсязменшення температурних градієнтів як в радіальному,так і в осьовому напрямках, зумовлене внутрішньоюпорожниною. Колові і радіальні термічнінапруження, а також осьові механічні, відіграютьвирішальну роль у формуванні напруженодеформованогостану порожнистого клапана. Введенняпорожнини помітно позначається лише взоні опорної фаски клапана, практично витримуютьсяспіввідношення між механічними і термічнимискладовими напружень. Механічне навантаженнявідіграє помітну роль не лише в досягненніпевного рівня сумарних напружень, але й впливаєна їх знак.ВисновкиПроведені експериментальні та розрахунковідослідження підтвердили суттєву роль механічноїскладової у формуванні напружено-деформованогостану випускного клапана, а також необхідністьретельного обґрунтування вибраної схеми закріпленняклапана для задачі механіки з залученнямтакож і експериментальних методів, наприкладбезмоторної тензометрії.Аналіз напружено-деформованого стану клапана,як окремої деталі, з використанням відповідноїматематичної моделі на стаціонарних режимахнавантаження та отримані значення термічних імеханічних напружень, які далекі від критичних, непояснюють виникнення типових дефектів в експлуатації.Повний аналіз впливу конструктивних параметрівклапанного вузла та експлуатаційних факторівна рівень механічних і термічних напруженьв деталях вузла можливий на основі нестаціонарноївузлової моделі.Список літератури:1. Балюк Б. Надежность механизма газораспределениябыстроходных дизелей./ Б. Балюк, А.Божко – М.: «Машиностроение»,1979. - 160 с. 2. Еременко Б.С. Аналитическоеи экспериментальное определение жесткоститарелки клапана и ее влияние на износ гнезда головкицилиндров. / Б.С. Еременко, И.Л. Рудерман / /Двигателивнутреннего сгорания. – 1969. – №11. – с. 97-104. 3. ТриньовО.В. Оцінка механічних напружень у випускних клапанахметодами тензометрії / О.В. Триньов, В.Т. Коваленко,С.В. Обозний, В.П. Куць, О.М. Клименко // Двигателивнутреннего сгорания. – 2009. - №2. – с.74-77. 4.Задачи контактного взаимодействия элементов конструкций/ [А.Н. Подгорный, П.П. Гонтаровский, Б.Н. Киркачи др.]. – К . – Знание, 1989. – 232 с. 5. Тринев А.В.Оценка влияния геометрии тарелки клапана на теплонапряженноесостояние выпускных клапанов автотракторногодизеля / А.В. Тринев, А.Н. Авраменко, И.А. Москалев// Двигатели внутреннего сгорания. – 2005. - №1. –с. 75-80. 6. Теория двигателей внутреннего сгорания.Под ред. проф. д-ра техн. наук Н.Х Дьяченко. – Л ., 1974.- 532 с. 7. Костин А.К. Теплонапряженность двигателейвнутреннего сгорания. Справочное пособие. / А.К. Костин,В.В. Ларионов, А.И. Михайлов – Л., 1979. – 222 с.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 69

УДК 539.432Конструкция ДВСВ.Н. Конкин, канд. техн. наук, С.М. Школьный, канд. техн. наукОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯКРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ВОЗДУШНОГО КОМПРЕССОРАВведениеЭнергетические установки с высоким уровнемнестационарного нагружения (ДВС, дизели,компрессоры и т.д.) требуют сегодня при своёмпроектировании всё более точного определенияконечных сроков своей эксплуатации. На жизненныйцикл любого сложного изделия существенноевлияние оказывают уровень и характер напряжённо-деформированногосостояния несущего материала.Основные вопросы по термодинамике, основамконструирования различных узлов и компонент,а также различные методы расчётов воздушныхкомпрессоров изложены в [1-3]. Прогрессивныенаучно-информационные и производственныетехнологии предоставляют сегодня большие возможностидля более точного и оптимального проектированиясложнейшей и ответственной техники.Одной из таких передовых технологий в механикесплошной среды является метод конечных элементов,реализованный для практического примененияво многих системах прикладного и проблемноориентированногоанализа.Постановка задачиПоставлена задача определения напряженнодеформированногосостояния (НДС) кривошипношатунногомеханизма воздушного компрессораVC-2231 мощностью 400Квт. В состав даннойсборки входят следующие основные компоненты:коленчатый вал с противовесами и два шатуна,расположенных под углом 90 градусов друг к другу.С помощью экспериментальных исследованийна заводе-изготовителе (LMF, Австрия) были определеныосевые усилия для обоих шатунов в начальныесроки эксплуатации, а также в конечныймомент времени, соответствующий паспортномусроку службы. Основной целью поставленной задачибыло возможно более точное определениеНДС для данных конструктивных элементов, длятого, чтобы в дальнейшем более уверенно определятьполный жизненный ресурс КШМ, а не тольков соответствии с паспортным сроком.Создание КЭ модели КШМЭлектронная копия проекта кривошипношатунногомеханизма компрессора была преобразованав файлы исходной геометрии типа Parasolid70с расширением .x_t, которые позволяли представитьпроект в системе анализа ANSYS непосредственнов трёхмерном (3-D Solid) виде и с сохранениемвсей исходной информации (рис. 1).Рис. 1. Общий вид кривошипно-шатунногомеханизмаС точки зрения методики решения вполне оправданнымбыл подход, когда должна была решатьсяединая трёхмерная контактная задача, сучётом всех взаимодействующих элементов. Однакопопытки автоматической генерации в ANSYSконечно-элементной модели с полным учётом всейгеометрии проекта показали, что объём генерируемоймодели будет при этом слишком большим(около 5 млн. конечных элементов), а задача такогоразмера на имеющейся в распоряжении технике несможет быть решена. Поэтому были проведенывозможные упрощения геометрии проекта, когда израссмотрения были исключены конструктивныеэлементы, не имеющие принципиального значениядля НДС будущей модели, но позволяли заметноуменьшить размер задачи.Для создания конечно-элементных моделейвсех конструктивных элементов был примененодин и тот же тип объёмного конечного элементапервого порядка – SOLID45. Вследствие наличия впроекте значительных участков с нерегулярной идостаточно сложной геометрией, была использованапирамидальная форма данного типа элементов,которая позволяла заметно уменьшать объём задачи.Необходимо сказать, что применение конечныхДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

элементов 2-го порядка SOLID92 давало бы лучшиепо точности результаты, но их использованиезаметно увеличивало размер задачи.Конструкция ДВСРис.2. Конечно-элементная модель коленчатоговалаКроме этого, из рассмотрения были исключенывтулки и кольцевые прокладки для верхних частейшатунов, так как их наличие или отсутствие неимело принципиального значения при определенииНДС. Для каждой из созданных моделей поставленыи решены тестовые задачи, анализ решенийкоторых позволил убедиться в их корректности.Конечно-элементные модели коленчатого вала иодного из шатунов показаны на рис.2, рис.3.Анализ модели с точки зрения её качества позволилустановить, что число конечных элементов,для которых нарушались необходимые критерии,не превышает 0,005% от общего числа элементов.Таким образом, были созданы оптимальныепо числу неизвестных и уровню точности конечноэлементныемодели коленчатого вала, двух шатунови кольцевых прокладок для нижних частей шатунов.Число конечных элементов для всей моделисоставляло при этом около 2.5 млн., а общее числонеизвестных – около 1.4 млн.Решение задач для моделей КШМИнформация по условиям статического нагружениясборки “коленчатый вал-шатуны” былаполучена в результате экспериментальных исследований,проведенных на заводе-изготовителе(LMF, Австрия) и представлена в виде .xls- таблицы,в которой приведены значения усилий, направленныхпо осям обоих рабочих цилиндров.Рис.3. Конечно-элементная модель шатунаПозиционирование рабочих положений приповороте вала было проведено через каждые 5º(Рис.3), что приводило к необходимости проведения72 расчётов для каждого из конструктивныхэлементов, что в целом представляло собой большойобъём работы. Кроме этого, были представленымаксимальные значения осевых усилий длядвух моментов времени – начало работы и конечныйсрок работы компрессора (по паспорту). Отметим,что усилия в конечный момент времени былименьшими по абсолютной величине, чем в начальныймомент времени, на 23,1%.Поскольку задача определялась как линейнаяпо характеру НДС, а осевые усилия для обоих шатуновбыли достаточно близкими друг к другу(Рис.4), было решено просчитать положения сборкипо углу поворота для максимальных значенийусилий, причём для меньшего числа позиций поворотавала. Критериями отбора расчётных позицийбыли максимальные значения приложенных усилий,а также расположение локальных зон концентрациинапряжений (места выхода на поверхностьколенчатого вала его внутренних каналов). В результатебыли выбраны следующие 11 позиций: 0º,30º, 60º, 90º, 105º, 135º, 180º, 210º, 240º, 290º, 320º,для которых и проводились расчёты. Важным условиемдля правильной постановки задачи для различныхположений сборки КШМ было определениеразмеров контактных зон взаимодействия “вал- кольцевая втулка - шатун”. Отдельное решениеконтактных задач типа “поверхность-поверхность”между коленчатым валом и кольцевой втулкой позволилоустановить, что при задаваемых для шатуновмаксимальных осевых усилиях размер контактнойзоны будет ограничен десятью угловымиградусами. Размер и форма одной из таких кон-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 71

Конструкция ДВСтактных зон для одной из расчётных позиций показанна рис.5.F1, F2, кН806040200-20-40-60-8004080Осевое усилие по оси 1Осевое усилие по оси 2120160200240280Угол поворота вала, град.320360Рис. 4. Величина нагрузок по осям цилиндров КШМв зависимости от угла поворота валаТаким образом, решение одной задачи большогоразмера для всей сборки КШМ было замененорешением двух задач намного меньшего размера,получение решений для которых не представлялоособых проблем.Рис.5. Размер и форма контактных площадокна поверхности коленчатого валаГраничные условия для обеих задач принималисьна основе расположения подшипников каченияна коленчатом валу, а для расчёта пары шатунов– исходя из положения полученной унифицированнойконтактной зоны между валом, кольцевойпрокладкой и шатуном. Тип принятых граничныхусловий – предварительное напряжённое состояниев контактных зонах “вал – кольцевая прокладка- шатун”.72Анализ полученных результатовДля созданных моделей было проведено 22расчёта: 11 расчётов – для указанных выше отобранныхрасчётных позиций коленчатого вала, и11 расчётов – для пары шатунов, для таких же рабочихпозиций.В приведенных ниже таблицах показаны результаты,полученные для начального моментавремени работы КШМ.В таблице 1 показаны максимальные абсолютныезначения основных неизвестных для каждойиз рабочих позиций. Отметим, что максимальнаяинтенсивность напряжений, как и компонентыперемещений (U,V), имеют место в контактныхзонах взаимодействия “коленчатый вал – кольцеваяпрокладка - шатун”, а максимальные значения дляперемещений W имеют место в наружных областяхпротивовесов.Таблица 1. Максимальные абсолютные значениялинейных перемещений для модели коленчатоговалаU·10 5 , м V·10 5 ,мW·10 5 ,м0° 0,46 0,67 0,43 0,7830° 0,54 0,77 0,48 0,860° 0,64 1,09 0,66 1,1190° 0,98 1,77 1,2 1,77105° 1,22 2,4 1,56 2,46135° 1,22 2,4 1,56 2,46180° 0,45 1,15 0,73 1,22210° 0,2 0,45 0,31 0,52240° 1,1 1,06 0,82 1,25290° 1,27 2,26 1,65 2,44320° 0,95 1,5 1,12 1,74USUM·10 5 ,мВ таблице 2 приведены максимальные абсолютныезначения основных компонент тензора напряжений,в зависимости от угла поворота коленчатоговала.Анализ полученных результатов позволяетсделать вывод, что для заданных условий нагрузкимаксимальные линейные перемещения коленчатоговала находятся в пределах (5-15) мкм, а максимальнаяинтенсивность напряжений не превышает85 МПа. Самыми напряженными являются участкиконцентрации напряжений, а также контактныезоны на поверхности вала, причём имеющиеся экспериментальныеданные показывают неоднородное,по углу вращения вала, нагружение.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСТаблица 2. Максимальные абсолютные значениянапряжений для модели коленчатого валаσ x , σ y , МПа σ z , МПа σ int , МПаМПа0° 55 42 32 38,430° 60 60 39 5060° 50 60 41 39,690° 83 81,7 53,8 57105° 96,6 118 74,1 83135° 96,6 118 74,1 83180° 62,2 63,8 44,5 46,8210° 30 30 20 24,8240° 58 51 43 45290° 118 120 89 84,8320° 86 76 64 63,5В таблице 3 приведены максимальные абсолютныезначения для конечно-элементной моделишатуна основных неизвестных для каждой из просчитанныходиннадцати рабочих позиций. В таблице4 показаны максимальные абсолютные значенияосновных компонент тензора напряжений взависимости от угла поворота сборки “коленчатыйвал – шатуны”, полученные при расчётах для такихже одиннадцати рабочих позиций. Отметим, чтовнутренние области расположения маслопроводящихканалов не отличались сильно выраженнойконцентрацией напряжений.Таблица 3. Максимальные линейные перемещениядля модели шатунаU·10 5 , м V·10 5 ,мW·10 5 ,мUSUM·10 5 , м0° 8,94 7,2 5,94 12,630° 2,16 1,9 0,25 2,8960° 2,7 2,6 0,3 3,5690° 3,86 4,2 0,45 5,27105° 4,9 5,8 0,62 7,22135° 3,5 4,5 0,48 5,55180° 2,7 3,4 0,37 4,36210° 4,1 4,4 3,1 6,64240° 9,3 11,0 6,98 14,8290° 22,1 21,7 15,0 31,7320° 16,2 13,4 10,4 22,0Анализ результатов, приведенных в таблицах3, 4, говорит о том, что деформирование шатунов,по сравнению с деформированием коленчатоговала, является более существенным, достигая длямаксимальных величин нагрузок, значений уровня(0.15-0.22)мм. Напряженное состояние для шатуновтакже является более выраженным, а наличие в ихверхней части концентраторов напряжений увеличиваетих значения в данной области в несколькораз, где их интенсивность достигает величины570МПа.Таблица 4. Максимальные абсолютные значениянапряжений для модели шатунаσ x ,МПаσ y ,МПаσ z ,МПа0° 196 231 72,6 22930° 81 82 27,5 6960° 102 99 34 8590° 153 145 50 126105° 210 198 69 172135° 162 151 53 132180° 125 121 42 104210° 116 110 38 121240° 284 246 85 269290° 569 573 183 577320° 356 420 127 400σ int ,МПаЗаключениеАнализ полученных результатов показал, чтотрёхмерное НДС кривошипно-шатунного механизмаявляется достаточно равномерным, кроме переходныхучастков “вал - противовес”, контактныхзон “вал – кольцевая прокладка - шатун”, а такжезон концентрации напряжений, где уровень НДСвозрастает в несколько раз. Абсолютные значенияперемещений для всей конечно-элементной моделисборки не превышают 20 мкм. Полученная картинаНДС может быть использована при решении болееобщей задачи – определении возможного рабочегоресурса данной конструктивной сборки.Список литературы:1. Поршневые компрессоры: под ред. Б.С. Фотина.- Л.:Машиностроение, 1987. – 372с. 2. Захаренко С.Е. Поршневыекомпрессоры / С.Е. Захаренко, С.А. Анисимов, В.А.Дмитриевский. – М., Л: Машгиз, 1961. - 452с. 3. КонтюковР.А. Компрессорные и газораспределительные станции/ Контюков Р.А., Максимов В.А., Хадиев М.Б. – Казань:КГУ, 2005 . - 412с.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 73

УДК 621.43Конструкция ДВСВ.А. Пылев, д-р техн. наук, А.В. Белогуб, канд. техн. наукОСОБЕННОСТИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ И УЧЕТАРЕСУРСНОЙ ПРОЧНОСТИ ТОНКОСТЕННОГО ПОРШНЯ БЕНЗИНОВОГО ДВСПостановка проблемы в общем виде и еесвязь с важными научными или практическимизаданиями. Современные тенденции в двигателестроении,наряду с комплексным улучшением эколого-экономическихпоказателей всех типов ДВС,характеризуются неуклонным увеличением ихудельной мощности, надежности, ресурса. Приэтом увеличиваются силовые и тепловые нагрузкина детали цилиндропоршневой группы, на двигательв целом. С учетом объективных тенденцийсокращения сроков проектирования и доводки двигателей,снижения затрат на все этапы жизненногоцикла ДВС, предшествующих эксплуатации, значительнойконкуренции производителей, существеннообостряется внимание к используемым методамматематического моделирования и анализаисследуемых процессов.Поршень ДВС, являясь сложным многофункциональнымэлементом, во многом определяет совокупностькритериев качества двигателя, выступаетодной из основных ресурсоопределяющих егодеталей. При этом значительное внимание исследователейуделяется разработке концепции проектированияи обеспечения ресурсной прочностимассивных поршней дизельных ДВС [1-4].Однако в Украине и странах СНГ доля производимыхбензиновых двигателей примерно в четырераза превышает, и в ближайшей перспективееще будет превышать, долю дизельных. Поэтомуотечественный производитель поршней, ОАО"АВТРАМАТ", ориентируется на постоянное внедрениев производство кроме дизельных, и новыхконструкций тонкостенных поршней бензиновыхДВС. Такие поршни поставляются на первичный ивторичный рынки Украины и других стран.Тонкостенный поршень бензинового ДВС, всилу предъявляемых к нему требований, имеетспецифические конструктивные особенности. Всвязи с этим актуальность работы состоит в развитииметодов проектирования тонкостенного поршня,что позволяет решить сложную научнотехническуюпроблему обеспечения надежности,ресурса, повышения технического уровня ДВС в74целом.Анализ последних исследований и публикаций,в которых начато решение данной проблемы.Методы оценки ресурсной прочностипоршней ДВС базируются на результатах расчетатемпературного и напряженно-деформированногосостояния конструкций с учетом матрицы представительныхпереходных процессов, характерныхдля двигателя машины известного технологическогоназначения [1,5,6]. При этом ресурсная прочностьустанавливается для зоны кромки камерысгорания (КС), как наиболее термонапряженногоэлемента массивного поршня.Анализ конструкций поршней бензиновыхДВС показывает, что вследствие существенно иныхусловий их функционирования, разнообразия формКС, тонкостенности, а в целом – неопределенностиместоположения наиболее теплонапряженной зоны,известный подход не может быть непосредственноперенесен на эти конструкции. В то же время, исследованиянизко- и высокочастотного термонапряженногосостояния тонкостенных поршней, аналогичные[1-6], практически не имели места. Последнееобстоятельство может потребовать уточненияразработанных методик оценки ресурсной прочностипоршней.Нерешенные ранее части общей проблемы,которым посвящается данная статья. Оценкуресурсной прочности поршней в зонах локальныхэкстремумов напряженности выполняют на основеучета совместного накопления повреждений материала,вызванных усталостью и ползучестью:d 1 1fs= ∑ + = 1* ∑UkN U, (1)kfkгде k – совокупность всех циклов низкочастотногонагружения детали до наступления предельногосостояния материала;N fkk– количество циклов доразрушения, вызванных усталостью в условияхединичного k-го цикла нагружения;– энергиярассеивания при ползучести, вызванная единичнымk-ым циклом нагружения;*UU k– критическая величинаэнергии рассеивания при ползучести.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

fkЗдесь величины N , U устанавливают, соответственно,используя уравнение Поспишила итеорию упрочнения при ползучести [3,6]. При этомкаждый цикл термонагружения поршня в переходномпроцессе работы двигателя разбивается на расчетныеподинтервалы, для которых устанавливаютвеличины суммарных эквивалентных температур инапряжений:k kkt = t + 0,7Δ~t , (2)Величиныσikiktii= σиkiik+ 0 ,7Δσ~. (3)kikσ i отвечают решению задачинизкочастотного нагружения детали, а размахи~ k kΔt i, Δ σ ~i – высокочастотного.Рассмотрим важные особенности примененияметодики (1, 3) для оценки ресурсной прочностипоршней дизелей.1. Придерживаясь концепции гарантированногообеспечения ресурсной прочности конструкциина стадии ее проектирования, определяющимэту прочность переходным процессом для поршнядизеля является цикл холостой ход – режим максимальноймощности – холостой ход в принятой моделиэксплуатации [1,3,5,6]. Для тонкостенногопоршня бензинового ДВС определяющий переходныйпроцесс до настоящего времени не нашел своегообоснования.2. Поверхность КС поршня ДВС одновременновоспринимает высокочастотное изменение напряжений,возникновение которых определяетсяразной физической природой. Это механическиеkнапряжения σ ~ , вызываемые силами давленияMiгаза, и термическиеkσ ~Ti , обусловленные мгновеннымлокальным теплообменом газа со стенкой.При одновременном их воздействии на основанииисследований [7] размах эквивалентного их значенияопределяется как условная сумма размахов:гдеΔσ~ki= Δσ~kMi+ ψ Δσ~ikTi– коэффициент выносливости.ψ i, (4)Конструкция ДВСдля поршней дизелей соотношение между величинамиразмахов высокочастотных механических итермических напряжений таково, что выполняетсяусловиеk kk kΔσ~= Δσ~+ ψ Δσ~≈ Δσ~. (5)iM iНа практике учет особенности (5) позволяетотказаться от анализа высокочастотных механическихнапряжений, что существенно ускоряет процедуруоценки ресурсной прочности поршней безпотери точности результата.Применительно для тонкостенных поршнейбензиновых ДВС учет эквивалентных размахов (4)не осуществлялся, а условие (5) не проверялось.3. Согласно рассматриваемой методике оценкиресурсной прочности, определение и суммированиенапряжений (4) и далее (3) выполняется влинейной постановке. При этом связь между результатамилинейного расчетаи действительнымсостоянием материалаiT ikσ iдkσ iT iв зоне рассматриваемоголокального экстремума устанавливают наоснове обобщенного принципа Нейбера с учетомравенства Морроу,σki= σk miдk( σ )kiд E f iд⎢⎣⎡ σ + ε′ σ′1−mc / b⎤f⎥⎦, (6)а связь между амплитудой линейных напряженийсимметричного эквивалентного циклаи количествомциклов до разрушенияN fkкσ а екв, вызванныхусталостью в условиях единичного k-го цикла нагружения– на основе уравнения Поспишила:⎧⎪× ⎨σ′f⎪⎩⎡⎢⎢⎣σ⎧⎪⎨σ′f⎪⎩⎡⎢⎢⎣⎫cc ε ⎪( 2 ) + ⎥ ×kпл.наекв= N fkε′f⎤bcc εпл.н ( N ) + ⎥ + E ε′ ( 2N)⎤⎥⎦bm⎬⎪⎭c[ + ε ]1−m2 fkf fk пл.н ⎬ , (7)ε′f ⎥⎦⎪⎭Здесь Е – модуль упругости, для сплава АЛ25−2−42−73 3E = ( 71,8 + 7,7 ⋅10t − 5,7 ⋅10t + 4,6 ⋅10t ) ⋅10, МПаi[6]; ε′f – коэффициент усталостной вязкости, дляВ соответствии с данными [7] для поршневогосплава АЛ25сплава АЛ25 в зависимости от действующей среднецикловойтемпературы принимают: ψ i = 0,5 при−2−4−82ε′f = −2,94⋅10+ 2,01⋅10ti+ 3,0 ⋅10ti[6];σ′f – коэффициент усталостной прочности, дляk230ºС < ti< 290ºC и ψ i = 0,4 вне указанного интервала.Однако в работах [1,5] и др. показано, что−32сплава АЛ25 σ′f = 16,98+ 1,53ti− 3,62 ⋅10ti, МПа[6]; с – показатель циклической пластичности, с = –ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 75ii⎫⎪

Конструкция ДВС0,6 [3,7]; b – показатель цикличной прочности, b =– 0,12 [3,7]; – обратимая (неразрушающая)ε пл.нпластическая деформация, = 3·10 -5 ..4·10 -5 [8].ε пл.н2′Рис. 1. Упруго-пластическое деформированиематериала в особо нагруженной зоне КСа – деформирование по закону Гука; б –обобщенное соотношение Нейбера; в –действительная диаграмма деформированияЗначения показателя степени m, изменяющегосяв пределах 0..1, определяют методом математическогомоделирования нагружения детали в упруго-пластическойпостановке с последующим сравнениемрезультатов с данными линейной модели.Для зоны кромки КС поршней быстроходных дизелей4ЧН12/14 и 4ЧН11/12,5 эти данные получены в[9,10]. Установлено, что для открытых камер показательm равен 0,13, для полуоткрытых – 0,12. Спрактической точки зрения получен идентичныйрезультат, который свидетельствует, что упругопластическоедеформирование зоны кромки КСпоршня быстроходного дизеля после стабилизациипетли гистерезиса отвечает циклу 1 ′ − 2′− 1′′ , представленномуна рис.1.Применительно к тонкостенным поршням бензиновыхДВС определение показателя степени m дляиспользования в выражениях (6,7) не осуществлялось.Формулировка целей статьи (постановказадания). Целью исследований является установлениеособенностей термонапряженного состояниятонкостенного поршня ДВС и на этой основе совершенствованияметодики и выполнение оценки762′′баεплв1′ ′их ресурсной прочности относительно конструкцийпоршней дизелей.На основе представленного анализа достижениецели выполнялось путем разрешения рассмотренныхвыше трех вопросов. В условиях неполнойинформации о действительном термомеханическомнагружении тонкостенного поршня в эксплуатации,аналогично методике оценки ресурсной прочностикромки КС поршня дизеля, все необходимые допущенияпринимались в соответствие с концепциейгарантированного обеспечения ресурса.Изложение основного материала исследований.Расчетное исследование выполнено дляконструктивного варианта поршня, результатыанализа которого могут быть обобщены. Рассмотренпоршень двигателя МеМЗ-2457, имеющий концентраторв КС. Это позволяет установить завышенныйуровень теплонапряженности конструкцииотносительно совокупности аналогов.Результаты расчетов сравнивались с даннымио теплонапряженности поршней дизелей 4ЧН12/14с открытой КС и КС типа ЦНИДИ при эффективноймощности 117 кВт и частоте вращения коленчатоговала (КВ) 2000 мин -1 [11]. При этом литроваямощность принятого для сравнения дизеля вдва раза ниже, чем у двигателя МеМЗ-2457, а ресурснаяпрочность указанных поршней двигателя4ЧН12/14 отличается более чем в 40 раз [6].Расчетное исследование включало анализ низкочастотногоизменения температур и термоупругихнапряжений в теле поршня в характерном переходномпроцессе наброса нагрузки; высокочастотногоизменения температур и термоупругих напряженийв поверхностном слое КС в течение характерногоцикла работы двигателя; высокочастотного изменениянапряжений, вызванных силами давления газа вцилиндре в течение характерного цикла работыдвигателя.Анализ термомеханических нагружений выполненв трехмерной постановке. На рис.2а представленорасположение зон локальных экстремумовнапряженности (точек), предложенных дляанализа: т.1 – периферийная зона КС; т.2 и т.3 –кромки КС; т.4 – выступающий концентратор в КС;т. 5 – концентратор в углублении КС; т.6 – зонапервого поршневого кольца (ПК); т.7 – наиболеенагруженная зона днища поршня со стороны мас-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010σ1′σ ′mσ ′mε

ляного охлаждения. Конечноэлементная модельпоршня представлена на рис.2б.б)Рис. 2. 3D-модель тонкостенного поршняМеМЗ-2457 с характерными зонами локальнойнапряженности (а) и соответствующая конечноэлементнаямодель (б)Расчет рабочего процесса двигателя осуществлялсяпо методике и программе кафедры ДВСНТУ «ХПИ». По полученным параметрам цикла сиспользованием формулы Эйхельберга определялисьсредние по поверхности КС мгновенные значениякоэффициента теплоотдачи. Моделированиестационарного температурного состояния конструкциивыполнялось с учетом данных о локальных поповерхностям граничных условий (ГУ) 3-го рода.Использованы экспериментальные данные и результатыидентификации ГУ по двенадцати характернымзонам поверхности поршня [12].В силу специфических особенностей эксплуатациидвигателей с рассматриваемым поршнем ва)Конструкция ДВСкачестве модельного переходного процесса принятпроцесс мгновенного наброса нагрузки от состоянияхолостого хода непрогретого ДВС до режиманоминальной мощности. В соответствии с информациейо стационарных режимах, между которымиосуществляется переходный процесс, принят одноступенчатыйзакон изменения ГУ между ними.Расчет единичного цикла низкочастотного теплонапряженногосостояния тонкостенного поршнявыполнен на временной базе 120 с.Для определения высокочастотных составляющихтемператур и термоупругих напряженийрассчитывался единичный цикл, соответствующийстационарному режиму работы двигателя. В качественачального условия принято стационарноетемпературное поле соответствующего режима.Расчет механического нагружения поршнявыполнялся для двух положений поршня – в верхнеймертвой точке в период перекрытия клапанов(0 град. п.к.в.) и в точке достижения максимальногодавления цикла Р z (370 град. п.к.в.).При рассмотрении термомеханического высокочастотноговоздействия на поршень моделировалисьдва режима нагружения, соответствующие максимальноймощности двигателя и максимальномукрутящему моменту. При этом для определения размахаэквивалентных термомеханических напряжений(4) за определяющий модельный цикл работы принятостационарное температурное состояние поршня нарежиме максимальной мощности с высокочастотнымнагружением режима максимального крутящего момента.Важно, что рассмотрение такого комплексногонагружения, является близким к предельно возможномусостоянию конструкции и отвечает концепциигарантированного обеспечения ресурса на стадиипроектирования поршня. Основные параметры расчетныхрежимов рассматриваемого двигателя представленыв табл. 1, а ряд результатов расчетов – нарис. 3.Анализ представленных результатов показалследующее.Температура поверхности КС тонкостенногопоршня в зоне выступающего концентратора (т. 4)достигает уровня 240 ºС, в зоне кромок КС (т.2 ит.3) – 215 ºС, в зоне верхнего ПК (т.6) – 195 ºС. Дляработоспособного поршня дизеля с открытой КСДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 77

Конструкция ДВСэти величины соответственно равны 265 ºС, 300 ºС,245 ºС [11]. Таким образом, в характерных точкахпоршней уровень температур тонкостенного, несмотряна вдвое увеличенный уровень форсированияпо сравнению с дизельным, является меньшим.а) б)в) г)д) е)Рис. 3. Результаты моделирования термомеханического нагружения поршня двигателя МеМЗ-2457а – участок прогрева при набросе нагрузки, протяженностью 60 с; б – термонапряженное состояниеноминального стационарного режима; в – высокочастотные поверхностные температурные волны;г – высокочастотные волны термических напряжений; д – напряженное состояние в положении поршня0 град. п.к.в.; е – напряженное состояние в положении поршня 370 град. п.к.в78ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Таблица 1. Основные параметры расчетных режимов,определяющих модель цикла работы двигателяМеМЗ-2457Параметры расчета термонапряженногосостояния стационарного режимаЭффективная мощность, кВт 44Частота вращения КВ, мин-1 5000Среднее эффективное давление, МПа 0,845Эффективный кпд 0,31Удельный эффективный расход 0,268топлива, кг/кВт·чПараметры расчета термомеханическоговысокочастотного нагруженияЧастота вращения КВ, мин-1 3500Максимальное давление цикла, Рz, МПа 6,52Прогрев тонкостенного поршня в единичномцикле его низкочастотного нагружения практическизавершается за 25 с, т.е. до 12 раз быстрее, чеммассивного дизельного. В различных характерныхточках прогрев тонкостенного поршня осуществляетсяпрактически синхронно. Это свидетельствуетоб отсутствии возможных забросов термическихнапряжений в процессе такого прогрева. Выполненныерасчеты процесса установления термическихнапряжений подтвердили сказанное. В тожевремя известно, что забросы перепадов температурпо КС дизелей достигают 20 К и более [5], а напряженийв зоне кромок КС – 90% [11].Температурный перепад по толщине днищапоршня для рассмотренных конструкций одинаков.Он лежит в пределах 15-20 К. На днище поршня вт.7 уровень термических напряжений достигает 65МПа и соответствует уровню дизелей.В целом полученные результаты свидетельствуюто меньшей теплонапряженности поршня тонкостеннойконструкции и, следовательно, меньшемее влиянии на ресурсную прочность.Результаты расчета размахов эквивалентныхнапряжений высокочастотного термомеханическогонагружения тонкостенного поршня ДВС представленыв табл. 2. Видно, что для всех рассмотренныхзон КС тонкостенного поршня условие (5)kне выполняется. При этом искомая величина Δ σ ~ikпревышает размах термических напряжений Δ ~Конструкция ДВСσ T iот 1,5 до 4 и более раз. Тем самым установлено,что в оценках ресурсной прочности тонкостенныхпоршней бензиновых ДВС пренебрегать составляющейнагружений от сил давления газов Δ σ ~ kMiнедопустимо. С другой стороны, на начальных стадияхпроектирования поршня вместо выражения(4) может быть принято условиеk kk kΔσ~= Δσ~+ ψ Δσ~≈ Δσ~. (8)iM iiT iМ iТаблица 2. Параметры составляющих и размахэквивалентных высокочастотных нагруженийпоршня двигателя МеМЗ-2457Номер расчетнойточки1 2 3 4 5Размах механическихнапряженийΔ ~ , МПаk23,7 38,5 11,2 9,3 20,6σ MiРазмах термическихнапряженийΔ ~ ,kМПаσ T ikТемпература ti,ºCКоэффициентвыносливостиψi9 9 10 4 9203 214 214 237 1770,4 0,4 0,4 0,5 0,4Размахэквивалентныхнапряжения 27,3 42,1 15,2 11,3 25,1kΔ σ iВ целях практического использования выражений(6)-(7) для определения величиныN fk, связаннойс единичным циклом нагружения тонкостенногопоршня, в работе устанавливалось значение показателяобобщенного соотношения Нейбера m.На рис.4 представлены полученные нами зависимостидействительных напряженийkσ ikσ iдот уп-kругих и действующих температур при значенияхпоказателя m, равного 0,13 (штриховые линии)и 0 (сплошные линии). Здесь же приведенымаксимальные значения упругих напряженийдля рассмотренных зон поверхности КС исследуемогопоршня (т.1-5), а также зоны кромки открытойКС (т.К1-1, т.К1-2) и КС типа ЦНИДИ (т.К2-1,т.К2-2) дизеля, взятые из [11].Видно, что для всех рассмотренных зон КСтонкостенного поршня уровни действующих напряженийлежат ниже предела текучести поршневогосплава при соответствующих температурах.Это означает, что показатель степени в формулеНейбера для таких поршней следует принимать m =1. Соответственно, выражения (6), (7) упрощаютсядо вида:kikiдt ikσ iσ = σ , (9)ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 79

Конструкция ДВСbc⎡kc ε ⎤пл.нσа= σ′f ⎢( 2 N fk) + ⎥ . (10)екв⎢⎣ε′f ⎥⎦При этом циклическое деформирование термомеханическинагруженной зоны КС поршня отвечаетлинии 1 ′ − 2′−1′, представленной на рис.1.На рис. 4 точками К1-1 и К2-1 обозначены величинынапряжений в момент их заброса в переходномпроцессе, соответственно, для открытойкамеры и КС типа ЦНИДИ, точками К1-2 и К2-2 –напряжения тяжелого установившегося режима.При этом если в условиях многопрофильной эксплуатациитрактора поршень с открытой КС гарантированновырабатывает ресурс 10 тыс. часов, то сКС типа ЦНИДИ оказывается неработоспособным[6]. Видно, что все точки исследуемого тонкостенногопоршня лежат в одной области с точкамипоршня дизеля с открытой КС. При этом для обоихпоршней напряжения находятся на пороге либовыше порога ползучести сплава АЛ25 [13]. Полученныесведения требуют выполнения анализа учетапроцесса ползучести в (1) для тонкостенногопоршня.kσiд,100МПа80Предел текучестит.К2-1т.К2-2kσi,МПа60т.1 т.240т.К1-1200т.5т.3 т.4т.К1-2Предел ползучестиk150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 ti370, ºСkРис. 4. Максимальные значения упругих напряжений σ i для рассмотренных зон КСтонкостенного поршня бензинового ДВС (т.1-5) и зоны кромки открытой КС (т.К1-1, т.К1-2) иКС типа ЦНИДИ (т.К2-1, т.К2-2) дизеляЕще раз следует отметить, что общим дляпоршней дизелей является наличие забросов термическихнапряжений (т. К1-1, т.К2-1) в переходномпроцессе их нагружения. Это означает, что всоответствии с рис. 5а [6] в процессе такого забросана участке кривой деформирования I-II имеетместо релаксация напряжений, вызванная процессомползучести. Далее, при работе двигателя натяжелом стационарном режиме возникает "обратная"релаксация III-IV, обеспечивающая накоплениеповреждений, вызванных ползучестью материала,в каждом цикле нагружения 1 ′ − 2′− 1′′ .В отличие от сказанного, установлено, что длятонкостенного поршня релаксация напряжений I-II,имеющая место на тяжелом стационарном режиме,приводит к значениям напряжений, лежащих нижепорога ползучести на всех других режимах. Приэтом цикл деформирования поршня после релаксациинапряжений приобретает в соответствии срис. 5б вид 1 ′ − 2′−1′. Последнее означает, что в80оценках ресурсной прочности тонкостенных поршнейбензиновых ДВС выражение (1) может бытьупрощено до вида1dfs = ∑ = 1 . (11)k NfkВыводы по данному исследованию и перспективыдальнейшего развития направления.В работе предложен модельный цикл термомеханическогонагружения тонкостенного поршнябензинового ДВС, разработанный в соответствии сконцепцией гарантированного обеспечения ресурснойпрочности конструкции на начальных стадияхвыполнения проектных работ.Установлено, что в оценках ресурсной прочноститонкостенных поршней бензиновых ДВСпренебрегать составляющей нагружений от силkдавления газов Δ σ ~Mi недопустимо. При этом наначальных стадиях проектирования такого поршняможно не учитывать составляющую термическихДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСвысокочастотных нагруженийII2′′IIII2′2′III1′1′′IVа)kΔ σ ~ Тi .б)Рис. 5. Кривые деформирования поршня изалюминиевого сплава в определяющем ресурснуюпроочность цикле нагруженияа – массивный поршень дизеля;б – то нкостенный поршень бензинового ДВСУстановлено, что для тонкостенных поршнейпоказатель степени m обобщенного уравненияНейбера может быть принят равным 1. Это существенноупрощает процедуру определения доли накопленныхповреждений в зоне локального экстремума,связанных с усталостью материала.Установлено, что в оценках ресурсной прочноститонкостенных поршней процедура определениядоли накопленных повреждений, связанных сползучестью материала, может быть исключена.Предложенная уточненная методика оценкиресурсной прочности тонкостенных поршней бензиновыхДВС может быть использована после ус-σσ1′εεтановления уровней действующих напряжений вконструкции относительно порогов ползучести иусталости используемого материала.Дальнейшее направление работ связано разработкойметодики синтеза конструкций тонкостенныхпоршней с учетом их ресурсной прочности.Спис ок литературы:1. Шеховцов А.Ф. Метод расчетной оценки термоуста-лостной прочности поршней ДВС ДВС / Шеховцов А.Ф.// Двигателестроение. – 1979. – №11. – С. 15-19. 2. Анализкритериев разрушения материалов и их применениедля расчета долговечности деталей камеры сгоранияДВС / Шеховцов А.Ф., Абрамчук Ф.И., Бачевский А.М. //Двигатели внетреннего сгорания. – Харьков: ХПИ. –1986. – Вып. 44. – С. 55-65. 3. Чайнов Н.Д. Оценка долговечностипоршней с учетом ползучести и усталости /Чайнов Н.Д., Тимохин А.В., Сущинин А.А. // ВестникМГТУ. Сер. Машиностроение. – 1993. – №2. – С. 95-104.4. Турчин В.Т. Сукупність моделей оцінки ресурсної міцностіпоршнів форсованих дизелів в САПР / Турчин В.Т.,Зотов О.О., Пильов В.О., Шевченко Л.П. // Двигателивнутреннего сгорания. – 2008. – №2. – С. 44-49. 5. ШеховцовА.Ф. Современные дизели: повышение топливнойэкономичности и длительной прочности / АбрамчукФ.И., Марченко А.П., Разлейцев Н.Ф. и др. Под ред. ШеховцоваА.Ф. – К.: Тэхника, 1992. – 272 с. 6. Пильов В.О.Автоматизоване проектування поршнів швидкохіднихдизелів із заданим рівнем тривалої міцності / ПильовВ.О. – Харків: Видавничий центр НТУ "ХПІ", 2001. – 332с. 7.Трощенко В.Т. Исследование прочности материаловпоршней ДВС в условиях циклического и термоциклическогонагружений / Трощенко В.Т., Синявский Д.П., ГородецкийС.С. и др. // Проблемы прочности. – 1976. –№7. – С. 3-9. 8. Поспишил Б. Прочность и долговечностьэлементов энергетического оборудования / Поспишил Б.,Квитка А.Л., Третьяченко Г.Н. – К.: Наукова думка. –1987. – 216 с. 9. Чайнов Н.Д. Оценка усталостной долговечностипоршня транспортного дизеля при циклическомнагружении / Чайнов Н.Д., Тимохин А.В., ИванченкоА.Б. // Двигателестроение. – 1991. – №11. – С. 14-15. 10.Шеховцов А.Ф. Оценка накопленных поврежденийвпоршнях быстроходных форсированных дизелей / ШеховцовА.Ф., Абрамчук Ф.И., Левтеров А.А. // Двигателивнутреннего сгорагния. – Харьков : ХГПУ. – 1997. Вып.56-57. – С. 44-50. 11. Шеховцов А.Ф. Процессы в перспективныхдизелях / Шеховцов А.Ф., Абрамчук Ф.И.,Крутов В.И. и др. Под ред. Шеховцова А.Ф. – Харьков:Изд-во "Основа", 1992. – 352 с. 12. Белогуб А.В. Исследованиетемпературного поля поршня / Белогуб А.В., ЗотовА.А. и др. / Авіаційно-космічна техніка і технологія:Зб. наук. праць. – Харків: ХАІ, 2002. – Вип. 31.– С. 100-104. 13. Пылев В.А. Развитие представлений о механизмеразрушения деталей КС двигателей в условиях воздействияповторных низкочастотных нагружений / ПылевВ.А. // Труды Второго конгресса двигателестроителейУкраины. – Киев-Харьков-Рыбачье: Гос. аэрокосм. ун-т"ХАИ". – 1997. – С.227-229.УДК 66.045.1:621.43ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 81

