Организация эффективного сгорания топлива для перспективного поршневого двигателя внутреннего сгорания

• Автор: Камалтдинов, Вячеслав Гилимянович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 298 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОРГАНИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ

1Л. Основные требования к перспективному поршневому ДВС

1.2. Способы повышения эффективности и улучшения экологических показателей рабочего процесса двигателей с воспламенением от сжатия
1.3. Обоснование необходимости разработки новой модели процесса сгорания гомогенной топливно-воздушной смеси широкого качественного состава в двигателях с воспламенением от сжатия
1.4. Перспективы применения электрического разряда для повышения эффективности сгорания топлива в двигателях с воспламенением от сжатия

1.5. Цель и задачи исследований

Выводы по главе

2. РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНОЙ ТЕОРИИ И МЕТОДОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ГОМОГЕННЫХ СМЕСЯХ ШИРОКОГО КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА
2.1 Методология моделирования эффективного процесса сгорания топлива в гомогенных смесях для перспективного поршневого ДВС
2.2. Комплексная модель объемного сгорания топлива в гомогенных смесях широкого качественного состава
2.2.1. Новая модель процесса сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия
2.2.2. Модель процесса сгорания двухкомпонентного топлива
2.2.3. Уточненная модель и методика расчета процессов сжатия и расши-

рения рабочего тела переменной массы в двигателях с воспламене-
нием от сжатия
2.2.4. Модель расчета процесса диссоциации диоксида углерода
2.2.5. Определение момента воспламенения топлива в двигателе с воспламенением от сжатия по новому расчетному критерию
2.3. Модель процессов формирования и развития первичного очага горения при плазменно-факельном зажигании
2.3.1. Разработка способа плазменно-факельной подготовки и воспламенения топлива для холодного пуска форсированного транспортного дизеля
2.3.2. Модель и методика расчета процесса сгорания гомогенной топливно-воздушной смеси при плазменно-факельном зажигании
2.4. Методика исследования закономерностей эффективного процесса сгорания топлива в гомогенных смесях широкого качественного состава
Выводы по главе
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ И СГОРАНИЯ ГОМОГЕННЫХ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ШИРОКОГО КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА
3.1. Верификация разработанных моделей и методик расчета процессов, происходящих в цилиндре двигателя с воспламенением от сжатия
3.2. Вскрытие закономерностей процессов воспламенения и сгорания при самовоспламенении гомогенных топливно-воздушных смесей в условиях камеры сгорания постоянного объема
3.2.1. Влияние степени диссоциации диоксида углерода на показатели процесса сгорания
3.2.2. Влияние инертных компонентов горючей смеси на показатели процесса сгорания
3.2.3. Расчетное исследование процесса самовоспламенения дизельного топлива, образующего гомогенную топливно-воздушную смесь, на
режимах холодного пуска транспортного дизеля
3.3. Экспериментальное исследование процессов самовоспламенения и сгорания дизельного топлива, образующего гомогенную топливновоздушную смесь, на пусковых режимах дизелей 1415/16 и 12415/
3.3.1. Методика проведения экспериментальных исследований на одноцилиндровом дизеле 1Ч15/16 и экспериментальном дизеле 12415/18.
3.3.2. Результаты исследования процессов самовоспламенения и сгорания дизельного топлива при имитации факельного подогрева на одноцилиндровом дизеле 1415/
3.3.3. Результаты исследования процессов воспламенения от сжатия и сгорания дизельного топлива при внешнем смесеобразовании на
экспериментальном дизеле 12415/
Выводы по главе
4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА ПРИ ПОМОЩИ ПЛАЗМЕННО-ФАКЕЛЬНОГО ЗАЖИГАНИЯ
4.1. Интенсификация процесса сгорания гомогенной топливновоздушной смеси плазменно-факельным зажиганием
4.1.1. Влияние удельной объемной энергии плазменного факела на параметры фронта пламени
4.1.2. Влияние начальной температуры гомогенной смеси на параметры фронта пламени
4.1.3. Влияние коэффициента избытка воздуха гомогенной смеси на параметры фронта пламени
4.2. Экспериментальные исследования интенсификации процесса сгорания распыленного дизельного топлива плазменно-факельным зажиганием на критических режимах работы транспортного дизеля
4.2.1. Экспериментальные установки и методики проведения экспериментальных исследований

Стремление к существенному снижению выбросов NOx привело к разработке нового процесса сгорания с максимальным КПД, названного HECS (High Efficiency Combustion System) [210]. Отличительной особенностью процесса является применение двухступенчатого сжатия рециркулирующих ОГ с промежуточным охлаждением после каждой ступени в газожидкостных теплообменниках и с последующим регулированием их давления и температуры. В результате при испытаниях опытного 4-цилиндрового двигателя удалось уменьшить токсичность выбросов до уровня Euro-5 вместо норм Euro-4 и снизить расход топлива на 9 %.
Приведенный анализ способов повышения эффективности и улучшения