Конструкция ДВСА.Н. Ганжа, канд. техн. наук, Н.А. Марченко, канд. техн. наукМЕТОДЫ И СРЕДСТВА СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПОВЕРХНОСТНЫХТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ПАРО-ГАЗОТУРБИННЫХ ИДИЗЕЛЬГЕНЕРАТОРНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОКВведение. Для улучшения техникоэкономическихпоказателей производства энергоносителейна паротурбинных, газотурбинных, парогазотурбинных(когенерационных), бензиновыхи дизельных энергоустановках широко применяютсятеплообменные аппараты различного типа. Извсего многообразия используемых типов аппаратовнаибольшую долю составляют рекуперативныетеплообменники с перекрестным током теплоносителей.Такие теплообменники предназначены длярегенеративного подогрева воздуха и питательнойводы на паротурбинных установках электростанций,регенерации теплоты и промежуточного охлаждениявоздуха в компрессорах газотурбинныхустановок и компрессорных станций, охлаждениябензиновых и дизельных энергоустановок. Теплообменникипо габаритам, весу и металлоемкостисоизмеримы с установками, где они используются,а зачастую и – превосходят их. От эффективностиработы аппаратов существенно зависит КПД энергетическихустановок и параметры отпускаемыхпотребителям энергоносителей (тепловой энергии,пара, сжатого воздуха и пр.). Поэтому задача системногоанализа как серийно выпускаемых и действующихтеплообменников, так вновь разрабатываемыхаппаратов, является актуальной.Постановка задачи. Традиционно разработчикии исследователи подобных теплообменниковбольшое внимание уделяют интенсификации теплообменасо стороны теплоносителя, который имеетменьший коэффициент теплоотдачи. Для этогоразрабатывают более совершенное оребрение наружнойповерхности труб [1, 2 и др.] или улучшаютформу самой поверхности. Однако эффективностьподобных аппаратов с перекрестным токомбудет зависеть не только от интенсивности теплообмена,но и от схемы включения секций, их количества,числа рядов труб в одной секции и их компоновкипо ходам, степени перемешивания каждоготеплоносителя по ходу в каждой секции. Поэтомув данной работе поставлена задача на основематематической модели таких теплообменниковсоздать методики и алгоритмы, позволяющие получитьраспределение температурных и тепловыххарактеристик по каждому элементу и в аппарате в82целом. С помощью этой методики можно проводитьсистемный анализ эффективности, надежностии ресурса как вновь проектируемых, так и действующихаппаратов с учетом технологическихфакторов и факторов эксплуатации (загрязнения,отложения, коррозионно-эрозионный износ, контактныетермические сопротивления и пр.).Решение. Рассматриваемые аппараты могутиметь различную компоновку теплообменных поверхностей(см. рис. 1): параллельное или последовательноепротивоточное включение секций понаружному теплоносителю, секции могут быть одноходовымиили многоходовыми. В пределах однойсекции наружный теплоноситель практическиполностью не перемешивается. Степень неперемешиваниянаружного теплоносителя определяетсяколичеством ребер, приходящихся на единицу длиныряда труб. В пределах одной секции внутреннийтеплоноситель перемешивается частично – тольков пределах одного ряда труб. Между ходами внутреннийтеплоноситель, как правило, перемешивается,а между секциями – перемешивается в промежуточныхкоробах. Основным элементом такоготеплообменника есть одна секция со сложной двумерной(или трехмерной) схемой течения теплоносителей(см. рис. 2). Следует отметить, что дляанализа подобных аппаратов традиционно пользуютсяграфиками или номограммами [3 и др.], применятькоторые в расчетах на ЭВМ неудобно. В [2,3 и пр.] приводятся окончательные зависимостидля анализа подобных аппаратов, однако они справедливытолько для некоторых частных случаевкомпоновки поверхности. На основе математическоймодели теплообменников рассматриваемоговида и с учетом особенностей перемешивания движущихсясред авторами были получены решениядвумерной сопряженной задачи теплопроводностии конвективного теплообмена с заданными температурамии расходами теплоносителей на входе.Решения получены в виде интегральных уравненийот двух координат (при условии абсолютного неперемешиваниядвух теплоносителей) или от однойкоординаты и номера ряда труб (при условии полногонеперемешивания одного теплоносителя ичастичного перемешивания другого). Первый вари-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСант актуален для пластинчатых теплообменников, авторой – для аппаратов, где поверхность теплообменасоставляет пучок труб. Окончательное решениеинтегральных уравнений для температур теплоносителя,который движется внутри труб, позволилополучить эффективности аппаратов. Для теплообменников,где внутри труб движется нагреваемыйтеплоноситель, эффективность нагрева будетопределяться так:tв вых − tв вхϕ н = . (1)t − tн вхв вхДля теплообменников, где внутри труб движетсяохлаждаемый теплоноситель, эффективностьохлаждения будет определяться так:tввх − tввыхϕ о = , (2)t − tв вхн вхгде температуры наружного и внутреннего теплоносителяопределяются как средние на входе и выходеиз всего аппарата и рассчитываются согласноразработанной авторами методике и комплексуалгоритмов.Результирующие уравнения [4] зависят откомпоновки аппарата и схемы включения секций(параллельная, последовательная противоток илипрямоток), числа секций, ходов и рядов труб, числаединиц переноса теплоты NTU , отнесенное квнутреннему теплоносителю:K ⋅ FNTU = ; (3)c ⋅Gpви от отношения расходных теплоемкостей наружногок внутреннему теплоносителю R :pннвcp⋅Gв вR = , (4)c ⋅Gгде K и F – коэффициент и полная площадь теплопередачи,Вт/(м 2 ⋅К) и м 2 ; G и c – расходы итеплоемкости сред, кг/с и Дж/(кг⋅К).Число NTU при неизменных расходах теплоносителейзависит от произведения коэффициентаK и площади теплопередачи F. Параметр NTU принеизменной компоновке аппарата отражает интенсификациютеплообмена (что повышает K) либоувеличение площади теплопередачи F, а также эксплуатационныеи технологические факторы (отложения,загрязнения и пр.), которые снижают K.Изменение расходов теплоносителей (т.е. режимныехарактеристики) отражает параметр R .pсекция 1секция 2секция 3внутреннийтеплоносительнаружный теплоносительа) параллельное включение секцийвнутренний теплоносительсекция 1секция 2секция 3наружный теплоносительвнутренний теплоносительход 1 ход 2наружный теплоносительб) последовательное включение секцийв) двухходовая секцияРис. 1. Схемы теплообменных аппаратовДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 83

Конструкция ДВСнаружный теплоносительt н вхвнутреннийтеплоносительtв вхtряд 1в вх 1t в вх 2 ряд 2t в вх 3 ряд 3n∑ tв вх i / ni = 1в вх n −1ряд n-1t в вх n ряд n=tLxt н выхt в 1( x)t в 2 ( x)t в 3( x)tв выхtвn−tвn1( x)( x)n= ∑ t i ( L)/ ni = 1 вt – температура, °С;"н" – наружный теплоноситель; "в" – внутренний теплоноситель;x, L – координата и длина, м; i, n – индекс ряда и число рядов труб.Рис. 2. Расчетная схема одной секцииПри параллельном включении секций (см.рис. 1, а) в простом случае, где теплофизическиесвойства веществ и параметры, характеризующиетеплопередачу, для всех секций одинаковы, эффективностивсего аппарата будут:nnϕ = 1−− ϕ и ϕ = 1−( − ϕ ) с , (5)н 1( ) снсо 1где nс– количество секций; ϕ нси ϕ ос– эффективностьнагрева или охлаждения в одной секции.Для случая, где в пределах секции (рис. 2) вкаждом элементе теплофизические свойства веществи параметры, характеризующие теплопередачу,одинаковы или различны авторами были разработаныалгоритмы расчета эффективности нагреваили охлаждения в секции ( ϕ нсили ϕ ос) на основеаналитических решений. Например, есливнутри элементов находится теплоноситель, которыйнагревается, разработанная методика поискалокальных температур и расчета эффективностисекции ϕ нсна основе аналитических решений будетиметь вид (обозначения соответствуют рис. 2):βx j= −e(i∑ − 1j=0t в i( x)= tв вх i+ tнвх− tв вх ( i- j)) ⋅β x j ; (6)−axtв вх⋅j 1∑ −l=0βx0= 1−e−ax; a =j−1−lnR⎛ j −1⎞⎛ aR ⎞ ⎛ aR ⎞⎜ 1⎟l⎟ ⋅ ⎜ − ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝ n ⎠ ⎝ n ⎠j = 1Kn;n⎛⎜⎜⎜⎝l+1ос−1−e⋅l( ax)R⋅NTU⎞⎟n ⎟⎟⎠+ 1( l + 1! ),(7)= ∑ t n и t = t ( L)nв вх∑ ; (8)i=1i /в выхni /i=1 вtв вых − tв вхϕ нс=. (9)t − tн вхДля более сложного случая компоновки многосекционногоаппарата со смешанным током(рис. 1, б и в) авторами на основе аналитическихрешений и интегральных преобразований былисозданы более сложные методики алгоритмы, которыеносят итерационный характер [4].Если в теплообменном аппарате присутствуютзоны с разными свойствами теплоносителейили фазовыми состояниями сред, параметрами,характеризующими теплопередачу (начальные участки,загрязнения, отложения и пр.) то необходимоприменять интервально-итерационный метод расчетатеплообменника. Для данного случая авторамибыли разработаны методика и комплекс алгоритмовдискретного расчета [4]. Предложено, чтоэлементами (микротеплообменниками), из которыхскомпонован аппарат, являются простейшие схемыоднократного перекрестного течения с полным перемешиваниемобоих теплоносителей по ходу.Следует отметить, что большинство традиционныхподходов к дискретному расчету предусматриваетразбивку поверхности на большое число элементов(конечных разностей), где, как правило, не учитываютсяособенности движения сред в элементах.Еще одним преимуществом предложенного подходаявляется сокращение числа расчетных точек.Также о целесообразности подхода разбивки аппаратана микротеплообменники в дискретном расчетеговорится и в работе [3].в вх84ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСНа рис. 3 представлена зависимость эффективностинагрева воздуха в воздухоподогревателеГТУ от количества включенных секций при значенииR = 1,05 , и числах NTU = 1, 2 и NTU = 10 .Величина R , как правило близка к 1, что соответствуетреальным условиям работы регенератороввоздухоподогревателейГТУ, так как расходы воздухавнутри труб и отработавших газов снаружипрактически равны и отличаются только на величинуподаваемого топлива, а изобарная теплоемкостьгазов несколько выше, чем у воздуха. ВеличиныNTU могут изменяться в больших пределахв зависимости от совершенства поверхности теплообмена.ϕн0.550.540.530.520.510.51 2 3 4 5 6 7 8 9 10ϕн0.95а) R = 1,05; NTU = 1,2количество секций0.90.850.80.750.70.651 2 3 4 5 6 7 8 9 10б) R = 1,05; NTU = 10параллельное включение (в секции 1 ход, 6 рядов труб)параллельное включение (в секции 2 хода, 3 ряда труб)количество секцийпараллельное включение (в секции 6 ходов, 1 ряд труб)последовательное противоточное включение (в секции 1 ход, 6 рядов труб)Рис. 3. Эффективность нагрева воздуха в регенераторе-воздухоподогревателе ГТУв зависимости от компоновки теплообменных поверхностейКак видно из представленных графиков, припараллельном включении секций эффективностьодносекционных аппаратов наибольшая. При противоточномвключении секций наибольшая эффективностьнагрева у многосекционного аппарата.Увеличение числа ходов нагреваемого воздуха спротивоточным их включением повышает эффективностьпо сравнению с одноходовыми аппаратами.Эффективности многосекционного аппарата с8÷10 шестирядными секциями, включенными последовательнопротивоточно, практически совпадаютс эффективностью односекционного аппаратас 6 противоточными ходами и 1 рядом труб в ходу.Первый вариант обладает высоким аэродинамическимсопротивлением по охлаждаемым газам, авторой – по нагреваемому воздуху. Одинаковымаэродинамическим сопротивлением обладают аппаратс параллельным включением 6 одноходовыхДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 85

Конструкция ДВСсекций с 6 рядами труб и аппарат с параллельнымвключением 6 секций с 6 ходами и 1 рядом труб.Однако второй вариант является более эффективнымза счет включения элементов противоточнойсхемы, а первый – более простым в конструктивномисполнении. Увеличение интенсивности теплообменас NTU = 1,2 до NTU = 10 (см. рис. 3)наиболее весомо влияет на рост эффективностиодносекционного аппарата и многосекционного спротивоточным включением секций.Выводы. Показано, что интенсификация теплообменанеоднозначно влияет на эффективностьвсего аппарата в целом. При разработке новых иреконструкции существующих теплообменныхаппаратов необходимо проводить не только интенсификациютеплообмена, а и учитывать влияние наих эффективность компоновки теплообменных поверхностей,факторов эксплуатации (загрязнений,отложений и пр.) и технологических факторов изготовленияповерхности. Разработанная методикаможет быть использована при проектировании новыхаппаратов и модернизации действующих, атакже для системного анализа и оптимизации параметровтеплообменных аппаратов и энергоустановкив целом с учетом эффективности работы теплообменногооборудования.Список литературы:1. Пиир А.Э., Кунтыш В.Б. Итоги экспериментальных итеоретических исследований пучков из биметаллическихребристых труб // V Минский Международный форум потепло- и массообмену. Минск, 24-28 мая 2004 г..– Минск,2004. – Т2.– С. 317–318. 2 Кейс В.М. Компактные теплообменники/ В.М. Кейс, В.М. Лондон – М.: Энергия, 1967.– 223 с. 3. Петухов Б.С. Справочник по теплообменникам:В 2 т. / Пер. с англ., под ред. Б.С. Петухова,В.К. Шикова.– М.: Энергоатомиздат, 1987.– Т.1. – 560 с.4. Ганжа А.М. Особливості розрахунку складних багатоходовихбагатосекційних теплообмінних апаратів зізмішаним плином / А.М. Ганжа, Н.А Марченко // ВестникНационального технического университета "Харьковскийполитехнический институт". Системный анализ,управление и информационные технологии: Сб. науч.трудов.– Харьков: НТУ "ХПИ", 2010. – №. 9., С. 113–120.УДК 621.438А.И. Тарасенко, канд. техн. наукПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ АЛГОРИТМОВ В МАЛООБОРОТНОМ ДИЗЕЛЕС РЕГУЛЯТОРОМ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ЭВМВведениеРассматривается малооборотный дизель, какдискретная машина, имеющий регулятор на базеуправляющей ЭВМ. Минимальная комплектациярегулятора: управляющая ЭВМ, исполнительныймеханизм и датчик скорости.Исполнительный механизм, приводит в движениеотсечной вал топливных насосов. Положениеотсечного вала отождествляется с осредненнымкрутящим моментом на валу дизеля. При этомотсечной вал влияет на рабочий процесс в цилиндрахтолько в районе верхней мертвой точки.Формулирование проблемыТребуется получить дифференциальное уравнениедвижения дизеля с учетом применяемых алгоритмоврегулирования и дискретных процессов вцилиндрах.Решая и анализируя полученные уравнения,необходимо сформулировать требования к системеуправления.Согласно [2] крутящий момент, передаваемыйцилиндром к коленчатому валу, может быть определенс помощью следующего выраженияM j ( ϕ)= Vц[Pc⋅K(ϕ)+ Pi⋅S(ϕ)], (1)где ϕ – угол поворота коленчатого вала; –объем цилиндра;P c– давление в конце процессасжатия; – среднее индикаторное давление;K(ϕ)= χP i−ς K ϕ xx[ ϕ eK− ϕфункция; S(ϕ)= χ ϕx eS−ς K ϕ yy e−ςSϕxВ этих выражениях:⎛ ϕ ⎞ϕ = ϕ − 2π⋅entier ⎜ ⎟⎝ 2π⎠x ;V ц] – компрессионная– силовая функция.ϕ = 2 π − ;y ϕ xχK = 0,99 − 0, 008ε; ς = 1,42 + 0, 083εK ;χS = 1,62 + 0, 28ε; ς = 1,43 + 0, 062εгде ε – геометрическая степень сжатия.S ,86ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Номинальный крутящий момент на выходномфланце или момент, соответствующий режимумаксимальной длительной мощностигдеP i мдмMмдмPiмдмVц= jц,2 π– среднее индикаторное давление, соответствующийрежиму максимальной длительноймощности; – число цилиндров.гдеj цТогда с учетом (1) запишемM j 2 π ⎡ P⎤cμ j = = ⎢ K(ϕ)+ h j S(ϕ)⎥ , (2)M мдм jц⎣ Piмдм⎦jPiPiмдмh = – положение отсечного вала в моментвспышки цилиндра с номером j .Уравнение движения дизеля может быть записанов виде [1, 3]n& = μ − μ , (3)гдеω нT DDCωn = – нормированная скорость вращения;ω – угловая скорость вращения дизеля;номинальная угловая скорость вращения дизеля;T DмдмКонструкция ДВСωн–ωн= J – постоянная времени дизеля;MM DμD=M мдм– нормированный моментдизеля;jц= ∑μjj=1M CC = M мдмμ – нормированный моментсопротивления (нагрузка).Рассмотрим пропорциональный алгоритм регулирования[1, 3]где– заданная нормированная скорость вращения.n z⎧⎪h j = ⎨⎪⎩1nz− nΔ0приприприzn ≤ nzn > n− Δn − Δ < n < n , (4)Уравнение (3) запишем в видеzzωнϕ& & = ( μD− μC) . (5)T DВ рассматриваемом случае с топливоподачейотождествляется среднее индикаторное давление итолько в одном цилиндре. При применении управляющейЭВМ необходимо выполнить расчеты исформировать положение отсечного вала так, чтобы,осредненный момент на валу дизеля отвечалтребованиям алгоритма.Дифференциальное уравнение (5) с учетомуравнений (4) и (2) легко решить на ЭВМ численнымметодом, например Рунге-Кутта или Хемминга.Автор отдал предпочтение методу Хемминга[4].Используя уравнение (4) в процессе решенияϕуравнения (5) учитываем, что n = & . Моментсопротивленияω нμ C = μ C нможно считать постояннымили задать квадратичной зависимостьюμC= μCн⋅ n2. ИзменениеμCн, например, скачкообразноезадается исходными данными.Рис. 1. Переходные процессы при пропорциональномрегулированиис учетом мгновенной скорости вращения дизеля1 – скорость вращения дизеля; 2 – положение отсечноговала; 3 – момент на валу двигателя; 4 –момент сопротивления; 5 – топливоподача длянепрерывного регулятора; 6 – момент для непрерывногорегуляторНа рис. 1 показан переходный процесс пропорциональногорегулятора без запаздывания. Запаздываниеимеет только дизель за счет конечногочисла цилиндров. Колебания положения отсечноговала не влияют на переходный процесс т.к. важныположения отсечного вала только в верхних мертвыхточках. На этом же рисунке показан переходныйпроцесс для непрерывно действующего регуляторас собственным запаздыванием 0,3 секунды.Следует отметить практически абсолютное совпадениеграфиков изменения скорости вращения.Решение проблемыУчитывая дискретную структуру дизеля, естьсмысл осуществить дискретное его регулирование.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 87

Конструкция ДВСРегулятор генерирует положение отсечноговала только перед мертвыми точками цилиндров.Колебания скорости между мертвыми точками игнорируются.Собственное запаздывание дизеля зависит отрежима работы. Анализ результатов расчетов переходныхпроцессов на ЭВМ позволил предложитьосуществлять перестройку регулятора в зависимостиот заданного режима с целью сохранить устойчивостьпроцесса регулированияΔ = Δ нn z. (6)При применении пропорциональноинтегральногоалгоритма регулирования необходимос понижением режима увеличивать постояннуювремени при интегрировании.В [3] показано что τ < Δ ⋅T. Это означает,что на низких режимах с возрастанием временизапаздывания необходимо понижать качествоτ zрегулирования увеличивая параметр Δ . Для системс низкой постоянной времени это особеннокритично и при стендовых испытаниях, когда нетгребного винта и присоединенных к нему масс водыэто надо учитывать.Замер скорости вращения дизеля и формированиенеобходимой топливоподачи для реверсивноймашины необходимо завершить когда датчикскорости находится посередине между мертвымиточками. Тогда у привода отсечного вала есть времяотработать задание.zDT DНа рис 2 показаны переходные процессы придискретном регулировании. Следует отметить, чтографики изменения скорости вращения и моментана валу двигателя совпадают абсолютно. Это означает,что переход к дискретному регулированию неповлиял на качество переходных процессов. Применениетакого способа регулирования уменьшилоколебания отсечного вала. Убранные колебанияотсечного вала теоретически ни на что не влияют,однако, на практике с учетом запаздывания приводаэти колебания вредны и дестабилизируют работу.ЗаключениеАнализ графиков рис. 1 и рис. 2 показываетвозможность применения пропорционально-интегральногорегулирования для малооборотныхдизелей.Качество регулирования существенно зависитот режима работы и скорости вращения 30-40 мин –1надо определить как минимально устойчивые.Для систем с постоянной времени менее3 секунд качество регулирования на низких режимахрезко ухудшается.Параметры регулятора должны зависеть отзадания и изменяться с изменением заданной скоростивращения. Возможность осуществить такиеизменения является основным преимуществом регуляторовна основе управляющей ЭВМ.Список литературы:1. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателейвнутреннего сгорания / В.И. Крутов . – М.: «Машиностроение»,1968. – 535 с. 2. Вейц В.Л. Динамика машинныхагрегатов с двигателями внутреннего сгорания /В.Л. Вейц , А.Е. Кочура. – Л.: Машиностроение, 1976. –384 с. 3. Тарасенко А.И. Переходные процессы в малооборотномдизеле с регулятором на основе управляющейЭВМ / А.И. Тарасенко // Авиационно-космическая техникаи технология. – 2009. – № 9 (66). – С. 64–67. 4.Мак-Кракен Д. Численные методы и программированиена Фортране / Д. Мак-Кракен , У. Дорн . – М.: Мир, 1977.Рис. 2. Переходные процессы при пропорциональномдискретном регулировании1 – скорость вращения дизеля; 2 – положениеотсечного вала; 3 – момент на валу двигателя;4 – момент сопротивления88ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.436.1: 621.45.03:621.45.01Конструкция ДВСВ.Т. Турчин, інж., В.В. Матвєєнко, асп., В.О. Пильов, д-р техн. наук.,С.М. Бакланов, студ.АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ЕКОНОМІЧНИХТЕОРЕТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТРАКТОРНИХ ДИЗЕЛІВДЛЯ ОЦІНКИ РЕСУРСНОЇ МІЦНОСТІ ПОРШНІВСучасні вимоги щодо підвищення рівня форсуванняшвидкохідних дизелів суттєво загострюютьпроблемну задачу прогнозування та забезпеченняресурсної міцності (РМ) деталей камери згоряння(КЗ) на стадії їх проектування. Розв’язаннявказаної задачі на сьогодні, зокрема для поршнів,неможливо без досягнення граничних рівнів їх РМ.На стадії проектування на розрахункову величинуРМ впливає достовірність використаної математичноїмоделі (ММ), конструкція деталі, властивостіматеріалу, модель теоретичної експлуатаціїдвигуна певного призначення. Тоді при незміннихконструкції поршня та властивостях його матеріалурозрахункове значення РМ залежить від якості ММта прийнятої моделі експлуатації.За виконаним аналізом ММ опису втрати РМпоршнів найбільш ефективним методом є використаннярівняння Поспішила та енергетичного критеріюСосніна [1,2]. Тут розрахункова величина накопиченихпошкоджень в матеріалірозрd fs, як мірайого РМ, залежить від сумісної дії процесів утомита повзучості d :d fSрозр1dfs= df+ ds= ∑∑ +Nj k fk1+ ⋅ ( ),*∑∑∑∑ εnl ⋅σl ⋅τlU j k i l(1)де j – кількість перехідних процесів обраної моделіексплуатації двигуна; k – кількість циклів навантаженьj-го перехідного процесу; і – кількість розрахунковихінтервалів k-го циклу навантаження;l – кількість підінтервалів і-го розрахункового інтервалу;– число циклів до руйнування матеріалуза умов навантаження k-го циклу; U * – критичнавеличина питомої енергії розсіювання за умовповзучості;підінтервалі l;– дійсне напруження на підінтерваліl;l.розрdfsτ lN fkε nl– швидкість повзучості матеріалу наσ l– тривалість розрахункового підінтервалуЗ урахуванням вище наведеного, значенняслід розглядати як суму двох складових:деістd fsрозрfsістfs*fsd = d + d , (2)– істинне значення РМ, яке залежить відконструкції, матеріалу деталі та реальних умов*експлуатації двигуна; d – розрахункова доля РМ,fsщо визначається якістю ММ та прийнятою теоретичноюмоделлю експлуатації.Відповідно до концепції гарантованого забезпеченняресурсу, тобто виконання умовирозр істd > d(3)fsв [1] відносний ресурс поршня на момент руйнуваннявизначався у вигляді:dpfs1= = 1, (4)k⋅ d + d( f s)де k=1,2 – коефіцієнт неврахованих факторів.При цьому, підхід забезпечення гарантованогоресурсу (3) передбачає, що d * може бутиfsвід’ємною величиною.При переході до концепції забезпечення граничнихрівнів РМ величина d не може бути*fsвід’ємною, та повинна бути мінімальною:іст *fs→ d fs, d fs> 0*, d fs → 0 . (5)розрdНа практиці розрахунки РМ поршнів виконуютьз використанням теоретичних нестаціонарнихмоделей експлуатації, які отримують за стаціонарнимимоделями. Прикладом таких моделей длятракторних двигунів є моделі ІПМаш ім. А.М. ПідгорногоНАН України [3] або ГСКБД [4]. Відповіднінестаціонарні моделі експлуатації для тракторнихдвигунів 3-ї категорії наведені в табл. 1,2 [5].Тут і далі введено наступні позначення: N emN em Nem/ Ne= – питома ефективна потужність двигунана стаціонарному режимі m, з якого та наякий здійснюється скидання-накидання навантаження;– номінальна ефективна потужність двигуна;N ejjP = P / P– питомий наробіток j-го перехідногопроцесу скидання-накидання навантаження; Р– призначений ресурс двигуна.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 89

Конструкция ДВСТаблиця 1. Теоретична економічна модель нестаціонарногоексплуатаційного навантаження двигунатрактора 3-ї категорії за даними ГСКБДПерехіднийпроцес jN em Р j1 0↔0,93 0,0622 0↔0,9 0,0083 0,23↔0,9 0,0364 0,23↔0,85 0,0085 0,35↔0,85 0,1326 0,35↔0,7 0,1507 0,35↔0,65 0,0688 0,5↔0,65 0,316Аналізуючи дані таблиць видно, що модельІПМаш являється більш деталізованою – кількістьперехідних процесів у порівнянні з моделлюГСКБД є майже вдвічі більшою і дорівнює 15 проти8. З цієї причини модель ІПМаш є неекономічною.Однак, зважаючи на економічність моделіГСКБД, важливо відмітити, що вона була розробленадля оцінки середньоексплуатаційної витратипалива і її застосовування в розрахунках РМ ранішепояснювалося саме перевагами економічностіпри дотриманні прийнятої концепції забезпеченнягарантованого ресурсу.Таблиця 2. Теоретична деталізована модельнестаціонарного експлуатаційного навантаженнядвигуна трактора 3-ї категорії за даними ІПМашПерехіднийпроцес jN emР j1 0,0825↔1,045 0,0402 0,0975↔1,045 0,0263 0,0975↔0,9487 0,0124 0,0975↔0,9075 0,0245 0,0975↔0,9 0,0466 0,1075↔0,9 0,1527 0,1045↔0,855 0,0408 0,2475↔0,855 0,0329 0,2475↔0,7425 0,02210 0,2925↔0,7425 0,02611 0,2925↔0,7175 0,06612 0,315↔0,7175 0,11413 0,4125↔0,665 0,06214 0,475↔0,5775 0,05015 0,475↔0,5125 0,020В [6] запропоновано методику згортки деталізованихмоделей експлуатації двигунів та отриманоекономічну модель на основі моделі ІПМаш (див.табл. 3).Порівняння нестаціонарних економічних моделейГСКБД (табл. 1) та ІПМаш (табл. 3) свідчить,що більшість перехідних процесів j є близькими.Але економічна модель ІПМаш додатково має неврахованиймоделлю ГСКБД процес j=9, який незважаючи на малу тривалість ( P =0,066) є найбільшважким, тобто вноситиме значний вкладjузначеннята зменшуватиме величинурозр*dfsfsd .Таблиця 3. Теоретична економічна модель нестаціонарногоексплуатаційного навантаження двигунатрактора 3-ї категорії за даними ІПМашПерехіднийпроцес jN emР j1 0,0973↔0,9632 0,0122 0,0973↔0,9175 0,2223 0,0973↔0,8680 0,044 0,2513↔0,8680 0,0325 0,2513↔0,7411 0,0226 0,3452↔0,7411 0,2067 0,3452↔0,6307 0,078 0,5013↔0,6307 0,059 0,0973↔1,0609 0,066Порівняльний аналіз розрахунків РМ за різнимимоделями на сьогодні відсутній. Тому метоюданої роботи є перевірка ефективності використаннянаведених вище моделей для розрахунку РМпоршня на початкових етапах проектування.Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувалисянаступні задачі:- виконання розрахунків РМ кромки КЗ поршняза моделями: економічною ГСКБД, деталізованоюІПМаш та економічною ІПМаш;- аналіз ефективності застосування означенихмоделей на початкових етапах проектування.Розрахунки накопичених пошкоджень кромкиКЗ було виконано за виразом (1) для поршня дизеля4ЧН12/14 трактора 3-ї та 4-ї категорії [7], різнихрівнів форсування та при різних способах охолодженняпоршня (струминному та галерейному).Призначений ресурс роботи двигуна Р було прийнято10000 год. Результати розрахунку наведено нарис. 1 та у табл. 4.90ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСРис. 1. Результати розрахунків накопичених пошкодженьрозрd для 3-ї категорії трактораfsв зоні кромки КЗ поршня зі струминним охолодженням: 1 – за моделлю ГСКБД;2 – за деталізованою моделлю ІПМаш; 3 – за економічною моделлю ІПМашТаблиця 4. Результати розрахунків накопичених пошкодженьрозрd в зоні кромки КЗ поршняfsРівень форсування,кВт/л18,521,325Модель нестаціонарного навантаження3струминнеКатегорія трактора та спосіб охолодження3галерейне4струминне4галерейнеЗа ГСКБД [4] 0,017055 - - -За ІПМаш [3] 0,038083 0,01766 0,04707 0,0228За економічною [6] 0,036025 0,021321 0,044627 0,02346відмінність, %- ІПМаш-ГСКБД- ІПМаш-економічна55,25,40-3,55-5,19-2,89За ГСКБД [4] 0,0938 - - -За ІПМаш [3] 0,15474 0,0514 0,2105 0,065За економічною [6] 0,157546 0,058453 0,216472 0,07501відмінність, %- ІПМаш-ГСКБД- ІПМаш-економічна64,971,83-13,72-2,84-15,40За ГСКБД [4] 0,68545 - - -За ІПМаш [3] 1,7723 0,323 2,622 0,458За економічною [6] 1,726749 0,379662 2,567439 0,546315відмінність, %- ІПМаш-ГСКБД- ІПМаш-економічнаЗ рис. 1 видно, що при досягненні розрахунковогомоменту руйнування кромки КЗ (розрd =1) заfsдеталізованою моделлю ІПМаш, величина накопиченихпошкоджень за економічною моделлюГСКБД становить лише 0,4. Тобто, при використаннямоделі ГСКБД має місце значне завищеннязапасу міцності кромки КЗ. Ясно, що концепціягарантованого забезпечення РМ (3, 4) є неоправданою.Водночас величина накопичених пошкоджень158,62,57-17,54-2,08-19,28за економічною моделлю ІПМаш складає близько0,9, що є задовільним результатом.З табл. 4 видно, що різниця результатів неекономічноїта економічної моделей ІПМаш складаєвід 2 до 16% в областірозрd < 1 і до 20% приfsрозрd > 1.fsЦі дані дозволяють рекомендувати застосуванняекономічної моделі ІПМаш на початковихстадіях проектування.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 91

Конструкция ДВСВисновки:- доведено ефективність застосування економічноїтеоретичної моделі експлуатації ІПМаш длятракторних двигунів 3-ї та 4-ї категорії щодо прогнозуванняРМ поршнів на початкових етапах їхпроектування;- встановлено, що розробка економічних моделейексплуатації повинна проводитися відповіднодо обраного критерію якості.Подальший напрям робіт пов'язаний з розробкоюекономічних моделей експлуатації для двигунівавтомобільного та комбайнового призначення.Список літератури:1. Пильов В.О. Автоматизоване проектування поршнівшвидкохідних дизелів із заданим рівнем тривалої міцності.Монографія. / Пильов В.О. – Х.: НТУ „ХПИ”, 2001.– 332 с. 2. Турчин В. Т. Удосконалення методики визначенняресурсної міцності поршнів тракторних дизелів /В. Т. Турчин, В. О. Пильов, А. П. Кузьменко // Двигателивнутреннего сгорания. – 2007. – №2. – С. 30–35. 3.Ажиппо Н.А. Прогнозирование долговечности подшипниковскольжения тракторных двигателей на стадии ихпроектирования / Ажиппо Н.А., Балюк Б.К. // Двигателестроение.– 1985, №8. – С.17-20. 4. Лущицкий Ю.В.Эксплуатационный расход топлива и метод его определения/ Лущицкий Ю.В., Косулин А.Г. // Двигатели внутреннегосгорания: Респ. междувед. научный научн.-техн.сб. – Х.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1985. – Вып.41. С. 96-104. 5. Пылева Т.К. Разработка теоретическихнестационарных моделей нагружения двигателей машинразличного назначения / Т.К. Пылева, В.Т. Турчин // Двигателивнутреннего сгорания. – 2007. №1. – С. 125–132.6. Білогуб О.В. Розробка економічної моделі експлуатаціїтракторного дизеля в системі прогнозування ресурсноїміцності деталей камери згоряння /О.В. Білогуб, В.Т.Турчин, В.О. Пильов, С.М. Бакланов, С.В. Силенок // Двигателивнутреннего сгорания. – 2009. №1. – С. 100–103.7. Тракторы. Проектирование, конструирование ирасчет /[Н.П. Ксеневич, В.В. Гуськов, Н.Ф. Бочаров идр.]; под ред. Н.П. Ксеневича. – М.: Машиностроение ,1991. – 544 с.УДК 621.43.016.4В.В. Шпаковский, канд. техн. наукВЛИЯНИЕ ЧАСТИЧНО-ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НАТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОРШНЯПостановка проблемыСрок службы ДВС до капитального ремонта восновном определяется износом деталей кривошипно-шатунногомеханизма, выходом из строяпоршней. Высокий температурный уровень последнихприводит к снижению механическихсвойств материала, а неравномерное температурноеполе вызывает значительные термические напряженияи неравномерную деформацию. На поршняхрастрескиваются кромки камер сгорания, происходитизнос и поломка кольцевых перемычек, появляютсязадиры на цилиндрической части юбки исхватывание с гильзой цилиндра. Поэтому проблемаснижения теплонапряженности поршня с цельюповышения ресурса ДВС является актуальной.Анализ публикаций и нерешенные вопросыСнижение температурного уровня поршнейдостигают применением их охлаждения, изменениемконструкции, применением теплоизолирующихнакладок или покрытий [1 - 4]. Экспериментальноустановлено [5], что применение покрытия толщинойот 0,2⋅10 -3 до 0,8⋅10 -3 м позволяет снизить температурутела головки поршня на 20–50°С, а зонынад первым кольцом – на 10-25°С. В частности при92покрытии алюминиевых поршней окисью алюминияAl 2 O 3 толщиной 0,3·10 –3 м опытного дизеля 1Ч10,5/13 температура в центре днища снизилась на35 0 С, а над первым поршневым кольцом на 25 0 С.При таком же покрытии поршня тепловозного дизеляД100 температура наиболее теплонагруженогоучастка головки поршня снизилась на 85 0 С [6]. Притеплоизоляции днища поршня опытного дизеля 1Ч24/36 температура тела поршня снизилась на 20 -25° по всей нагрузочной характеристике [7]. Однако,указанные, равно как и другие покрытия приработе отслаивались и поэтому они не нашли широкогоприменения для снижения температурногоуровня поршней.Способы решения проблемыЭффективным способом снижения теплонапряженностипоршня и повышения его работоспособностиявляется образование теплозащитногокорундового поверхностного слоя на рабочей поверхностипоршня методом гальваноплазменнойобработки. Образование корундового слоя малойтолщины на рабочих поверхностях поршней дизелятепловоза ЧМЭ-3 обеспечило явление частичнодинамическойтеплоизоляции. При этом дизельДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСтепловоза отработал более 114 тыс. моточасов беззамены цилиндропоршневой группы [8,9].Цель исследований – установить влияниечастично-динамической теплоизоляции на температурноесостояние огневой поверхности поршня иустановить рациональную толщину корундовогослоя на огневой поверхности, обеспечивающуюснижение максимума теплового потока в поршеньв период сгорания в процессе топливоподачи идиффузионного горения и наименьшую температуруповерхности поршня при наполнении.Обоснование научных и практических результатовДля оценки влияния частично-динамическойтеплоизоляции, реализованной путем примененияпоршней с корундовым слоем малой толщины, нахарактер изменения тепловых потоков в поршень итемператур на поверхности поршня дизеля6ЧН13/11,5 проведены расчётноэкспериментальныеисследования. Постановка задачинестационарной теплопроводности, начальныеи граничные условия приведены в [10]. Исследованияпроводились для поршня из сплава АЛ25без теплоизоляции и с теплоизолирующим корундовымслоем λ=2,85Вт/м.К толщиной 0,04·10 -3 м,0,12·10 -3 м, 0,16·10 -3 м, 0,22·10 -3 м и 0,32·10 -3 м.Установлено,что среднецикловое значениетеплового потока в поршень без теплоизоляциисоста- вило 392 квт/м 2 . С увеличением толщинытеплоизолирующего слоя до 0,12 10 -3 – 0,16·10 -3 мпроисходит быстрое уменьшение теплового потокаот рабочего тела в поршень до значений 377 квт/м 2 .При дальнейшем увеличении толщиныкорундового слоя скорость уменьшения тепловогопотока несколько замедляется (рис. 1).Влияние толщины теплоизолирующего слояна величину удельных тепловых потоков на огневойповерхности поршня в зависимости от углаповорота коленчатого вала приведено на рис.2. Изграфика видно, что при работе двигателя с поршнембез теплоизоляции достигается наибольшее(3720 кВт/м 2 ) значение максимального удельноготеплового потока в поршень. С увеличением толщинытеплоизолирующего корундового слоя δ до0,12 10 -3 м величина максимального удельноготеплового потока снижается на 580 кВт/м 2 , т.е на15%. Однако снижение удельного теплового потокав поршень не приводит к снижению максимальныхзначений температуры на поверхности поршня.Рис. 2. Изменение величины удельного тепловогопотока в поршень в течении цикла. Цифры указываюттолщину корундового слоя δ·10 -3 мПроисходит увеличение размаха температурныхволн на поверхности поршня (рис. 3).Рис.1. Расчетные значения теплового потокав поршень при разных толщинах корундовогослоя на донышке поршняРис. 3. Изменение температуры на огневойповерхности поршня в течении цикла. Цифрыуказывают толщину корундового слоя δ·10 -3 мСогласно выполненным расчётам растёт исреднецикловая температура на поверхности теплоизолирующегослоя (рис. 4). При увеличениитолщины теплоизолирующего корундового слоя доδ ≈ 0,12 10 -3 м происходит быстрый ростДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 93

Конструкция ДВСсреднецикловой температуры на огневойповерхности поршня, при толщинах δ ≈ 0,12 10 -3 -0,16·10 -3 м рост среднецикловой температурызамедляется, а затем снова возрастает.Рис. 4. Среднецикловая температура на огневойповерхности поршня при разных толщинахкорундового слояИзменение тепловых потоков в диапазоне угловот 0 до 300 гр. п. к.в. приведено на рис. 5. Принеизолированной поверхности тепловой поток натакте наполнения от 0 до 30 гр. п. к.в. направлен отгаза к поверхности, то есть нагревает поршень. Затем,до φ = 280 гр. п. к.в. тепловой поток направленот поверхности к газу, максимальное значение тепловогопотока равно 35 кВт/м 2 . Происходит подогреввоздушного заряда в течение 250 гр.п. к. в. Итолько после 280 гр. п. к.в. тепловой поток меняетнаправление и происходит нагрев поверхностипоршня.поршня к газу. Максимальное значение тепловогопотока, подогревающего заряд составило 26кВт/м 2 .Таким образом время подогрева заряда сократилосьна 70 гр. п. к. в. и составило 185 гр. п. к.в., а тепловой поток уменьшился на 9 кВт/м 2 . Сувеличением толщины теплоизоляции до δ ≈0,22·10 -3 м время подогрева заряда уменьшилось исоставило 105 гр. п. к. в., а максимальное значениетеплового потока, подогревающего заряд снизилосьдо 20 кВт/м 2 .На такте наполнения на поверхности поршнябез теплоизоляции минимальное значение размахатемпературной волны составляет около 2°С, а прииспользовании корундовой теплоизоляции с толщинойδ ≈ (0,12-0,16)·10 -3 м минимальное значениеразмаха температурной волны составляет более 80 С (рис. 3). С увеличением толщины теплоизоляцииэто значение уменьшается и при δ > 0,25·10 -3 м минимальноезначение размаха температурной волныстановится меньше, чем у неизолированного поршня.Таким образом, существует рациональная толщинатеплоизолирующего слоя δ ≈ (0,12-0,16)·10 -3м при которой происходит наибольшее снижениеминимального значения размаха температурнойволны на такте наполнения. Этим подтверждаетсяэффект частично-динамической теплоизоляции.Рассмотрим значения удельных тепловых потоковв поршень без теплоизоляции и с теплоизолирующимкорундовым слоем в период активногосгорания и догорания (рис.6,7). Можно считать, чтоувеличение толщины теплоизолирующего корундовогослоя на огневой поверхности поршня болееδ ≈ 0,12 10 -3 м практически не приводит к снижениюмаксимального значения теплового потока.Рис. 5. Расчётные значения теплового потокав поршень на такте наполнения. Цифрыуказывают толщину корундового слоя δ·10 -3 мВ поверхностном корундовом слое толщинойδ ≈ 0,12·10 -3 м тепловой поток направлен от газа кповерхности поршня в диапазоне углов от 0 до 100гр. п. к.в., нагревает её, а потом в диапазоне углов100 - 285 гр. п. к.в. он направлен от поверхности94Рис. 6. Максимальные значения тепловыхпотоков в поршень при разных толщинахкорундового слоя. Цифры указывают толщину корундовогослоя δ·10 -3 мДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Конструкция ДВСПри догорании удельный тепловой поток впоршень с толщиной теплоизолирующего корундовогослоя δ более 0,12 - 0,32·10 -3 м примерно на 100кВт превышает значения удельного теплового потокав поршень без теплоизоляции. В этом случаетемпература поверхности поршня с увеличениемтолщины теплоизоляции повышается (рис. 3).Рис. 7 Расчётные значения теплового потокана огневой поверхности поршня при догорании.Цифры указывают толщину корундовогослоя δ·10 -3 мУвеличение толщины корундового слоя наогневой поверхности приводит к снижению температурына внутренней стороне донышка поршня(рис. 8).Рис. 8. Зависимость температуры на внутреннейстороне донышка поршня от толщины корундовогослоя на огневой поверхностиТаким образом, выполненные расчётные исследованияпоказали возможность применения частично-динамическойтеплоизоляции, с точки зренияснижения теплонапряженности поршня, с цельюповышения ресурса ДВС.Выводы1. Установлено, что существует рациональнаятолщина корундовой теплоизоляции огневой поверхностипоршня, обеспечивающая значительноеснижение максимального теплового потока в поршеньв период сгорания в процессе топливоподачии диффузионного горения а при наполнении - наименьшуютемпературу поверхности поршня.2. Для дизеля 6ЧН13/11,5 толщина теплоизолирующегослоя δ ≈ (0,12-0,16)·10 -3 м обеспечивает:- снижение на 15% максимального значенияудельного теплового потока в поршень по сравнениюс поршнем без теплоизоляции;- повышение максимального значения размахатемпературной волны на 60 °С;- снижение температуры поверхности поршняв процессе наполнения до 8 °С;- снижение температуры на внутренней сторонедонышка поршня примерно на 6,5 °С.Дальнейшее направление исследований связанос экспериментальными исследованиями температурногосостояния поршня в рекомендуемомдиапазоне толщин теплоизолирующего слоя.Список литературы:1. Щеголь А.Я. Влияние жаровой накладки на поршне натемпературное состояние деталей двигателя / А.Я.Щеголь// Двигатели внутреннего сгорания. Харьков,1965 - Вып.2 – С.41. 2. Бялобжеский А.В. Методы анодированияалюминия / А.В. Бялобжеский // Информацияо научно-исследовательских работах. Филиал ВИНI4ТЦ -1956. 3. Михайлов А.С. Исследование влияния тепловойизоляции днища поршня на его температурное состояниеи рабочий процесс при высоком наддуве /А.С.Михайлов // Тр. ЦНИДИ – 1961. – Вып. 57 - С.107-111. 4. Шрейдер А.В. Оксидирование алюминия и егосплавов / Шрейдер А.В. – М.: Металлургиздат. 1960. 5.Костин А.К. Теплонапряженность двигателей внутреннегосгорания / Костин А.К., Ларионов В.В., МихайловВ.И. – Л.: Машиностроение, 1979. – 222 с. 6. КоллеговЕ.В. Поршни дизеля ОД100 с керамическими покрытиями/ Е.В.Коллегов // «Вестник Всесоюзного научноисследовательскогоинститута железнодорожноготранспорта». – 1965 - №1 - С. 44-51. 7. Никитин М.Д.Теплозащитные и износостойкие покрытия деталейдизелей / М.Д. Никитин, А.Я. Кулик, Н.И. Захаров - Л.:Машиностроение, 1977. - 165с. 8. Шпаковский В.В. Повышениересурса цилиндро-поршневой группы тепловозногодизеля образованием корундового слоя на поверхностипоршней / В.В. Шпаковский, А.П. Марченко, И.В.Парсаданов и др. // Локомотив информ. – 2007 – №1. –С. 28-30. 9. Шпаковский В.В. Результаты исследованийизноса поршней с корундовым поверхностным слоемдизеля тепловоза ЧМЭ-3 / В.В. Шпаковский // Авиационно-космическаятехника и технология. – 2009. – №2 –С.140-144. 10. Шпаковский В.В. Результаты математическогомоделирования температурного состояния поверхностикамеры сгорания поршня с керамическим поверхностнымслоем / В.В. Шпаковский, А.П. Марченко,В.В. Пылёв // Авиационно-космическая техника и технология.– 2009. – №3(60) – С.80-84.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 95

УДК 621.436Экологизация ДВСД.Д. Матиевский, д-р техн. наук, С.С. Кулманаков, канд. техн. наукОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НОРМ ДВС ЗА СЧЕТПРИМЕНЕНИЯ СМЕСЕВЫХ БИОТОПЛИВВведениеУлучшение экологических показателей дизелейневозможно достигнуть только совершенствованиемих конструкций. Проблема может быть решенаприменением новых топлив с улучшеннымиэкологическими свойствами.Хорошими экологическими свойствами обладаетбиодизельное топливо (БТ). При его сгораниипроисходит уменьшение количества в отработавшихгазах (ОГ) углеводородов. Выбросы оксидовазота (NO x ) оцениваются практически в тех жецифрах, что и для нефтяного дизтоплива (ДТ). БТне содержит серы. Оно безопасно для хранения итранспортировки, поскольку является биологическичистым продуктом и обладает высокой температуройвспышки. В то же время БТ обладает определенныминедостатками. В холодных условияхдвигатель работает на БТ заметно хуже, чем на ДТ,вследствие худших низкотемпературных свойств.Также данное топливо обладает агрессивнымисвойствами по отношению к некоторым конструктивнымматериалам, поэтому возникает необходимостьв использовании более стойких материалов,что сказывается на стоимости двигателя.БТ получают в результате химической реакциеймежду растительными маслами или животнымижирами и спиртами в присутствии катализатора.Учитывая климатические условия, в Европенаибольшее распространение получил эфир на основерапсового масла. К тому же рапсовое масломожет непосредственно применяться в качестветоплива. Преимуществами рапсового топлива являютсяего возобновляемость и более высокие экологическиехарактеристики, по сравнению с ДТ.Наибольшую экологическую опасность в ОГдизелей представляют оксиды азота и сажа. Эффективнымспособом снижения эмиссии сажи являетсяприменение кислородсодержащих топлив иприсадок. С этой целью применяют спирты (этанолили метанол). Но препятствием является то, чтоэтанол (метанол) не образует смеси с дизельнымтопливом во всех пропорциях при температурахокружающей среды, поэтому возникает необходимостьв применении третьего компонента – совместногорастворителя. Растворитель должен иметь96свойства, как дизельного топлива, так и спирта.Наиболее подходящими являются – метиловый илиэтиловый эфиры рапсового масла (RME). Для проведенияисследований были созданы топлива наоснове рапсового масла (РМ), этанола (Э), ДТ иRME.Экспериментальная частьИсследования проведены со следующими видамитоплив:– дизельное топливо;– смесевое топливо, состоящее из 55% RME,20% этанола и 25% ДТ;– смесевое топливо, состоящее из 55% RME,30% этанола и 15% ДТ.– смесевое топливо, состоящее из 55% RME,20% этанола и 25% РМ;– смесевое топливо, состоящее из 55% RME,30% этанола и 15% РМ.Лабораторными и расчетными методами былиполучены физико-химические свойства для смесевыхтоплив (таблица 1).Опытная установка представляла один из самыхраспространенных типов дизелей серии Д-440и Д-460 размерностью 130/140 производства ОАО«ПО АМЗ», которые унифицированы с автомобильнымидизелями ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Это четырехтактныебыстроходные дизели с непосредственнымвпрыскиванием топлива, объемнопленочнымсмесеобразованием и жидкостным охлаждением.Установка была оснащена необходимымиконтрольно-измерительными приборами испециальным оборудованием для проведения исследований.В ходе исследований регистрировалисьпоказатели работы двигателя, индицировалисьвнутрицилиндровое давление и параметры топливоподачи(давление и подъем иглы распылителяфорсунки), также измерялись показатели вредныхвыбросов NO x , оксида углерода (CO) и сажевыхчастиц (С).Анализ результатовАнализ показателей топливной экономичностидизеля (рис. 1, 2) выполнен с использованиемудельного индикаторного расхода топлива g i и индикаторногокпд η i .ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСДля смесевых топлив как на основе ДТ, так ина основе РМ наблюдается увеличением удельногоиндикаторного расхода топлива, связанное суменьшением низшей теплоты сгорания, обусловленноеналичием в топливе кислорода. В зависимостиот состава топлива и режима работы двигателярасход может увеличиваться до 35 %.Таблица 1. Физико-химические свойства топливДТ РМ Этанол RME RME(55)+Э(20)+ДТ(25) RME(55)+Э(30)+ДТ(15) RME(55)+Э(20)+РМ(25) RME(55)+Э(30)+РМ(15)Молекулярнаямасса230 932 46 310 237,2 218,8 412,7 324,1Элементныйсостав: С 87 77,9 52,1 77,5 74,8 71,3 72,5 69,9Н 12,6 11,8 13,04 12 12,4 12,4 12,2 12,3О 0,4 10,3 34,8 10,5 12,8 16,3 15,3 17,8Плотность при20 °С, кг/м3830 915 794 877,75 849 845 870 858Цетановоечисло48,5 40 8 48 32,4 26,8 30,6 25,9Низшаятеплотасгорания,42,5 37,5 27,4 37,6 36,8 35,3 35,5 34,5МДж/кгТеоретическинеобходимоеколичествовоздуха для14,5 12,7 9,1 12,7 12,4 11,9 12,0 11,6окисления 1 кгтоплива, кгкмоль 0,499 0,438 0,313 0,439 0,429 0,410 0,414 0,401Теплосодержаниетоплива,МДж2,752 2,741 2,719 2,742 2,741 2,738 2,738 2,736Сравнивая индикаторный КПД, можно наблюдатьего меньшие значения для смесевых топливпо сравнению с нефтяным ДТ, что объясняетсяразличным цетановым числом топлив и настройкойтопливной аппаратуры дизеля на работу на ДТ. Сувеличением доли спирта в смесевых топливах наблюдаетсяувеличение η i . Это объясняется лучшимсмесеобразованием, что предопределяет уменьшениепродолжительности сгорания.Для смесевых топлив на основе РМ индикаторныйКПД имеет меньшие значения по сравнениюс топливами на основе ДТ из-за различия физико-химическихсвойств ДТ и РМ.Анализ коэффициента избытка воздуха α итемпературы ОГ, даёт понять насколько качественнопроходит процесс сгорания того или иного топлива.Топлива на основе РМ имеют большую теплотусгорания смеси по сравнению с топливами наоснове ДТ, но отличие физико-химических свойствРМ приводят к увеличению продолжительностисгорания, а, соответственно, к уменьшению индикаторногоКПД и возрастанию температуры ОГ.Для компенсации вышеозначенных потерь теплотыприходится увеличивать количество введеннойтеплоты за счет уменьшения α. Вследствие чего αполучается на 3-4 % меньше, а в сравнении с дизельнымтопливом разница достигает 25%. В то жевремя, работа при более низких значениях коэффициентаизбытка воздуха говорит о более качественномсмесеобразовании для смесевых топлив.Так как регулировки топливной аппаратурынастроены для работы на ДТ, а воспламеняемостьдля смесевых топлив хуже, то процесс сгораниясдвигается на линию расширения, в результате чегоухудшается индикаторный КПД и увеличиваетсятемпература ОГ.Выполнен анализ эмиссии токсичных компонентов,характеризующихся различными механизмамиобразования в цилиндре дизеля: продуктовнеполного окисления топлива на примере СО инаиболее токсичного компонента в ОГ дизеля –NO x . Термохимический механизм образования NO xв цилиндре дизеля обуславливает прямую взаимосвязьэмиссии NO x с максимальной температуройцикла, либо максимальных температур в локальныхзонах.Так как при сгорании смеси топлива на основеРМ температура в локальных зонах будет выше засчет худшего смесеобразования, чем при смеси наоснове дизельного топлива, то и концентрация NO xв целом будет выше.Отличительной особенностью работы на смесис РМ является различие закономерности изменениявыбросов NO x по сравнению с работой наДТ. На малых нагрузках выбросы NO x в 1,5 – 2 разаменьше чем при работе на ДТ. но с увеличениемнагрузки ухудшается качество смесеобразованиявследствие больших значений максимального дав-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 97

Экологизация ДВСления топлива и выбросы окислов азота резко возрастают.При номинальной нагрузке работа на смесевыхтопливах сопровождается более высокой концентрациейNO x . Увеличение составляет порядка11 – 15 %.При сгорании смеси на основе ДТ NO x выбрасываетсяв среднем на 30 % меньше по сравнениюс чистым ДТ, что объясняется более качественнымсмесеобразованием и меньшей максимальной температуройцикла вследствие неоптимального подводатеплоты в цикле.Рис. 1. Показатели смеси на основе дизельноготоплива98Рис. 2. Показатели смеси на основе рапсовогомаслаПри работе на малых и средних нагрузках выбросыСО остаются примерно на одном уровненезависимо от выбора топлива. С дальнейшим увеличениемнагрузки при сгорании смеси на основеДТ прослеживается уменьшение выбросов СО, обусловленноелучшим использованием воздушногозаряда вследствие улучшения смесеобразования.По сравнению с ДТ и смесями на основе РМ, смесьДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСс ДТ на максимальных нагрузках образует соответственнов 3 и 4,5 раза меньше окислов углерода.При работе дизеля с использованием смесевоготоплива на основе РМ уровень выбросов СОсравним с уровнем при работе на ДТ, но при нагрузкахблизких к номинальным уровни СО превышаютуровень при работе на ДТ. Это объясняетсятем, что при максимальных нагрузках вследствиебольших давлений в топливной системе и повышеннойвязкости смесевых топлив на основеРМ, ухудшается качество смесеобразования за счетувеличения доли пленочного смесеобразования.Вследствие этого испаряющееся со стенок топливосгорает в конце расширения при недостатке окислителя,тем самым, способствуя увеличению выбросовСО.Наибольший эффект улучшения экологическихпоказателей дизеля при переводе его работы сДТ на смесевое топливо получен за счет сниженияконцентрации сажи в ОГ. С увеличением нагрузкисодержание сажи в ОГ возрастает для всех топлив,несколько уменьшаясь в районе средних и немногобольших нагрузок. Однако при сгорании смесевоготоплива сажи образуется на 35 % и 60 % меньше, взависимости от содержания РМ в смеси.При сгорании смеси на основе ДТ характеризменения концентрации сажи иного рода. На малыхи средних нагрузках происходит увеличениевыбросов сажевых частиц. С дальнейшим увеличениемнагрузки улучшаются условия смесеобразования,тем самым снижая уровень выбросов частицв ОГ. Таким образом, на максимальных нагрузкахобеспечивается снижение выбросов сажи в 2,5 разапо сравнению с ДТ.ЗаключениеЛучшие экологические показатели имеет дизель,работающий на смесях с большим содержаниемэтанола. Дальнейшие исследования направленына улучшение экономических показателейпутём увеличения индикаторного КПД и подбораоптимального состава топлива, не снижая при этомдостигнутых экологических показателей.Список литературы:1. Биотопливо вместо солярки, выход из «нефтяного»тупика // Агро-Информ. – октябрь 2006 (96). 2. DemirbasA. Biodiesel: a realistic fuel alternative for diesel engines /A. Demirbas. Springer-Verlag London Limited, 2008. – 208p. 3. The biodiesel handbook // AOCS Press, Champaign,Illinois. – 2005 – 303 p. 4. Марченко А. П. Сравнительнаяоценка эффективности применения растительных топливв дизельном двигателе / А.П.Марченко, А.А. Прохоренко,А.А. Осетров, В. Смайлис, В.Сенчила // Двигателивнутреннего сгорания. – 2004. – № 1. – С. 46-51. 5. BatshelorS.E. Rapeseed today and tomorrow / S.E. Batshelor,E.J. Booth, K.C. Walker // A comparison of the energy balanceof rape methyl ester and bioethanol: 9 th Internationalrapeseed congress. – 2005. – vol 4. – P. 1363.УДК 621.43.068.4А.П. Строков, д-р техн. наук, А.Н. Кондратенко, асп.СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВДИЗЕЛЕЙ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦВведениеКак известно, приоритетными направлениямисовершенствования ДВС являются: улучшениеэкологичности, повышение топливной экономичности,увеличение надежности ДВС. Современныетребования к ДВС, диктующие вышеуказанныезадачи, сами по себе формулируются законамирынка, и только требования к экологичности закрепленызаконодательно. Выполнение этих задач зачастуюневозможно без использования всех известныхспособов снижения токсичности одновременно.Особое место занимают различные способыи методы очистки отработавших газов (ОГ) двигателяот твердых частиц (ТЧ) [1, 2].Цель и постановка задачиЦелью работы является анализ современныхсистем очистки ОГ дизеля.Для достижения поставленной цели решалисьтакие задачи:- проведен литературный обзор и патентныйпоиск по современным системам очистки ОГ;- на основании анализа публикуемых данныхпредложены варианты совершенствования существующихспособов и методов очистки ОГ.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 99

Экологизация ДВСАнализ публикацийДизели, ввиду специфики организации рабочегопроцесса, имеют свои особенности состава ОГв сравнении с ДВС других типов. Так, в ОГ дизелякрайне мало продуктов неполного сгорания топлива(ПНСТ) – монооксида углерода (СО) и несгоревшихуглеводородов (С n H m ), однако, присутствуетзначительное количество твердых частиц (ТЧ),оксидов азота (NO х ) и оксидов серы (SO х ). Главнаяособенность ОГ дизеля заключается в наличии вних ТЧ и NO х , поскольку образованию этих токсичныхкомпонентов способствуют антагонистическиефакторы. То есть, согласованием параметровдизеля невозможно получить одновременноабсолютный минимум эмиссий и ТЧ и NO х , речьможет идти лишь об отыскании некоторого оптимума[1]. Поэтому, производители дизелей придерживаютсяодной из следующих концепций: 1)снижать эмиссию NO х за счет согласования параметроврабочего процесса, а ТЧ удалять уже из ОГ;2) уменьшать эмиссию ПНСТ и ТЧ за счет согласованияпараметров рабочего процесса, а NO х нейтрализоватьв ОГ; 3) принять в качестве критериякачества топливную экономичность (или другойкритерий), организовать рабочий процесс так, чтобыдостигался некий локальный оптимум эмиссийТЧ и NO х , а излишки этих токсичных компонентов,превышающие действительные нормы, удалять изОГ [1, 2, 5]. Последняя концепция более распространена,нежели первые две.Твердые частицы - это все субстанции, которые,находясь в смеси ОГ с чистым воздухом приминимальной температуре 52°С, задерживаютсяфильтром из стекловолокна с тефлоновым покрытиеми не являются водой. Все ТЧ делятся на растворимыеи нерастворимые. Растворимые ТЧ – этоабсорбированные (поглощенные всем объемом)углеводороды, выделившиеся из топлива или изсмазочных масел. Они могут быть задержаны лишьпри их конденсации или адсорбции (осаждением наповерхности) при соответствующих температурах.Нерастворимые ТЧ состоят из сажи (твердый углеродтоплива), сульфатов (твердых солей серы топлива),оксидов металлов (из присадок топлива имасла), и абразивных частиц (продуктов износадеталей двигателя), золы (металлорганические соединения,образующиеся при сгорании в КС моторногомасла). В 1 м 3 сухих ОГ автотракторныхдизелей растворимые и нерастворимые ТЧ соотносятсякак 9:1. Нерастворимые ТЧ в среднем на1005...65 % по массе состоят из оксидов металлов исульфатов, и на 25…95% из сажи, но конкретноесоотношение этих компонентов ТЧ находится взависимости от режима работы дизеля [1, 5, 21].Сажа - это продукт крекинга (расщепления) углеводородовтоплива под воздействием высокой температурыи при отсутствии кислорода, и представляетсобой конгломераты атомарного аморфногоуглерода ветвистой структуры, включающие такжев себя водород, и имеющие размеры в пределах0,01…100 мкм. Но основная масса частичек сажиимеет размеры в пределах 0,5…10 мкм. Главнойособенностью сажи является очень развитая наружнаяповерхность, и соответственно большаяадсорбционная способность. Именно поэтому всаже присутствуют несгоревшие углеводороды и,что особенно опасно, бенз(а)пирен - самый токсичныйкомпонент ОГ, представляющий из себя полициклическийароматический углеводород (ПАУ),сильнейший канцероген. Наиболее опасными частичкамисажи являются наименьшие из них (0,1…1мкм), они способны проникать в альвеолах легкихнепосредственно в кровь человека или животного.Кроме того, сажа ухудшает видимость в городах,входя в состав смога, загрязняет воду и грунт. Ещеодной особенностью сажи, сильно усложняющейпроцесс очистки ОГ от нее, является ее малаяплотность 0,05 г/см 3 , причем она представляютсобой фракцию ТЧ, обладающую наибольшимудельным весом [1, 3, 7, 21].К сожалению, распространенные и эффективныеустройства очистки воздуха от пыли – циклоныи мультициклоны, сетчатые сухие и мокрыефильтры, бытовые НЕРА-фильтры, глубинные волокнистыеи керамические фильтры, а также электрофильтры,не способны в полной мере удовлетворитьтребования к очистке ОГ от ТЧ. Не способныих удовлетворить и устройства, применяемыепри очистке промышленных газов [10, 11].Устройства и системы очистки ОГ применительнок ТЧ можно разделить по принципу действияна следующие:• механические – изменяющие вектор скоростидвижения ТЧ относительно потока ОГ;• химические (окислительные) – превращающиегорючие составляющие ТЧ в нетоксичныевещества с помощью окислительновосстановительныхреакций (ОВР) [1, 2, 3, 5, 21];• растворяющие – удаляющие растворимыекомпоненты ТЧ посредством растворения их в ра-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСбочей жидкости нейтрализатора; при этом нерастворимыечастицы удаляются посредством адсорбцииих в рабочей жидкости нейтрализатора – такназываемые жидкостные фильтры [1, 2, 3, 21, 22];• комбинированные.Механические устройства и системы очисткиОГ от ТЧ можно разделить на следующие:1) фильтрующие, которые задерживают ТЧпри непосредственном соприкосновении их с материаломфильтрующего элемента (ФЭ).2) инерционные, изменяющие направлениедвижения специальным образом приготовленныхсовокупностей ТЧ, и отделяющие их от потока ОГс помощью сил инерции.3) электрические - изменяющие вектор скоростидвижения ТЧ, имеющих электростатическийзаряд, относительно потока ОГ за счет создания втеле ФЭ слабого электромагнитного поля. Это такжеспособствует образованию совокупностей ТЧкапельным способом [1, 2, 5, 21, 6];Химические устройства и системы очисткиОГ от ТЧ можно разделить на следующие:1) каталитические, с использованием веществ,изменяющих скорость и/или условия протеканияОВР. При этом катализатор может: а) быть нанесеннымна поверхности ФЭ в виде напыления или ввиде желатиновой субстанции [8, 12]; б) добавлятьсяили подаваться в топливо; в) подаваться непосредственнов ОГ;2) термические, обеспечивающие необходимуютемпературу ОГ, при которой горючие элементыТЧ окисляются избыточным кислородомОГ. При этом источником теплоты может быть: а)топливо, дополнительно подаваемое в цилиндрыдизеля или непосредственно в ОГ [1, 2, 3, 5]; б)электрические нагревательные элементы, конструктивнозаключенные в теле или корпусе ФЭ, илиже являющиеся отдельными агрегатами (свечи накаливания)[1, 2, 3, 5, 21]; в) посторонний источник,не находящийся на борту транспортного средства[21];3) плазменные – в которых окислителем выступаетнизкотемпературная плазма, генерируемаяспециальными устройствами (плазмотронами). Приэтом носителем плазмы может быть либо сами ОГ,либо воздух, отдельно подаваемый в ОГ [2, 3, 4];4) оксидные (пост-каталитические), в которыхокислителем выступает диоксид азота, полученныйв избытке в окислительном нейтрализаторе, установленномпо потоку ОГ до СФ [2];Фильтрующие устройства и системы очисткиОГ от ТЧ по соотношению размеров отверстий вматериале ФЭ и размеров ТЧ, которые необходимоотфильтровать, могут быть:1) с отверстиями, не превышающими размеровТЧ (собственно фильтрующие), поглощающиеи удерживающие ТЧ пространством в отверстияхФЭ. По устройству тела ФЭ их можно разделить намонолитные керамические, полученные методамиосаждения, вспенивания или порошковой металлургии;с регулярной или хаотичной навивкой изволокнистых материалов; из металлических микросетоки микросит и насыпные в виде спрессованногопорошка из керамических материалов, помещенногомежду перфорированными металлическимипластинами [1, 2, 17];2) с отверстиями, превышающими размерыТЧ. Используются только совместно с инерционнымиили электрическими методами, а также сосредствами, организующими поток ОГ специальнымобразом.В зависимости от свойств материала ФЭ поместу удержания ТЧ их можно разделить на:а) адсорбционные, поглощающие и удерживающиеТЧ своим поверхностным слоем. В зависимостиот вида материала они могут быть: либовысокопористыми (которые могут иметь вид монолитноготвердого тела определенной пористостиили напыления определенной толщины и пористостина непористом материале); либо мокрого типа снавивкой,б) абсорбционные, поглощающие и удерживающиеТЧ всем своим объемом.По агрегатному состоянию тела ФЭ могутбыть либо монолитные пористые [16], либо жидкостные[1, 2, 22];По своей конфигурации монолитные керамическиеустройства очистки ОГ от ТЧ могут иметьвид:1) монолитного пористого твердого тела, вкотором процесс очистки происходит при прохождениипотока ОГ сквозь все тело ФЭ (может выполнятсяв виде призматического, цилиндрического,кольцеобразного тела или конического насадка);2) твердого тела ячеистой (сотовой) структуры,имеющего каналы призматической, цилиндрическойлибо пирамидальной формы, заглушенные вшахматном порядке – одни используются для входапотока ОГ в фильтр (заглушены на выходе), аДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 101

Экологизация ДВС102другие – для выхода потока ОГ из фильтра (заглушенына входе), а процесс очистки происходит припрохождении потока ОГ сквозь стенки между каналами.ФЭ монолитных пористых сажевых фильтров(СФ) изготавливают из хорошо себя зарекомендовавшихкерамических материалов, таких как: кристобалит,протоэнстатит, кордиерит, сапфирин,муллит, периклаз, шпинель, корунд [21], карбидакремния, компаунда Si-SiC [1, 20], никелевой пены[9], кремний-металлических материалов (с нитрированиемповерхности) [14] и т.д. Также известныи широко используются ФЭ из металлических микросит[13] и сеток [15] с нанесенным на поверхностьметалла пористого покрытия, волокнистыхестественных или искусственных материалов (силикатныхволокон) [1, 18, 19]. Часто эти материалыявляются носителями каталитических напылений,придающих фильтру ТЧ свойства окислительныхнейтрализаторов и поглотителей оксидов азота.Иногда один и тот же пористый материал можетбыть телом сразу и каталитического окислительногонейтрализатора, и фильтра ТЧ, и каталитическогопоглотителя NO X (КПNO X ), при одинаковой илиразличной пористости. Немаловажными требованиямик материалу ФЭ являются: термостойкость,коррозионная стойкость, стойкость к газовой эрозии,стабильность свойств [2].Основными недостатками этих типов фильтровявляются высокая себестоимость и необходимостьв высокой культуре производства (серийновыпускаемые СФ стоят 400…600 Евро для легковыхавтомобилей, а для грузовых по стоимостимогут превышать стоимость самого ДВС), значительноегидравлическое сопротивление, отсутствиедостоверной информации об их возможностях иособенностях технологии производства.Инерционные устройства и системы очисткиОГ от ТЧ по способу формирования частиц с достаточноймассой могут быть:1) капельные – формируют совокупности изТЧ и капель распыленных в потоке ОГ жидкостей(воды или машинного масла) [5, 10, 11, 21, 22];2) коагулирующие - формируют совокупноститолько из ТЧ и поверхностно активных веществ(ПАВ), посредством введения в топливо или ОГспециальных присадок, содержащих ПАВ [5];3) конденсирующие - формируют совокупностииз ТЧ и капель жидкостей, образующихся изконденсирующихся компонентов ОГ (воды, несгоревшихуглеводородов) при их принудительномохлаждении [16].Из них на практике используют только комбинированныеустройства и системы очистки ОГ отТЧ, ввиду того, что в ТЧ входят весьма разнообразныевещества, как по своим химическим, так ипо физическим свойствам. А именно, из-за дороговизныСФ их после засорения не заменяют, а регенерируют,то есть сажу, накопленную фильтрацией,удаляют из самого фильтра термическим методом.Кроме ФТЧ для очистки ОГ дизеля от ПНСТиспользуют окислительные каталитические илитермические нейтрализаторы, в которых частичноокисляется и сажа, но в полном объеме ее окислитьтам затруднительно, поэтому этот способ применяюттолько в комбинации с СФ. Отдельно стоитупомянуть, что устройства очистки ОГ стационарныхмощных дизелей - скрубберы с воднымиструями или трубками Вентури и жидкостныефильтры, рассчитанные на уменьшение эмиссийПНСТ и ТЧ [1, 2, 10, 11]. Иногда используют ФТЧс пористым фильтрующим элементом, на поверхностикоторого нанесен катализатор для частичногодоокисления ПНСТ, уменьшения температурырегенерации СФ и КПNO X , и т.д.Ввиду особой опасности некоторых компонентовТЧ совершенствование экологических показателейдизелей не стоит ограничивать лишь процессомочистки их ОГ. Очевидно, что пристальноговнимания заслуживает процесс очистки ФЭ от накопившихсяв них ТЧ, а также процесс утилизацииТЧ. Тем более что потребность в периодическойочистке ФЭ от накопившихся в них ТЧ (регенерация)принципиально не устранима, и является неотъемлемойособенностью функционированияфильтра ТЧ любой конструкции.В зависимости от типа фильтра ТЧ, регенерацияможет быть осуществлена:1) сменой рабочего тела ФЭ – для так называемыхжидкостных фильтров, а также для монолитныхи других типов СФ без бортовой системырегенерации, с последующей очисткой тела ФЭ наспециализированном предприятии в ходе выполненияочередного ТО ТС и ДВС;2) очисткой тела ФЭ – для твердотельных СФпри наличии бортовой системы регенерации.Результаты исследованияИсследования показывают, что фильтры ТЧвозможно создать на основе ФЭ не только объемного,но и адсорбционного типа. ПредлагаемаяДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСконструкция фильтра ТЧ представлена на рисунке1, где специальным образом организованный потокОГ, сквозь отверстия (3) определенного диаметрабудет проходить в полостях ФЭ (1), ограниченныхметаллическими пластинами различной формы (2)с нанесенными на их поверхности высокопористымпокрытием с большой адсорбционной способностью,на которых будет осаживаться и удерживатьсясажа вплоть до момента регенерации фильтра.Такой фильтр, предположительно, будет обладатьнеоспоримыми преимуществами:• малое гидравлическое сопротивление;• низкая себестоимость за счет простотыконструкции, высокой технологичности, отсутствияэлементов из дорогих материалов;• возможность создания на основе его конструкциитипоразмерного ряда фильтров для дизелейразличной мощности и назначения;возможность быстро наладить серийный выпусктакой продукции.ВыводыВ результате проведенной работы можно отметитьследующее:• анализ материалов публикаций в последнеевремя указывают на смещение акцента в вопросахочистки ОГ дизеля на удаление ТЧ;• предложена конструкция и способ функционированияустройства очистки ОГ дизелей отТЧ.Список литературы:Рис. 1. ФТЧ предлагаемой конструкции1. Марков В. А. Токсичность отработавших газов дизелей.2-е изд. перераб. и доп. / Марков В. А., Баширов Р.М., Гамбитов И. И. - М.: Изд-во МГТУ им. М. Э. Баумана,2002. - 376 стр., ил. 2. Сарры Л. О. Защита воздухаот выбросов автотранспорта. Аналитическая справка.Рига: Латвийский информационный центр, 1991, 16 с.3. Шеховцов Ю. И. Исследование термокаталитическойрегенерации сажевого фильтра дизелей / Шеховцов Ю.И., Заиграев Л. С. // Двигатели внутреннего сгорания. -2004. - №2. - С. 57-59. 4. Бородин Ю. С. Нейтрализацияотработавших газов дизелей с помощью плазменнойтехнологии / Бородин Ю. С., Перерва П. Я., Кудряш А.П., Мараховский В. П., Семикин В. М. // Авиакосмическаятехника и технология. Сб. научн. трудов. - Харьков: Гос.Аэрокосмический университет "ХАИ". - вып. 19. Тепловыедвигатели и энергоустановки. - 2000. - С. 11-13. 5.Парсаданов І. В. Підвищення якості і конкурентоспроможностідизелів на основі комплексного паливноекологічногокритерію: Монографія. / Парсаданов І. В. –Харків: Видавничий центр НТУ «ХПІ», 2003. – 244 с. –Російською мовою. 6. Обозрение нейтрализаторы: евроне пахнет [Электронный ресурс] / Журнал "Украина Зарулем" // Украина За рулем. - 2001. - №1 . - Режим доступа:http://old.uzr.com.ua/ pbs.php?pbl_ action=view&pbl_id=615.7. В гармонии с природой [Электронныйресурс] / Ожерельев Л. // Журнал "Автопарк".- Режим доступа: http://www.cstore.ru/materials/articles/5. 8. Грузовики MAN компании MANNutzfahrzeuge [Электронный ресурс] / Семёнов В. // Журнал"Грузовикпресс". - 2007. - №3. Режим доступа:http://www.manservice.ru/articles/1/68.html. 9. Управляяавтомобилем с дизельным двигателем [Электронныйресурс] / Маккормик К. // Журнал "Никель". - 2007. - №3.Режим доступа: http://www.nickelinstitute.org/multimedia/magazine/June_2007/Diesel. 10. Очистка от газовыхвыбросов котелен и ТЕЦ (ТЭС) [Электронный ресурс] /Режим доступа: http://ekmon.ru/gas_ treating/flue_gas.11. Промышленная газоочистка. Проектирование установокдля очистки воздуха от вредных газов и паров,очистка воздуха от пыли и аэрозолей. [Электронныйресурс] / Режим доступа: www.aces-group.ru/index.html.12. "Чистые" вилочные погрузчики [Электронный ресурс]/ ЛОГИСТ // Журнал "Склад и техника". - 2005. -№6.- Режим доступа: http://www.logist.com.ua/warehouse/tehnika/clean_forklifts.htm. 13. Weisse Weste für denDiesel. Jeryembek Manfred. Autofachmann. 2003, №4, c. 8-11, 10 ил. Нем. 14. Porous silicon nitride article and methodfor production thereof: Заявка 1298111 ЕВП, МПК 7 С 04 В38/00. NGK Insulators, Ltd, Inoue Katsuhiro, MorimotoKenji, Masuda Masaaki, Kawasaki Shinji, Sakai Hiroaki(Paget Hugt Charles Edward et al MEWBURN ELLIS YorkHouse 23 Kingsway London WC2B 6HP (GB)).№02705469.1; Заявл. 25.03.2002; Опубл. 02.04.2003; Приор26.03.2001, №2001087911 (Япония). Англ. 15. Diesel-Partikelfilter in Serie. KFZ-Betrieb. 2003. 93, №46, с. 54, 1ил. Нем. 16. Apparatus and method for the recovery andpurification of water from the exhaust gases of internal combustionengines: Пат. 6581375 США, МПК 7 F 01 N 3/02.Lexington Carbon Co., LLC, Jagtoyen Marit, Kimber GeoffreyM. №10/024910; Заявл. 19.12.2001; Опубл.24.06.2003; НПК 60/309. Англ. 17. Abgasfilter zum Beseitigenvon in dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthaltenenPartikeln: Заявка 10219415 Германия, МПК 7 F 01ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 103

Экологизация ДВСN 3/021. HJS Fahrzeugtechnik GmbH & Co., Karft Franz(Patentanwalte Schroter und Haverkamp, 58636 Iserlohn).№10219415.7; Заявл. 02.05.2002; Опубл. 20.11.2003. Нем.18. Neues innovatives Material für die Filtrationstechnik.Draht. 2004. 55, №1, с. 25, 1 ил. Нем. 19. AKONDIES Abgaskonzeptfur einen Euro-IV-Pkw-DI-Dieselmotor. KnabChristian*, Wiedmann Kurt, Franke Hans-Ulrich, JutkaCarsten, Tschoke Helmut, Hauser G., Hojgr Marek, SmolenskiChristian (Oberland Mangold GmbH, Garmisch-Partenkirchen, Deutschland). MTZ: Motortechn. Z. 2003. 64,№11, с. 960-965, 5 ил. Нем. 20. Filtermaterialien für dieadditivegestutzte und Katalytische Dieselpartikelreduktion.Schafer-Sindlinger Adolf, Vogt Claus Dieter (NGK EuropeGmbH). MTZ: Motortechn. Z. 2003. 64, №3, с. 200, 201-207,10 ил. Нем. 21. Кульчицкий А. Р. Токсичность автомобильныхи тракторных двигателей: Учеб. пособие / Владим.гос. ун-т. Владимир, 2000. 256 с.УДК 669.85/86+502.7П.М. Канило, д-р техн. наук, И.В. Парсаданов, д-р техн. наукПРОБЛЕМЫ СЖИГАНИЯ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ ИГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ КЛИМАТАВведениеОбеспечение потребности в продуктах питанияи энергии при сохранении окружающей среды– вот основные проблемы, которые стояли, стоят и,видимо, всегда будут стоять перед человечеством.Современный состав земной атмосферысформировался после того, как, благодаря уникальнымпроцессам фотосинтеза, возникла и развиласьжизнь, при этом одну из главных ролей вэтом процессе играл диоксид углерода (СО 2 ). Запоследние 600 миллионов лет концентрация СО 2 ввоздухе нашей планеты постоянно менялась, ноникогда не была выше 0,4 % об., что примерно напорядок выше современного уровня. Установленавзаимосвязь между увеличенным содержанием СО 2в атмосфере и развитием всех форм жизни на планете.Примерно сто миллионов лет назад, в мезозойскуюэру, при повышенной концентрации в атмосфереСО 2 , средняя годовая температура воздухана планете была на шесть градусов выше, чем сейчас.Даже на побережье нынешнего Северного Ледовитогоокеана буйствовала пышная растительность.В последующем концентрация СО 2 в атмосферепонижалась, так как растения поглощалиуглекислоту воздуха, а температура воздуха снижалась.Таким образом, за счет увеличения количествафотосинтезирующих растений и биомассыобеспечивалось снижение СО 2 в атмосфере Земли[1 – 3].Ежегодно фотосинтезирующие растения имикроорганизмы (суши и гидросферы) поглощаютиз атмосферы и из воды примерно 700 миллиардатонн СО 2 , образуя около 400 миллиардов тонн органическихвеществ и выделяя при этом около 400миллиардов тонн кислорода. Одновременно идетпроцесс переработки кислорода и углерода снова вСО 2 . Таким образом, диоксид углерода находится в104подвижном равновесии, которое регулируется процессами,протекающими в биологических системах(экосистемах) так и физико-химическими процессами(адсорбцией, хемосорбцией, диффузией, обменнымиреакциями СО 2 между атмосферой, сушейи водами океанов). Количество СО 2 в видерастворенного газа в мировом океане более чем в50 раз превосходит его количество, содержащееся ватмосфере. Этот огромный резервуар, как и фотосинтезирующиерастения и микроорганизмы планеты,обеспечивали до 1970 г. стабильность концентрацийСО 2 в атмосфере [3].Растения очищают атмосферу, делают воздухвновь пригодным для дыхания. Сотни миллионовлет понадобилось растениям, чтобы наработатьстолько кислорода, сколько нас окружает сейчас.Несмотря на огромное потребление кислорода дляобеспечения жизнедеятельности всего живого и наокислительные процессы в природе, в том числе,при современном сжигании в год почти 15 миллиардовтонн условного топлива, содержания кислородав атмосфере остается неизменным. Это объясняетсятакже и наличием еще одного источникакислорода – водяных паров, которые в верхнихслоях атмосферы под действием ультрафиолетовогосолнечного излучения разлагаются на кислороди водород.Проблема глобального потепления климатаВ 1988 году Всемирная метеорологическаяорганизация в соответствии с программой ООН поокружающей среде создала Межправительственнуюгруппу экспертов по изменению климата(МГЭИК) планеты, которая периодически публикуетдоклады об изменениях климата и возможномвлиянии этих изменений на различные виды хозяйственнойдеятельности. По данным МГЭИК "глобальноепотепление" климата, начавшееся с сере-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

дины 70-х годов XX века, не вызывает сомнений [4– 6]и подтверждается повышением среднегодовойтемпературы приземного слоя атмосферы (рис. 1) иокеана, сокращением площади морского льда.Многие ученые считают, что процесс потепленияклимата вызван увеличением выбросов ватмосферу парниковых газов (ПГ), в первую очередьСО 2 , с продуктами сжигания ископаемых топливи их накоплением в атмосфере. Ряд авторитетныхэкологов и климатологов полагают, что климатна Земле меняется циклически, а цивилизациялишь ускоряет ход естественных процессов.Изменение климата на Земле тревожит ученых,общественные и правительственные организации,практически всех людей. Словосочетание"глобальное потепление" климата в средствах массовойинформации стало, чуть ли не символом"конца света". Поэтому мировое сообщество заинтересованов получении объективной информацииоб изменении климата и в снижении существующихнеопределенностей климатических прогнозов.Рис. 1. Изменения глобальной приземной температурывоздуха в период с 1950-го по 2008 г.1 – данные наблюдений; 2 – аномалия температуры,с учетом известного роста парниковых газов(ПГ) и аэрозолей (расчет по модели общей циркуляцииатмосферы и океана); 3 – тот же расчет,но при значениях ПГ и аэрозолей, соответствующих1970 г.Существуют три гипотезы, объясняющие причины,возможного изменения климата [2 – 9]:• изменение орбитальных параметров Землии, соответственно, уровней поступающего на верхнююграницу атмосферы потока солнечной радиации;• изменение доли солнечной радиации, котораяотражается в мировое пространство в результатеизменений облачности, концентраций атмосферногоаэрозоля или отражательных свойствподстилающей поверхности;• снижение доли длинноволнового излученияот земной поверхности, в результате повышенияконцентраций ПГ, в первую очередь СО 2 , вЭкологизация ДВСатмосфере.Повышение концентрации СО 2 в атмосферечасто связывают с увеличением доли энергии, вырабатываемойтеплоэнергетическими установками,и в первую очередь транспортом с двигателямивнутреннего сгорания. Вместе с тем, известно, чтовырабатываемая в настоящее время энергия по отношениюк энергии солнечной радиации, поглощаемойЗемлей, составляет сотые и тысячные долипроцента и всего лишь несколько процентов от еепериодических изменений. Поэтому увеличение в2…3 раза производства энергии не может существенноповлияет на глобальное изменение климата[3, 7 – 9] и может лишь, в некоторой степени, сказатьсяна региональном климате в зонах городовмегаполисов,районах расположения ТЭС, ТЭЦ илиАЭС. Следовательно, предполагаемое в ближайшембудущем двукратное увеличение производстваэнергии не может существенно влиять на потеплениеклимата.Более опасным, с нашей точки зрения, представляетсяне потепление климата за счет сжиганияископаемых топлив, а нарушение замкнутости углеродногоцикла. Разрушение биосферы Земли,обусловлено высоким уровнем использования природныхресурсов, истощением плодородия земель,вырубкой и старением лесов (тропические и другиелеса исчезают со скоростью 21 га в минуту [9]),загрязнением атмосферы, предельно опаснымитоксичными и канцерогенными химическими соединениями,выбрасываемыми, в том числе, с продуктамисгорания топлив. В результате деградируети уничтожается растительность, что, как следствие,способствует ослаблению естественных стоковСО 2, снижению поглощения СО 2 фотосинтезирующимисистемами и уменьшению его растворимостив водах мирового океана. В этом, видимо, и заключаетсяосновной антропогенез проблемы "глобальногопотепления" климата на планете Земля.Климатическая система Земли включает пятьсоставляющих: атмосферу, гидросферу, криосферу,поверхность суши, биосферу, и ее функционированиев значительной степени определяется условиямивзаимодействия между ними. Динамическоеравновесие СО 2 в атмосфере определяется механизмамиего переноса между атмосферой, гидросферой(мировым океаном) и биосферой (рис. 2).Рис. 2. Механизм переноса СО 2 из одного "резервуара"в соседний (доли: λ 1 – λ 4 ), λ 5 – доля вносимаяс продуктами переработки и сжигания топливДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 105

Экологизация ДВСВ работах [3, 9] приведены данные о том, чтоприродными источниками в атмосферу выбрасываетсяв год примерно 700 млрд т СО 2 : суша ∼ 370млрд т, океан ∼ 330 млрд т, вулканическая деятельность∼ 2 млрд т. Годовые уровни выбросов СО 2 ватмосферу с продуктами сжигания ископаемыхтоплив (см. табл. 1) составляли: в 1970 г. ∼ 16 млрдт, а в 2008 г. ∼ 32 млрд т, т.е. не превышали 5 % отсуммарной эмиссии СО 2 в атмосферу. Поэтомуувеличение содержание СО 2 в атмосфере с 1971 г.по 2009 г. определялось, видимо, с большой степеньювероятности, уменьшением поглощения СО 2наземными фотосинтезирующими системами иснижением его растворимости в водах мировогоокеана.Климатическая система изменялась во временив результате внешних воздействий, обусловленных"неразумной" хозяйственной деятельностьючеловека. В результате изменялся состав атмосферы,гидросферы и литосферы из-за загрязненияОС выбросами энергетики, промышленности,бытовыми отходами, ухудшения землепользования,вырубки и старения лесов. Как следствие, снижалсяобъем и продуктивность фотосинтезирующей растительностии микроорганизмов на поверхностисуши и в водах мирового океана (уменьшение λ 2 и106λ 4 , рис. 2). Растительный мир особо чувствителен кконцентрациям вредных веществ в атмосфере (оксидовазота и серы, озона, канцерогенных веществи др.), при этом нарушается его жизнедеятельность,снижается фотосинтезирующая активность и продуктивность.Физико-химическое, биологическое итепловое загрязнение внутренних водоемов, морейи океанов нарушает газообмен воды с атмосферой,что приводит к снижению растворимости СО 2 вводах мирового океана (уменьшение уровня λ 4 ), кисчезновению многих видов животных и растений.Способность природных систем к самоочищениюатмосферы серьезно нарушена, атмосферный воздухне в полной мере выполняет свои защитныежизнеобеспечивающие экологические функции [1 –3, 7 – 9]. Из этого следует, что современное глобальноепотепление приземного слоя атмосферы взначительной степени является антропогенноэкологическойпроблемой, определяемой, в томчисле, снижением способности деградируемых наземныхи океанических экосистем поглощать (СО 2 )по мере роста их концентраций в атмосфере.В период с 1970 г. по 2008 г. нарушен глобальныйгазообмен СО 2 между атмосферой и биосферой(существенное снижение объемов и продуктивностифотосинтеза), атмосферой и гидросферой(снижение растворимости СО 2 в водах мировогоокеана) при одновременном увеличенииуровней выбросов СО 2 с продуктами переработки исжигания ископаемых топлив. При этом наблюдаетсяследующая закономерность (табл. 1, рис. 3, 4):2008∑i=19712008[( λ1 − λ2)+ ( λ3− λ4)]> ∑[λ5( i)i=1971− λ5(1970)В табл. 1 представлены данные по мировымуровням потребления ископаемых топлив [10],суммарным (усредненным) выбросам вредных веществ(ВВ) и основного парникового газа СО 2 ватмосферу с продуктами сжигания топлив и по тепловомувоздействию энергосистем на ОС.Уровни годовых массовых выбросов СО 2 ватмосферу при сжигании топлив определялись поформуле:Mμ= ,CO2CO ( )( ) ( ) 3, 672 i ⋅ M Т i ⋅ gCi = ⋅ M Т ( i)⋅ gC(i)μCгде M Т (i)– усредненное массовое потребление i-гоуглеводородного топлива в млн т/год;g C(i)].– массоваядоля углерода в i-м топливе (для углей ∼ 0,6;для природного газа ∼ 0,75; для нефти ∼ 0,84) ; μиμ CO 2– соответственно молекулярные массыуглерода и СО 2 . Суммарный выброс ВВ с продуктамисжигания ископаемых топлив, приведенный кNO 2 с учетом суммации и явлений синергизма(∑ ВВ NO2), определялся по следующей зависимости:∑ВВk+kk+kSO2NO2КУNO2NO2где μ i ,μ= {(0,1 + 0,9μ[ ПДК⋅[ ПДК[ ПДК⋅[ ПДК[ПДК ]]NO2CC]SO2CC]NO2CC]БП CCiCCNO2NO⋅ БП},) ⋅ NOx +k⋅ SO2+kТЧNO2[ ПДК⋅[ ПДКТЧ]]NO2CCCC⋅ТЧ+– соответственно, молекулярнаямасса ВВ, кг/кмоль; предельно допустимые среднесуточныеконцентрации ВВ в атмосфере, мг/м 3 ; k i– экспертные коэффициенты агрессивности ВВ вусловиях ОС с учетом их суммации и явлений синергизмаk NO = 3 , kSO = 2 , kТЧ = 2 , kКУ= 5, 3[2].2ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'20102C

Экологизация ДВСТаблица 1. Мировые уровни потребления ископаемыхтоплив и выбросов ВВ в атмосферу с продуктамисжиганияПотребление топливи суммарныйПо годам1970 г 1980 г 1990 г 2000 г 2008 гвыброс ВВНефть, млн т/год 2254 2980 3150 3551 3928CO 2 , млн т/год 7123 9417 9954 11221 12412NO x , млн т/год 46 60 65 70 80SO 2 , млн т/год 7 9 10 11 12ТЧ * , млн т/год 5,6 7,5 8,0 9,0 10БП * (КУ), т/год 100 134 142 150 177Природный газ,млн т/год790 1150 1568 1940 2415CO 2 , млн т/год 2173 3163 4312 5335 6641NO x , млн т/год 19 24 27 29 35SO 2 , млн т/год 0,03 0,033 0,04 0,044 0,05ТЧ , млн т/год следы следы следы следы следыБП (КУ), т/год следы следы следы следы следыУголь, млн т/год 3066 3616 4466 4900 5780CO 2 , млн т/год 6745 7955 9825 10800 12716NO x , млн т/год 28 36 40 44 52SO 2 , млн т/год 92 108 134 147 173ТЧ (летучая зола),млн т/год6 7 9 10 12БП (КУ), т/год 5,6 7,2 8,0 8,8 10,4Суммарное потреблениетоплив, 7155 9286 10920 12491 14555млн ту.т./годСуммарный выброс16041 20535 24091 27356 31770CO 2 , млн т/годСуммарный выброс93 120 132 143 167NO x , млн т/годСуммарный выброс99 117 144 158 185SO 2 , млн т/годСуммарный выброс11,6 14,5 17 19 24ТЧ , млн т/годСуммарный выброс105,6 141,2 150 168,8 187,4БП , т/годСуммарный выброс2ВВ приведенный кNO , млн т200 260 290 320 370Тепловое воздействиена ОС от сжиганиятоплив,210 272 320 366 426ГДж/год·10 –9Доля от уровня поступающейсолнечнойэнергии, %0,009 0,011 0,013 0,015 0,018*Усредненные суммарные выбросы: твердых частиц( ТЧ ), бенз(а)пирена ( БП – С 20 Н 12 ), характеризующеговыбросы канцерогенных углеводородов (КУ).На рис. 3 представлены уровни повышения:среднегодовых температур приземного слоя воздуха( Δ ), концентраций ( C(аатм.) и массового со-t Вдержания СО 2 в атмосфереMCO 2CO52 (аатм) (атм.) CO2(аат .)CO215= M С ≅ ,9 ⋅10С , а такжечисленности населения планеты (N ) за период с1970 г. по 2008 г. [2 – 6].На рис. 4 приведены данные по дополнительномусуммарному накоплению СО 2 в атмосфере впериод с 1971 г. по 2009 г. (в сравнении с 1970 годом),суммарному превышению массовых уровнейвыбросов СО 2 с продуктами сгорания топлив(табл. 1), в том числе, с отработавшими газами(ОГ) двигателей внутреннего сгорания за тот жепериод, а также – суммарному превышению уровнейвыбросов СО 2 при дыхании увеличивающейсячисленности населения планеты за рассматриваемыйпериод.Рис. 3. Уровни изменения параметров атмосферыЗемли и численности населения в миреРис. 4. Суммарные уровни накопления СО 2 ватмосфере, увеличения его выбросов с продуктамисжигания топлив и при дыхании человечества посравнению с 1970 г.Суммарное превышение уровней выбросовСО 2 с продуктами сгорания топлив за период с1971 г. по 2008 г. (в сравнении с 1970 г.) определялосьпо следующей зависимости:2008∑i=19712008CO (cжcж. )= ∑[ MCO ( )−CO (1970)]22 iM2i=1971ΔM .По этой же зависимости определялось суммарноепревышение уровней выбросов СО 2 с ОГдвигателей внутреннего сгорания за тот же период(в сравнении с 1970 г.). К 2009 г. это превышениесоставило ∼ 60 млрд т СО 2 , что соответствовало ∼ 8ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 107

Экологизация ДВС% от общего суммарного накопления СО 2 в атмосфереза рассматриваемый период времени.Суммарное превышение уровней выбросовСО 2 при дыхании увеличивающегося населения наЗемле (по сравнению с 1970 г.) определялось изследующего. Человек в среднем выделяет при дыхании∼ 0,36 т СО 2 в год [1, 7, 8]. Человечество выделялов атмосферу в 1970 году (∼ 3,5·10 9·0,36 ≅1,19·10 9 т СО 2 /год), а в 2008 году (∼ 6,5·10 9·0,36 ≅2,2·10 9 т СО 2 /год). Суммируя по каждому году (с1971 г. по 2008 г.) превышение выброса СО 2 придыхании человечества относительно 1970 года,получаем суммарное превышение за рассматриваемыйпериод, которое равно ≅ 23·10 9 т СО 2 .Из приведенных данных следует, что за рассматриваемыйпериод N увеличились: с 3,5 до 6,5млрд человек;C CO 2– с 470 до 590 млн –1 (масс.);массовое содержание СО 2 в атмосфере ∼ на700·10 9 т (с 2,8·10 12 до 3,5·10 12 т), т.е. на 25 %.; Δ t В≈ 0,7°С (рис. 3), т.е. происходило повышение температурыприземного слоя воздуха примерно на0,1°С при росте содержания СО 2 в атмосфере на100 млрд т.В период 1971 г. по 2008 г. ежегодные дополнительныеуровни выбросов СО 2 в атмосферу спродуктами сгорания топлив (по сравнению с1970 г.) составляли от 5 % (1980 г.) до 40 %(2008 г.) ежегодного суммарного накопления СО 2 ватмосфере, а доля дополнительных ежегодных выбросовв атмосферу СО 2 при дыхании увеличивающегосянаселения не превышала 3 %. В работах[4 – 6] показано, что существует линейная зависимостьмежду увеличением массового содержанияСО 2 в атмосфере и ростом среднегодовой температурыприземного слоя воздуха. Таким образом,если динамика роста содержания СО 2 в атмосфереостанется неизменной, то его масса к 2020 г. возрастетпримерно на 200 млрд т (см. рис. 3) и составит∼ 3,75·10 12 т, при этом среднегодовая температураприземного слоя атмосферы может поднятьсяпримерно на 0,2°С.США и Китай, которые ответственны за 40 %мировых выбросов СО 2 в атмосферу с продуктамисгорания топлив, на 15-й климатической конференцииООН предложили к 2020 г. снизить годовыевыбросы СО 2 на 14 – 17 % по сравнению с 2005 г.,т.е. (см. табл. 1) на ∆G CO2 ≈ 30·10 9·0,4·0,17 ≈2·10 9 т/год. Страны Европы, Индия, Япония и другие,ответственные практически за 60 % мировых108выбросов СО 2 , попытаются уменьшить выбросыСО 2 к 2020 г. в среднем на 25 % по сравнению с1990 г., т.е. (см. табл. 1) на ∆G CO2 ≈ 24·10 9·0,6·0,25 ≈3,6·10 9 т/год.Итак, общее снижение мировых уровней выбросовСО 2 в 2020 г. может составить ∼5,6·109 т/год. Если учесть, что повышение содержанияСО 2 в атмосфере на 100 млрд т приводит кросту температуры приземного слоя атмосферы ∼на 0,1°С, то указанное снижение уровней выбросовСО 2 в 2020 г. сможет обеспечить уменьшение указаннойтемпературы наΔt В ≈ 0 ,1 ⋅ (5,6 /100) ≈ 0, 006°C.Поэтому, предложенные на 15-й климатическойконференции ООН решения, связанные соснижением уровней выбросов СО 2 с продуктамисгорания топлив, кажутся неконструктивными и ненаправлены на решение важнейших для всего человечестваглобальных проблем: продовольственной,топливно-энергетической и экологической,которые последовательно способствовали бы стабилизацииклимата на планете. Создание же транснациональнымикорпорациями "виртуального"рынка перепродажи между государствами свободныхединиц сокращения выбросов СО 2 представляетсяодной из афер XXI века. Диоксид углеродаявляется "хлебом насущным" для всего живого наЗемле и его необходимо с максимальной пользойиспользовать, в том числе, для решения проблемыдополнительного производства продуктов питания.Природа изменений мировой климатическойсистемы очень сложна, поэтому объяснить переменыклимата воздействием какого-либо одного фактора,например, только увеличением уровней выбросовСО 2 с продуктами сжигания топлив, невозможно.В числе основных неопределенностей прогностическихоценок изменения климата на планетеостаются вопросы, связанные с достоверностьюопределения механизма "аномалий" между естественнымиисточниками выбросов и стоков ПГ, особенноСО 2 , с учетом численных оценок взаимосвязипо степени нарушения подвижного баланса междуними и массовым содержанием СО 2 в атмосфере.Заключение1. К одной из причин повышения содержанияСО 2 в атмосфере следует отнести увеличение антропогенно-экологическойнагрузки на природнуюсреду и соответствующее снижение способностидеградируемых наземных и океанических экоси-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСстем поглощать СО 2 по мере роста его концентрациив атмосфере. Увеличение содержание СО 2 ватмосфере с 1970 г. по 2009 г. можно объяснить"неразумной" хозяйственной деятельностью человечества,что способствовало ослаблению естественныхстоков СО 2 и привело к снижению уровнейпоглощения СО 2 фотосинтезирующими системами,уменьшению его растворимости в водах мировогоокеана. В этом, видимо, и заключается основнойантропогенез проблемы "глобального потепления"климата на Земле.2. Предполагаемое в ближайшие десятилетияувеличение производства и использования энергиичеловечеством (∼ в 2 раза к 2050 г.) не являетсяограничивающим, с точки зрения "глобальногопотепления" климата на планете, так как уровниантропогенного "теплового загрязнения" ОС непревышают сотых-тысячных долей процента отуровня солнечной энергии, достигающей поверхностиЗемли.3. Для стабилизации климата на планете человечествунеобходимо скоординировать свои действияна решении трех важнейших глобальных проблем:− Увеличении объемов и продуктивностифотосинтеза на планете (восстановление и посадкановых лесных массивов, расширение угодий подкормовые и продуктовые растения, в том числе,использование искусственных фотосинтетиков),что обеспечит: оздоровление биосферы, повышениеинтенсивности стоков СО 2 из атмосферы, атакже – расширение продовольственного потенциалапланеты. "Озеленение" планеты Земля –должно стать основной социально-экономическойцелью дальнейшего развития и существованияобщества.− Экологизации хозяйственной деятельности,в первую очередь промышленности, энергетики,транспорта, быта, на основе использованиянаукоемких экологически чистых технологий, втом числе, применение технологий с замкнутымипроизводственными циклами, не нарушающихприродного равновесия, что приведет. Для этогонеобходимо широкое развитие мирового рынкаэкотехнологий.− Экономизации хозяйственной деятельностина основе высокоэффективных технологий использованияприродных ресурсов, в том числе, высокоэкономичныхи экологически чистых технологийсжигания как традиционных, так и альтернативныхэнергоносителей, в том числе, водорода, атакже технологий, с широким применением возобновляемыхисточников энергии, что приведет снижениюудельного потребления энергоносителей,уровней выбросов в атмосферу экологически опасныхингредиентов, а также СО 2 .XXI век должен стать веком наукоемкой энергетики,промышленности и экономики, в которомновому поколению людей необходимо продвинутьэкологическое мировоззрение до уровня государственнойи мировой политики.Список литературы:1. Чирков Ю.Г. Фотосинтез: два века спустя /Ю.Г.Чирков. – М.: Знание, 1981. – 192 с. 2. СеминоженкоВ.П. Энергия. Экология. Будущее / В.П. Семиноженко,П.М. Канило, В.Н. Остапчук, А.И. Ровенский – Харьков:Прапор, 2003. – 464 с. 3. Козин Л.Ф. Современная энергетикаи экология: проблемы и перспективы /Л.Ф. Козин, С.В. Волков. – Киев: Наук. Думка, 2006. –775 с. 4. Мелешко В.П. Потепление климата: причины ипоследствия / В.П.Мелешко // Химия и жизнь – 2007. – №4. – С. 1 – 7. 5. Оценочный доклад об изменениях климатаи их последствиях на территории Российской Федерации.Москва. Федеральная служба по гидрометеорологиии мониторингу окружающей среды (Госгидромет). –Т. 1. Изменение климата, 2008. – 230 с. 6. Мировое (глобальное)потепление на планете Земля. [Электронныйресурс].– Режим доступа: http://www.worldwarming.info/printout253.htm.– 10.02.2010. 6. ЦыганковаА.П. Химия окружающей среды: пер. с англ. / под ред.А.П. Цыганкова. – М.: Химия, 1982. – 672 с. 7. Рудько Г.І.Конструктивна геоекологія: наукові основи та практичневтілення / Г.І. Рудько, О.М. Адаменко. – Ч.: ТОВ"Маклауд", 2008. – 320 с. 8. Путвинский С.В. Возможнали будущая мировая энергетическая система без ядерногосинтеза // Успехи физических наук. – Т.168. – № 11,1998. – С. 1235 – 1246. 9. BP Statistical Review of WorldEnergy June 2009 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.bp.com/statisticalreview. –10.11.2009.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 109

УДК 621.1.018А.П. Поливянчук, канд. техн. наукЭкологизация ДВСПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГОМЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ УДЕЛЬНОГО ВЫБРОСА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ СОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ ДИЗЕЛЯВведениеСегодня в число основных экологическихнормативов дизелей входит показатель РТ (от англ.Particles - частицы) – удельный выброс твердыхчастиц (ТЧ) с отработавшими газами (ОГ) дизеля.Для определения данной величины используетсягравиметрический метод, суть которого состоит внепосредственном измерении массы ТЧ, содержащихсяв разбавленных воздухом ОГ при работедвигателя на установленных режимах испытаний.С ужесточением международных экологическихнормативов (с 1993 г. в странах ЕС нормывыбросов ТЧ уменьшились в 18 раз [1]) возрослитребования к точности измерительных методов иоборудования, используемых в экологическом диагностированиидизелей. Анализ практическогоприменения гравиметрического метода измерениймассовых выбросов ТЧ показывает его несовершенство,которое проявляется в следующем: а)регламентируемая точность измерительного оборудованиядопускает достаточно высокие инструментальныепогрешности измерений показателяРТ; б) установленные требования к условиям проведенияиспытаний допускают возможность возникновениясущественных методических погрешностейизмерений величины РТ. В данной работепредлагается ряд мероприятий по усовершенствованиюупомянутого метода измерений, позволяющихсущественно повысить его точность.Постановка задачиЦелью исследований являлось повышениеточности гравиметрического метода измеренийудельного выброса ТЧ путем снижения инструментальнойи методической погрешностей измеренийданной величины. Для достижения данной целирешены следующие задачи: 1) анализ несовершенствагравиметрического метода измерений удельноговыброса ТЧ и предложение мероприятий поего усовершенствованию; 2) разработка методикиопределения результирующей погрешности измеренийРТ; 3) оценка точности гравиметрическогометода измерений до и после совершенствования.110Анализ исследуемой проблемы. Рекомендациипо совершенствованию гравиметрическогометодаУдельный выброс ТЧ определяется на основерезультатов испытаний дизеля по циклу с помощьюзависимостей:PTcpPTmass=cp nPen∑ PTmassi⋅WFii=1=, (г/кВт·ч), (1)∑ Pei⋅WFii=1где PT cp mass, PT massi – средний за цикл и измеренныйна i-м режиме массовые выбросы ТЧ (г/ч); P cp е, P еi– средняя за цикл и измеренная на i-м режиме эффективнаямощность дизеля (кВт·ч); WF i – весовойфактор i-го режима; n – число режимов испытательногоцикла.PTmassiM fi= ⋅qi⋅Gexhi, (г/ч), (2)Msamiгде M fi – масса ТЧ, собранная на фильтрах на i-мрежиме (мг); M sami – масса пробы разбавленных ОГ,прошедшая через фильтры на i-м режиме (г); q i –коэффициент разбавления ОГ воздухом; G exhi –массовый расход ОГ в выхлопной системе дизеля(кг/ч).Таким образом показатель РТ – величина, определяемаякосвенным путем по результатам прямыхизмерений величин M fi , M sami , q i , G exhi и P еi .Погрешности определения данных величин, допускаемыенормативными документами [2], соответствуютсреднему классу точности измерительногооборудования, их значения в реальных условияхиспытаний могут быть уменьшены.С целью снижения инструментальной погрешностиизмерений показателя РТ рекомендуетсямероприятие 1: использовать для измеренияпараметров, определяемых непосредственно в ходеиспытаний, приборы и системы высокого классаточности.Анализ результатов исследований фирмы Mitsubishi[3] (рис. 1) показывает, что при определенииудельного выброса дизельных ТЧ возникают методическиепогрешности измерений, обусловленныевлиянием на результаты испытаний 2-х факторов:ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВС1) условий разбавления ОГ дизеля воздухом,которые характеризуются:- максимальной температурой отбираемойпробы перед фильтрами – t f(max) , которая не должнапревышать 52 ºС;- температурой разбавляющего воздуха – t dil ,которая может варьироваться в диапазоне 20…30ºС;2) условий температурной стабилизации рабочихфильтров перед взвешиванием, которые характеризуются:- температурой атмосферного воздуха – t st , котораяможет изменяться в диапазоне 19…25 ºС;- продолжительностью процедуры стабилизациифильтров – τ st , которая составляет 1 час и более[2].Рис. 1. Влияние условий разбавления ОГ (а) и температурной стабилизации фильтров (б)на результаты измерений показателя РТПричина, по которой возникает неопределенностьрезультатов измерений показателя РТ –влияние параметров t f(max) , t dil , t st и τ st на растворимуюорганическую фракцию ТЧ, часть которойиспаряется с поверхности ТЧ.С целью уменьшения методических погрешностейизмерений показателя РТ рекомендуется:мероприятие 2: зафиксировать максимальнуютемпературу разбавленных ОГ перед фильтрамиt f(max) на уровне 52 ºС и сократить ширину допустимогодиапазона варьирования температуры разбавляющеговоздуха с 10 ºС до 2ºС – t dil = 23…25 ºС;мероприятие 3: сократить ширину допустимогодиапазона варьирования температуры воздуха,при которой протекает стабилизация с 4 ºС до2ºС – t st = 23…25 ºС и установить интервал дляпродолжительности выдержки фильтров τ st =20…24 ч (в данном диапазоне скорость изменениямассы рабочих фильтров не превышает 0,1 %/ч [3]).Методика определения результирующейпогрешности измерений показателя РТРезультирующая погрешность измеренийудельного выброса ТЧ – δРТ определяется, каксумма 3-х составляющих: инструментальной –δРТ in и 2-х методических - δРТ m1 и δРТ m2 :δ PT = δPT+ δPT+ δPT(3)inm1 m2Величина δРТ in определяется, как погрешностьрезультата косвенных измерений [4] с помощьюформул:δPTcpmassδPmassiincp( ) 2 cpδPT+ ( δP) 2δ PT =. (4)cpe= δPT=massin∑i=1⋅⎛⎜δP⎝2fieimassn∑i=1⎛ δPT⎜⎝ δPTδP⋅δPeicpe2samiemassicpmass⎞⋅WF⎟i⎠2i2⎞⋅WF⎟i⎠2. (5). (6)2exhiδ PT = δM+ δM+ δq+ δG. (7)Для определения погрешностей δРТ m1 и δРТ m2используются зависимости, полученные в ходе обработкирезультатов экспериментальных исследованийфирмы Mitsubishi (см. рис. 1):δPTm1=( − 0,46 − 0,02 ⋅ ( 52 − t)( tdil− 25) − 0,1 ⋅ ( 52 − t f ).m = −0,5⋅( tst− 25) − 4, ⋅ Lgτstf×(8)δPT2 5 . (9)Оценка точности гравиметрического методадо и после совершенствованияС помощью изложенной методики определеныдиапазоны варьирования результирующей погрешностиδРТ и ее составляющих для допустимыхстандартом ISO 8178 и рекомендуемых условийпроведения испытаний (рис. 2, 3). При определенииинструментальной погрешности δРТ in использовалисьрезультаты экологических испытаний тепловозныхдизелей по циклу ISO 8178-F [5] (табл. 1).ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 111

Экологизация ДВСРис. 2. Возможные диапазоны варьирования погрешности δРТ:а) допускаемые нормативными документами;б) при выполнении сделанных рекомендацийРезультаты исследований показывают:- разброс измеренных значений показателя РТпри допустимых стандартом ISO 8178 условияхпроведения испытаний составляет 26,7% (δРТ = -16,3…10,4%); максимальные значения составляющихрезультирующей погрешности: δРТ in = ±5,6%(разброс показаний 11,2%), δРТ m1 = 6,0%, δРТ m2 =9,5%- разброс измеренных значений показателя РТпри рекомендуемых условиях проведения испытанийсоставляет 5,7%, т.е. уменьшается в 4,7 раза(δРТ = -2,1…3,6%); максимальные значения составляющихрезультирующей погрешности: δРТ in =±1,7% (разброс показаний 3,4%, т.е. снижается в3,3 раза), δРТ m1 = 0,9%, т.е. снижается в 6,7 раза,δРТ m2 = 1,4%, т.е. снижается в 6,8 раза.Таблица 1. Результаты вычислений погрешностиδРТ inПогрешность измерений величины,%ВеличинаОбеспечиваемаяДопускаемаявысокоточнымISO 8178оборудованиемM f 2,7 1M sam 2 0,5q 4 1G exh 4 2P e 2 от номин. P e 1 от номин. P ePT cp mass 6,6 5,2P cp e 2 1PT 5,6 1,7Рис. 3. Изменение составляющих погрешности δРТдо и после совершенствования гравиметрическогометода измеренийВыводВ результате выполнения рекомендуемых мероприятийпо усовершенствованию гравиметрическогометода измерений удельного выброса дизельныхТЧ существенно возрастает его точность:разброс измеренных значений показателя РТуменьшается в 4,7 раза – с 26,7% до5,7%; составляющиерезультирующей погрешности снижаются:инструментальная - в 3,3 раза: с ±5,5% до±1,7%;методическая – в 6,8 раза: 15,5% до 2,3%.Список литературы:1. Экология автомобильных двигателей внутреннегосгорания / [Звонов В.А., Заиграев Л.С., Черных В.И., КозловА.В.]; под редакцией В.А. Звонова.- Луганск: изд-воВНУ им.В.Даля, 2004 - 268с. 2. ISO 8178. Reciprocatinginternal combustion engines – Exhaust emission measurement– Part 1: Test – bed measurement of gaseous and particulateexhaust emissions, 1996. – 94 p. 3. N. Hirakouchi,Measurement of Diesel Exhaust Emissions with Mini-Dilution Tunnel / Hirakouchi N., I. Fukano, T. Shoji // SAETechnical Paper Series. - 1989. – № 890181. - 11p. 4. Измеренияв промышленности. Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 1.Теоретические основы. Пер. с нем./ Под ред. Профоса П.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1990. – 492с. 5. ISO 8178. Reciprocating internal combustion engines –Exhaust emission measurement – Part 4: Test cycles for differentengine applications, 1996. – 18 p.112ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВСУДК 621.43А.М. Левтеров, канд. техн. наук, Л.И. Левтерова, инж., Н.Ю. Гладкова, инж.ОБРАЗОВАНИЕ МОНООКСИДА АЗОТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЕГОЭМИССИЮ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ И ВИДАИСПОЛЬЗУЕМОГО ТОПЛИВАИсточниками антропогенного загрязнения атмосферыявляются теплоэнергетика, нефтегазопереработка,промышленность, транспорт. Негативныеизменения атмосферы Земли связаны, главнымобразом, с изменением концентрации второстепенныхкомпонентов атмосферного воздуха. Такиесоединения, как угарный газ, монооксиды азота исеры, кроме того, что сами опасны для живых организмов,будучи активными окислителями, создаютне менее опасные соединения. Так, окислыазота становятся пусковыми веществами фотохимическогосмога. А их доля постоянно растет сростом количества отработавших газов, выбрасываемыхв атмосферу автомобилями, парк которыхувеличивается и будет неуклонно расти, таким образомпревращая ДВС в основной антропогенныйисточник оксидов азота в атмосфере.Оксиды азота представлены следующим рядом:NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O 4 . Они физиологическиактивны: в больших концентрациях какоксиды, так и диоксиды азота могут вызывать удушье,поражать центральную нервную систему.Около 80% всех оксидов азота приходится на долюNO. Образованием монооксидов азота окружающаясреда обязана сжиганию топливовоздушных смесейв энергоустановках различного типа, когда безобидныйазот воздуха, попадая в пламя, окисляетсяв основном до монооксида азота кислородом воздуха,участвующего в горении. Как соединение спромежуточной степенью окисления, монооксидазота может быть как восстановителем, так и окислителем.Попадая в атмосферу NO, постепеннопревращается в гемиоксид азота (N 2 O) путем взаимодействияс озоном и гидроперекисными радикалами,при обычных условиях NO быстро окисляетсядо NO 2 . Образующаяся в процессе сгорания углеводородноготоплива окись азота после выходаиз выпускной системы двигателя вступает в реакциюс кислородом воздуха и дает неустойчивоесоединение диоксида азота NO 2 , а затем ряд устойчивыхсоединений с разным содержанием элементовв молекуле и обозначается как NO х . Проблеманейтрализации монооксидов азота, а, следовательно,изучение условий их образования и количественнойоценки даже в случае использованияв качестве топлива чистого водорода «с повесткидня» не снимается.Современное состояние теории и практикипроцесса горения топливно-воздушной смеси вДВС характеризуется все возрастающей сложностьюрешаемых научно практических проблем ирассматриваемых при этом динамических задач исвязанной с этим необходимостью адекватногоколичественного и качественного описания сложнейшихгидродинамических и термодинамических,химических и физических процессов, включая процессыпереноса энергии, импульса, массы. К сожалению,классификация подобных динамическихзадач по данным [1], где автор делает попытку такойклассификации, отсутствует.Адекватное описание процессов горения возможнотолько с учетом детальной кинетики химическихреакций (микрокинетики). Важной проблемойявляется учет равновесного состава продуктовсгорания при наличии в них градиента температуры,обусловленного Махе–эффектом, т. е. различнойэволюцией отдельных объемов, которые изменяютсяв процессе сгорания.Можно выделить несколько работ, посвященныхметодике определения эмиссии NO в процессегорения. Так, в [2] согласно принятой гипотезе массовыйвыброс NO пропорционален количеству теплоты,выделившийся к моменту достижения в камересгорания максимального давления. Взаимосвязьэтих параметров основывается на материалахэкспериментальных исследований.В работе [3], опираясь на модель сгоранияРазлейцева Н.Ф., реакции горения углеводородовсводят к бимолекулярным реакциям, идущим в однусторону и дополняют их моделированием эмиссииNO в соответствии с механизмом Зельдовича.В работе [4] моделирование горения в ДВС и образованиепродуктов сгорания, в том числе и токсическихвеществ, рассматривается в рамках многозонноймодели. В [5,6,7] представлен метод химическоготурбулентного тепломассообмена в ДВС,где рассматривается горение неоднородной в пространствесмеси, химическая кинетика горения наДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 113

Экологизация ДВСмикроламинарном участке фронта горения, турбулентноедогорание в объеме за фронтом горения ив процессе расширения. Там же представлены результатыисследований на базе этого метода двигателяGDI фирмы “MITSUBISHI”с непосредственнымвпрыском и двигателя ВАЗ 21011.Снижение норм на эмиссию оксидов азотаобусловливает применение новых технологий организациипроцесса сгорания в ДВС, как-то: рециркуляцияотработавших газов, турбонаддув, добавкик топливу, изменение геометрии камеры сгорания,использование альтернативных топлив. Естественно,использование таких технологий требует предварительныхрасчетных исследований.Используя результаты численного эксперимента,частично представленные в [8, 9], проведядополнительные расчетные исследования, рассмотрим,как влияют методы расчета и основные параметрыдвигателя на эмиссию монооксидов азота.Согласно общепринятой теории термическогомеханизма Зельдовича Я.Б. окисление азота воздухав топливовоздушной смеси происходит за фронтомпламени с температурой выше 1800 К в зонепродуктов сгорания комбинацией свободных радикаловO и N, которые соединяются при высокихтемпературах. Окисление происходит по цепномумеханизму, насчитывающему несколько десятковреакций, но хорошо себя зарекомендовала и широкоиспользуется как в упрощенных термодинамическихмоделях процесса горения топлива, так и в3–мерных постановках аналогичных задач, схемаобразования NO, включающая двух-O +N 2 ↔ NO + NN + O 2 ↔NO + Oи трех-ступенчатый механизмыO +N 2 ↔ NO + NN + O 2 ↔NO + OOH + N ↔NO + H.При условиях, близких к стехиометрическим,становится важной последняя реакция [10].Значительно увеличить концентрацию NOможет флуктуация температуры, так как при механизмеего образования имеет место большая зависимостьскорости реакции от температуры [11].Опираясь на то, что в случае рассмотрениягорения легких и тяжелых углеводородов с точкизрения детального кинетического механизмаВ.Я.Басевича в кинетическую схему реакций окислениятоплива вводятся реакции окисления азотавоздуха по механизму Л.Б.Зельдовича [5], считаем114правомочным рассмотреть автономно эмиссиюмонооксида азота при горении различных топливна основе совместного решения уравнений, определяющихполучение равновесных концентрацийN, O, H, OH, N 2 , O 2 , и уравнения кинетическогомеханизма образования NO. Согласно механизмуЗельдовича скорость образования NO много меньшескорости сгорания, и основная часть NO образуетсяпосле завершения горения. Отсюда следует,что процесс образования NO может быть выделениз процесса горения и скорость образования монооксидаазотаddt(NO) может быть рассчитана впредположении равновесности реакций горения.В области высоких температур все реакцииокисления углеводородного топлива интенсивногенерируют NO, вдали от фронта горения концентрацияNO уменьшается под воздействием ведущихреакций восстановления азота.N + NO → N 2 +OH + NO → OH + N.Это уменьшение значительно усиливается впограничном слое за счет реакции [7].NO + NO → N 2 + O 2 .Там же показано, что основное изменениетемпературы и содержания NO, O 2 и OH в цилиндренаблюдается на такте расширения.При моделировании эмиссии NO не учитывалосьобразование оксидов азота в соответствии смеханизмом Фенимора, так называемых "быстрых",и "топливных" оксидов в виду малости ихвеличины по отношению к превалирующей роли"термических" оксидов [3].На рис. 1 и 2 представлен характер взаимовлиянияэмиссии NO, максимальной и текущейтемпературы в камере сгорания, атмосферного азотаи свободного кислорода в зависимости от коэффициентаизбытка воздуха и продолжительностипроцесса сгорания в фазах "горение-расширение",полученный для бензиновоздушной смеси, сгорающейс коэффициентом избытка воздуха α = 1 вкамере сгорания автомобильного двигателя4Ч 7,9/8,0 с жидкотопливной системой питания иискровым зажиганием.Выход NO определяется максимальной температуройcгорания и равновесными концентрациямиазота и кислорода в продуктах сгорания.Умеренная эмиссия NO соответствует обогащеннойи обедненной смесям. Концентрация NO вбогатой смеси ограничивается недостатком кисло-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

рода и низкой температурой горения, в зоне беднойсмеси – температурой и временем пребывания вфазе горения. С уменьшением температуры до 2300К и α > 1 концентрация азота становится постоянной.Экологизация ДВСРис.3. Значение эмиссии NO для разныхвидов топливаРис.1. Соотношение в продуктах сгораниясодержания кислорода и оксида азотана фоне температуры и коэффициентаизбытка воздухаРис.2. Зависимость температуры, NO, O 2 и N 2 натакте сгорание-расширение от времениСравнение расчетных значений эмиссии монооксидаазота по разным видам топлива для режимамаксимального крутящего момента указанногодвигателя представлено на рис. 3. Преимуществоявно на стороне природного газа и биогаза. Спирты,как и водород, по эмиссии NO сопоставимы сбензином.На рис. 4 дана диаграмма изменений эмиссииNO для бензоэтанола и биогаза в зависимости отпроцентного соотношения компонент смесевоготоплива. С увеличением доли этанола в смеси наблюдаетсяи рост эмиссии NO. Об увеличении токсичностиОГ двигателя на смесевых топливах наоснове легких спиртов по оксидам азота на 10 –15 % отмечено и в работе [12], что объясняетсябольшей максимальной температурой цикла.Рис.4. Зависимость эмиссии NO от процентногосоотношения компонент смесевого топлива– этанол-бензин в; –метан-СО 2Предварительный прогноз уровня токсичностив зависимости от режимных, регулировочных иконструктивных параметров двигателя полученварьированием в заданных пределах коэффициентаизбытка воздуха (α), степени сжатия (ε), частотывращения коленчатого вала (n), угла опережениязажигания (φ) и нагрузки для двух типов двигателей— 4Ч 7,9/8,0 и газового двигателя с искровымзажиганием 2Ч 10,5/12, полученного конвертированиемдизеля Д21А. Рисунок 5 демонстрируетзависимость от варьируемых параметров эмиссииNO при работе на бензине, безоэтаноле и биометане,т.е., метане, полученном очисткой биогаза. Подобныйпрогноз позволяет с достаточной точностью(в пределах 3 – 12 %) сделать оптимальный покритериям токсичности ОГ или экономичностивыбор регулируемых параметров.Влияние частоты вращения коленчатого валаи нагрузки на содержание NO в ОГ незначительно.Можно отметить тенденцию к увеличению содержанияNO при большей частоте и рост ее влиянияпо мере уменьшения угла опережения зажигания.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 115

Экологизация ДВСЗависимость образования NO от угла опережениязажигания носит нелинейный характер, хорошовидна область минимального его содержания дляугла опережения зажигания в интервале 20 – 30градусов п.к.в. до ВМТ.Рис.5. Зависимость эмиссии NO от регулировочных параметров двигателя и топливаМаксимальная концентрация монооксида азотасоответствует 1,05 ≤ α ≤ 1,2.Уменьшение содержания NO в ОГ наблюдаетсяс ростом степени сжатия. Именно введениеограничений по показателям эмиссии NO, в своевремя, стало мотивом повышения степени сжатияна дизеле фирмы MTU [2].Выводы, сделанные по результатам численногоэксперимента, согласуются с аналогичными исследованиями[2,7]. Следует отметить, что в работе[4], где исследования горения в ДВС альтернативныхи традиционных топлив проводятся в рамкахмногозонной модели сгорания, сделаны противоположныевыводы по влиянию степени сжатия икоэффициента избытка воздуха на эмиссию монооксидовазота. По нашему мнению, это объясняетсяиспользованием равновесной модели образованияпродуктов сгорания, которая для моделированияобразования монооксидов азота является недостаточноточной: равновесные концентрации монооксидаазота по реакцииN 2 + O 2 ↔ 2 NO согласно химической энциклопедии[13] составляют в процентах: при 2000ºС –61%, а при температуре 3200ºС уже только 4,48%.116И, действительно, если провести сравнение величиныNO (двигатель 4Ч 7,9/8,0), получаемой поравновесной и кинетической моделям образования,будем иметь разницу в три порядка, а максимумзначений эмиссии NO сместится из области α = 1,2– 1,3 в область α = 1,05 – 1,1. Таким образом, проведенноекомплексное исследование образованиямонооксидов азота и характера влияния на егоэмиссию изменения в широком диапазоне режимныхпараметров автомобильного двигателя4Ч 7,9/8,0 и газового двигателя 2Ч 10,5/12, позволилосравнить различные топлива, в том числе иальтернативные, по токсичности ОГ, дать рекомендациипо рациональнму сочетанию регулируемыхпараметров двигателя и проведению стендовыхиспытаний альтернативных топлив.Список литературы:1. Сеначин П. К. Некоторые вопросы моделированияпроцессов самовоспламенения и горения в ограниченныхобъемах и двигателях внутреннего сгорания / П. К. Сеначин// Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова. – 2000. –№ 2. – С. 54–61. 2. Лебедев С. В. Формирование рациональногополя технических характеристик дизелей унифицированноготипоразмера / С. В. Лебедев,В. И. Решетов, Г. В. Лебедева // Двигателестроение. –ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Экологизация ДВС2002. – №3. – С. 18–22. 3. Гаврилов В. В. Математическоемоделирование горения топлива и образование окисиазота в дизеле / В. В. Гаврилов // Изв. вузов. Машиностроение.– 2003. – № 7. – С. 3-40. 4. Жгутова В. И. Моделированиегорючей смеси в ДВС с искровым зажиганиемс образованием токсичных веществ в рамках многозонноймодели / В .И. Жгутова, М. Ю. Свердлов,Д. Д. Матиевский, П. К. Сеначин // Вестник АлтГТУ им.И.И. Ползунова. – 2000. – № 2. – С. 65-75. 5. ЧесноковС. А. Моделирование смесеобразования и горения вДВС с непосредственным впрыском / С. А. Чесноков,Н. Н. Фролов // Двигателестроение. – 2005. – №1. – С. 3–5. 6. Чесноков С. А. Турбулентность при горении в ДВС /С. А. Чесноков, Н. Н Фролов // Двигателестроение. –2008. – № 1. – С. 13–16. 7. Чесноков С.А. Моделированиегорения и образования токсических веществ в ДВС /С. А. Чесноков, Н. Н Фролов // Двигателестроение. –2005. – № 2. – С. 18–22. 8. Левтеров А. М. Исследованиехарактеристик двигателя с искровым зажиганием, работающегона бензоэтанольных топливных композициях/ А. М. Левтеров, Л. И. Левтерова, Н. Ю. Гладкова //Двигатели внутреннего сгорания. – 2008. – № 1. – С. 52–57. 9. Левтеров А. М. Прогнозирование характеристикпоршневого двигателя, работающего на биогазе /А. М. Левтеров, Л. И. Левтерова, Н. Ю. Гладкова //Пробл. машиностроения. – 2009. – №4. – С. 59–64. 10.Зельдович Я.Б. Окисление азота при горении. /Я. Б. Зельдович, П. Я. Садовников, Д. А. Франк-Каменецкий. – М.-Л.: Изд-во АН СССР. – 1947. – 145 с.11. Куценко Ю.Г. Применение методов вычисления газовойдинамики для моделирования многокомпонентногопотока газа, горения, теплообмена в камере сгораниягазотурбинного двигателя / Ю.Г. Куценко, С.Ф. Онегин //Вестник Самарского государственного аэрокосмическогоуниверситета им. С.П. Королева. – 2002. – Вып. 2(2),– С. 60–64. 12. Вагнер А. А. Применение альтернативныхтоплив в ДВС / А. А. Вагнер // Вестник АлтГТУим. И. И. Ползунова. – 2000. – № 2.– С. 76–84. 13. Химическаяэнциклопедия в 5 т. том 1, Изд-во советская энциклопедия.– М. – 1988. – С. 58–60.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 117

Технология производства ДВСУДК 539.3:621.432.3В.Н. Шеремет, асп., Н.А. Ткачук, д-р техн. наук, В.Г. Гончаров, канд. техн. наукПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДВС ПУТЕМДИСКРЕТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯВведениеВ настоящее время вопросы конструированияи расчета двигателей внутреннего сгорания получилизначительное развитие и изложены во многихмонографиях, статьях, учебниках [1]. При этомрезервы повышения технических характеристикдвигателей заложены во многом не только в конструкции,а в технологии изготовления и свойствахматериалов, из которых они производятся, и такжев свойствах поверхностных слоев деталей двигателей.В связи с этим особое внимание в настоящеевремя уделяется разработке и внедрению новыхпрогрессивных технологий обработки поверхностейтяжелонагруженных деталей двигателей, которыепозволяют повысить их прочность и износостойкость.В частности, перспективной являетсятехнология дискретного упрочнения поверхностныхслоев деталей двигателей, описанная, в частности,в работах [2-6]. Ее применение, в отличие оттрадиционных методов, приводит к одновременномуповышению и прочностных, и трибологическиххарактеристик обработанных деталей. При этомоткрытым остается вопрос определения рациональныхпараметров технологического процессадискретного упрочнения. Поскольку прочность ижесткость поверхностных слоев обработанных деталейнапрямую связана с исследованием их напряженно-деформированногосостояния (НДС), тов работе описаны методы, модели и результатыанализа НДС поверхностных слоев деталей ДВС,обработанных методом дискретного упрочнения,проиллюстрированные на примере коленчатых валовтепловозных двигателей.Постановка задачиЦелью комплекса научно-исследовательскихработ [1-7], проводимых авторами, является повышениересурса двигателей магистральных тепловозови других машин путем научного обоснования,создания и внедрения в производство новых комплексныхэнергосберегающих технологий изготовленияи ремонта тяжелонагруженных деталей набазе дискретного упрочнения.118В соответствии с поставленной целью в работеописано решение задачи оптимизации режимовдискретной обработки для получения необходимыхпрочностных и триботехнических характеристик наоснове расчета НДС фрагмента коленчатого валатепловозного двигателя.Подходы к решению поставленных задачИзнос поверхностей трения происходит в результатедвух разновидностей механического изнашивания– абразивного и усталостного [7]. Такимобразом, например, долговечность и ресурсработы коленчатых валов двигателей определяютсядвумя параметрами – усталостной прочностью изделияи износостойкостью поверхности шеек. Есливопрос повышения усталостной прочности коленчатоговала и вообще всех элементов трибосистемдвигателя решается в значительной мере на стадиипроектирования и назначения объемной термическойобработки, то износостойкость деталей полностьюзависит от методов упрочнения их поверхностныхэлементов.Общим и наиболее существенным недостаткомвсех традиционных методов поверхностного упрочненияявляется то, что они сводятся лишь к повышениютвердости материала поверхностногослоя детали. Но, как известно, одна твердость неможет однозначно характеризовать износостойкость.В результате вышесказанного ресурс двигателейдо отправки на капитальный ремонт в реальныхусловиях эксплуатации оказывается существеннониже нормативного.В данной работе проблема повышения ресурсаи надежности двигателей тепловозов решается применениемдискретного упрочнения поверхноститяжелонагруженных деталей, работающих в условияхтрения [1-7]. Дискретное покрытие наноситсяэлектроискровым методом на внешнюю поверхностьизделия из легированных материалов в видерасположенных на определенном расстоянии одинот другого островков разной конфигурации (методэлектроискрового легирования – рис. 1). После этогоповерхность шлифуют – происходит срезка приращеннойчасти дискретных покрытий, которые име-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСют макро- и микродефекты, и их поверхность нивелируетсяотносительно поверхности детали. Срезаетсяи внешний слой детали, что делает практическиневозможным появление концентраторов напряженийи уменьшает шероховатость поверхности.В работе ставится задача получить результатыисследования НДС фрагмента коленчатого вала,обработанного методом дискретного упрочнения(рис. 2).Рис. 1. Вид поверхности после дискретногоупрочнения (до шлифования)Рис. 2. Фрагмент упрочненной части опорнойповерхности вала (геометрия показана условно)Поставленная задача сводится к необходимостипроведения многовариантных исследованийобъекта сложной формы с неоднородными материаламипри различных сочетаниях параметровтехнологического процесса. При этом возникаетнеобходимость разработки общего метода описаниярасчетных моделей сложных и сверхсложныхмеханических систем, которые учитывают количественные,качественные, структурные характеристикиисследуемых объектов.Для решения задачи предлагается привлечениеразработанного и описанного в ряде статей [8-12] метода обобщенного параметрического описанияпри исследовании характеристик прочности ижесткости элементов сложных механических систем.Анализ НДС исследуемых элементов выполненс привлечением метода конечных элементов(МКЭ).Численный анализ НДС элементов, поверхностикоторых обработаны по технологиидискретного упрочненияТеоретическая база метода обобщенного параметрическогомоделирования сложных и сверхсложныхмеханических систем, предложенная иреализованная в виде современного мощного программно-аппаратногокомплекса, дает возможностьперейти к постановке и решению собственно проблемыисследования и обоснования схем и параметровтехнологических процессов упрочненияповерхностей высоконагруженных машин.На рис. 3 приведена схема нанесения упрочняющихзон (на примере опорной части вала), а нарис. 4 – параметры технологического процесса.zyдискретныезоныxS 134Рис. 3. Схема нанесения и характерные зоны придискретно-континуальном упрочнении (S - поверхностьупрочнения)1 – дискретная зона упрочнения – зона «белогометалла»; 2, 3 – переходные зоны; 4 – основнойматериалτ xyКак видно из металлографических исследований[2-6], на поверхности упрочнения S (рис. 3, 4) втело основного металла 4 вкрапляется высоколегированныйметалл (1 – дискретная зона упрочнения –ДЗУ – диаметром d и глубиной h). По толщине дальшеидет тонкая зона „белого металла” b, переходнаязона глубиной Н. Размещение ДЗУ на поверхности Sхарактеризуется шагами в окружном направлениии τ z – в осевом. При этом плотность покрытияповерхности S (так называемый коэффициент дискретности)определяется зависимостью2ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 119

Технология производства ДВС2f = πd/ 4τxyτz. Свойства материалов: ческого процесса дискретно-континуального упрочнения– P = { d,τz, τxy,E,ν,σT, σb,h,b,H},гдеEi, νi( i = 1,2,3,4) – соответственно модули упругостиE, ν , σT, σb– это вся совокупность индексированныхи коэффициенты Пуассона (номера отвечают обозначениямна рис. 5); аналогичная нумерация для σ T , σ по номеру материала физико-механических и меха-i ibнических свойств материалов.– границы текучести и границы прочности материалов.Таким образом, перечень параметров технологи-S- поверхностьупрочненияdx,yHbdh34r(x,y)Рис. 5. Расчетная схема для определения НДС вобласти отдельной ДЗУzРис. 4. Параметры технологического процессаНа первом этапе исследования определяетсяхарактер НДС в области отдельной дискретнойзоны упрочнения. На рис. 5 проиллюстрированарасчетная схема для определения осесимметричнойкартины НДС в области ДЗУ. Конечно-элементнаямодель состоит из 1,5 млн. узлов и 403 тыс. элементов.z (x,y)1 2полупространствоКачественные картины компонент НДС присоотношении модулей упругостиα = E E = 1,2; α = E / E 1,1; α = E E 1,0;1 1 / 4 2 2 4 =3 3 / 4 =β 1 = ν1 / ν4= 1,0; β 2 = ν2/ ν4= 1,0;β 3 = ν3/ ν4= 1, 0приведены на рис. 6. Видно, что профиль деформированнойповерхности благоприятен для работы впроцессе контактного взаимодействия, посколькупри этом контактное давление перераспределяется,увеличиваясь в области легированного материала иуменьшаясь при отдалении от него. Учитывая, чтомикропрофиль поверхности в области ДЗУ намногоболее качественный, чем в другом сопряжении(то есть основного материала 4, см. рис. 5), получаемэффект не только упрочнения, но и улучшенияусловий трения. Данный эффект, здесь названныйΔ-эффект, является относительно стабильным приизменении контактного давления, т.е. чем большедавление, тем более деформируется тело детали,тем больший эффект перераспределения усилийконтактного взаимодействия в пользу преимущественногосопряжения с ДЗУ.а) б)Рис. 6. Компоненты НДС в области ДЗУ120ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСа)вертикальные перемещения; б) первые главные напряженияДля анализа влияния разных факторов наНДС реальных конструкций, построена пространственнаяконечно-элементная модель (КЭМ) фрагментаприповерхностной части опорной части вала,подвергнутого дискретно-континуальному упрочнению.Поскольку для полного моделированияопорной части вала нужна слишком большая (сотнимиллионов степеней свободы) КЭМ, то былоопределено репрезентативное множество ДЗУ, котороевходит в состав соответствующего секторноговыреза (рис. 7).На рис. 8, 9 – типичная картина распределениявертикальных перемещений вдоль отрезкапрямой, проходящей через центры ДЗУ. Видно, чтонаблюдается та же картина перемещений, что и вслучае единичных ДЗУ, но с периодом повторения,который равен шагу размещения дискретных зонупрочнения.Рис. 7. КЭМ подповерхностного слояопорной части вала-6,23-6,25-6,25-6,3Прогиб, м х10 -9а) б)Рис. 8. Картина перемещений и напряжений в приповерхностном слое деталиа) деформированное состояние; б) напряженное состояние-3(м х10 )0 1,5 3,00,75 2,3-6,33-6,35-6,370 0,5 1,0 1,5 -3длина, м х103,0 3,5 4,0Рис. 9. Картина перемещений поверхности деталиКак видно из сравнительного анализа полученныхраспределений компонентов НДС (рис. 8–10), увеличение относительной жесткости материалаупрочнения способствует усилению позитивноговлияния обнаруженного Δ-эффекта упрочнения иувеличению устойчивости поверхности S к износу.Что касается влияния параметра f, то наблюдаетсярекомендованная зона (f ∈ [0,6; 0,8]), при попаданиикоэффициента дискретности в который Δ-эффект наиболее действенный.Как показал анализ НДС опорной части вала,кроме обнаруженного Δ-эффекта, значение имеетеще и так называемый «σ-эффект». Он заключаетсяв том, что при совместном деформировании расплавленногоматериала ДЗУ создается остаточноенапряженное состояние, которое при суперпозициис напряженным состоянием от действия давления Рдает эффект уменьшения уровня результирующихДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 121

Технология производства ДВСнапряжений. Анализ показывает, что наибольший«σ-эффект» достигается в диапазоне f ∈ [0,5÷ 0,8].Таким образом, сопоставление «Δ-эффекта» и«σ-эффекта» с учетом других требований [2-6] даетвозможность определить рекомендованный интервалпараметра дискретности покрытия: f* ∈[0,65÷ 0,75].Можно утверждать, что в результате комплексапробных исследований обоснованы рациональныепараметры предложенного технологическогопроцесса дискретно-континуального упрочненияэлементов двигателей внутреннего сгорания.Рис. 10. Картины распределения контактного давления в поверхностном слое деталиВыводы и рекомендацииВ результате проведенных численных исследованийустановлено:1. Теоретические основы обобщенного параметрическогометода моделирования физикомеханическихпроцессов в сложных и сверхсложныхмеханических системах создают потенциальныевозможности для глубокого анализа и синтезапараметров новых технологий упрочнения высоконагруженныхэлементов ДВС.2. Разработанные конечно-элементные моделиадаптируются к анализу и синтезу принципиальноновых способов упрочнения высоконагруженныхэлементов ДВС, что качественно отличает их отпостроенных традиционными способами.3. Разработанное теоретико-множественноематематическое и программное обеспечение в процессеисследований позволило обнаружить два эффекта,названных «Δ-эффект» и «σ-эффект». Первыйиз них заключается в позитивном характереизменения деформированного профиля в контактеупрочненного элемента машины с сопряженнымиэлементами. Второй эффект заключается в созданииблагоприятного остаточного напряженногосостояния после упрочнения исследуемого объектас применением новой дискретно-континуальнойтехнологии, которые после наложения на распределениерабочих напряжений создает такое результирующеенапряженное состояние, которое значи-122тельно дальше от опасного уровня, чем для неупрочненныхдеталей.Таким образом, проведенные исследования ичисленное моделирование продемонстрировалиновизну и эффективность подходов и моделей, атакже позитивность результатов. В конечном результатепри масштабных исследованиях могутбыть обоснованы параметры технологии дискретно-континуальногоупрочнения.В качестве направлений дальнейших исследованийможно выделить распространение предложеннойтехнологии на новые виды деталей ДВС,исследование их напряженно-деформированногосостояния и выявление новых характерных особенностейприменения предложенной технологии.Список литературы:1. Двигуни внутрішнього згоряння: серія підручників у 6томах / За ред. А.П. Марченка та А.Ф. Шеховцова. –Харків: Прапор, 2004. 2. Гончаров В.Г. Повышение износостойкостиколенчатых валов форсированных дизелейбольшой мощности / В.Г. Гончаров, Э.К. Посвятенко,С.С. Дяченко // Резание и инструмент в технологическихсистемах. – 2009. – Вып. 77. – С. 53–65. 3. Гончаров В.Г.Повышение износостойкости трибосистем /В.Г. Гончаров, Б.В. Савченков // Автомобильный транспорт:Сб. научн. тр. Харьк. нац. авт.-дор. ун-та. – 2003.– Вып.13. – С. 117–119. 4. Гончаров В.Г. Исследованиеизменения характеристик трения по глубине дискретногослоя / В.Г. Гончаров, А.К. Олейник, Г.Г. Гринченко //Збірник наукових праць Запорізького національного технич.ун-ту. – 2003. – С. 100–101. 5. Влияние режимовдискретного упрочнения на эксплуатационные свойстваДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСдеталей автомобилей / Б.В. Савченков, В.Г. Гончаров,Н.Г. Александров, А.Л. Самсоник // Автомобильныйтранспорт: Сб. научн. тр. Харьк. нац. авт.-дор. ун-та. –2005. – Вып.16. – С. 83–85. 6. Гончаров В.Г. Підвищенняресурсу транспортної техніки удосконаленням технологіїремонту колінчастих валів: Автореф. … канд. техн.наук: 05.22.20 / В.Г. Гончаров: Харківський національнийавтомобільно-дорожній ун-т. – Х., 2008. – 19 с. 7. ТкачукМ.А. Розробканаукових основ створення сприятливихповерхневих дискретно-континуальних полів напруженьу високонавантажених елементах машин / М.А. Ткачук,В.М. Шеремет, Г.В. Ткачук, А.В. Грабовський // Механіката машинобудування. – 2009. – №1. – С. 147-156. 8. ТкачукН.А. Параметрические модели элементов сложныхсистем как основа построения специализированных расчетныхсхем / Н.А. Ткачук, Ю.В. Веретельник, Ю.Я.Миргородский, Е.В. Пелешко // Механіка та машинобудування.– 2004.– № 2, т. 2. – С.79-84. 9. Ткачук Н.А.Решение задач расчетно-экспериментального исследованияэлементов сложных механических систем /Н.А. Ткачук, Г.Д. Гриценко, Э.В. Глущенко, Г.В. Ткачук //Механіка та машинобудування. – 2004. – № 2, т. 2. –С.85-96. 10. Ткачук Н.А. Концептуальные основы интегрированныхсистем проектирования, изготовления иисследования элементов сложных механических систем /Н.А. Ткачук, А.Н. Ковальчук, В.И. Кохановский,Л.С. Липовецкий // Авиационно-космическая техника итехнология. – 2005. – № 1(17) - С.86-90. 11. Ткачук Н.А.Структура специализированных интегрированных системавтоматизированного анализа и синтеза элементовтранспортных средств специального назначения /Н.А. Ткачук, С.Т. Бруль, А.Н. Малакей и др. //Механіка тамашинобудування. – 2005. – №1. – С.184-194. 12. ТкачукМ.А. Метод скінчених елементів у спеціалізованих інтегрованихсистемах автоматизованого аналізу і синтезуелементів механічних систем / Н.А. Ткачук,А.Д. Чепурний, В.І. Головченко, Є.А. Орлов // Машинознавство.– 2005. – №6. – С. 18-23.УДК 521.4-2А. К. Каукаров, магистр, Т. М. Мендебаев, канд. техн. наук,В.Г. Некрасов, канд. техн. наук, М.К. Куанышев, канд. техн. наукИССЛЕДОВАНИЕ СУХОГО УПЛОТНЕНИЯПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯВведениеАнализ конструкций цилиндропоршневойгруппы современных ДВС показал наличие рядасущественных недостатков. В цилиндропоршневойгруппе происходят наиболее значительные потерина трение, достигающие 50% от всех механическихпотерь в двигателе. Использование гильзы цилиндрав качестве направляющей для движения поршняв сочетании с кривошипно-шатунным механизмомприводит к эллиптичному износу гильзы. Конструкциякомпрессионных колец допускает прорывгазов в картер, повышенный износ верхнего компрессионногокольца и верхней части гильзы цилиндра.Смазка гильзы цилиндра и охлаждениегильзы и поршня маслом приводит к снижениювязкости масла и его термическому разложению, апри сгорании пленки масла на стенке гильзы образуетсявысокотоксичные углеводороды.Формулирование проблемыОтмеченные недостатки требуют пересмотраконструкции цилиндропоршневой группы в составекомплексной оптимизации ДВС [1]. Решить проблемуразгрузки поршня от боковых сил можетмеханизм, создающий линейное движение штока,связывающего поршень с кинематическим механизмомпреобразования движения. Такие механизмыразрабатывались и предлагались многими авторамина всем протяжении развития поршневыхДВС. Ряд специалистов работают над этой проблемойи в настоящее время, исследуя схемы аксиального,кулачкового, эксцентрикового, кулисногомеханизмов. В промышленном варианте для разгрузкипоршня от боковых сил используетсякрейцкопфный вариант кривошипно-шатунногомеханизма. Однако такой механизм увеличиваетгабарит двигателя по высоте и применяется толькона стационарных или судовых двигателях большоймощности. Перспективен одновальный кривошипно-кулисныймеханизм [2, 3].Пути решение проблемыМеханизм, задающий линейное движениештока поршня разгружает поршень от боковых сил,перенося их на узлы в картере двигателя при хорошейсмазке. Кроме этого, такой механизм позволяетотделить цилиндр от картера, исключив угармасла и его термическое разложение. Но при этомвозникает проблема снижения потерь на трениепоршня в цилиндре. Использование подачи маслапо штоку не применимо ввиду потерь масла и поэкологическим требованиям. Задача снижения потерьна трение решается применением уплотнениябез использования жидкой смазки (сухое уплотне-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 123

Технология производства ДВСние) с использованием твердого антифрикционногоматериала. В качестве антифрикционного материалаиспользуется графит, обладающий свойствомтвердой смазки [4].Расчеты показывают, что применение антифрикционногоматериала на основе графита дляуплотнительных колец обеспечивает существенноеснижение потерь на трение, потери на трение сухогоуплотнения достигает 15% от величины потерьдля обычного уплотнения (табл. 1).Таблица 1. Сравнение затрат энергии на преодоление трения в цилиндропоршневой цилиндра споршневыми кольцами традиционного типа и в «сухом» цилиндре с уплотнением в виде кольца измедно- графитового материалаСтатьи расчетаТрадиционныекольцаСухоеуплотнениеЧисло колец, шт. в. ч.:компрессионныхмаслосьемных21Одно сдвоенное ведином пазу-Высота колец, мм: компрессионныхмаслосъемных32 х 16 х 2 = 12-Площадь трения колец: компрессионныхмаслосъемных1,884D0,628D 4,082DУдельное давление, МПа: для компрессионных колецмаслосъемных колец0,51,00,02-Коэффициент трения 0,07 (при смазке) 0,2Усилие на сдвиг колец: компрессионныхмаслосъемныхвсего комплекта колец0,660D0,440D1,100D0,163D-0,163DЗатраты энергии на трение колец за один ход поршня, . 1,100DS 0,163DSОтносительная величина затрат энергии, % 100 14,8Экспериментальные исследованияДля исследования сухого уплотнения быларазработана конструкция уплотнительных колец(рис. 1) [5]. Уплотнение осуществляется двумякольцами в одной проточке поршня. Каждое изколец состоит из двух полуколец со стыковкой полуколец,исключающих попадание газа в полостьпод кольца. Стыки полуколец сдвинуты относительнодруг друга на 90 градусов, а прижатие полуколецк стенке гильзы осуществляется пружинами.Для исследования было изготовлено два комплектауплотнительных колец аналогичной конструкции,один из бронзы, второй комплект – из стали.Исследование уплотнения включало следующиеэтапы: подбор антифрикционного материала,испытание на прочность и термостойкость;оценка силы трения уплотнения поршня в цилиндре;компрессии в цилиндре при сухом уплотнении;оценка интенсивности изнашивания и ресурса уплотнительныхколец. Далее рассмотрим результатыэтих исследований.124В качестве антифрикционного заполненияпроточки в уплотнительном кольце применяласьпаста из порошка графита на связующем – жидкомстекле. Было приготовлено три состава графитовойпасты с содержанием графита 25%, 50% 75%.Пасту отдельно, а также при внесении ее в проточкуна уплотнительном кольце проверили на твердостьи термическую стойкость при выдержке втечение 1 часа при температуре 900 о С. По условиямпрочности, отсутствия растрескивания при сушкеи прокаливании, удерживанию в проточке кольцадля моторных испытаний была примененасмесь при содержании графита 75%.Кольца с антифрикционным заполнением пазовбыли смонтированы в цилиндре опытного двигателяи после приработки определено усилие насдвиг поршней. Усилие определялось при горизонтальномположении цилиндра по моменту началасдвига поршня при помощи динамометра табл. 2.Усилие для сухого варианта составило 58% от значенияпри смазке маслом.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСзаменены цилиндрическими вставками в качественаправляющих.Рис. 1. Конструкция сухого уплотнения (слева): 1 -зеркало гильзы цилиндра; 2 – поршень; 3 – камерасгорания в поршне; 4 – уплотнительные кольца; 5 –проточка для колец; 6 – штоки для отжима полуколец;7 – пружины; 8 – шток поршня. Разрез уплотнительногокольца с антифрикционным заполнениемпроточки в кольце (внизу). Положение полуколецпо мере износа скользящей поверхности(справа): а – новое кольцо; б – кольцо при наличииизноса с сохранением герметичности замкаОпытный двигатель для моторных испытаниймодернизировался при выполнении крейцкопфа. Вкачестве базового двигателя был взят двухцилиндровыйчетырехтактный двигатель УД-2М с отношениемD/S = 72/72. Модернизация двигателя заключаласьв следующем. Штатные цилиндры былиТаблица 2. Величина усилий сдвига поршня состандартным и сухим уплотнением№ замера Величина усилия сдвига поршня, Н·10Стандартное Сухое1 9,0 8,02 11,0 7,03 12,0 5,04 11,0 6,05 9,0 5,56 10,0 7,07 11,0 6,08 12,0 5,59 10,0 5,010 9,0 5,5Среднее 10,4 6,05То же, в%100% 58%Сверху цилиндрических вставок крепилисьосновные цилиндры, а поршни с сухим уплотнениемустанавливались на штоки, которые крепились кднищу штатных поршней - ползунов крейцкопфа.Были удлинены толкатели клапанов. Двигательбыл оснащен приводом от электродвигателя дляхолодной прокрутки.На опытном двигателе проверялась работоспособностьсухого уплотнения, его надежность, атакже оценивалась интенсивность изнашиванияуплотнительных колец сухого уплотнения.Для прижатия уплотнительных полуколец кзеркалу цилиндра использовались плоские пружины.Усилие для прижатия определялось по аналогиис использованием антифрикционных материаловна основе графита в электротехнике.Компрессия в двигателе определялась компрессометромпри прокрутке двигателя от электромоторапри частоте 1000 мин -1 (номинальнаячастота вращения двигателя 3000 мин -1 ). Полученавеличина компрессия около 0,4 МПа, что соответствуетстепени сжатия 5 с учетом частоты вращения.В режиме холодной прокрутки и в горячемрежиме работающего на бензине двигателя определяласьинтенсивность изнашивания. Для оценкиизнашивания использовались три метода: по изменениюмассы полуколец весовым методом, методпрямого замера изменения толщины уплотнительногокольца микрометром, а также метод, рекомендуемыйГОСТ [6]. Метод был модернизирован дляусловий замера величины износа на дуговой частиДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 125

Технология производства ДВСкольца и заключается в измерении изменения длиныхорды, через которую оценивается износ цилиндрическойповерхности кольца с кратностью15-78, причем, с тем большей кратностью, чемменьше величина износа. Ниже приводятся результатыисследования уплотнения на интенсивностьизнашивания (табл. 3-5).а) б)Рис. 2. Схемы двигателя для испытаний сухого уплотненияа – базовый двигатель УД-2М, б – модернизированный двигателяТаблица 3. Оценка износа колец по изменению массы кольцаКольцоМасса полукольцаНачальная 100 час. 200 часов 300 часовМаркировка г % г % г % Сред. % г % Сред. %Пара 1 полуколец0 42,00 100 42,00 100 41,00 97,62 98,76 40,60 96,67 98,245 42,16 100 42,16 42,12 99,1142,08 99,81Пара 2 полуколец2 40,00 100 40,00 100 39,90 99,75 98,80 39,86 99,65 99,156 40,00 100 40,00 39,94 99,8539,86 99,65Средний Средний износ по массе за 300 часов 1,305% 98,695Таблица 4. Оценка износа колец непосредственным замером микрометромКольцоРадиальный размерНачальный 100 час. 200 час. 300 час.Маркировка мм % мм % мм % Сред мм % Сред, %%Пара 1 0 9,400 100 9,400 100 9,390 99,89 9,380 96,67 99,865полукол. 5 9,330 100 9,330 9,328 99,97 98,93 9,325 99,81Пара 2 2 9,200 100 9,200 100 9,190 99,89 9,180 99,65 99,780полукол. 6 9,310 100 9,310 9,309 99,98 99,94 9,290 99,65Средний Средний износ по замеру радиального размера за 300 часов 0,175% 99,825126ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСТаблица 5. Оценка износа колец по изменению длины хордыКольцоДлина хорды, ммНачальная 100 час. 200 час. 300 час.Маркировка мм % мм % мм % Сред.% мм % Сред. %Пара 1 полуколец0 26,80 100 26,80 100 26,05 97,20 97,975 25,05 93,47 96,0555 28,10 100 28,10 27,75 98,7527,55 98,04Пара 2 полуколец2 28,00 100 28,00 100 27,61 98,61 98,535 27,26 97,36 97,1406 26,00 100 26,00 25,60 98,4625,20 96,92Средний 27,225 Средний износ по замеру длины хорды за 300 часов 0,14% 96,597Итоговые результаты определения изнашиванияуплотнения следующие.Износ колец за 300 часов работы:- по замеру массы – 1,3%- по замеру радиального размера микрометром– 0,01625 мм (0,17%)- по замеру длины хорды - 0,0128 мм (0,14%)Интенсивность изнашивания 0,00174 г/ч.Ресурс (диаметр цилиндра 72 мм) - 3277 часов.Проведенные исследования послужили основаниемдля разработки рекомендаций по изготовлениюсухого уплотнения. Основные операции поизготовлению включают токарные и фрезерныеработы. А также выполнение антифрикционногослоя на скользящей поверхности колецВыводыНа основании проведенных исследований былиподтверждены работоспособность и надежностьсухого уплотнения, оно имеет меньшие потери натрение, а также существенно больший ресурс. Сокращаютсязатраты на ремонт, исключается угар иизменение свойств масла, уменьшается эксплуатационныйрасход топлива. В итоге обоснованоприменение сухого уплотнения поршня в цилиндре,разработана конструкция такого уплотнения,выполнена опытная установка для его испытания ипо полученным результатам исследований разработанатехнология изготовления сухого уплотненияпоршня в цилиндре.Список литературы:1. Некрасов В.Г. Оптимизация конструкции двигателявнутреннего сгорания. “Trans&MOTAUTO’06” / В.Г.Некрасов, М.К. Куанышев, А.К. Каукаров, А.Т. Мухтаров// Доклади «Двигатели за транспортни средства. Горива».Болгария, Варна – 2006. – С.88-91. 2. Некрасов В.Г.Виртуальный шатун/ В.Г. Некрасов // Автомобильнаяпромышленность – 2006. – №1. – с. 25-26. 3. НекрасовВ.Г. Механизм преобразования движения поршневогодвигателя / В.Г. Некрасов // Вестник машиностроения. –2005. – №8. – с. 83-86. 4. Гаркунов Д.Н. Триботехника /Д.Н.Гаркунов. – М. Машиностроение. – 1989. – 327 с. 5.Каукаров А.К. Опытная установка по исследованиюсухого уплотнения поршня в цилиндре / А.К. Каукаров,В.Г. Некрасов, А.Ж. Мурзагалиев, М.К. Куанышев, А.Т.Мухтаров, А.К. Байбулов // Вестник Актюбинскогогосударственного университета. – 2008. – №4. – С. 60-66. 6. Обеспечение износостойкости изделий. Методыиспытания на износостойкость. Общие требования:ГОСТ 30480. – [Введен 1998-07-01] Минск: Международныйсовет по стандартизации.УДК 621.891С.Н. Соловьев, канд. техн. наук, С.Ж. Боду, инж.К НАЗНАЧЕНИЮ ПОСАДОК И ЗАЗОРОВ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВЫХ СОПРЯ-ЖЕНИЙ ГЕРМЕТИЧНЫХ КОМПРЕССОРОВВведениеВ большинстве механических систем надежностьи ресурс определяются явлениями износа, апричины отказов чаще всего формируются на технологическомэтапе изготовления [1-3].Особенности эксплуатации герметичных компрессоров(ГК) ставят перед проектантами и технологамиряд специфических ограничений, существенновлияющих на надежность техники. Дляподобных узлов понятие нагруженность включаетв себя, кроме давления, скорости, температуры,цикличность приложения нагрузки (пусковые износы)и воздействия среды на трибоконтакты.Параметрические показатели ГК во многомзависят от проектных решений, связанных с точностьюизготовления сопрягаемых деталей цилиндропоршневойгруппы и зазоров между ними.Соблюдение заданных характеристик в процессеизготовления достигается методами селективнойсборки. Точность показателей сопряженийДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 127

Технология производства ДВСнепосредственно влияют и на надежность ГК [4].Формулирование проблемыНеоднократно наблюдавшиеся отказы ГКвследствие схватывания рабочих поверхностей приработе их на неустойчивых режимах [5-8] потребовалиустановления адекватности расчетных зависимостей,используемых при назначении зазоров,как одной из возможных причин этих явлений.В работе [9] величины зазоров между поршнеми цилиндром (без уплотнительных колец) ГКмощностью до 3 кВт, рекомендуется назначать,исходя из соотношения: на каждые 10 мм диаметразазор составляет 3…4 мкм (поршень – сталь, втулка– чугун).Для компрессоров больших типоразмеров (суплотнительными кольцами), мощность которыхпревышает 4 кВт, соотношения между цилиндроми рекомендуемой величиной зазора иные. На каждые10 мм диаметра – 7…8 мкм зазора (поршень –алюминиевый сплав, втулка цилиндра – чугун), и5…6 мкм, если поршень стальной.Целью работы является сопоставление расчетныхи экспериментальных значений габаритовцилиндропоршневого сопряжения при экстремальныхтемпературных режимах, установление адекватностии изучение возможности влияния размерныххарактеристик на показатели надежности поверхностейтрения.Решение проблемыДля объективной оценки явлений, происходящихв сопряжении цилиндр-поршень, проведеныиспытания компрессоров КХГ–14.Исследования осуществлялись в Отраслевойнаучно-исследовательской лаборатории «Надежностьсудовых машин» Национального университетакораблестроения (НКИ).Основные триботехнологические характеристикицилиндропоршневого сопряжения приведеныв таблице 1.Основные характеристики компрессора:• тип поршневой, герметичный, одноступенчатый;• холодопроизводительность 14000 ккал/ч(16,3 кВт);• число цилиндров – 4;номинальный диаметр цилиндра 5,0·10 -2 м.Таблица 1. Основные триботехнологические характеристики цилиндропоршневогосопряжения компрессораДетали узлатренияЦилиндрПоршеньНоминальныйдиаметр, мм0,27МатериалТвердостьповерхноститрения, HBШероховатостьповерхности,мкмСкоростьскольженияv, м/сКоэф. линейногорасширения,(°С) –1 .50 + Чугун АСЧ-4 180…229 0,16 10 · 10 –30,220,00550 + − 0.020Сталь 45 241 0,1611,7 · 10 –3Для сопряжения поршень (сталь) – цилиндр(чугун) диаметром 50 мм номинальный зазор составляет~ 30 мкм.Допуски и зазоры соединения назначали, исходяиз рекомендаций [9], которые коррелируютсяс данными других исследователей.Проверка правильности выбора величины зазораосуществлялась расчетом изменения зазоравследствие температурных деформаций:Δз = (α п – α ц ) · d · t ст ,где Δз – изменение зазора, мкм; α п и α ц – коэффициентылинейного расширения поршня и втулкицилиндра; d – диаметр цилиндра, мм; t ст – температурастенок, °С.Тогда при температуре стенок цилиндра ипоршня t ст = 70:Δз = (11,7 – 10) · 10 –3 · 50· 70 = 6,0 мкм128Следовательно, назначенный зазор достаточени при экстремальном температурном режиме.Исходные параметры сопряжения цилиндрпоршеньКФГ-14 приведены в таблице 2.Испытания компрессора были проведены наразличных режимах работы кондиционера. На каждомиз режимов осуществлялась диагностика сопряжений.Анализ осциллограмм показал, что величиназазоров изменялась незначительно (табл. 3).Визуальный осмотр позволил, однако, в некоторыхслучаях зафиксировать следы схватыванияна поверхностях трения.Сделано предположение, что причиной могутявляться пусковые износы, которые при циклическойработе кондиционера являются критическими.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСТаблица 2. Исходные параметры сопряженияцилиндр-поршень КФГ-14ДеталисопряженияЦилиндр 1Поршень 1Цилиндр 2Поршень 2Цилиндр 3Поршень 3Цилиндр 4Поршень 4Диаметр, мм50,02249,99350,01549,98650,01849,99050,02049,992Зазор всопряжении,мкмТаблица 3. Изменение зазоров в сопряженияхна различных режимах работы кондиционераРежимыЗазор всопряжении, мкм29292828Температурыповерхности тренияцилиндра, K.1 31 3292 30 3033 28 2784 27 276ЗаключениеРасчетные зависимости, используемые приназначении допусков и зазоров цилиндропоршневогосопряжения надежны.Необходимы углубленные исследования пусковыхизносов циклически работающих компрессоров.Список литературы:1. Solovyov S.N. Tribotechnology is a new trent of improvedquality and reability of mechanical systems / S.N. Solovyov // 3-rd International Tribology Congress, Warszawa, Poland, 1981,vol. IV A. – P. 221-224. 2. Соловьев С.Н. Триботехнологическиепринципы создания долговечной техники / С.Н. Соловьев// Трение, износ и смазочные материалы : тр. межд.научн. конф. – Ташкент: ФАН, 1985. – Т. 3.4.2. – С. 67-72.3. Чихос Х. Системный анализ в триботехнике : монография/ Х. Чихос. – М.: Мир, 1982. – 351 с. 4. Прогнозированиенадежности трибосистем, работающих в экстремальныхусловиях / С.Н. Соловьев // Проблемы трибологии. – 2003. –№ 2. – С. 27-34. 5. Соловьев С.Н. Исследование работоспособностигерметичного холодильного компрессора на неустановившихсярежимах «влажного холода» / С.Н. Соловьев,Н.П. Стрижак, С.Н. Блиндер // Повышение эффективностии совершенствование компрессорных машин иустановок : тр. V Всесоюзной науч.-техн. конф. по компрессоростроению.– М., 1978. – С. 137-139. 6. СоловьевС.Н. Экспериментальные исследования работоспособностиузлов трения компрессоров / С.Н. Соловьев, Н.П.Стрижак // Трение и смазка в машинах: тр. Всесоюзнойнауч.-техн. конф., Челябинск, Транспорт, 1983. – С. 121-125. 7. Стрижак Н.П. Исследование влияния цикличностина интенсивность изнашивания узлов трения герметичныхкомпрессоров / Н.П. Стрижак // Надежность судовыхмашин: сб. науч. тр. / М-во образования и науки Украины,Николаевский кораблестроительный институт им. адм.С.О. Макарова. – Николаев, 1985. Вып. 141 (2) – С. 25-36. 8.Соловьев С.Н., Модернизированный стенд для моделированиярабочих условий и диагностики пар трения герметичныхпоршневых компрессоров / С.Н. Соловьев, Н.П. Стрижак// Оптимизация конструкции и моделирование процессовпоршневых и центробежных компрессоров высокогодавления : тез. докл. всесоюзн. научн.-техн. семинара. –М., 1988. – С. 19–21. 9. Кавахара М. Герметичные холодильныекомпрессоры / М. Кавахара // Рэбто кумё кидзюцу.– 1970. – № 248. – С. 11-21.УДК 621.436: 621.74С.Б.Таран, инж., О.В. Акимов, д-р техн. наук, А.П. Марченко, д-р техн. наукРЕАЛЬНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧУГУНА СВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ ДЛЯ ПОРШНЕЙВЫСОКОФОРСИРОВАННЫХ ДВСВ Харьковском национальном техническомуниверситете (НТУ «ХПИ») в течение многих летБезусловно, при применении вместо алюминиевыхсплавов других материалов необходимоведутся конструкторско-технологические разработкитщательно изучать требования, предъявляемые ки научные исследования поршней для высо-кофорсированных дизелей. Были разработаны, изготовленыи испытаны на двигателях серии СМДоригинальные конструкции составных и цельнолитыхчугунных поршней. Полученные результатысвидетельствуют о возможности использованиявысокопрочного чугуна с вермикулярным графитом(ВЧВГ) как материала высокофорсированныхпоршней ДВС. [1,2].материалу поршня для работы в условиях сложноготермоциклического нагружения.Известно, что поршневой материал долженобладать достаточной прочностью при рабочихтемпературах, износоустойчивостью, жаростойкостью,малой плотностью, невысоким коэффициентомлинейного расширения, хорошей теплопроводностьюи т.д. Практически всем этим требованиямодновременно не может удовлетворять ни один изДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 129

Технология производства ДВСсуществующих поршневых материалов. Поэтомувыбор того или иного сплава должен производитьсяс учетом условий эксплуатации дизеля, степениего форсирования, размеров и конструкции поршня,т.е. необходимо обеспечивать основные требованияк материалу поршня, зачастую в ущерб другим,менее важным для данной конструкции.Следует отметить, что срок службы поршнейфорсированных дизелей лимитируются не толькообразованием трещин термической усталости, атакже износом канавок уплотнительных колец итронковой части поршня. Поэтому для обеспечениядлительной работы поршня следует принимать мерыпо повышению антифрикционных свойств иизносостойкости поршневых сплавов.По мере повышения механических и термическихнагрузок на поршни и увеличения срока ихслужбы более отчетливыми становятся ограниченныевозможности некоторых традиционных конструкцийпоршней и применяемых для них материалов.Так, при цилиндровой мощности 300 кВт надизелях используют поршни из алюминиевыхсплавов с охлаждением. Согласно экспериментамтакие поршни можно применять до средних эффективныхдавлений 1,5 – 1,6 МПа, а при цилиндровоймощности свыше 370 кВт уже необходимы поршнииз других материалов, выдерживающих более высокиетемпературы и давления. Увеличение степенифорсирования двигателя до значений среднегоэффективного давления ρ е = 2,5 МПа и максимальногодавления сгорания ρ z = 15-20 МПа (для высокофорсированныхдизелей) приводит к повышениютемпературы поршня до 500°С и более. Алюминиевыепоршни в таких условиях работать не могут.Поэтому важной задачей является выбор альтернативногоматериала поршня. Повышение долговечностии надежности поршней с точки зрения выборасплава для их изготовления, может осуществлятьсяпо нескольким направлениям:• улучшение свойств алюминиевых сплавов;• замена алюминиевых сплавов сталью или высококачественнымичугунами, которые отличаютсяповышенными механическими, специальными итехнологическими свойствами;• применение составных поршней.До настоящего времени наибольшее распространениеполучили поршни из алюминиевокремниевыхсплавов. Эти сплавы имеют ряд преимуществ:малая плотность, высокая теплопроводность,хорошие литейные свойства и обрабатывае-130мость. Однако они имеют ограниченную прочность,особенно при температуре выше 200°С, атакже недостаточную износостойкость. В форсированныхже двигателях резко повышаются рабочиетемпературы и давления на поршневые кольца. Поддействием циклических изменений температур идавлений газов в цилиндре, в поршне возникаютпеременные термические и механические напряжения.Они и являются причиной образования радиальныхтрещин на кромках камеры сгорания, длинакоторых увеличивается со временем, приводя поршеньк аварийному состоянию. Этот дефект, а такжеизнос канавок под поршневые кольца лимитируютобщую долговечность алюминиевых поршней,лишь некоторое увеличение долговечностиможет быть достигнуто за счет повышения свойствприменяемых новых алюминиевых сплавов.В высокофорсированных дизелях применениеалюминиевых сплавов для поршней вообще проблематичноввиду высоких рабочих температур,приближающихся к температуре плавления сплава,и высоких давлений, способствующих резкомуувеличению износа канавок под поршневые кольца.Возникает необходимость замены алюминиевыхи применения стальных, составных или чугунныхпоршней.Учитывая необычно высокие термические имеханические нагрузки, необходимо приниматьмеры по обеспечению достаточной усталостнойпрочности поршня. В связи с этим в последние годыразвитие получили работы по снижению температури термических напряжений в поршнях, поповышению их прочности, что привело к разработкеновых методов конструирования поршней и новыхметодик расчета (метод конечных элементов).Очевидно, что выбор исходной конструкции поршнядля нового типа двигателя должен основыватьсяна точной оценке пределов его форсирования. Стехнической точки зрения конструкция поршнядолжна удовлетворять пяти основным требованиям:обеспечить достаточную прочность, иметь эффективноеохлаждение, не являться источникомсильного шума, иметь приемлемые массу и размеры,обеспечивать нормальные условия для работыпоршневых колец. Допустимая температура наиболеенагретой части поршня зависит от применяемогоматериала и не должна превышать для поршневыхсплавов на алюминиевой основе 300-350 °С,для чугунов 500-550 °С и для жаростойких сталейДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВС600-650 °С. При более высоких температурах усиливаетсяагрессивное химическое воздействие горячихгазов и наблюдается снижение прочностныххарактеристик материала. Для дизеля, уровеньфорсирования которого составляет р z = 16 МПа, ар е = 2,0-2,5 МПа, возникающие термические и механическиенагрузки возрастают до значений, прикоторых надежность работы может обеспечить материал,отличающийся высокими прочностнымихарактеристиками [1]. Его предел прочности долженсоставлять σ ≥210 МПа.В последнее время для дизелей со сверхвысокимфорсированием р е и р z возрастают, соответственно,до значений 3,5 МПа и 21 МПа. Такое увеличениесреднего эффективного давления и давлениясгорания осуществляется применением двухступенчатойсистемы турбонаддува.Большое значение при выборе поршневыхсплавов имеют показатели их физических свойств.Высокое значение коэффициента линейного расширенияприводит к необходимости увеличениязазоров между поршнем и гильзой в «холодном»состоянии. Поэтому его значение находиться впределах 8-10·10 -6 1/град. Кроме того, распределениетемператур в поршне и уровень термическихнапряжений определяются величиной коэффициентатеплопроводности материала. Ее значениедолжно быть по возможности больше и составлятьλ ≥ 30 Вт/м град.Из всего сказанного следует, что к материалупоршней высокофорсированных двигателей, нарядус общими традиционными требованиями (достаточнаядлительная прочность, твердость, низкийкоэффициент термического расширения, повышеннаятеплопроводность, малая плотность) предъявляетсятребование высокой термической выносливости,т.е. сопротивляемости термоциклическомувоздействию.Преимуществом алюминиевых сплавов дляпоршней, безусловно, является их высокая удельнаяпрочность (отношение предела прочности кплотности) и высокая теплопроводность. В то жевремя алюминиевые сплавы, используемые дляпоршней дизелей, имеют высокий коэффициенттермического расширения α = 24·10 -6 1/град, чтовызывает необходимость увеличения «холодных»зазоров между поршнем и гильзой, приводит к увеличениюрасхода масла, уровня шума. Низкая ихизносостойкость, приводит к быстрому изнашиваниюканавок под поршневые кольца.Практика показала, что применяемые в настоящеевремя алюминиевые сплавы не в состоянииудовлетворять требованиям, предъявляемым кматериалу поршня в случае форсирования дизеля,особенно при работе на тяжелом топливе.Основным направлением увеличения надежностии долговечности поршней из алюминиевыхсплавов являются работы по повышению прочностныххарактеристик и упрочнению канавок дляпоршневых колец путем плазменного переплава, атакже применение специальных покрытия, снижающихизнос.Для высокофорсированных дизелей применяютсясоставные поршни, в которых днище изготовленоиз более прочного материала (стали иличугуна). Такое решение позволяет обеспечить высокуюжаропрочность и стойкость днища поршняпри сохранении хороших антифрикционныхсвойств тронковой части.К сожалению, составные поршни имеют целыйряд существенных недостатков. Их вес больше,чем алюминиевых, поэтому величина инерционныхсил также больше, что приводит к увеличениюнагрузок на коренные и шатунные подшипники.Во время работы при больших нагрузках (р е > 2МПа) зачастую происходит разрушение тронкапоршня. В винтах, скрепляющих тронк с головкой,возникают усталостные деформации. Винты отпускаютсяи защемляются между выемкой в тронкепоршня и втулкой цилиндра, в результате тронкпоршня разрушается. Одним из недостатков составныхпоршней является также их повышеннаястоимость.Последние достижения в области производстватонкостенных отливок из чугуна вызвали повышенныйинтерес к чугуну, как материалу дляпоршней [3,4]. Чугун по сравнению с алюминиевымисплавами имеет более высокие прочность иуровень рабочих температур, что определяет егопреимущества. Повышенная твердость обеспечиваетменьший износ канавок под поршневые кольца.Значительно меньшая величина коэффициенталинейного расширения чугуна по сравнению салюминиевыми сплавами, позволяет уменьшитьзазор между поршнем и гильзой, тем самым снизитьуровень шума двигателя, обеспечить оптимальноеприлегание поршня к стенкам чугуннойгильзы, а также правильное скольжение. Резкоуменьшается опасность удара поршня в холодномсостоянии и схватывания в горячем. Кроме того,ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 131

Технология производства ДВСциклическая вязкость чугуна значительно больше,чем алюминиевых сплавов, благодаря чему уменьшаетсяскорость распространения трещин усталости.Из всех вариантов повышения надежности идолговечности поршней применение ВЧВГ являетсянаиболее приемлемым и эффективным.Сравнительные исследования чугунов с различнойформой графита (табл.1) свидетельствуют олучшем сочетании механических и теплофизическихсвойств у чугуна с вермикулярным графитом.Таблица 1. Сравнительные исследования чугуновс различной формой графитаСвойстваσ в, МПапри 20° Спри 600° Сδ, %при 20° Спри 600° СЕ, МПапри 20° Спри 600° Сλ, 100 Вт/м °Спри 20° Спри 600° Сα, 10 -6 м/м °Спри 20° Спри 600° СПластинчатыйграфит2501401,22.013,911,554,042,010,012,3Вермикулярныйграфит4003203,24,816,513,446,541,012,015,0Шаровидныйграфит6004005,010,017,814,533,525,111,011,5Дополнительным резервом повышениясвойств ЧВГ может стать применение в качествематериала поршней высокофорсированного ДВСнизкокремнистого алюминиевого чугуна системыFe-C-Al.К настоящему времени в промышленностиприменяется более 300 марок чугунов. Они отличаютсяпо химическому составу, свойствам, структуреи технологии получения, но обладают однимобщим признаком – все они построены на базеизвестной системы Fe-C-Si. Использование этойсистемы обусловлено традиционной технологиейпереработки железной руды в доменных печах, гдеосновной продукт доменного производства – чугунвсегда содержит углерод и кремний, которые являютсяосновными составляющими химическогосостава.В начале 70-ых годов прошлого столетия Ю.ГБобро показал [5], что чугуны могут быть построенына принципиально новой системе Fe-C-Al, набазе которой можно получить такое же разнообразиечугунов и их свойств, как и для системы Fe-C-Si. Эти чугуны назвали алюминиевыми.Как показали многочисленные исследованияих свойства значительно выше традиционных чугунов.Только вермикулярная форма графита в чугунеможет обеспечить ему прочность более 500МПа. Ощутимо лучшие и другие характеристикиалюминиевого чугуна. Именно поэтому в работеуделено особое внимание использованию алюминиевогоВЧВГ при изготовлении монолитных тонкостенныхпоршней высокофорсированных дизелей.Проведенные нами исследования термическойвыносливости алюминиевого ВЧВГ показали ростэтого показателя в 2-2,5 раза по сравнению с ЧВГсистемы Fe-C-Si.Технология производства низкокремнистогоЧВГ системы Fe-C-Аl может быть легко освоенадля производства тонкостенных поршней ДВС.Таким образом, накопленный опыт конструкторско-технологическихразработок по использованиюВЧВГ в качестве материала высокофорсированныхдизелей свидетельствует о перспективностиизготовления монолитных чугунных поршней.С целью дальнейшего повышения рабочих характеристикВЧВГ необходимо углубить исследованияпо оптимальному его легированию, особое вниманиеследует уделить чугуну системы Fe-C-Al.Список литературы:1. Варожейнов А.И. Разработка конструкции и исследованиетеплонапряженного состояния поршней дизелядля энергонасыщенного трактора: Дис. канд. техн. наук:05.05.03 / Варожейнов Анатолий Иванович. – Харьков,1983. – 205 с. 2. Пыльов В.А. Повышение долговечностидеталей камеры сгорания быстроходных дизелей:Дис. доктора техн. наук:05.0503 / Пыльов ВладимирАлександрович. – Харьков, 1990. – 400с. 3. Балакин В.И.Форсированные дизели / В.И. Балакин, Н.Н. Иванченко,М.Г. Круглова – М.: Машиностроение, 1978. – 360 с. 4.Дзучкоева Р.Б. Перспектива развития материалов итехнологии изготовления литых поршней форсированныхдизелей / Р.Б. Дзучкоева, М.Д. Никитин // - Энергомашиностроение.– 1976. – № 8. – с. 24-25. 5. Бобро Ю.Г.Алюминиевые чугуны / Ю.Г. Бобро. – Харьков.: ХГУ,1964. 195 с.132ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.436Технология производства ДВСН.Я. Яхьяев, д-р техн. наук, Н.М. Вагабов, инж.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ВТУЛОКЦИЛИНДРОВ ПРИ СБОРКЕ ДИЗЕЛЯ 4Ч8,5/11Введениепряжений и деформаций втулок цилиндров, от точностигеометрической формы которых зависят по-В конструкциях большинства судовых дизелейвтулки цилиндров, головки цилиндров, коленчатыйвал с блок-картером образуют групповые альной задачей для инженерной практики.казатели работоспособности ДВС, является акту-резьбовые и прессовые соединения.Постановка задачи. Из-за трудностей измерениядеформации ВЦ в процессе сборки ДВС (от-Каждая деталь, поступившая на сборку, до еесоединения в узел, как правило, имеет относительновысокие допуски на отклонения макрогеомет-измерительных инструментов, применяемых в просутствуетдоступ к поверхностям для контактныхрии, соответствующие требованиям нормативнотехническойдокументации. Силы затяжки, переда-и величинах деформаций можно получить лишь наизводстве), объективную информацию о характереваемые на детали через силовые шпильки, должны основе лабораторных экспериментальных исследований.Научный и практический интерес пред-создавать равномерные контактные давления повсему периметру стыка деталей и обеспечивать ставляют разработка и апробирование методикинадежность соединения деталей в узле. Однако это измерения деформации ВЦ.не всегда достижимо из-за неравномерной конструктивнойжесткости по периметру опорных бурментальнойустановки, созданной на базе дизеляМетоды испытаний. Общий вид эксперитовблоков цилиндров, неточности усилий затяжки, 4Ч8,5/11, показан на рис.1.погрешностей размеров и формы, допущенных при Экспериментальная установка состоит изизготовлении сопрягаемых деталей и усиливающихотклонения точности детали в собранном узле сывающего устройства (ЗУ) к нему, тензорезисто-цифрового тензометрического моста ЦТМ-5, запи-и др.ров и позволяет контролировать напряженнодеформированноесостояние одновременно в 56Неравномерные упругие деформации по периметругнезд передаются на опорные бурты втулокцилиндров (ВЦ) и являются фактором нерав-и втулок цилиндров.точках на исследуемых поверхностях блок-картераномерной деформации в узле, что приводит к искажениямгеометрической формы рабочих поверхностейцилиндров, и, соответственно, ухудшаютусловия работы маслосъемных и компрессионныхколец. Кроме того, этим сводятся к минимуму усилиятехнологов по обеспечению высокой точностиформы цилиндров на операциях механической обработкицилиндров, т.к. после сборки ДВС отклонениягеометрической точности цилиндров возрастаютв несколько, а иногда и в десятки раз [1].Большая часть работ, направленных на исследованиеотклонений макрогеометрии гильз цилиндров Рис. 1. Общий вид экспериментальной установкии влияния их на эксплуатационные показатели, 1 – штатив с индикаторной головкой; 2 – блок-картерпосвящена тепловозным, автомобильным и тракторнымдвигателям. Для судовых дизелей отдельсторов;6 – головки цилиндров; 7 – место наклейки ком-дизеля; 3 – шпилька крепления головки цилиндров к блоккартеру;4 – тензорезистор; 5 – провода от тензорезиныеработы в данном направлении выполнены в пенсационных тензорезисторов; 8 – комплект измерительнойаппаратуры (ЦТМ-5)СПб ГМТУ, СПб ГУВК, НИИВТ, Гипрорыбфлоте,ДГТУ и др.В работе использовали тензорезисторы наНедостаточная изученность отклонений макрогеометриицилиндров после сборки ДВС объяс-Статическое тарирование датчиков проводилось набумажной основе типа ПКБ.10.100Х с базой 10мм.няется труднодоступностью измерений при контролеточности. Поэтому, разработка и исследова-материала блока и втулок цилиндров.балках равного сопротивления, изготовленных изние новых эффективных методов измерения на-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 133

Технология производства ДВСТочность измерения напряжений составляло±0,6МПа. Деформации втулок и блока измерялисьиндикаторными головками с ценой деления0,001мм. Напряжения и деформации регистрировалисьпри сборке блока с втулками цилиндров иколенчатым валом. Затяжка шпилек крепленияопор коленчатого вала осуществлялась моментомМ зат =100 Н·м и шпилек крепления головок цилиндров— М зат =200 Н·м. Последовательность и моментызатяжки соответствовали техническим условиямна сборку серийных дизелей 4Ч8,5/11.Для повышения точности результатов измеренийи уменьшения влияния случайных погрешностейкаждое измерение повторяли трижды.Окончательный результат определялся, как математическоеожидание этих измерений. Обработкаэкспериментальных данных заключалась в определенииприращения напряжений по сравнению сисходными показателями (перед каждой операциейсборки). Анализ погрешностей позволил оценитьих суммарную величину при проведении опытов,не превышающую ±6%. На рис. 2 показан общийвид размещения тензорезисторов в исследуемомгрупповом резьбовом соединении (ГРС).Рис. 2 Общий вид размещения тензорезисторов вГРС дизеля 4Ч8,5/11Жесткость исследуемого ГРС формируетсяпутем интегрирования характеристик жесткостикаждой детали входящей в соединение, а такженапряженно-деформированного состояния, возникающегов прессовых и резьбовых соединенияхузла.Поэтому, научно-практический интерес представляетпроцесс формирования жесткости в результатесборки узлов:• блок-картер – головки цилиндров –коленчатыйвал (без ВЦ);• блок-картер – головки цилиндров – втулкицилиндров – коленчатый вал.Такая последовательность проведения экспериментовпозволяет определить технологическую134наследственность процессов образования и наследованияпогрешностей формы деталей ГРС.Для определения степени влияния последовательностисборки на деформацию ВЦ дизеля напервом этапе были выполнены исследования характеранапряженно-деформированного состоянияблок-картера, изменения формы и размеров егопосадочных поясков при сборке без ВЦ, а на второмэтапе — НДС исследуемого узла, но уже с установленнымиВЦ. На втором этапе измерялисьтакже деформации и напряжения на зеркале ВЦ.Принятая методика проведения экспериментовпозволила исследовать основные операции сборкис учетом технологической наследственности.Результаты эксперимента и их обсуждениеНа рис. 3 показано изменение напряжений напосадочных поясках блок-картера в зависимости отмомента затяжки гаек крепления головок цилиндрови опор коленчатого вала. Как видно, наибольшаянеравномерность напряженного состояниянаблюдается в верхних поясках второго и третьегоцилиндров блока ((2)=31,5МПа;(3)=50,6МПа).Δσ maxΔσ maxПричем большее влияние на деформацию посадочныхпоясков оказывает затяжка шпилек крепленияопор коленчатого вала, меньшее – затяжка шпилекпри соединении блока с головками цилиндров. Дляэтих цилиндров также характерна наибольшая неравномерностьдеформации поясков, так овальностьих достигает 0,08 мм (третий цилиндр) срасположением большей оси овала в плоскостикачания шатуна.Исследованы напряжения на рабочих поверхностяхвтулок цилиндров, возникающие при различныхоперациях сборки: после установки ВЦ вблок-картер, после затяжки шпилек крепления головокцилиндров и крепления опор коленчатоговала. На рабочих поверхностях ВЦ напряжения, аследовательно их упругие деформации неравномернысразу после установки в блок-картер(1)(Δσ max=16МПа, для первого цилиндра в верхнем пояске).Однако большее влияние на возникновение неравномернойдеформации ВЦ оказывают усилия затяжкишпилек головок цилиндров (до(1)=20МПа, для первого цилиндра в верхнемΔσ maxпояске) и опор коленчатого вала (до(3)=49,2МПа, для третьего цилиндра в верхнемΔσ maxпояске).Все ВЦ после сборки деформируются неравномернои характер их деформации соответствуетданным, полученным при статистическом анализерезультатов измерения втулок серийных дизелей иДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Технология производства ДВСрезультатов предварительных расчетов. ОвальностьВЦ находилась в пределах от 0,005 до0,035мм при наибольших значениях в третьем ивтором цилиндрах. Большие оси овалов располагаютсяв плоскости качания шатуна, т.е. совпадаютс направлением овальности посадочных поясковблока при их измерении без втулок. Сравнениеполученных результатов позволило сделать выводо том, что на деформацию втулок цилиндров большеевлияние оказывает искаженная форма отверстийпосадочных поясков, с которыми сопрягаетсяцилиндровая втулка, а деформация ВЦ от приложенияизгибающего момента М изг к опорному торцуменее значительна.Анализ результатов исследования сборки дизеляс втулками цилиндров и без них показал значительноевлияние жесткости самих ВЦ на качествосопряжения Б-Г-ВЦ. Так, наибольшая овальностьотверстий ВЦ составляет 0,035мм, в то времякак овальность посадочных поясков блок-картера,с которыми сопрягаются втулки, была 0,08мм.Кроме того, наибольшая интенсивность деформацииВЦ возникает при затяжке силовых шпилек довеличины М зат =50Нм Дальнейшее увеличение М затс 50Нм до 200Нм оказывает заметное влияние надеформацию втулок лишь в зоне верхних посадочныхпоясков блока. В зоне нижних посадочныхпоясков блока деформация втулок несущественна –овальность увеличивается только на 0,005мм.Рис. 3 Напряжения на посадочных поясках блок-картера в сопряжении блок-картер – головки –коленчатый вал дизеля 4Ч8,5/11- после затяжки опор коленчатого вала; - после затяжки головок цилиндров; - послезатяжки коленчатого вала и головок цилиндровМожно заключить, что втулки цилиндров деформируютсяот усилий затяжки силовых шпилек отклонений. Рекомендации, сделанные для дизелятяжки ГРС на формирование характера и величинглавным образом до тех пор, пока поверхности сопрягаемыхдеталей будут полностью прилегать гическом процессе изготовления и сборки дизеляЧ8,5/11 могут быть использованы также в техноло-друг другу, т.е. до полной выборки всех технологическихзазоров между деталями. Следовательно, Результаты проведенных испытаний показа-4Ч9,5/11.искажение базовых поверхностей посадочных поясковблок-картера от сил затяжки резьбовых шпиров,влияющих на неравномерную деформацию ВЦли, что одним из постоянно действующих фактолекГРС является одним из факторов, определяющиххарактер деформации втулок цилиндров. посадочного пояска блок-картера из-за переменнойпри сборке является неравномерная деформацияАналогичные исследования были выполнены жесткости его верхней опорной плиты. Для повышениягеометрической точности ВЦ был разрабо-также на дизеле 4Ч9,5/11, имеющем похожую силовуюсхему ГРС.тан способ, основанный на исправлении погрешностейформы базовых поверхностей поясков блокаАнализ полученных данных о погрешностяхформы ВЦ при сборке показывает влияние сил за-на операциях механической обработки. Практиче-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 135

Технология производства ДВСская реализация данного способа заключается вследующем:• блок цилиндров, соединенный с технологическимколенчатым валом, поступает на операциючистовой расточки отверстий; момент затяжкиопор этого вала М зат =100 Н·м, соответствующийтехническим требованиям (ТТ) на сборку дизеля,приводит к деформациям блока и его посадочныхпоясков;• производят чистовую расточку поверхностейпосадочных поясков и тем самым исправляют ихформу, искаженную деформациями блока;• блок с отверстиями подается на сборку; послеснятия технологического вала отверстия в блокеприобретают форму обратную той, которая возникаету них при сборке дизеля;• окончательно собирают узел блок-картер –втулки цилиндров – коленчатый вал – головки цилиндров,в котором преднамеренно искаженнаяформа отверстий блока выполняет роль компенсатораего неравномерной сборочной деформации отусилий затяжки подшипников коленчатого вала иуменьшает деформации.Использование описанного способа обработкии сборки дизеля 4Ч8,5/11 позволило уменьшитьнеравномерность деформаций втулок цилиндров с0,035 мм до 0,015мм, т. е. более чем в 2 раза.Выполненные исследования влияния сил ипоследовательности затяжки шпилек ГРС на деформациювтулок цилиндров хорошо согласуютсяс результатами исследований, выполненных дляавтомобильных двигателей А.Г. Кесарийским [2].Использованные им лазерно-интерференционныеметоды позволили измерить и представить картинуперемещений не только в виде пространственныхполей, но и в виде временных последовательностей.Учитывая фактор влияния последовательностии сил затяжки шпилек ГРС на формированиеточности формы цилиндров, представляет интересболее подробное исследование вопроса о возможностиприменения заданного уровня неравномерностизатяжки в целях управления НДС исследуемогоузла, что открывает новые технологическиевозможности повышения точности сборки ГРС безвнесения изменений в его конструкцию..ЗаключениеВыполненное исследование точности и механическойнапряженности втулок цилиндров и блоккартерав процессе сборки судовых малоразмерныхдизелей позволило сделать следующие выводы:1. Разработанная методика исследования на-136пряженно-деформированного состояния рассматриваемогоГРС, основанная на тензометрированиидеформаций и напряжений показала свою эффективностьи информативность. Погрешность измеренийне превысила 8%.2. Влияние на деформацию ВЦ оказывает какзатяжка крепежа головок цилиндров, так и опорколенчатого вала. Все ВЦ после сборки деформируютсянеравномерно и характер их деформациисоответствует данным, полученным при статистическоманализе результатов измерения втулок серийныхдизелей и результатов предварительныхрасчетов.3. Овальность втулок находилась в пределах от0,005 до 0,035мм при наибольших значениях втретьем и втором цилиндрах. Большие оси оваловрасполагаются в плоскости качания шатуна, т.е.совпадают с направлением овальности посадочныхпоясков блока при их измерении без втулок.4. На деформацию втулок цилиндров большеевлияние оказывает искаженная форма отверстийпосадочных поясков, с которыми сопрягается цилиндроваявтулка, а деформация втулки от приложенияизгибающего момента М изг к опорному торцуменее значительна.5. Анализ результатов исследования сборки дизеляс втулками цилиндров и без них показал значительноевлияние жесткости самих втулок на деформациюдеталей сопряжения блок-картер – головкицилиндров – втулки цилиндров.6. Втулки цилиндров деформируются от усилийзатяжки крепежа главным образом до тех пор,пока поверхности сопрягаемых деталей полностьюприлегают друг другу, т.е. до полной выборки всехтехнологических зазоров между деталями.7. Для повышения геометрической точностиВЦ разработан новый способ, основанный на исправлениипогрешностей формы базовых поверхностейпоясков блока на операциях механическойобработки, что позволило уменьшить неравномерностьдеформаций втулок цилиндров с 0,035 мм до0,015мм, т. е. более чем в 2 раза.Список литературы:1. Яхьяев Н.Я. Повышение геометрической точностирабочих поверхностей втулок цилиндров при сборке малоразмерногосудового дизеля / Н.Я. Яхьяев, С.Н.Яхьяева//Сборка в машиностроении и приборостроении. – 2005.– №6. – С.32—42. 2. Кесарийский А. Г. Разработка лазерно-интерференционныхсредств исследования напряженно-деформированного состояния деталей и узловДВС : автореф. … канд. техн. наук. 05.05.03. Х.;Павлоград, 2005. — 21 с.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.438Эксплуатация ДВСД.М. Барановський, канд. техн. наук, О.Ю. Жулай, инж.ТЕОРЕТИЧНА ОЦІНКА ЗАЛЕЖНОСТІ ДІАГНОСТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ІНАДІЙНОСТІ ДИЗЕЛІВВступСистематизація методів отримання інформаціїзорієнтована на безперервний контроль діагностичнихпараметрів технічного стану дизелів. На початковомуетапі експлуатації з’ясовуються і враховуютьсяособливості впливу режимів роботи і змінизовнішніх умов на параметри стану дизелів.З удосконаленням засобів визначення технічногостану техніки, діагностика дизелів, як елемента,що лімітує його, вийшла на перший план [1].На практиці діагностика потрібна не тількидля пошуку несправностей (хоча ця причина переважаюча).В ході планового технічного обслуговуваннякорисно робити профілактичну діагностику,щоб виявити приховані несправності. Отриманірезультати використовують з метою приблизноїоцінки залишкового ресурсу дизелів. Точність прогнозу,в свою чергу, залежить не лише від величиниотриманих даних, а й від їх достовірності.Аналіз попередніх дослідженьВідомо багато спроб виведення універсальноїформули діагностики [1], застосування якої надалозмогу швидко і без великих затрат знайти причинунесправності. Зазначимо, що це, в принципі, можливо,але лише для однотипних одиниць техніки,яка експлуатується в ідентичних умовах. На практиціданий підхід реалізувати майже неможливо,оскільки знайти будь-які абсолютно прийнятні рекомендаціїдля різних видів дизелів по єдиномуалгоритму не вдається. Це свідчить про те, щобудь-яка система або алгоритм дій можуть існуватилише в загальних рисах і повинні корегуватися впроцесі роботи дизелів, враховуючи їх технічнийстан [2]. Авторами пропонується систематизаціяметодів отримання інформації про технічний стандизелів за принципом безперервного збору всіхдіагностичних сигналів з поетапним уточненнямпричин їх виникнення. Кількість етапів уточненнядіагностичної інформації залежить від необхідноїточності діагнозу та матеріально-технічного забезпеченнядіагностичними засобами. При цьому, чимточніший діагноз, тим для меншого відрізка часу(напрацювання) він буде справедливий.Розглянемо зміст та функції запропонованихрівнів.Зовнішній рівень базується на отриманні інформаціїпро технічний стан дизеля при суб'єктивномусприйнятті його зовнішніх проявів та змін учасі: вібрація, шум, перегрів деталей, перевитратапаливно-мастильних, охолодних матеріалів. Цейрівень, за методами отримання інформації, можнаумовно поділити на органолептичні та програмні.Індикаторний рівень вимагає отримання інформаціїпро параметри стану дизеля: тиск і температураробочого тіла, швидкість руху деталей та ін.На цьому рівні використовують найпростішіінструментальні методи і засоби отримання діагностичноїінформації про технічний стан дизеля тайого підсистем. Інформація отримується за допомогоютаких приладів як стетоскопи, компресометри,лічильники об’єму картерних газів, газоаналізатори,витратоміри моторної оливи на вигар тощо.Методика використання приладів подана в роботі[3].Даному рівню, внаслідок використання вищеназванихметодик та засобів, властиві значні розбіжностіміж реальним та виміряним, а отже отриманимоб’єктивно, значенням. Не зважаючи на відносноневисоку достовірність отриманої інформації,що не перевищує 60%, оператор має попередні даніпро технічний стан дизеля. Даного обсягу інформації,в більшості випадків, достатньо для прийняттярішення про надійність та можливість допущеннядизелів до виконання своїх функцій. Але не завжди.На усередненому рівні визначають параметри(сталі, змінні) робочих процесів, їх взаємовплив.Параметри технічного стану дизелів, на даномурівні, оцінюються за зміною властивостей моторноїоливи та наявністю в ній води, палива, частинокзносу сполучених деталей, забруднюючих домішок.Загальний комплекс властивостей моторноїоливи пропонується визначити методом крапельноїпроби [4]. Для цього на лист фільтрувального паперунаносять 3...4 краплі моторної оливи. Кожнакрапля утворює на фільтрувальному папері плямуДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 137

Эксплуатация ДВСовальної або круглої форми з темним ядром, навкругиякого розташовуються одне або два концентричнікільця різних розмірів і забарвлень.В процесі дослідження, на даному рівні, встаєпроблема оптимізаційної оцінки можливих станівдизелів, отриманих за крапельною пробою. Томупропонується їх попередня класифікація і розробкатипових процесів виконання наступних операцій:• постановка на контроль з можливим корегуваннямтермінів проведення наступних операцій;• уточнення діагнозу (повторна проба), перехідна вищий рівень отримання інформації;• уточнення по системам дизелів, якщо існує підозрана вихід з ладу певної підсистеми.На цьому ж рівні пропонується проводити хімічнийаналіз проб моторної оливи [5], який полягаєу визначенні показників, таких як кінематичнав’язкість при 40°С і при 100°С, температура спалаху,лужне число, вміст води, оцінка забрудненості.Вірогідний рівень можна поділити на два підрівні:загальний і конкретний. На загальному підрівніотримують інформацію про фізико-механічні татриботехнічні характеристики деталей. На конкретномупідрівні отримують відомості про шорсткість,твердість, стан поверхні, макроскопічні дефекти,ін.Технічний стан дизелів на вірогідному загальномурівні пропонується оцінювали за допомогоюспектрального аналізу моторної оливи. Дляцього можна використати фотоелектричний спектрометрМФС–7, який дозволяє визначати наявністьбільш, ніж 26 металів, методом електроду, що обертається[5].На вірогідному конкретному рівні пропонуєтьсязастосовувати вакууметричний метод оцінкипараметрів технічного стану основних елементів тасистем, що лімітують ресурс і надійність дизелів.На адекватному рівні виявляють фізикохімічнізміни матеріалу деталі: напруженодеформованийстан, концентратори поля напружень,мікроскопічні дефекти, розподіл легуючихелементів в прошарках та ін.Для виявлення напружено-деформованогостану і границі втомленості матеріалу можна рекомендуватизастосування магнітного методу з визначеннямкоерцитивної сили H c в різних напрямкахприкладання навантаження [6]. Цей параметрпов’язаний з напруженим станом металу і у багатьохвипадках дозволяє знаходити приховані дефекти.Наявність технологічних дефектів створюєпояву додаткових локальних концентрацій напружень.Тому, під час прогнозування залишковогоресурсу, доцільно, в рамках інформаційного забезпеченнямоніторингу, використовувати дані проструктурний стан та макродефекти. В місцях виміруH c необхідно додатково контролювати ступінькорозії металу за допомогою товщиномірів.Для отримання більш об’єктивної інформаціїпро стан матеріалу гільз циліндрів дизелів, передзастосуванням коерциметричного методу необхіднопопередньо проводити їх мікрометраж.Отримані дані дозволять точніше локалізуватимісце знаходження дефектів, граничних зносівта прихованих концентраторів напружень.Перед проведенням вимірів потрібно визначитипорогові значення для досліджуваних зразків.Ця інформація є основою при прогнозуванні експлуатаційногоресурсу деталей з позицій аналізуструктурного стану, а в комплексі з даними попередніхетапів моніторингу суттєво покращує якістьі достовірність оцінки стану і залишкового ресурсу[7].Мета роботи: теоретична оцінка залежностідіагностичних параметрів і надійності дизелів.Результати дослідженьІмовірність безвідмовної роботи дизелів згіднорівнів:деР jinР безв ≤ ∏ Р ji ξ ji + ΔPjiξji ≤ 1 , (1)i=1– імовірність безвідмовної роботи дизеліввиявлена на j-тому рівні і-тим способом;Δ P ji –вплив непрогнозованих факторів на імовірністьбезвідмовної роботи дизелів в межах діагнозу проведеногона j – му рівні;ξ і – вага діагностичногопараметру технічного стану дизелів,ϕіξі=∑ ϕі; ϕ і – значимість діагностичного параметру,отриманого за допомогою певного діагностичногометоду.Як уже зазначалось, запропонована системаотримання діагностичної інформації має 5 рівнів.Тому, відповідна імовірність безвідмовної роботидизелів на цих рівнях можна оцінити системоюрівнянь:138ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Эксплуатация ДВС⎧⎪Р⎪⎪⎪Р⎪⎪⎨Р⎪⎪⎪Р⎪⎪⎪Р⎩ІбезвІІбезвІVбезвVбезв=ІІІбезв====ni∏і=1ni∏і=1ni∏і=1ni∏і=1ni∏і=1Р ξ + ΔРξІіРРРIIіVіξ + ΔРІІІіVIiΙιViIIiξІІIiVIiІіΙι+ ΔРVіIIіξ + ΔРξІІІіVIiР ξ + ΔРξViIIiξξVIiІІIi. (2)З іншого боку, ймовірність безвідмовної роботидизелів можна знайти за виразом [9]:⎛ t⎡n⎤ ⎞exp ⎟⎜e ⎢ zi⎥dt, (3)⎝ t ⎣i=1o⎦ ⎠() = ⎜−k ∫ D ∑Р tде z – сукупність діагностичних параметрів дизелів;n – кількість діагностичних параметрів; k –коефіцієнт, що враховує дію експлуатаційних чинників;t, t o – проміжок часу, на якому розглядаютьдіагностичні параметри дизелів.Враховуючи останній вираз, запишемо системурівнянь (2) у наступному вигляді:⎧⎪РІ⎪⎪⎪⎪РІІ⎪⎪⎨РІІІ⎪⎪⎪⎪РІV⎪⎪⎪РV⎪⎩безвбезвбезвбезвбезвni⎛ t⎜ ⎡n= ∏exp−ke ∫ D⎢∑zі= 1⎝ t ⎣i=1oni⎛ t⎜ ⎡n= ∏exp−ke ∫ D⎢∑zі= 1⎝ t ⎣i=1oni⎛ t⎜ ⎡n= ∏exp−ke ∫ D⎢∑zі= 1⎝ t ⎣i=1oni⎛ t⎜ ⎡n= ∏exp−ke ∫ D⎢∑zі= 1⎝ t ⎣i=1oni⎛ t n⎜ ⎡= ∏exp−ke ∫ D⎢∑zі= 1⎝ t ⎣i=1oІіVі⎤ ⎞⎟⎥dtξ +⎦Ii ΔРІіξIi⎠ІІі⎤ ⎞⎟⎥dtξ +⎦IIi ΔРIIіξIIi⎠ІІІіVІі⎤ ⎞⎟⎥dtξ⎦⎠ІІIi⎤ ⎞⎟⎥dtξ⎦⎠VIi+ ΔР+ ΔРІІІіІІIiVIi VIi⎤ ⎞⎟⎥dtξ +⎦Vi ΔРVіξVi⎠ξξe(4)Використавши вираз (4), наведемо графічнуінтерпретацію залежності ймовірності безвідмовноїроботи дизеля на відповідному рівні, діагностичнихпараметрів та їх коефіцієнту ваги від досліджуваногоінтервалу часу (рис. 1).Проведені експериментальні дослідженнязміни діагностичних параметрів у залежності відчасу показали адекватність теоретичним гіпотезам.Результати досліджень наведено на рис. 2.Діагностичні параметри, що характеризуютьстан мастила, ЦПГ та інших параметрів показуютьїх зміну в залежності від часу. При цьому, змінупропонується подавати у вигляді сукупності реалізаціїдіагностичної інформації про технічний стандизелів.Рис. 1. Залежність ймовірності безвідмовної роботидизеля на відповідному рівні, діагностичнихпараметрів та їх коефіцієнту ваги від досліджуваногоінтервалу часуРис. 2. Зміна діагностичних параметрів дизеляЯМЗ-238 у залежності від часу1, 2 – стан та властивості моторного мастила;3, 4 – технічний стан циліндро-поршневоїгрупи; n – інші параметри технічного стану;f(t) – щільність розподілу граничних значень діагностичнихпараметрівВисновкиЗапропоновані рівні отримання інформаціїпро технічний стан дизелів з поетапним уточненнямдали можливість теоретично оцінити залежностіймовірності безвідмовної роботи від діагностичнихпараметрів та їх ваги. При цьому наведенографічну інтерпретацію реалізації теоретичних залежностейймовірності безвідмовної роботи дизелівна відповідному рівні, діагностичних параметрівта їх коефіцієнтів ваги від досліджуваного інтервалучасу. Проведені експериментальні дослідженнязміни діагностичних параметрів, у залежностівід часу, показали адекватність теоретичнимДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 139

Эксплуатация ДВСгіпотезам. Встановлено, що діагностичні параметри,які характеризують стан мастила, циліндропоршневоїгрупи та інших механізмів показують їхзміну в залежності від часу.Список літератури:1. Биргер И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер. –М.: Машиностроение. – 1978. – 240 с. 2. БарановськийД.М. Проблема довговічності дизелів засобів транспорту/ Д.М. Барановський, О.Ю. Жулай // Вісник Кременчуцькогодержавного політехнічного університету іменіМихайла Остроградського. – Вип. 5(58) Ч.1. – 2009. – С.96-99. 3. Бажинов А.В. Научные основы оценки ресурсасиловых агрегатов транспортных машин с учетом условийэксплуатации. Дис... докт. техн. наук: 05.22.20 /Бажинов А.В. – Харьков. – 2001. – 324с. 4. БарановськийД.М. Визначення технічного стану дизелів засобів транспортуметодом крапельної проби моторної оливи / Д.М.Барановський, О.Ю. Жулай // Автомобильный транспорт:сборник научных трудов. – 2009. – Вип. 24. – С.113-115. 5. Барановський Д.М. Визначення технічногостану дизелів засобів транспорту АПК за хімічним аналізоммоторної оливи / Д.М. Барановський, О.Ю.. Жулай// Проблеми трибології. – 2010. – №1 – С.26-28. 6. ЖулайО.Ю. Технічний стан матеріалу гільз циліндрів дизелівЗТ / О.Ю. Жулай, Д.М. Барановський // Східноєвропейськийжурнал передових технологій – 2009. – №3/8 (39). –С. 31-34. 7. Бондаренко А.Ю. Мониторинг состояниясварных соединений для прогнозирования остаточногоресурса магистральных нефтепроводов // Техн. диагностикаи неразрушаемый контроль. – №1. – 2003. – С. 20-24. 8. Барановський Д.М. Прогнозування залишковогоресурсу дизелів засобів транспорту та його раціональневикористання / Д.М. Барановський, О.Ю. Жулай // Східноєвропейськийжурнал передових технологій – 2009. –№4/10 (40). – С.45-49. 9. Барановський Д.М. Визначеннязалишкового ресурсу трибосистем // Міжнародний науковийжурнал «Проблеми трибології». – 2009. – №4. – С.127-129.140ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Гипотезы, предложенияУДК 621.43.068В.Н. Бганцев, канд. техн. наукИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК С ПОРШНЕВЫМИДВИГАТЕЛЯМИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В СИСТЕМАХ АКТИВАЦИИМАЛОДЕБЕТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНВведениеСреди различных способов повышения эффективностии экономичности ДВС достойное местозанимают создаваемые на их базе когенерационныеустановки (КГУ). В них вместе с механическойэнергией, генерируемой ДВС, получают засчет глубокой утилизации теплоты его систем тепловуюэнергию, которая может быть использованакак в технологических процессах, так и бытовыхцелях.Построение энергоустановок по такому принципупозволяет значительно улучшить их экономическиепоказатели и уменьшить вредное влияние наокружающую среду. В качестве топлива в КГУмогут быть использованы любые виды жидких игазообразных углеводородных топлив, в том числеи альтернативные. При этом ДВС должен быть соответствующимобразом адаптирован к применяемомутопливу.Актуальность проблемыВ последнее время у разработчиков КГУ споршневыми ДВС стал возрождаться интерес киспользованию замкнутых циклов (ЗЦ) работы [1].В связи с этим появились новые аспекты использованияКГУ, в частности как источника недорогогодиоксида углерода СО 2 для закачки в скважины сцелью увеличения отдачи нефтяных пластов. Данныйметод начал применяться достаточно давно. В1972 г. он был успешно испытан на нефтяныхскважинах в США и показал хорошие результаты.Однако рентабельность этого метода полностьюзависит от стоимости закачиваемого СО 2 .Как показывает анализ, поршневые ДВС, являясьисточниками СО 2 и водяного пара от сгоранияуглеводородного топлива при использованииЗЦ работы могут составить конкуренцию другимисточникам указанных продуктов [2, 3]. При осуществленииЗЦ работы СО 2 и водяной пар рециркулируютсяи составляют инертную часть искусственнойгазовой смеси (ИГС), к которой затем добавляюткислород и направляют на впуск ДВС.Такая ИГС заменяет традиционно используемый вкачестве рабочего тела при осуществлении термодинамическогоцикла воздух. Избыточные количестваСО 2 и водяного пара при работе ДВС выводятсяиз цикла, при этом СО 2 направляется в нефтянуюскважину. В результате растворения нефтяногопласта при взаимодействии с СО 2 образуетсягазоконденсатная система, которая сепарируется наповерхности на жидкую нефть и газообразный СО 2 .Осуществление ЗЦ работы ДВС сопровождаетсярешением ряда сопутствующих вопросов,сущность которых можно понять, обратившись купрощенной принципиальной схеме КГУ с ДВС,приведенной на рисунке 1. При работе ДВС по ЗЦотработавшие газы (ОГ) из выпускного коллектора3 направляются в подогреватель ИГС 4, где частичноотдают теплоту ИГС на впуске в ДВС, далееохлаждаются в охладителе 5. Образовавшийся приэтом конденсат из водяного пара ОГ отделяется всепараторе 6 и собирается в накопительной цистерне7. Частично осушенные ОГ, состоящие в основномиз СО 2 и Н 2 О, направляются в регулятордавления 8, где разделяются на два потока: избыточныепродукты, которые затем сжимаются компрессором9 и закачиваются в скважину и основнойпоток, к которому в смесителе 11 подмешиваетсякислород. Количество кислорода определяется расходомтоплива G T и регулируется регулятором расхода12, связанным с блоком управления 13. Запаскислорода находится в емкости 14.Полученная в результате смешения ИГС подогреваетсяв подогревателе 4 и поступает во впускнойколлектор 16 ДВС. Давление ИГС в контурециркуляции поддерживается регулятором давления8, управляемым блоком 10 по сигналу датчика давления17. Нагрузкой ДВС служит электрическийгенератор 2, обеспечивающий питание потребителей,обслуживающих нефтяную скважину. Теплота,вырабатываемая установкой, отводится для технологическихи бытовых нужд через внешний контурохлаждения 15.В КГУ могут быть использованы двигателилюбых типов, как с внешним смесеобразованием,так и дизели. Не ограничивается и выбор топлива.Может быть использованы бензин, дизельное топливо,различные горючие газы, в том числе синтетические.При этом несколько изменяется выходДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 141

Гипотезы, предложенияизбыточного СО 2 , однозначно связанный с содержаниемуглерода в топливе. Например, для дизельноготоплива количество СО 2 составляет при полномсгорании 3,19 G T , а для бензина – 3,135 G T (G T– расход топлива кг/ч). Выбор типа двигателя итоплива для него связан с экономическими вопросамиэксплуатации КГУ и стоимостью единицымассы вырабатываемого СО 2 .Рис.1. Принципиальная схема когенерационнойустановки1 – ДВС, 2 – генератор, 3 – выпускной коллектор,4 – подогреватель ИГС, 5 – охладительОГ, 6 – сепаратор влаги, 7 – сборник конденсата,8 – регулятор давления ИГС, 9 – компрессор,10 – блок управления, 11 – кислородныйсмеситель, 12 – регулятор расхода кислорода,13 – блок управления, 14 – емкость с кислородом,15 – внешний контур охлаждения, 16– впускной коллектор, 17 – датчик давленияИГСОсновная частьПеревод ДВС на работу по ЗЦ накладываетощутимый отпечаток на протекание термодинамическогоцикла и имеет определенные особенности.В первую очередь они обусловлены заменойинертной части рабочего тела: азот постепенносменяется СО 2 – газом, термодинамические свойствакоторого отличаются от традиционно используемогогаза. Например такой важный показателькак истинная теплоемкость (для сравнения – припостоянном давлении) у СО 2 при 100ºС в 1,38 разавыше, чем у азота (40,3 кДж/моль·град против 29,1кДж/моль·град). И разница эта растет с ростомтемпературы.142Для оценки степени изменения показателейбыли проведены теоретические расчеты термодинамическихциклов ДВС с рабочими телами на основевоздуха и смеси СО 2 с кислородом. В качествеобъекта исследования выбран бензиновый двигательМЕМЗ-307. Результаты расчетов позволилиоценить изменение эффективности протекания отдельныхпроцессов действительного цикла ДВСпри переходе на ИГС СО 2 с кислородом. В частностииспользование таких ИГС приводит к снижениютемпературы конца сжатия и для восстановленияее значения, соответствующего работе навоздухе, необходим предварительный подогревИГС на впуске в ДВС. Для двигателя МЕМЗ-307при использовании ИГС состава СО 2 – 64%, Н 2 О –13%, О 2 – 23% по объему необходим предварительныйподогрев ее до 110ºС. В дизелях подогревнеобходим также для обеспечения нормальногосамовоспламенения поданного в цилиндр топлива.Введение предварительного подогрева ИТСна впуске приводит к уменьшению коэффициентанаполнения и одним из путей увеличения его значенияявляется повышение давления циркулирующейв контуре смеси.Влияние высокой теплоемкости рабочего телана протекание процессов сгорания и расширенияпроявляется через уменьшение максимальной температурыT Z и давления цикла p Z и снижение среднегопоказателя политропы расширения. Максимальнаятемпература цикла для исследуемого объектауменьшилась с 2900 К при работе на воздухедо 2160 К с КГС, соответственно максимальноедавление сгорания – с 6,6 МПа до 4,9 МПа. Однакоодновременное снижение T Z и среднего показателяполитропы расширения способствовали тому, чтотемпература ОГ в конце процесса мало различаласьдля рассматриваемых рабочих тел: 1476 К – длявоздуха и 1508 К – для ИГС. Результатом отрицательноговлияния высокой теплоемкости рабочеготела на все процессы действительного цикла явилосьснижение мощности двигателя с 47 кВт до36,7 кВт и увеличение удельного эффективногорасхода топлива с 285,5 г/кВт·ч до 405 г/кВт·ч. Соответственновыросли количества избыточныхпродуктов от сгорания топлива: СО 2 с 42,07 до46,6 кг/ч и водяного пара с 17,51 до 19,39 кг/ч.В общем представлении изменение характерапротекания действительного цикла ДВС при переходена рабочее тело с более высокой теплоемкостьювыражается через перераспределение полезноДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Гипотезы, предложенияиспользуемой теплоты и теплоты уносимой с ОГпри незначительном изменении прочих потерь.Полезно используемая теплота при этом уменьшается,а теплота, уносимая с ОГ – увеличивается.ВыводыЕсли КГУ рассматривать как источник СО 2для активации нефтяных скважин, целесообразноиспользование в ДВС топлив, имеющих в своемэлементарном составе большее количество углерода.По этому показателю среди четырех наиболеераспространенных топлив – дизельного, бензина,пропан-бутана и природного газа выделяется дизельное,у которого в элементарном составе содержится87% углерода. У бензина, пропан-бутана иприродного газа соответственно 85,5, 82 и 75% углерода.В связи с этим для указанных целей целесообразноиспользование дизелей. К тому же в подавляющембольшинстве двигатели большой мощности– дизели.При работе КГУ из-за колебаний мощностиДВС будут изменяться количества избыточныхпродуктов, а также соотношение между развиваемоймощностью и утилизируемой теплотой, чтотребует наличия в КГУ эффективных систем автоматическогорегулирования.Запуск ДВС КГУ должен осуществляться сиспользованием воздуха на впуске при дальнейшемпереходе на работу по ЗЦ и постепенным освобождениемциркулирующей ИГС от азота. В этот промежутоквремени ОГ в скважину не направляются,а выбрасываются в атмосферу.Список литературы:1. Yantovski E. Zero Emissions Power Cycle / E.Yantovski, I.Gorski, M. Shokotov. // CRC Press, New York. – 2009. 2.Anderson R., Doyle S., Pronske K. Demonstration and commercializationof Zero emissions Power Plan. 29 th hit. Conf.on Coal utilization & Fuel Systems // R. Anderson, S. Doyle /Clearwater, FL, USA. – 2004. – Apr. 18-22. 3. Gottlicher G.Energetik der Kohlendioxidriickhaltung // G. Gottlicher /VDI Vorschungsberichte, Dusseldorf. – 1999. – Reiche 6. –№ 421.УДК 621.43П.Ю. Нечволод, асп.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРШНЕВОЙ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИРАБОТАЮЩЕЙ НА ШАХТНОМ ГАЗЕВведениеПовышение цен на энергоносители заставляетпотребителей стремиться к энергосбережению ииспользованию альтернативных энергоресурсов.Поэтому необходимо пересмотреть отношение киспользованию нетрадиционных энергоресурсов, вчастности метана в угольных пластах.Для предприятий по производству кирпича,расположенных вблизи угледобывающих шахт,проблема использования взамен природного газашахтного метана, безусловно, актуальна.Анализ публикацийДо недавнего времени шахтный метан придобыче угля извлекался с целью предварительнойдегазации пластов, а также с вентиляционным воздухомв процессе добычи угля. В последние годыон начал использоваться как топливо. Наибольшиеуспехи в этом направлении достигнуты в США, гдев течение последних 25 лет добыча шахтного метанаувеличилась более чем в 12 раз и достигла 12,5млрд.м 3 /год [1].В Донецком бассейне уровень использованиякаптированного метана примерно в 5 раз ниже, чемв угледобывающих странах Европы. Использованиешахтного метана в Украине имеет ограниченныйхарактер из-за непостоянного состава, а, следовательно,и теплоты сгорания, нестабильногодебита, повышенного содержания воздуха, влаги ипыли. Только на 17 шахтах Донбасса используется(в основном на шахтных котельных) до 18 % каптированногометана. Объем выбросов метана в Донецкомбассейне в атмосферу оценивается в 2,5млрд.м 3 в год [2]. В этом случае парниковый эффект,эквивалентен эффекту от выбросов продуктовсгорания почти всего объема природного газа,потребляемого в Украине.Экологический ущерб от выбросов 1000 м 3метана в атмосферу оценивается в 0,78 грн. Аналогичныйпоказатель для продуктов сгорания такогоже количества метана не превышает 0,09 грн. [1].Из приведенных данных следует, что экологическийущерб существенно снижается при окисленииметана. Таким образом, бедные метановоздушныесмеси с низким содержанием метана (до 20 %) яв-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 143

Гипотезы, предложенияляются, с одной стороны, загрязнителями окружающейсреды, а с другой - их следует рассматриватькак потенциальный энергоноситель.Цель и постановка задачиЦель исследования – оценка дополнительныхвозможностей использования когенерационнойустановки, работающей на шахтном метане.В настоящее время при производстве кирпичапутем обжига используют кольцевые печи с применениемприродного (табл.1). Существует несколькосхем газового оборудования кольцевыхпечей кирпичных заводов. Одним из вариантовобеспечения работы печей является подвод газа черезспециальные трубчатые горелки, опускаемыена гибких шлангах через топливные каналы. Питаниегазом проводится от кольцевого коллекторногогазопровода, прокладываемого по верху печи илинад ней. В этом случае горелочное устройствопредставляет собой гребенку из труб с отверстиямималого диаметра. Число горелок в гребенке соответствуетчислу топливных каналов в ряду. Подачагаза ведется одновременно через 8-12 гребенок,последовательно переставляемых по мере движенияогненного фронта.Таблица 1. Теплотехнические характеристикиметана [3]ХарактеристикиМетанТеплота сгорания, кДж/нм 3 с: высшая Qв39820снизшая Qн31800Теоретическое необходимое количествовоздуха V 0 для полного сгорания 1 нм 3 9,52метанаТеоретическая температура горения приизбыточном давлении, tT, °С2040Температура самовоспламенения при 0,1МПа в воздухе, t с , °С 645Концентрационные пределы воспламенения:низший α H 5,0высший α B 15,0Максимальная нормальная скорость распространенияпламени U H, м/сек 0,36Объем продуктов сгорания при α=1 , нм 3 10,5Основной недостаток этой схемы заключаетсяв наличии гибких и недостаточно надежных соединенийгорелочных устройств с коллекторным газопроводом.Кроме того, эксплуатация печи затрудняетсяиз-за необходимости частой перестановкигорелок и их недостаточной стойкости в условиях144высоких температур.Другая схема предусматривает оборудованиепечей подовыми стационарными горелками, располагаемымив специальных каналах ниже уровняпода. Каналы с горелочными трубами устраиваютсяпоперек печного туннеля на расстоянии 0,5–0,8м друг от друга. Конструкция верха горелочногоканала должна предотвращать засорение сопловыхотверстий горелок.Расстояния между сопловыми отверстиямигорелки принимаются 300–500 мм. Чтобы получитьравномерный выход газа из сопловых отверстийгорелочной трубы при расчете действующегодавления перед отверстиями, следует учитыватьпадение давления из-за наличия сопротивлениятрения. Это особенно важно при низком давлениигаза. Давление газа, необходимое для работы горелоккольцевых печей, обычно лежит в пределах от1000 до 3000 мм вод. ст.Анализ показывает, что для обеспечения температурыпродуктов сгорания на уровне 1167-1300°С, необходимо обеспечить соотношения горючейчасти и окислителя в топливовоздушнойсмеси на уровне α=1,7÷2,0 (табл.2). В пересчете наабсолютные показатели – 17÷21 м 3 воздуха на 1 м 3метана. При 20 % содержании метана в шахтномгазе, на 1 м 3 метана приходится 5 м 3 воздуха, чтосоответствует стехиометрическому соотношению“топливо-окислитель” (табл. 1) и обеспечиваеттемпературу горения 2040°С, что выше значениянеобходимого для обжига кирпича.Таблица 2. Теоретическая температура горения,°С природного газа при различных значенияхкоэффициента избытка воздуха [4]Коэффициент избытка воздуха α1,0 1,1 1,2 2,02009 1868 1769 1167Для доведения температуры продуктов сгораниядо значений, необходимых по технологии обжига,следует увеличить количество воздуха, чтопозволяет говорить о возможности практическогоиспользования шахтного газа с содержанием метанав газовоздушной смеси на уровне 15 % и вышев качестве топливной смеси для обжиговых печейпри производстве кирпича. В случае более высокогосодержания метана в шахтном газе, подаетсядополнительное количество воздуха в горелочноеустройство, и обеспечивается необходимое значениетемпературы продуктов сгорания. Для использованияшахтного газа взамен природного в обжиговыхпечах необходимо выполнить реконструкцииДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Гипотезы, предложениягорелочных устройств и оснастить их системойавтоматического регулирования соотношения«воздух-метан». В этом случае в системе управленияпроцессов, в качестве обратной связи, можноиспользовать температуру горения, являющуюсяфункцией соотношения “горючее и окислитель”.В работе рассмотрена возможность использованияпоршневой когенерационной установки, работающейна шахтном газе переменного составадля обжига кирпича. При такой схеме отработавшиегазы подаются по теплоизолированным каналамв горелки, установленные в печи. Схема предложеннойпоршневой когенерационной установкипредставлена на рис 1.Рис. 1. Принципиальная схема когенерационной установки по утилизации шахтного метана:1 – шахта, 2 – вакуумный насос, 3 – сепаратор, 4 – насос, 5 – баллоны для хранения сжатого газа, 6 – смесительс блоком управления, 7 – ДВС, 8 – отвод отработавших газов (ОГ), 9 - контур горелок, установленныхв печи, 10 – генератор, 11 – рекуперация электроэнергии, 12 – отбор электроэнергии, необходимой дляавтономной работы когенерационной установкиПредложенная схема позволяет улучшить экологическуюситуацию в районах добычи угля, засчет утилизации шахтного метана и снижения затратна энергоносители при использовании сетевогометана для обжига кирпича в ободовых печах.Вырабатываемая мотор-генераторной установкойэлектроэнергия может использоваться для освещенияи обогрева технологических помещений,привода вспомогательных агрегатов и др.В табл. 3. приведена оценочная стоимость первоначальныхкапиталовложений на единицу мощностимотор-генераторной установки.Таблица 3. Оценочная стоимость первоначальныхкапиталовложений на единицу мощности [2]ВыводыОкончательное решение о целесообразностииспользования шахтного газа в обжиговых печахкирпичных заводов может быть сделан лишь на основедетального технико-экономического анализадля конкретного варианта, учитывающего качествошахтного газа (содержание метана), его количество,прогнозов на длительность поставки, стоимостьтранспортировки шахтного газа и других факторов,определяющих экономические и экологические показателиреконструкции.Использование поршневой когенерационнойустановки, работающей на шахтном метане переменногосостава при обжиге кирпича, является приоритетнойзадачей и требует дальнейших расчетнотеоретическихи экспериментальных исследований.Начальная стоимость единицы мощностиРабота на штатном топливеСписок литературы:Номинальная Цена Стоимость 1. Шестопалов А.В. О технологии промысловой добычиМаркамощность ДВС, дол. одного кВт, метана из угольных пластов / Шестопалов А.В // Проблемыаэрологии горнодобывающих предприятий. Сб. науч-ДВСДВС, кВт США дол. СШАных трудов Национальной горной академии Украины. –ЗиЛ-110 6200 561999. – № 5. – С.18-21. 2. Булат А.Ф. Создание индустрии508.10шахтного метана в топливно-энергетическом комплексеРабота на метановоздушной смесиукраины / А.Ф. Булат. – [Электронный ресурс]. – РежимЗиЛ- 100* 6830**доступа: www.masters.donntu.edu.ua/2006/fgtu/samus68,3508.10/library/2.htm. 3. Сычев В.В. Термодинамические свойства* - с учетом снижения мощности ДВС, работающего на метана: ГСССД Серия монографии / В.В. Сычев, Л.Л.метановоздушной смеси;Вассерман, В. Л. Загорученко, Л.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов,В А. Цымарпый. – М.: Издательство стандартов,** - с учетом стоимости газового оборудования и работ1979 – 348 с. 4 Голубев И.Ф. Вязкость газовых смесей /И.Ф. Голубев, Н.Е. Гнездилов. - М.: Издательство стандартов,1971 —325 с.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 145

Наши поздравленияБОРИСУХАРЛАМПИЕВИЧУДРАГАНОВУ90 ЛЕТ19 июля 2010 г. исполнилось 90 лет Борису Харлампиевичу Драганову,доктору технических наук, профессору, академику АНВШ Украины ицелого ряда международных Академий.Драганов Борис Харлампиевич родился 19 июля 1920 г. в семьесельских учителей. Участник Великой Отечественной войны.Драганов Б. Х. в 1945 году с отличием окончил Одесский институтинженеров морского флота. С 1949 г. по 1952 г. работал конструктором,главным конструктором Дунайского пароходства. В 1949 г. защитилкандидатскую диссертацию, а в 1974 г. – докторскую диссертацию. С 1952года работал в НАУ Украины вначале доцентом кафедры «Теплотехники игидравлики», а с 1975 года – профессором кафедры «Теплоэнергетика»НАУ. С 1974 г. по 1989 г. заведовал кафедрой. В настоящее время Драганов Борис Харлампиевич работаетпрофессором кафедры теплоэнергетики Института энергетики и автоматики Национального университетабиоресурсов и природопользования Украины, а также ведущим научным сотрудником Института техническойтеплофизики Hациональной академии наук Украины.Драганов Б.Х. автор более чем 450 научных публикаций, в том числе, 7 патентов и авторских свидетельствна изобретения, 7 монографий, 38 учебников и учебных пособий.С его участием и под его редакцией издан комплекс учебников и учебных пособий по сельскохозяйственнойтеплоэнергетике.Проф. Драганов Б.Х. Подготовил 7 докторов и 16 кандидатов наук, является членом 3 специализированныхученых советов по защите докторских диссертаций.Драганову Б.Х. присвоено почетное звание «Отличник образования Украины», он награжден трудовымотличием «Знак почета» Министерства аграрной политики Украины, нагрудным знаком Министерстватоплива и энергетики Украины «Почетный энергетик Украины» и Почетной грамотой Кабинета МинистровУкраины.Сердечно поздравляем Драганова Бориса Харлампиевича с юбилеем, желаем ему крепкого здоровья,новых достижений и творческих успехов.АНАТОЛИЮФЕДОРОВИЧУШЕХОВЦОВУИСПОЛНЯЕТСЯ – 80!25 ноября 2010 г. исполняется 80 лет со дня рождения АнатолияФедоровича Шеховцова, доктора технических наук, профессора,лауреата Государственной премии Украины в области науки и техники,заслуженного деятеля науки Украины, академика Академии наук высшейшколы Украины, кавалера ордена Ярослава Мудрого.Анатолий Федорович Шеховцов в 1949 году поступил в ХПИ. И впоследующем вся жизнь Анатолия Федоровича тесно связана с ХПИ.Будучи студентом, аспирантом, затем – педагогом, ученым, он отдаетвсю свою энергию, талант, знания совершенствованию и созданиюперспективных двигателей внутреннего сгорания, воспитывая не однопоколение студентов, инженеров, ученых и практиков.С 1970 г. по 2001 г. Анатолий Федорович возглавлял кафедрудвигателей внутреннего сгорания, укрепляя ее кадровый состав иматериальную базу, развивая передовые методы исследований.Профессор А.Ф. Шеховцов является основоположником ряда научных направлений в области фундаментальныхи прикладных исследований ДВС.За свою многолетнюю трудовую деятельность Анатолий Федорович Шеховцов подготовил целуюплеяду ученых – 18 кандидатов и 5 докторов технических наук. Издал свыше 280 научных трудов, в томчисле 3 монографии, свыше 10 учебных пособий и учебников, получил 60 авторских свидетельств и патентовна изобретения. Во многом благодаря таланту, профессионализму, настойчивости профессора А.Ф. Шеховцовавышло в свет уникальное издание учебников по ДВС в шести томах.Увлеченность, целеустремленность, высокие организаторские способности А.Ф. Шеховцова проявилисьв различных сферах общественной деятельности, он внес заметный вклад в развитие ХПИ, заслуженнопользовался большим авторитетом.Поздравляя с юбилеем, редколлегия журнала «Двигатели внутреннего сгорания», его соратники идрузья желают Шеховцову Анатолию Федоровичу крепкого здоровья, всяческих успехов и личного счастья.146ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рефераты опубликованных статейУДК 621.43Абрамчук Ф.И. Программный комплекс для моделированиявнутрицилиндровых процессов ДВС / Ф.И.Абрамчук, А.Н. Авраменко // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С.7-12Рассмотрены возможности программного комплексадля моделирования рабочего цикла ДВС. Моделированиевыполнено на примере дизеля Д21А (2 Ч 10,5/12)при работе на режиме номинальной мощности. Приведенырезультаты сравнения расчетной оценки концентрациитоксичных компонентов продуктов сгорания, такихкак NO, CO и твердые частицы, с данными экспериментаи результатами расчета по методикам других авторов.Табл. 2. Ил. 8. Библиогр. 18.УДК 621.436.038Грицюк А.В. Исследование двухфазного впрыскиваниятоплива в высокооборотном малолитражномдизеле серии ДТА / А.В. Грицюк, А.Н. Врублевский,А.А. Прохоренко, А.Н. Севастьянов // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С. 13-18.В работе приведены результаты моторных испытанийодноцилиндрового четырёхклапанного быстроходногодизеля с непосредственным впрыскиванием топливаи электронной ТА. Исследована и зафиксирована эффективностьприменения двухфазной топливоподачи дляснижения шума работы дизеля. Показано, что существуетвозможность модификации закона сгорания топлива вцилиндре путем организация двухфазной топливоподачис различными параметрами фаз впрыскивания. Табл. 1.Ил. 8. Библиогр. 9.УДК 621.43Кукис В.С. О возможной аппроксимации рабочегоцикла двигателя Стирлинга / В.С. Кукис, В.А. Романов,А.И. Рыбалко, Ю.А. Постол // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С.18-22.Предложена аппроксимация рабочего цикла, протекающегово внутреннем контуре двигателя Стирлинга,восемью политропными процессами. На основе анализпроцессов во внутреннем конуре с учетом кинематикимеханизма привода рабочего поршня и вытеснителя линиюиндикаторной диаграммы разделена на участки,соответствующие каждому из четырех основных этаповрабочего цикла (регенеративным нагреву и охлаждению,подводу теплоты извне и ее отводу вовне) с их детализацией.Обоснованы границы каждого из восьми политропныхпроцессов. Приведены результаты оценки адекватностипредложенной модели, показавшие ее преимуществоперед другими, известными из литературы, термодинамическимимоделями. Табл. 1. Ил. 4. Библиогр. 6.УДК 621.43.013Корогодский В.А. Исследование процессов массо – итеплообмена в топливной струе с периферийным распределениемтоплива / В.А. Корогодский, А.А. Хандримайлов,Е.С. Грайворонский // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С.22-27.Уточнение модели процессов массо – и теплообменав топливной струе с периферийным распределениемтоплива позволило определить количество испарившейсямассы топлива при движении струи и выбрать рациональноеместо установки форсунки в цилиндре двигателяотносительно поверхности камеры сгорания, расположеннойв головке цилиндра. Ил. 6. Библиогр. 7 назв.УДК 621.43Крайнюк А.И. Имитационная модель системы наддуваглубокого охлаждения наддувочного воздуха / А.И.Крайнюк, С.А. Алёхин, С.В. Алексеев, А.А. Крайнюк// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.27-34.Раскрыт новый принцип организации рабочегопроцесса комбинированной системы наддува дизеля скаскадным обменником давления, позволяющей значительноподнять уровень форсирования двигателя наддувомза счет расширения области эффективного воздухоснабженияи охлаждения наддувочного воздуха до температурыниже окружающей среды без привлечения дополнительноймеханической энергии на осуществлениехолодильного цикла. Изложены основные положенияимитационной модели работы комбинированного двигателявнутреннего сгорания. Приведены некоторые результатырасчетно-экспериментальных исследованийсистемы наддува двигателя 6ЧН12/14. Ил. 7. Библиогр. 7.УДК 621.435Гончаренко А.В. Характеристики распыливания топливасглаженные логарифмически нормальнымраспределением для судовых дизелей / А.В. Гончаренко// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2.– С.34-40.Приведен аналитический обзор экспериментальныхисследований по характеристикам распыливаниянефтяных топлив и водоугольных суспензий. Вниманиеуделено представлению характеристик и сглаживаниюих с помощью логарифмически нормального распределения.Выполнен конкретный пример обработки предполагаемыхэкспериментальных данных в виде статистическогоряда. Для проверки гипотезы о нормальном логарифмическомраспределении использован критерий χ 2 .По критерию Пирсона на уровне 10,24 проверена даннаягипотеза и получена согласованность с данными наблюдениями.Вероятность при 15 степенях свободы составляетболее чем 0,8, что означает, что проверяемая гипотезане противоречит предполагаемым экспериментальнымданным. В соответствии с заданными статистическимиданными выполнены необходимые расчеты. Построенысоответствующие диаграммы. Табл. 3. Ил. 3.Библиогр. 9.УДК 621.436Марченко А.П. Влияние температуры стенок камерысгорания на испарение и выгорание топлива в форсированныхдизелях / А.П. Марченко, И.Н. Карягин,И.И. Сукачев // Двигатели внутреннего сгорания. –2010. – №2. – С.40-46.Рассмотрены вопросы влияния высокой температурыстенок камеры сгорания на характеристики испаренияи тепловыделения в форсированном дизеле. Приведенаметодика и результаты моделирования испарения и выгораниятоплива в дизеле типа 4ЧН12/14 с учетом влияниятемпературы поверхности камеры сгорания. Ил. 4.Библиогр: 7 назв.УДК 662.997Крестлинг Н.А. Применение теплонасосных установокна морских судах / Н.А. Крестлинг, В.В. Попов //Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.46-49.Рассмотрено использование вторичных энергоресурсовна судах морского флота с помощью тепло насосныхустановок (ТНУ), а также применение тепловыхнасосов на судах. Рассмотрены технологическая схема иэксергетический баланс комплексного тепло - и хладоснабженияот ТНУ. Рассмотрены технологическая схемаи эксергетический баланс комплексного тепло– и хладоснабжениятехнологически комфортных систем кондиционированиявоздуха на базе ТНУ. Получены различныезависимости комплексного применения ТНУ длятепло снабжения и хладоснабжения и комплексной ТНУдля тепло– и хладоснабжения технологически комфортнойсистемы кондиционирования воздуха. Ил. 6. Библиогр.1 назв.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 147

Рефераты опубликованных статейУДК 621.43.016.4Марченко А.П. Экспериментальные исследованиярабочего процесса в камере сгорания ДВС с теплоизолированнымпоршнем /А.П. Марченко В.В. Шпаковский// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – №2. – С.49-53.Приведены результаты сравнительных стендовихиспытаний дизеля 4ЧН12/14 с серийными поршнями и споршнями с корундовым слоем на поверхности донышка.Исследовано влияние частично-динамической теплоизоляциипоршня с рациональной толщиной теплоизолирующегокорундового слоя, образованного гальваноплазменнойобработкой, на параметры рабочего процессав камере сгорания дизеля 4ЧН12/14. В результате анализаиндикаторных диаграмм, диаграмм скорости тепловыделения,скорости нарастания давления, температурыгаза установлен эффект более эффективного использованиятеплоты сгорания топлива, обеспечивающий улучшениеэкономичности работы дизеля. Ил. 7. Библиогр. 7назв.УДК 629.03Алёхин С.А. Силовая установка для бронетехники /С.А. Алёхин, В.В. Салтовский, В.И. Прокопович //Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.54-57.В предложенной статье представлены конструкторско-технологическиерешения, направленные наулучшение динамических и эксплуатационных характеристиквоенно-гусеничных машин (ВГМ), которые обеспечиваютуменьшение времени разгона до максимальнойскорости движения по грунтовым дорогам, снижениепутевых расходов топлива и масла, а также усовершенствованиесистем, обеспечивающих работу двигателя вжарких условиях (до +55 0 С) без ограничения двигателяпо мощности при максимальном использовании штатныхузлов. Кроме того, решён вопрос обеспечения длительнойработоспособности электрических систем ВГМ настоянке (в случае работы ВГМ в дежурном режиме) принеработающем основном двигателе за счёт внедрениявспомогательной силовой установки. Табл. 1. Ил. 4.УДК 621.436Лисовал А.А. Микропроцессорный регулятор дизеляи расчёт цикловой подачи топлива / А.А. Лисовал ,С.В. Кострица , А.В. Вербовский // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С.58-61.В статье представлены результаты разработки ипринцип работы экспериментального микропроцессорногорегулятора для автотракторного дизеля 4 ЧН 12/14.В микропроцессорном регуляторе, созданном на баземикроконтроллера РІС 16 F876А, формируются пологиедвухрежимные частичные характеристики. Ил. 4. Библиогр.5.УДК 621.436: 539.3: 621.74Алёхин В.И. Модернизация методологии расчета деталипоршня на прочность в местах дислокации дефектовусадочного характера / В.И. Алёхин, А.В. Белогуб,О.В. Акимов // Двигатели внутреннего сгорания.– 2010. – № 2. – С.62-65.В данной работе предлагается ряд исследованийпосвященных проблеме обеспечения надежной работы итехнического совершенства литых деталей поршней бензиновыхдвигателей внутреннего сгорания, в рамках внедренияметодологии расчета на усталостную прочность сучетом дислоцированных усадочных дефектов. Табл. 3.Ил. 2. Библиогр. 11.148УДК 621.43.016Тринев А.В. Анализ напряженного состояния выпускныхклапанов быстроходного дизеля при приложениимеханической нагрузки / А.В. Тринев, В.Т. Коваленко,А.Т. Тихоненко, А.Н. Клименко, Д.А. Куртов //// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.65-69.С ростом температуры механические свойства клапанныхсталей имеют стойкую тенденцию к ухудшению.При этом рост уровня форсирования современных быстроходныхдизелей сопровождается одновременным повышениемкак эксплуатационных температур деталейГРМ, так и механических нагрузок, в частности максимальногодавления в цилиндре. В работе на основе проведенныхрасчетно-экспериментальных исследованийсделанная оценка роли механической составляющей вформировании теплонапряженного состояния выпускныхклапанов быстроходного дизеля. Табл. 6. Ил. 4. Библиогр.7 назв.УДК 539.432Конкин В.Н. Определение напряженно-деформированногосостояния кривошипно-шатунного механизмавоздушного компрессора / В.Н. Конкин, С.М.Школьный // Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. –№ 2. – С.70-73.На основе использования системы конечноэлементногоанализа ANSYS разработана 3-х мернаямодель высокого уровня точности для кривошипношатунногомеханизма (КШМ) воздушного компрессора.Для разработанной модели определено НДС, имеющееместо в начале эксплуатации компрессора и в моментистечения срока его службы. Анализ полученных результатовпозволил установить изменение НДС для КШМ завесь срок его эксплуатации. Полученные результаты позволилиустановить, что за время эксплуатации существенногоизменения НДС в данной сборке не происходит,кроме этого, они могут быть использованы для болеекачественной постановки задач ресурсной диагностики.Табл. 4. Ил. 5. Библиогр. 3 назв.УДК 621.43Пылев В.А. Особенности термомеханического нагруженияи учета ресурсной прочности тонкостенногопоршня бензинового ДВС / В.А. Пылев, А.В. Белогуб// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.74-81.Выполнен анализ особенностей термомеханическогонагружения тонкостенного поршня бензиновогоДВС. На этой основе уточнена методика оценки ресурснойпрочности таких поршней, отвечающая концепциигарантированного обеспечения ресурса на начальныхстадиях проектирования двигателя. Табл. 2. Ил. 5. Библиогр.13 назв.УДК 66.045.1:621.43Ганжа А.Н., Марченко Н.А. Методы и средства системногоанализа поверхностных теплообменных аппаратовпаро- газотурбинных и дизельгенераторныхэнергоустановок // Двигатели внутреннего сгорания. –2010. – № 2. – С.82-86.Разработаны методы и средства системного анализатеплообменного оборудования, которое используетсяв паро-газотурбинных и дизельгенераторных энергоустановках.Методики и зависимости могут быть использованыпри решении оптимизационных задач. Исследованаэффективность аппаратов в зависимости от компоновкиповерхностей и обобщенных параметров, которые отображаютинтенсивность теплообмена, отношение расходовтеплоносителей, эксплуатационные и технологическиефакторы. Ил. 3. Библиогр. 4 назв.УДК 621.438Тарасенко А.И. Применение стандартных алгоритмовв малооборотном дизеле с регулятором на основеуправляющей ЭВМ / А.И. Тарасенко // Двигателивнутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.86-88.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Рефераты опубликованных статейРассматривается малооборотный дизель с регуляторомна основе управляющей ЭВМ. Рассмотреныалгоритмы для пропорционального регулированияи пропорционально-интегрального. Проанализировановлияние запаздывания на качество переходныхпроцессов, вызванное дискретной природойдизеля. Разработана методика расчета переходныхпроцессов с учетом дискретной природыдизеля. Предложен способ определения допустимыхвремен запаздывания при работе на частичныхрежимах, который может быть использован приреализации алгоритмов регулирования. Ил. 2. Библиогр.4 назв.УДК 621.436.1: 621.45.03:621.45.01Турчин В.Т. Анализ эффективности использованияэкономичных теоретических моделей эксплуатациитракторных дизелей для оценки ресурсной прочностипоршней / В.Т. Турчин, В.В. Матвеенко, В.А. Пылёв,С.М. Бакланов // Двигатели внутреннего сгорания. –2010. – № 2. – С. 89-92.В статье проведен анализ эффективности использованияэкономичных моделей эксплуатации тракторныхдизелей для расчета ресурсной прочности поршней.Выполнены расчеты ресурсной прочности кромкикамеры сгорания поршня дизеля 4ЧН 12/14 для разныхкатегорий трактора по моделям: экономичной ГСКБД,детализированной ИПМаш, экономичной ИПМаш, приструйном и галерейном охлаждении поршня.Установлена целесообразность использованияэкономичной модели эксплуатации ИПМаш на раннихстадиях проектирование. Показана необходимостьразработки экономичных моделей эксплуатации в соответствиис выбранным критерием качества. Табл. 4. Ил.1. Библиогр. 7 назв.УДК 621.43.016.4Шпаковский В.В. Влияние частично-динамическойтеплоизоляции на температурное состояние поверхностипоршня / В.В. Шпаковский // Двигатели внутреннегосгорания. – 2010. – № 2. – С. 92-95.Установлено существование рациональной толщинытеплоизолирующего корундового слоя на огневойповерхности поршня, обеспечивающей значительноеснижение максимального теплового потока в поршень впериод сгорания в процессе топливоподачи и диффузионногогорения. При этом происходит увеличение максимальногозначения размаха температурной волны наповерхности теплоизолирующего корундового слоя. Натакте наполнения температура корундового слоя поверхностипоршня становится ниже температуры поверхностипоршня без теплоизоляции. Ил. 8. Библиогр. 10 назв.УДК 621.436Матиевский Д.Д. Обеспечение перспективных экологическихнорм ДВС за счет применения смесевыхбиотоплив / Д.Д. Матиевский, С.С. Кулманаков //Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.96-99.Рассматриваются результаты исследований повлиянию смесевых кислородсодержащих топлив на показателииндикаторного процесса, топливной экономичностии эмиссии токсичных компонентов с отработавшимигазами дизеля. Наличие химически связанного кислородав молекуле топлива позволяет снизить количествовредных выбросов. Приведенные результаты исследованийдизеля 1Ч13/14 на смесях метилового эфира рапсовогомасла, этанола, дизельного топлива и рапсовогомасла позволяют оценить перспективы улучшения экологическихпоказателей. Табл. 1. Ил. 2. Библиогр. 5 назв.УДК 621.43.068.4Строков А. П. Современные методы очистки отработавшихгазов дизелей от твердых частиц / А. П. Строков,А. Н. Кондратенко // Двигатели внутреннего сгорания.– 2010. – № 2. – С. 99-104.В статье рассмотрены особенности состава отработавшихгазов дизелей. Изучены способы и методы очисткиотработавших газов дизелей от твердых частиц.Предложены новая конструкция и способ функционированияфильтра твердых частиц для системы очистки отработавшихгазов дизеля. Ил. 1. Библогр. 21 назв.УДК 669.85/86+502.7Канило П.М. Проблемы сжигания ископаемых топливи глобальное потепление климата / П.М. Канило,И.В. Парсаданов // Двигатели внутреннего сгорания. –2010. – № 2. – С. 104-109.Проанализированы публикации, по так называемому"глобальному потеплению" климата на Земле. Показанынеопределенности в прогностических оценках этогоявления, в том числе, на отсутствие анализа по уровнямизменений подвижного баланса между естественнымиисточниками выбросов парниковых газов в атмосферу иих стоками. Обосновывается вывод, что современноепотепление приземного слоя атмосферы в значительнойстепени является антропогенно-экологической проблемой.Указывается на необходимость существенного усилениеэкономизации и экологизации хозяйственной деятельностичеловечества, включая широкомасштабное"озеленение" планеты Земля. Табл. 1. Ил. 4. Библиогр. 10назв.УДК 621.1.018Поливянчук А.П. Повышение точности гравиметрическогометода измерений удельного выброса твердыхчастиц с отработавшими газами дизеля / А.П.Поливянчук // Двигатели внутреннего сгорания. – 2010.– № 2. – С. 110-112.Исследовано влияние на точность измерений нормируемогоэкологического показателя дизеля – удельного выбросатвердых частиц – трех факторов: погрешностейизмерительного оборудования, условий подготовки пробык анализу и параметров процесса стабилизации рабочихфильтров. Сделаны рекомендации по учету указанныхфакторов в ходе экологических испытаний дизелей.Табл. 1. Ил. 3. Библиогр. 5 назв.УДК 621.43Левтеров А.М. Образование монооксида азота и исследованиевлияния на его эмиссию регулируемыхпараметров двигателя и вида используемого топлива/ А.М. Левтеров, Л.И. Левтерова, Н.Ю. Гладкова //Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С. 113-117.Основным антропогенным источником эмиссииоксидов азота является транспорт, парк которого неуклоннорастет. Многие исследования в связи с этим посвященысовременному состоянию теории и практикипроцесса горения в двигателях внутреннего сгораниятопливовоздушных смесей. В статье рассматриваетсявлияние методов расчета и основных параметров двигателяна эмиссию монооксидов азота в случае использованиятрадиционных и смесевых топлив. Прогноз уровнятоксичности в зависимости от режимных, регулировочныхи конструктивных параметров получен в широкомдиапазоне их изменения. Ил. 5. Библиогр. 12 назв.УДК 539.3:621.432.3Шеремет В.Н. Повышение ресурса тяжелонагруженныхэлементов ДВС путем дискретного упрочнениядеталей. Моделирование напряженно-деформированногосостояния / В.Н. Шеремет, Н.А. Ткачук, В.Г.Гончаров // Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. –№ 2. – С.118-123.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 149

Рефераты опубликованных статейПредложены новые подходы к численному моделированиюнапряженно-деформированного состояниятяжелонагруженных деталей двигателей, обработанныхметодом дискретного упрочнения. Описана параметрическаямодель для исследования влияния различных факторовна прочность и жесткость в сопряжении дискретноупрочненных деталей ДВС. Получены и обобщены результаты,на основе которых рекомендованы параметрыдискретности при обработке деталей. Ил. 10. Библиогр.12 назв.УДК 521.4-2Каукаров А.К. Исследование сухого уплотнения двигателявнутреннего сгорания / А.К. Каукаров, Т.М.Мендебаев, В.Г. Некрасов, М.К. Куанышев // Двигателивнутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С. 123-127.Исследовано уплотнение поршня в цилиндре безиспользования смазочного масла. Была разработана конструкциякомпрессионных колец, состоящая из двухколец, размещенных в одном пазу поршня. Каждое изколец выполнено из двух полуколец со ступенчатымконтактом половин в вертикальной плоскости и пружинамидля их прижатия к зеркалу цилиндра. Стыки колецсдвинуты относительно друг друга на 90 о . Цилиндрическаяповерхность колец имеет проточку, в которую заложенантифрикционный слой из твердеющей пасты наоснове графита. Был подобран состав пасты, содержащий75% графитового порошка и 25% связующего жидкогостекла. Паста проверена на прочность в отдельномвиде, а также в кольцах. Испытана термическая стойкостьпасты при прокаливании. Определено усилие насдвиг колец в цилиндре, компрессия в двигателе. Износколец изучался при их работе в опытном двигателе. Полученыположительные показатели сухого уплотнения.Табл. 5. Ил. 5. Библиогр. 7.УДК 621.891Соловьев С.Н. К назначению посадок и зазоров цилиндропоршневыхсопряжений герметичных компрессоров/ С.Н. Соловьев, С.Ж. Боду // Двигателивнутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С. 127-129.Рассмотрена адекватность расчетных зависимостей,используемых при назначении величин цилиндропоршневыхзазоров. Проведено сопоставление расчетныхи экспериментальных значений параметров сопряженияпри экстремальных температурных режимах, изученавозможность влияния размерных характеристик на показателинадежности поверхностей трения, в том числеизменения зазоров вследствие температурных деформаций.Испытания компрессора были проведены на различныхрежимах работы кондиционера, на каждом режимеосуществлялась диагностика сопряжений. Исследованияпоказали адекватность расчетных зависимостей,используемых при назначении допусков и зазоров цилиндропоршневыхсопряжений. Наблюдаемые при испытанияхи эксплуатации случаи схватывания являютсяследствием пусковых износов. Табл. 3. Библиогр. 9.УДК 621.436: 621.74Таран С.Б. Реальные перспективы использованиячугуна с вермикулярным графитом для поршнейвысокофорсированных ДВС / С.Б.Таран, О.В. Акимов,А.П. Марченко // Двигатели внутреннего сгорания.– 2010. – № 2. – С. 129-132.Приведен анализ условий работы поршней высокофорсированныхдизельных двигателей внутреннегосгорания. Сообщается о результатах разработок конструкцийлитых поршней из чугуна с вермикулярным графитоми перспективности расширения конструкторскотехнологическихработ с целью дальнейшего сниженияих массы. Табл.1. Библиогр. 4.УДК 621.436Яхьяев Н.Я. Экспериментальное исследование деформациивтулок цилиндров при сборке малоразмерногодизеля 4Ч8,5/11 / Н.Я. Яхьяев, Н.М. Вагабов// Двигатели внутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С.133-136.Приведены результаты исследования напряженнодеформированногосостояния втулок цилиндров судовогомалоразмерного дизеля 4Ч8,5/11. Разработана методикаизмерения деформаций деталей цилиндро-поршневойгруппы, основанная на тензометрировании. Определенызначения деформаций втулок цилиндров в процессесборки дизеля. Показаны факторы, влияющие на отклонениямакрогеометрии цилиндров при сборке. Даны рекомендациипо уменьшению неравномерных деформацийвтулок цилиндров технологическими способами. Ил.3. Библиогр. 2 назв.УДК 621.438Барановський Д.М. Теоретическая оценка зависимостидиагностических параметров и надёжности дизелей/ Д.М. Барановський, О.Ю. Жулай // Двигателивнутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С. 137-140.Получение информации по диагностическим параметрамдает четкое представление о техническом состояниидизелей. Если провести систематизацию диагностическихпараметров, точнее методов получения информациио техническом состоянии дизелей можноприйти к уровневой системе, которая позволяет с высокойвероятностью ставить диагноз эксплуатируемымдизелям. В работе предложено 5 уровней получения информациио техническом состоянии дизелей с поэтапнымуточнением, на основе которых проведено теоретическоеисследование зависимостей вероятности безотказнойработы от диагностических параметров и их веса. Приэтом, представлено графическую интерпретацию реализациитеоретических зависимостей вероятности безотказнойработы дизелей на соответствующем уровне, диагностическихпараметров и их коэффициентов веса отисследуемого интервала времени. Проведенные экспериментальныеисследования изменения диагностическихпараметров, в зависимости от времени, показали адекватностьтеоретическим гипотезам. Ил. 2. Библиогр. 9назв.УДК 621.43.068Бганцев В.Н. Особенности использования когенерационныхустановок с поршневыми двигателямивнутреннего сгорания в системах активации малодебетныхнефтяных скважин / В.Н. Бганцев // Двигателивнутреннего сгорания. – 2010. – № 2. – С. 141-143.Представлена принципиальная схема и результатырасчётов термодинамических циклов ДВС, работающегов составе когенерационной установки с рабочими теламина основе воздуха и искусственной газовой смеси диоксидауглерода, водяного пара и кислорода. Кроме механическойи тепловой энергии установка вырабатываетдиоксид углерода как компонент отработавших газовДВС, направляемый затем в нефтяную скважину с цельюактивации нефтяного пласта. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.УДК 621.43Нечволод П.Ю. Использование поршневой когенерационнойустановки работающей на шахтном газе /П.Ю. Нечволод // Двигатели внутреннего сгорания. –2010. – № 2. – С.143-145.Работа посвящена оценке современных способовобжига кирпича в печах с использованием сетевого метана.В качестве перспективного варианта рассматриваетсясхема с поршневой когенерационной установкой,работающей на шахтном метане. Табл. 3. Ил. 1. Библиогр.5 назв.150ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

УДК 621.43Абрамчук Ф.І. Програмний комплекс для моделюваннявнутрициліндрових процесів ДВЗ / Ф.І. Абрамчук,А.М. Авраменко // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 7-12.Розглянуті можливості програмного комплексу длямоделювання робочого циклу ДВЗ. Моделювання виконанона прикладі дизеля Д21А (2 Ч 10,5/12) при роботі нарежимі номінальної потужності. Наведено результатипорівняння розрахункової оцінки концентрації токсичнихкомпонентів продуктів згоряння, таких як NO, CO татверді частки з даними експерименту та результатамирозрахунку за методиками інших авторів. Табл. 2. Іл. 8.Бібліогр. 18.УДК 621.436.038Грицюк О.В. Дослідження двофазного упорскуванняпалива у високообертовому малолітражному дизелісерії ДТА / О.В. Грицюк, О.М. Врублевський,О.О. Прохоренко, О.М. Севастьянов // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 13-18.У роботі приведені результати моторних випробуваньодноциліндрового чотириклапанного швидкохідногодизеля з безпосереднім упорскуванням палива та електронноюпаливною апаратурою. Досліджено і зафіксованоефективність застосування двофазної подачі паливадля зниження шуму роботи дизеля. Показано, що існуєможливість модифікації закону згоряння палива в циліндрішляхом організації двофазної подачі палива з різнимипараметрами фаз упорскування. Табл. 1. Іл. 8. Бібліогр.9.УДК 621.43Кукіс В.С. Про можливості апроксімації робочогоциклу двигуна Стірлінга / В.С. Кукіс, В.А. Романов,А.І. Рибалко, Ю.О. Постол // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 18-22.Запропонована апроксимація робочого циклу, якийпротікає по внутрішньому контуру двигуна Стірлінга,восьма політропними процесами. На підставі аналізупроцесів по внутрішньому контуру з врахуванням кінематикимеханізму привода робочого поршня та витискувача,лінія індикаторної діаграми поділена на частини,які відповідають кожному з чотирьох основних етапівробочого циклу (регенеративним нагріву та охолодженню,підводу теплоти зовні та її відводу зсередини) з їхдеталізацією. Обґрунтовано розмежування кожного з цихпроцесів. Надано результати оцінки адекватності запропонованоїмоделі, які вказали на її переваги щодо інших,відомих з літератури, термодинамічними моделями.Табл. 1. Іл. 4. Бібліогр. 6.УДК 621.43.013Корогодський В.А. Дослідження процесів масо – і теплообмінуу паливному струмені з периферійним розподіленнямпалива / В.А. Корогодський, А.О. Хандримайлов,Є.С. Грайворонський // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 22-27.Уточнення моделі процесів масо – і теплообміну впаливному струмені з периферійним розподілом паливадозволило визначити кількість маси, яка випаруваласяпри русі струменя й вибрати раціональне місце установкифорсунки в циліндрі двигуна щодо поверхні камеризгоряння, яка розташована в головці циліндра. Іл. 6. Бібліогр.7 назв.УДК 621.43Крайнюк О.І. Імітаційна модель системи наддуваннята глубокого охотодження наддувного повітря / О.І.Крайнюк, С.О. Алехiн, С.В. Алексєєв, А.О. КрайнюкРеферати статей, що опубліковані// Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 27-34.Розкрито новий принцип організації робочого процесукомбінованої системи наддування ДВС із каскаднимобменником тиску, що дозволяє значно підняти рівеньфорсування двигуна наддуванням за рахунок розширенняобласті ефективного повітропостачання й охолодженнянаддувочного повітря до температури нижче навколишньогосередовища без залучення додаткової механічноїенергії на здійснення холодильного циклу. Викладеноосновні положення імітаційної моделі роботи комбінованогодвигуна внутрішнього згоряння. Наведено деякірезультати розрахунково-експериментальних дослідженьдослідної системи наддування двигуна 6ЧН12/14. Іл. 7.Бібліогр. 7 назв.УДК 621.435Гончаренко А.В. Характеристики розпилюванняпалива згладжені логарифмічно нормальним розподіломдля суднових дизелів / А.В. Гончаренко // Двигунивнутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 34-40.Наведено аналітичний огляд експериментальнихдосліджень за характеристиками розпилювання нафтовихпалив та водовугільних суспензій. Увагу приділенопредставленню характеристик та згладжуванню їх задопомогою логарифмічно нормального розподілу. Виконаноконкретний приклад обробки припущенних експериментальнихданих у вигляді статистичного ряду. Дляперевірки гіпотези про нормальний логарифмічний розподілвикористано критерій χ 2 . За критерієм Пірсона нарівні 10,24 перевірено дану гіпотезу та отримано узгодженістьіз даними спостережень. Ймовірність при 15ступенях свободи складає більш як 0,8, що означає, щогіпотеза, яка перевіряється не має протиріч із експериментальнимиданими, котрі припускаються. У відповідностііз заданими статистичними даними виконано необхіднірозрахунки. Побудовано відповідні діаграми. Табл. 3.Ил. 3. Библиогр. 9.УДК 621.436Марченко А.П. Вплив температури стінок камеризгоряння на випар і вигоряння палива у форсованихдизелях / А.П. Марченко, І.М. Карягін, І.І. Сукачов //Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 40-46.Розглянуті питання впливу високої температуристінок камери згоряння на характеристики випару й тепловиділенняу форсованому дизелі. Наведено методикута результати моделювання випару і вигоряння палива вдизелі типу 4ЧН12/14 з урахуванням впливу температуриповерхні камери згоряння. Іл. 4. Біблиогр: 7 назв.УДК 662.997Н.А. Крестлинг, В.В. Попов Використання теплонасоснихустановок на морських судах / Н.А. Крестлинг,В.В. Попов // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. –№ 2. – С. 46-49.Розглянуто використовування вторинних енергоресурсівна судах морського флоту за допомогою теплонасоснихустановок (ТНУ), а також вживання тепловихнасосів на судах. Розглянуті технологічна схема і эксергетическийбаланс комплексного тепло - і хладопостачаннявід ТНУ. Розглянуті технологічна схема і эксергетическийбаланс комплексного тепло- і хладопостачаннятехнологічно комфортних систем кондиціонування повітряна базі ТНУ. Одержані різні залежності комплексноговживання ТНУ для теплопостачання і хладопостачанняі комплексної ТНУ для тепло- і хладопостачання технологічнокомфортної системи кондиціонування повітря.Іл. 6. Бібліогр. 1 назв.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 151

Реферати статей, що опублікованіУДК 621.43.016.4Марченко А. П. Експериментальні дослідження робочогопроцесу в камері згоряння ДВЗ із теплоизолльованимпоршнем /А. П. Марченко В. В. Шпаковський// Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 49-53.Наведено результати порівняльних стендових випробуваньдизеля 4ЧН12/14 із серійними поршнями й зпоршнями з корундовим шаром на поверхні денця. Дослідженовплив частково-динамічної теплоізоляції поршняз раціональною товщиною теплоізолюючого корундовогошару, утвореного гальваноплазменою обробкою,на параметри робочого процесу в камері згоряння дизеля4ЧН12/14. У результаті аналізу індикаторних діаграм,діаграм швидкості тепловиділення, швидкості наростаннятиску, температури газу встановлено ефект більшеефективного використання теплоти згоряння палива, щозабезпечує поліпшення економічності роботи дизеля. Іл.7. Бібліогр. 7 назв.УДК 629.03Альохін С.О. Силова установка для бронетехніки /С.О. Альохін, В.В. Салтовський, В.І. Прокопович //Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 54-57.У запропонованій статті представлені конструкторсько-технологічнірішення, спрямовані на поліпшеннядинамічних і експлуатаційних характеристик військовогусеничнихмашин (ВГМ), що забезпечують зменшеннячасу розгону до максимальної швидкості руху по ґрунтовихдорогах, зниження шляхових витрат палива й масла,а також удосконалення систем, що забезпечують роботудвигуна в жарких умовах (до +55 0 С) без обмеження двигунапо потужності при максимальному використанніштатних вузлів. Крім того, вирішено питання забезпеченнятривалої працездатності електричних систем ВГМна стоянці (у випадку роботи ВГМ у черговому режимі)при непрацюючому основному двигуні за рахунок упровадженнядопоміжної силової установки. Табл. 1. Іл. 4.УДК 621.436Лісовал А.А. Мікропроцесорний регулятор дизеля ірозрахунок циклової подачі палива / А.А. Лісовал ,С.В. Костриця , О.В. Вербовський // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 58-61.В статті представлено результати розробки тапринцип роботи експериментального мікропроцесорногорегулятора для автотракторного дизеля 4 ЧН 12/14. Вмікропроцесорному регуляторі, який створено на основімікроконтролера РІС 16 F876А, формуються дворежимнічасткові характеристики з невеликим нахилом. . Іл. 4.Бібліогр. 5 назв.УДК 621.436: 539.3: 621.74Альохін В.І. Модернізація методології розрахункудеталі поршня на міцність у місцях дислокації дефектівусадкового характеру / В.І. Альохін, О.В. Білогуб,О.В. Акімов // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. –№ 2. – С. 62-65.У даній роботі пропонується ряд досліджень присвяченихпроблемі забезпечення надійної роботи і технічноїдосконалості литих деталей поршнів бензиновихдвигунів внутрішнього згорання, в рамках впровадженняметодології розрахунку на втомну міцність з урахуваннямдислокованих усадкових дефектів. Табл. 3. Іл. 2.Бібліогр. 11 назв.152УДК 621.43.016Тринев О.В., Коваленко В.Т., Тихоненко А.Т., КлименкоО.М., Куртов Д.А. Аналіз напруженого стану випускнихклапанів швидкохідного дизеля при прикладаннімеханічного навантаження // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 65-69.Зі зростанням температури механічні властивостіклапанних сталей мають стійку тенденцію до погіршення.При цьому зростання рівня форсування сучаснихшвидкохідних дизелів супроводжується одночаснимпідвищенням як експлуатаційних температур деталейГРМ, так і механічних навантажень, зокрема максимальноготиску в циліндрі.В роботі на основі проведених розрахунковоекспериментальнихдосліджень зроблена оцінка ролімеханічної складової у формування теплонапруженогостану випускних клапанів швидкохідного дизеля. Табл.6. Іл. 4. Бібліогр. 7 назв.УДК 539.432Конкін В.Н. Виявлення напружено-деформованогостану кривошипно-шатунного механізму повітряногокомпресору. / В.Н. Конкін, С.М. Школьний // Двигунивнутрішнього згоряння. – 2010. – №2. – С. 70-73.На базі використання системи кінцево-елементногоаналізу ANSYS розроблена 3-х мірна модель для кривошипно-шатунногомеханізму (КШМ) повітряного компресору.Для розробленої моделі проведено виявленняНДС, яке має місто у початку експлуатації компресору, атакож у кінцевий момент строку його роботи. Аналізотриманих результатів дозволив встановити зміну НДСдля КШМ за весь строк його експлуатації як невелику.Методика рішення проблеми включає два головних етапи– рішення контактних задач для КШМ у зібраномустані, та рішення окремих задач для вала та шатунів звикористанням отриманих рішень контактних задач.Аналіз результатів дозволив встановити, що НДС уКШМ має не дуже високий характер, окрім локальнихзон концентрації. Табл. 4. Іл. 5. Бібліогр. 3 назв.УДК 621.43Пильов В.О. Особливості термомеханічного навантаженнята визначення ресурсної міцності тонкостінногопоршня бензинового ДВЗ / В.О. Пильов, О.В. Білогуб// Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. –С. 74-81.Виконано аналіз особливостей термомеханічногонавантаження тонкостінного поршня бензинового ДВЗ.На цій основі уточнено методику оцінки ресурсної міцностітаких поршнів, яка відповідає концепції гарантованогозабезпечення ресурсу на початкових стадіях проектуваннядвигуна. Табл. 2. Іл. 5. Бібліогр. 13 назв.УДК 66.045.1:621.43Ганжа А.М. Методи і засоби системного аналізу поверхневихтеплообмінних апаратів паро- газотурбіннихі дизельгенераторних енергоустановок / А.М. Ганжа,Н.А. Марченко // Двигуни внутрішнього згоряння. –2010. – №2.– С. 82-86.Розроблено методи і засоби системного аналізу теплообмінногообладнання, що використовується у парогазотурбіннихта дизельгенераторних енергоустановках.Методика і залежності можуть бути використані привирішенні оптимізаційних задач. Досліджено ефективністьапаратів залежно від компонування поверхонь іузагальнених параметрів, які відображають інтенсивністьтеплообміну, відношення витрат теплоносіїв, експлуатаційніта технологічні фактори. Іл. 3. Бібліогр. 4 назв.УДК 621.438Тарасенко О.І. Застосування стандартних алгоритмівДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

в малообертовому дизелі з регулятором на базі керуючоїЕОМ / О.І. Тарасенко // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – №2. – С. 86-88.Розглядається малообертовий дизель з регуляторомна базі керуючої ЕОМ. Розглянуто алгоритми для пропорційногота пропорційно-інтегрального регулювання.Проаналізовано вплив запізнювання, яке викликано дискретноюприродою дизеля на якість перехідних процесів.Розроблена методика розрахунку перехідних процесів зурахуванням дискретної природи дизеля. Запропонованоспосіб визначення допустимих термінів запізнюванняпри роботі на часткових режимах. Цей спосіб може бутивикористаний при реалізації алгоритмів регулювання. Іл.2. Бібліогр. 4 назв.УДК 621.436.1: 621.45.03:621.45.01Турчин В.Т. Аналіз ефективності застосування економічнихтеоретичних моделей експлуатації тракторнихдизелів для оцінки ресурсної міцності поршнів /В.Т. Турчин, В.В. Матвєєнко, В.О. Пильов, С.М. Бакланов// Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2.– С. 89-92.У статті проведено аналіз ефективності застосуванняекономічних моделей експлуатації тракторнихдизелів для розрахунку ресурсної міцності поршнів. Виконанорозрахунки ресурсної міцності кромки камеризгоряння поршня дизеля 4ЧН 12/14 для різних категорійтрактора за моделями: економічною ГСКБД, деталізованоюІПМаш та економічною ІПМаш, при струминномута галерейному охолодженні поршня. Встановлено доцільністьвикористання економічної моделі експлуатаціїІПМаш на ранніх стадіях проектування. Показано необхідністьрозробки економічних моделей експлуатаціївідповідно до обраного критерію якості. Табл. 4. Іл. 1.Бібліогр. 7 назв.УДК 621.43.016.4Шпаковський В. В. Вплив частково-динамічної теплоізоляціїна температурний стан поверхні поршня /В.В. Шпаковський // Двигуни внутрішнього згоряння. –2010. – № 2. – С. 92-95.Встановлено існування раціональної товщини теплоізолюючогокорундового шару на вогневій поверхніпоршня, що забезпечує значне зниження максимальноготеплового потоку в поршень у період згоряння в процесіпаливопостачання й дифузійного горіння. При цьомувідбувається збільшення максимального значення розмахутемпературної хвилі на поверхні теплоізолюючогокорундового шару. На такті наповнення температуракорундового шару поверхні поршня стає нижче температуриповерхні поршня без теплоізоляції. Іл. 8. Бібліогр.10 назв.УДК 621.436Матіевскій Д.Д. Забезпечення перспективнихекологічних норм ДВЗ за рахунок застосуваннясумішевих біопалив / Д.Д. Матіевскій, С.C.Кулманаков // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010.– №2. – С. 96-99.Розглядаються матеріали наукових досліджень звпливу сумішевих палив кисневмісних на показникиіндикаторного процесу, паливної економічності і емісіїтоксичних компонентів у відпрацьованих газах дизеля.Наявність хімічно пов'язаного кисню в молекулі паливадає можливість різко знизити кількість шкідливих викидів.Наведені результати моторних випробувань дизеля1Ч13/14 на сумішах метилового ефіру ріпакової олії,етанолу, дизельного палива й рапсового масла дозволяютьоцінити перспективи поліпшення показників робочогопроцесу. Табл. 1. Іл. 2. Бібліогр. 5 назв.Реферати статей, що опублікованіУДК 621.43.068.4Строков О.П. Сучасні методи очищення відпрацьованихгазів дизелів від твердих часток / О.П. Строков,О.М. Кондратенко // Двигуни внутрішнього згоряння. –2010. – № 2. – С. 99-104.У статті розглянуто особливості складу відпрацьованихгазів дизелів. Вивчено способи та методи очищеннявідпрацьованих газів дизелів від твердих часток. Запропонованонову конструкцію та спосіб функціонуванняфільтра твердих часток дизеля. Ил. 1. Библогр.21 назв.УДК 669.85/86+502.7Каніло П.М. Проблеми спалювання викопних паливі глобальне потепління клімату / П.М. Каніло,І.В. Парсаданов // Двигуни внутрішнього згоряння. –2010. – № 2. – С. 104-109.Проаналізовано численні публікації, у тому числі,матеріали 15-й кліматичної конференції ООН, по такзваному "глобальному потеплінню" клімату на планетіЗемля. Вказується на невизначеності в прогностичнихоцінках цього явища, у тому числі, на відсутність аналізупо рівнях змін рухливого балансу між природними джереламивикидів парникових газів в атмосферу і їхнімистоками. Обґрунтовується, що сучасне потепління приземногошару атмосфери в значній мірі є проблемоюантропогенно-екологічною. Вказується на необхідністьістотного посилення вектора економізації та екологізаціїгосподарської діяльності людства, включаючи, як одне знайважливіших, – широкомасштабне "озеленення" планетиЗемля. Табл. 1. Іл. 4. Бібліогр. 10 назв.УДК 621.1.018Полив’янчук А.П. Підвищення точності гравіметричногометоду вимірювань питомого викиду твердихчастинок з відпрацьованими газами дизелів / А.П.Полив’янчук // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010.– №2. – С. 110-112.Досліджено вплив на точність вимірювань нормуємогоекологічного показника дизеля – питомого викидутвердих частинок – трьох факторів: похибок вимірювальногообладнання, умов підготовки проби до аналізу тапараметрів процесу стабілізації робочих фільтрів. Зробленірекомендації щодо врахування вказаних факторів вході екологічних випробувань дизелів.Табл. 1. Іл. 3. Бібліогр. 5 назв.УДК 621.43Лєвтєров А.М. Утворення монооксиду азоту й дослідженнявпливу на його емісію регульованих параметрівдвигуна й виду використовуваного палива /А.М. Лєвтєров, Л.І. Лєвтєрова, Н.Ю. Гладкова // Двигунивнутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 113-117.Основним антропогенним джерелом емісії оксидівазоту є транспорт, кількість якого невпинно зростає. Численнідослідження у зв'язку з цим присвячені сучасномустану теорії та практиці процесу згоряння паливоповітрянихсумішей у поршневих двигунах. В роботі розглянутовплив методів розрахунку та основних параметрівдвигуна на емісію монооксидів азоту у випадку використаннятрадиційних та сумішевих палив. Прогнозний рівеньтоксичності в залежності від режимних, регулювальнихта конструктивних параметрів отримано в широкомудіапазоні їх змінення. Іл. 5. Бібліогр. 12 назв.УДК 539.3:621.432.3Шеремет В.М. Підвищення ресурсу важконавантаженихелементів ДВЗ шляхом дискретного зміцненнядеталей. Моделювання напружено-деформованогоДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 153

Реферати статей, що опублікованістану / В.М. Шеремет, М.А. Ткачук, В.Г. Гончаров //Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 118-123.Запропоновані нові підходи до числового моделюваннянапружено-деформованого стану важконавантаженихдеталей двигунів, оброблених методом дискретногозміцнення. Описана параметрична модель для дослідженнявпливу різних чинників на міцність і жорсткістьв сполученні дискретно зміцнених деталей ДВЗ. Отриманіі узагальнені результати, на основі яких рекомендованіпараметри дискретності при обробці деталей. Іл. 10.Бібліогр. 12 назв.УДК 521.4-2Каукаров А.К. Дослідження сухого ущільнення двигунавнутрішнього згоряння / А.К. Каукаров, Т.М.Мендебаєв , В.Г. Некрасов, М.К. Куанышев // Двигунивнутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 123-127.Досліджено ущільнення поршня в циліндрі без використаннямастила. Була розроблена конструкція компресійнихкілець, що складає із двох кілець, розміщених водному пазу поршня. Кожне з кілець виконано з двохпівкілець зі східчастим контактом половин у вертикальнійплощині й пружинами для їхнього притиснення додзеркала циліндра. Стики кілець зрушені відносно одинодного на 90 о. Циліндрична поверхня кілець має проточку,у яку закладений антифрикційний шар з пасти, щотвердіє, на основі графіту. Був підібраний состав пасти,що містить 75% графітового порошку й 25% сполучногорідкого скла. Паста перевірена на міцність окремо, а такожу кільцях. Випробувано термічну стійкість пасти припрожарюванні. Визначено зусилля на зрушення кілець уциліндрі, компресія у двигуні. Зношування кілець вивчалосяпри їхній роботі в дослідному двигуні. Отриманопозитивні показники сухого ущільнення. Табл. 5. Іл. 5.Бібліогр. 7 назв.УДК 621.891Соловйов С.М. До призначення посадок і зазорів циліндропоршневихспряжень герметичних компресорів/ С.М. Соловйов, С.Ж. Боду // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 127-129.Розглянуто адекватність розрахункових залежностей,які використовуються при призначенні величин циліндропоршневихзазорів. Проведено зіставлення розрахунковихі експериментальних значень параметрів сполученняпри екстремальних температурних режимах,вивчена можливість впливу розмірних характеристик напоказники надійності поверхонь тертя, в тому числі змінизазорів внаслідок температурних деформацій. Випробуваннякомпресора були проведені на різних режимахроботи кондиціонера, на кожному режимі здійснюваласядіагностика сполучень. Дослідження показали адекватністьрозрахункових залежностей, які використовуютьсяпри призначенні допусків і зазорів циліндропоршневихсполучень. Випадки схоплення, що спостерігаються привипробуваннях та експлуатації, є наслідком пусковихзносів. Табл. 3. Бібліогр. 9 назв.УДК 621.436: 621.74Таран С.Б. Реальні перспективи використання чавуназ вермикулярним графітом для поршнів високофорсованихДВЗ / С.Б.Таран, О.В. Акімов, А.П. Марченко// Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. – № 2.– С. 129-132.Наведено аналіз умов роботи поршнів високо форсованихдизельних двигунів внутрішнього згорання. Повідомляєтьсяпро результати розробок конструкцій литихпоршнів із чавуну з вермикулярним графітом та перспективностірозширення конструкторсько-технологічних154робіт з метою подальшого зниження їх маси.Табл.1. Бібліогр.4.УДК 621.436Яхьяєв Н.Я. Експериментальне дослідження деформаціївтулок циліндрів при зборці малорозмірногодизеля 4Ч8,5/11 / Н.Я. Яхьяєв, Н.М. Вагабов // Двигунивнутрішнього згоряння. – 2010. – № 2. – С. 133-136.Наведено результати дослідження напруженодеформованогостану втулок циліндрів суднового малорозмірногодизеля 4Ч8,5/11. Розроблено методику вимірудеформацій деталей циліндро-поршневої групи, що заснованана тензометрируванні. Визначено значення деформаційвтулок циліндрів у процесі зборки дизеля. Показанофактори, що впливають на відхилення макрогеометріїциліндрів при зборці. Дано рекомендації зі зменшеннянерівномірних деформацій втулок циліндрів технологічнимиспособами. Іл. 3. Бібліогр. 2 назв.УДК 621.438Барановський Д.М. Теоретична оцінка залежностідіагностичних параметрів і надійності дизелів / Д.М.Барановський, О.Ю. Жулай // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 137-140.Отримання інформації по діагностичним параметрамдає уявлення про технічний стан дизелів. Систематизаціядіагностичних параметрів, а саме , методів отриманняінформації про технічний стан дизелів дозволяєодержати систему рівнянь, за допомогою якої можливо звисокою ймовірністю ставити діагноз дизелям, що експлуатуються.В роботі запропоновано 5 рівнів отриманняінформації про технічний стан дизелів з поетапним уточненням,на основі яких проведено теоретичне дослідженнязалежностей ймовірності безвідмовної роботи віддіагностичних параметрів та їх ваги. Наведено графічнуінтерпретацію реалізації теоретичних залежностей ймовірностібезвідмовної роботи дизелів на відповідномурівні, діагностичних параметрів та їх коефіцієнтів вагивід досліджуваного інтервалу часу. Проведені експериментальнідослідження зміни діагностичних параметрів узалежності від часу показали адекватність теоретичнимгіпотезам. Іл. 2. Бібліогр. 9 назв.УДК 621.43. 068Бганцев В.М. Особливості використання когенераційнихустановок з поршневими двигунами внутрішньогозгоряння в системах активації малодебетнихнафтових свердловин / В.М. Бганцев // Двигуни внутрішньогозгоряння. – 2010. – № 2. – С. 141-143.Наведено принципову схему та результати розрахунківтермодинамічних циклів ДВЗ, що працює у складікогенераційної установки з робочими тілами на основіповітря і штучної газової суміші диоксиду вуглецю, водяноїпари та кисню. Окрім механічної і теплової енергіїустановка виробляє диоксид вуглецю як компонент відпрацьованихгазів ДВЗ, що спрямовується потім у нафтовусвердловину з метою активації нафтоносного пласту.Іл. 1. Бібліогр. 3 назв.УДК 621.43Нєчволод П.Ю. Використання поршневої когенераційноїустановки, що працює на шахтному газі / П.Ю.Нєчволод // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2010. –№ 2. – С. 143-145.Робота присвячена оцінці сучасних способів обжигуцегли у печах з використанням мережевого метану.В якості перспективного варіанту розглядається схема зпоршневою когенераційною установкою, яка працює нашахтному метані. Табл. 3. Іл. 1. Бібліогр. 5 назв.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

UDC 621.43.Abramchuk F.I. The program complex for modelingprocesses in cylinder of ICE / F.I. Abramchuk, A.N.Avramenko // Internal combustion engines. – 2010. – № 2. –P. 7-12.In work opportunities of a program complex for modelingworking cycle in ICE are considered. Modeling of arunning cycle is executed by the example of diesel engineD21А (2 CH 10,5/12) at work on a mode of rated power. Inwork the comparative settlement estimation structure ofcombustion’s products on such components, as NO, CO andparticulate matters with the data of experiment and results ofcalculation with use of techniques of other authors is executed.Table. 2. Il. 8. Bibliogr. 18 names.UDC 621.436.038Gritsuk A.V. Research of two-phase fuel injection inhigh-speed low-capacity diesel engine of DTA series /A.V. Gritsuk, A.N. Vrublevskiy, A.A. Prohorenko, A.N.Sevastyanov // Internal combustion engines. – 2010. – № 2.– P. 13-18.In the work the results of motor test of one-cylinderfour-valve high-speed diesel engine with direct fuel injectionand electronically-controlled fuel equipment are presented.Efficiency of application of two-phase fuel supply for noiseabatement of a diesel engine operation is investigated andstated. It is shown, that there is a possibility of updating ofthe law of fuel combustion in the cylinder by organization thetwo-phase fuel supply with various parameters of injectionphases. Tabl. 1. Il. 8. Bibliogr. 9 names.UDC 621.43Кukis V.S. About the possibility of approximating in operatingcycle of Stirling engine / V.S. Кukis, V.A. Romanov,A.I. Rybalko, Y.A. Postol // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 18-22.А working cycle approximation with eight-polytropicprocesses, which has been occurred in the inner loop of Stirlingengine is proposed. Meaningful boundaries of each ofthe eight polytropic processes are grounded. Results ofevaluation of the adequacy of the proposed model and itsadvantage over the other thermodynamic models, knownfrom the literature are showed. Tabl. 1. Il. 4. Bibliogr. 6names.UDC 621.43.013.Korogodsky V. The study of the mass – and heat exchangeprocess in fuel jet with peripheral distribution offuel / V. Korogodsky, A. Khandrymailov, E.Grajvoronsky // Internal combustion engines. – 2010. – №2. – P. 22-27.The model’s refinement of mass and heat exchangeprocess in a fuel jet with peripheral fuel distribution let usdetermine the quantity of evaporated mass of fuel while a jetwas moving and choose the rational arrangement place of aspray jet in the cylinders of an engine concerning the surfaceof combustion camber, located in the head of the cylinders.Il.6. Bibliogr. 7 names.UDC 621.43Krajniuk A.I. The simulation model of the superchargingsystem with deep air cooling / A.I. Krajniuk, S.A. Аlohin,S.V. Alekseev, A.A. Krajniuk // Internal combustion engines.– 2010. – № 2. – P. 27-34.The new principle of the organization of working processof the combined supercharging system of Internal CombustionEngine with the Cascade Pressure Exchanger hasSynopsis of published articlesbeen described. It allows to raise considerably the level offorcing of the engine by supercharging at the expense ofexpansion of effective air supply area and cooling of superchargingair to temperature below an ambient without attractionof additional mechanical energy on refrigeration cyclerealization. Substantive postulates of combined engine’sworking model have been stated. Some results of calculationand experimental investigations of supercharging system ofthe engine 6CHN12/14 have been adduced. Il.7. Bibliogr. 7names.UDС 621.435Goncharenko A.V. Fuel oil atomization characteristicssmoothed by a logarithm normal distribution for marinediesel engines / A.V. Goncharenko // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 34-40.Analytical review experimental researches on fuel oiland coal-water slurry atomization characteristics is resulted.Attention is paid to the representation of the characteristicsand smoothing them with the help of a logarithm normaldistribution. A specified example of the assumed experimentaldata proceeding as the statistical series is performed. Thecriterion of chi-square is used for testing a hypothesis of thelogarithm normal theoretical distribution. By the Pearsoncriterion on the level of 10.24 it is tested the hypothesis and itfits the given observations. The probability at 15 degrees offreedom equals more than 0.8 which means that the testedhypothesis does not contradict to the assumed experimentaldata. Accordingly to the given statistical data necessary calculationsare conducted. Corresponding diagrams has plotted.Tabl. 3. Il. 3. Bibliogr. 9 names.UDC 621.436Marchenko A.P. Influence of temperature of walls of thecombustion chamber on evaporation and a fuel born-outin boosted diesels / A.P. Marchenko, I.N. Karjagin, I.I.Sukachyov // Internal combustion engines. – 2010. – № 2. –P. 40-46.Questions of influence of high temperature of walls ofthe combustion chamber on characteristics of evaporationand a thermal emission in the forced diesel engine are considered.The technique and results of modelling of evaporationand fuel burning out in a diesel engine such as4ЧН12/14 is resulted. It resulted in a subject to influence oftemperature of a surface of the combustion chamber. Il. 4.Bibliogr. 7 namesUDC 662.997Krestling N.A. Аpplication of warm pump options onmaritime vessels / N.A. Krestling, V.V. Popov // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 46-49.The use of second energy resources on the vessels ofmarine by warm pump options (WPO) is considered, and alsoapplication of thermal pumps on vessels is also considered. Atechnological chart and exergic balance of the complexwarmly - and cold supplies from WPO are considered. Atechnological chart and exergic balance of complex warmly -and cold supplies of the system of conditioning of air on thebase of WPO are considered. Different dependences of thecomplex application WPO are got for heat and cold supplyand different dependence of complex WPO for heat and coldsupplies in technologically comfort system of air conditioningare also given. Il.6. Bibliogr. 1 names.UDC 621.43.016.4Marchenko A.P. Experimental research of working processin the combustion chamber of internal-combustionДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 155

Synopsis of published articlesengine with heat-insulated piston/A.P. Marchenko V.V.Shpakovsky // Internal combustion engines. – 2010. – № 2.– P. 49-53.Results of comparative bench tests of diesel engine4ChN12/14 with serial pistons and with pistons with corundumlayer on the bottom surface are presented. Influence ofpartly dynamic heat insulation of the piston with rationalthickness of heat insulation corundum layer formed by galvanic-plazmaprocessing, on parameters of working processin the combustion chamber of diesel engine 4ChN12/14 hasbeen investigated. As a result of the analysis of displaycharts, charts of thermal emission speed, pressure increasespeed, gas temperature, the effect of a more effective utilizationof heat of the fuel combustion, which provides moreprofitable work of a diesel engine, has been established. Il. 7.Bibliogr. 7 names.UDC 629.03Alyokhin S.A. Power mountain for armored vehicles /S.A. Alyokhin, V.V. Saltovskiy, V.I. Prokopovich // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 54-57.In offered article the design-technological decisions directedon improvement of dynamic and operating characteristicsof military - caterpillar vehicles which provide a reductionof the acceleration time till the maximal traveling speedon earth roads, reduction of traveling fuel and oil consumptions,and also on improvement of the systems providing theoperation of the engine in hot conditions (up to +55 0 С) withoutengine power restriction and with maximal use of regularunits are presented. Besides, the problem of provision of longserviceability of electric systems of on parking is solved (incase of operation of in a standby condition) at the idle basicengine due to the introduction of an auxiliary power unit.Table. 3. Il. 3. Bibliogr. 11 names.UDC 621.436Lisoval A.A. Microprocessor-based Regulator of Dieseland Calculation of Cycle Fuel Supply / A.A. Lisoval ,S.V. Kostritsa , A.V. Verbovskiy // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 58-61.The results of development and operation principle ofthe experimental microprocessor regulator for automobilediesel 4 CHN 12/14 are presents in the article. The microprocessorregulator created on the basis of the micro controllerРІС 16 F876A and forming flat partial dual-mode characteristics.Il. 3. Bibliogr. 5 names.UDС 621.436: 539.3: 621.74Alyohin V.I. Modernization of methodology calculating ofdetail piston on durability in the places of distribution ofdefects with shrinkable character / V.I. Alyohin, A.V.Belogub, O.V. Akimov // Internal combustion engines. –2010. – № 2. – P. 62-65.The row of researches devoted the problem of providingthe reliable work and technical perfection of the of pistons’cast details of petrol internal combustion engines,within bounds of introduction of methodology of calculationon tireless durability taking into account the deployed shrinkabledefects is offered in this article. Table 3. Ill. 2. Bibliog.11 names.UDC 621.43.016Trineyv O.W. Analysis of the exhaust valves’ state ofstress after imposed mechanical load in the high-speeddiesel / O.W.Trineyv, W.T. Kovalenko, A.T. Tikhonenko,156O.M. Klimenko, D.A. Kurtov // Internal combustion engines.– 2010. – № 2. – P.65-69.With growing of temperature mechanical properties ofvalve’s steel have a proof tendency to worsening. Thusgrowth of level of forcing of modern high-speed diesels isaccompanied a simultaneous increase both operating temperaturesdetails GRM and mechanical loadings, in particularmaximal pressure in a cylinder.In work the estimation of the role of mechanical constituentin forming the heat-stressed state of exhaust valves ofhigh-speed diesel has done. The estimation is done on thebasis of calculation and experimental researches. Table 6. Il.4. Bibliogr. 7 names.UDC 539.432Konkin V.N. Determination of the stress-strained state ofthe crank gear in the air compressor/ V.N. Konkin, S.M.Shkolniy // Internal combustion engines. – 2010. – № 2. – P.70-73.On the basis of the use the ANSYS system with finiteelementanalysis a 3-D model of the high level of accuracyfor the crank gear of air compressor is developed. For thedeveloped model is carried out the determination stressstrainedstate, which occurs at the beginning of the operationof compressor and at the moment of the time expiration of itsservice. The analysis of the obtained results made it possibleto establish change stress-strained state for entire period of itswork. The procedure of the problem’s solution consists oftwo basic stages - solution of contact problems for crank gearof the assembled form, and solution of separate problems forthe crankshaft and the pistons with the use of the obtainedsolutions of contact problems. The obtained results made itpossible to establish that substantial change stress-strainedstate in this crank assembling does not occur in the time ofthe operation. These results can be used for definition theproblem of resort diagnostics. Tabl. 4. Il. 5. Bibliogr. 3names.UDC 621.43Pylyov V.A. Features of thermomechanical loading andresource strength of the thin-walled piston in gasolineICE / V.A. Pylyov, A.V. Belogub // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 74-81.Analysis of characteristics of the thermomechanicalload of gasoline ICE piston is resulted. On this basis, thetechnique of piston’s resource strength estimation in the earlystages of engine’s design has refined. Table. 2. Il. 5. Bibliogr.13 names.UDC 66.045.1:621.43Ganzha A.N. The methods and tools for system analysisof surface heat exchangers of steam-gas turbine and oilelectricalenergy installations / A.N. Ganzha, N.A.Marchenko // Internal combustion engines. – 2010. – № 2. –P. 82-86.The methods and tools for system analysis of heatexchangeequipments of steam-gas turbine and oil-electricalenergy installations are developed. The methodic and dependencescan use for solution of optimization tasks. Theapparatus effectiveness depending on surface compositionand generalized parameters that reflects of heat-transfer rates,relation of heat carrier expense, operational and technologicalfactors are investigated. Il. 3. Bibliogr. 4 names.UDC 621.438Tarasenko A.I. A standard algorithms’ application inlittle reversed diesel engine with the regulator based onДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

controlling computer / A.I. Tarasenko // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 86-88.We examine a little reversed diesel engine with theregulator based on computer controlling. Algorithm for proportionalregulation and proportionally-integral one are rated.Influence of lag on quality transitional process are analyzed.Maximum possible time of lag and integration are determined.Comfortable for realization on computer presentationof proportional and proportionally-integral algorithms isgiven. Il. 2. Bibliogr. 4 names.UDC 621.436.1:621.45.03:621.45.01Turchin V.T. Performance analysis of the economics’theoretical models implementation of tractor’s dieselsoperation for the pistons resource strength estimation /V.T. Turcin, V.V. Matveenko, V.O. Pylyov, S.M. Baklanov// Internal combustion engines. – 2010. – № 2. – P. 89-92.Performance analysis of the economics’ theoreticalmodels implementation of tractor’s diesels operation for thepistons resource strength estimation is conducted in the paper.Calculations of the piston’s combustion chamber edgeresource of the diesel engine 4CH 12/14 was made with suchmodels: economic GSKBD, detailed IPMash and economicIPMash, with jet and gallery piston cooling are making. Thefeasibility of using an economic model of operation IPMashin the early design stages was proved. The necessity of theeconomical model development according to chosen performancecriterion is shown.. Table 4. Il. 1. Bibliogr. 7names.UDС 621.43.016.4Shpakovsky V.V. Influence of an in part - dynamic heatinsulation on a temperature condition of the piston’s surface/ V.V. Shpakovsky // Internal combustion engines. –2010. – № 2. – P. 92-95.Existence of rational thickness of heat-insulating corundumlayer on the fire surface of the piston providing significantdrop of the maximal thermal stream into the pistonduring combustion in process fuel feeder and diffusive burningis established. Thus there is an increase in the maximalvalue of scope of a temperature wave at surfaces of heatinsulatingcorundum layer. On a timing period of filling thetemperature corundum layer of a piston’s surface becomeslower than temperature of a surface of the bucket without aheat insulation. Il. 8. Bibliogr. 10 names.UDC 621.436Matievsky D.D. A ways to provide perspectiveenvironmental norms in ICE through the use of mixedbiofuels / D.D. Matievsky, S.S. Kulmanakov // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 96-99.This article describes the results of scientific studies onthe effect of oxygenated mixed fuels on indicator’s indexesprocess, fuel economy and emissions of toxic components inexhaust gases of a diesel engine. The presence of chemicallybound oxygen in the molecule of the fuel can dramaticallyreduce the amount of harmful emissions. The results of thediesel’s 1CH13/14 tests are presented. Tests were conductedon mixtures of methyl ester of rapeseed oil, ethanol, dieselfuel and rapeseed oil can assess prospects for ecologicalcharacteristics improvement in workflow presented. Table 1.Il. 2. Bibliogr. 5 names.UDC 621.43.068.4Strokov A. Modern methods of working gases’ cleaningfrom hard particles in diesels/ A. Strokov, A.Synopsis of published articlesKondratenko // Internal combustion engines. – 2010. – № 2.– P. 99-104.The article describes the features of the exhaust gases’composition in diesel engines. Ways and methods of cleaningexhaust gases from diesel particulate matter are explored.New construction and method of functioning hard particles’filter for the system of cleaning of working gases in dieselare offered. Il. 1. Bibliogr. 21 names.UDC 669.85/86+502.7Kanilo P.M. Problems of firing fossil fuels: scantiness oftheir resources, ecocide, and global warming /P.M. Kanilo, I.V. Parsadanov // Internal combustion engines.– 2010. – № 2. – P. 104-109.Numerous publications including releases of the 15 thUN climatic conference on the so called global warming onthe Earth planet have been analyzed. It is pointed out atvagueness in forecasting assessments of this phenomenonincluding lack of analysis in levels of changing movablebalance between natural sources of hothouse atmosphericemissions and their drainage. The conclusion is being provedthat present-day warming of surface air to a considerabledegree is a man-made problem. It is pointed out at necessityof considerable strengthening vector of economy and ecologyof economic activity of mankind including as one of the mostimportant, large-scale planting of greenery of the Earthplanet. Table. 1. Il. 4. Bibliogr. 10 names.UDC 621.1.018Polivianchuk A.P. Increase accuracy gravimetrical measuringmethod of the mass emissions particulate matterswith exhaust gases diesel / A.P. Polivianchuk // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 110-112.Influence on exactness measuring of the rationed ecologicaldiesel index - mass emissions particulate matters - isinvestigational. Three factors were taken into account: errorsmeasuring equipment, terms preparation sampling probe tothe analysis and parameters of process of stabilizing workingfilters. Recommendations on the account of the indicatedfactors during the ecological tests diesels are done.Tabl. 1. Il. 3. Bibliogr. 5.UDC 621.43Levterov A.M. Formation of single-oxide nitrogen andinvestigation of influence emission of controlled engineparameters and kind of fuel in use on its / A.M. Levterov,L.I. Levterova, N.Y. Gladkova // Internal combustion engines.– 2010. – № 2. – P. 113-117.The main anthropogenic emission source of singleoxidenitrogen is transport, fleet of which is steadily increasing.As a result many investigations are devoted to modernstate of theory and practice of combustion process of air-andfuelmixture in internal-combustion engines. Influence ofdesign methods and the main engine parameters on emissionof single-oxide nitrogen applying traditional fuels and fuelmixtures is considered in the article. Toxicity level prognosisdepending on operating, regulation conditions, and designvalues is obtained in wide range of their changing. Il. 5. Bibliogr.12 names.UDC 539.3:621.432.3Sheremet V.N. Resource increasing of internal combustionengines high-loaded elements by details discretestrengthening. Modelling of stressed and deformed state /V.N. Sheremet, N.A. Tkachuk, V.G. Goncharov // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 118-123.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 157

Synopsis of published articlesNew approaches to the numerical modelling of stressedand deformed state of engines high-loaded details, processedby the method of discrete strengthening are offered. Parametricalmodel for research of different factors influence onstrength and rigidity in the conjugation of discretely strengthenedinternal combustion engines details is described. Theresults are obtained and generalized on the basis of which theparameters of discreteness are recommended for details processing.Il. 10. Bibliogr. 12 names.UDC 521.4-2Kaukarov A.K. Investigation the dry compaction of internalcombustion engine / A.K. Kaukarov, T.M. Mendebaev.,V.G. Nekrasov, M.K, Kuanyshev // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 123-127.It was investigate of the piston’s compaction in the cylinderwithout use of lubricant oil. The design compressionrings consisting of two rings placed in one groove of thepiston was developed. Each rings is executed with two halfrings and step contact of half in a vertical plane and springsfor their pressing to a mirror of the cylinder. Joints of ringsare shifted be relative each other on 90 degree. The cylindricalsurface of rings has turn in which the antifriction layerfrom hardening paste is incorporated on the basis of graphite.The structure of paste containing 75 % of a graphite powderand 25 % of binding liquid glass was picked up. Paste ischecked up on durability in a separate kind, and also in rings.Thermal stability of paste is tested by temper. The effort toshift the rings in the cylinder and compression in the engineis determined. Wear of rings was studied at their work in theexperimental engine. Positive parameters of dry condensationare received. Table. 5. Il. 5. Bibliogr. 7 names.UDC 621.891Solovyov S.N. To landings’ destination and gap junctionsbetween cylinder and piston in hermetic compressors /S.N. Solovyov, S.J. Bodu // Internal combustion engines. –2010. – № 2. – P. 127-129.The adequacy of the theoretical relations used in theappointment of variables cylinder gaps is consider. The comparisonof calculated and experimental values of parametersin conjugation under extreme temperature conditions is explored,the influence of size characteristics on the reliabilityparameters of friction surfaces, including changes in housingdue to thermal strains is investigated. Tests of the compressorwere carried out on various modes of operation of air conditioning,each mode was accomplished by the diagnostic incoupling. Studies have shown the reliability of theoreticalrelations used in the appointment of tolerances and clearancescylinder coupling. Observed during testing and operationof cases grasped of prehension are due to launch wear.Table. 3. Bibliogr. 9 names.UDС 621.436: 621.74Taran S.B. Real prospects in implementation of pig-ironwith vermicular graphite for pistons of high-forced diesel/ S.B. Taran, O.V. Akimov, A.P. Marchenko // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 129-132.An analysis of pistons’ work environment of the highforceddiesel combustion engines is brought. The results ofpistons’ constructions from cast-iron with a vermiculargraphite developments and perspective of expansion of design-engineeringworks with the purpose of further decline oftheir mass are reported. Table 1. Bibliogr. 4 names.UDC 621.436Yahyaev N.Y. Experimental research of cylinders’ plugsdeformation in process of assembling the small size dieselengine 4CH8,5/11 / N.Y. Yahyaev, N.M. Vagabov // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 133-136.Results of research of the intense-deformed conditionin cylinders’ plugs of the small size ship diesel engine4CH8,5/11 are presented. The technique for measurement thedeformations of details in the cylinders-piston group, basedon esistive-strain sensor is developed. Values of plugs’ deformationsin cylinders during diesel engine assembling arecertain. The factors influencing deviations of macrogeometryof cylinders at assembly are shown. Il. 3. Bibliogr. 2 names.UDC 621.438Baranovskiy D.N. Theoretical estimation of dependenceof diagnostic parameters and reliability of diesels / D.N.Baranovskiy, O.Y. Gulay // Internal combustion engines. –2010. – № 2. – P. 137-140.The receipt of information on diagnostic parametersgives the clear picture of the technical state of diesels. If toconduct systematization of diagnostic parameters, more preciselythan methods of receipt of information about the technicalstate of diesels it is possible to get the level systemwhich allows with a high probability to diagnose to the exploiteddiesels. In work 5 levels of receipt of informationabout the technical state of diesels with forward stage clarificationare offered, which theoretical research of dependencesof probability of faultless work from diagnostic parametersand their weight is conducted on the basis of. Graphic interpretationof realization of theoretical dependences of probabilityof faultless work of diesels is thus presented at theproper level, diagnostic parameters and their coefficients ofweight from the explored time domain. The conducted experimentalresearches of change of diagnostic parametersdepending on time showed adequacy to the theoretical hypotheses.Il. 2. Bibliogr. 9 names.UDC 621.43.068Bgantsev V.N. Feature of use cogenerations installationswith reciprocating internal combustion engines in systemsof activation less-debit oil wells / V.N. Bgantsev // Internalcombustion engines. – 2010. – № 2. – P. 141-143.The elementary diagram and results of the thermodynamicICE’s cycles calculations, working in composition ofcogenerations installations with working bodies on the basisof air and dioxide carbon synthetic gas mixture, steam andoxygen is presented. Except mechanical and thermal energyinstallation works out dioxide of carbon as components of thecompleting gases of ICE, directed then in an oil well with thepurpose of activation of an oil layer. Il. 1. Bibliogr. 3 names.UDC 621.43.Nechvolod P.U. Use the piston cogeneration mountingworking on mine gas / P.U. Nechvolod // Internal combustionengines. – 2010. – № 2. – P. 143-145.Work is devoted to an estimation of modern ways ofroasting a brick in furnaces with use of network methane. Asa perspective variant the circuit with piston cogenerationmounting working on mine methane is considered. Table. 3.Il. 1. Bibliogr. 5 names.158ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Научно-технический журнал "Двигатели внутреннего сгорания" имеет периодичностьвыхода - 2 раза в год. Основная цель издания - дать возможность опубликовать научные труды истатьи преподавателям, научным сотрудникам, аспирантам и соискателям ученых степеней, атакже расширить возможности для обмена научно-технической информацией в Украине и за еепределами.К опубликованию принимаются статьи на украинском, русском, английском, немецкомязыках по следующим научным направлениям:− Общие проблемы двигателестроения;− Конструкция ДВС;− Рабочие процессы ДВС;− Технология производства ДВС;− Эксплуатация ДВС;− Экологизация ДВС;− Гипотезы, предложения;− Содержание высшего образования по специальности "ДВС".Материал (статья) подается в 2-х экземплярах. К материалам должна прилагаться дискета(CD-диск) со статьей, набранной в текстовом редакторе MS Word.ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ СТАТЬИ:размер бумаги А4 (210x297 мм);− левое, правое, верхнее и нижнее поля - 25 мм;− шрифт Times New Roman, 10 кегль;− межстрочный интервал – 1,2;− рисунки, схемы и графики выполняются в черно-белом варианте внедренными в текстстатьи;− список литературы оформляется в соответствии с требованиями ДСТУ.СТАТЬЯ ДОЛЖНА ВКЛЮЧАТЬ:− УДК статьи;− инициалы, фамилии и научные степени (квалификацию) авторов;− название статьи;− аннотации на украинском, русском и английском языках (приводятся в конце статьи).К статье прилагаются:− рецензия,− акт экспертизы о возможности опубликования.СТАТЬИ, ОФОРМЛЕНИЕ КОТОРЫХ НЕ СООТВЕТСТВУЕТ ПРИВЕДЕННЫМТРЕБОВАНИЯМ, РЕДКОЛЛЕГИЕЙ НЕ РАССМАТРИВАЮТСЯУСЛОВИЯ ОПУБЛИКОВАНИЯ:Оформленная в соответствии с настоящими требованиями статья направляется авторами вредколлегию по адресу: 61002. Харьков-2, ул. Фрунзе, 21. НТУ "ХПИ". Кафедра ДВС.Редакционная коллегия журнала "Двигатели внутреннего сгорания". Ответственному секретарюредколлегии. Тел. (057)707-60-89, Е-mail:rykova@kpi.kharkov.ua.После принятия решения об опубликовании автор информируется об этом редколлегией.Рукописи и дискеты авторам не возвращаются.ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010

Наукове виданняДвигуни внутрішнього згорянняВсеукраїнський науково-технічний журналВідповідальна за випуск І.В. РиковаПідп. до друку 25.08.09 Формат 60х84 1/8. Папір офсетний.Гарнітура Times.Різо-друк. Ум. друк. арк. 9,04 Обл.-вид. арк.10.арк. Наклад. 300 прим. Зам. № 18/08 Ціна договірнаВіддруковано ФОП Лисенко І.Б.61070, Харків – 70, вул. Чкалова, 17, моторний корпус, к. 147, т. 707-44-76Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи до державного реєстру видавців,виготівників і розповсюджувачів видавничої продукції ДК №2607 від 11.09.06 р.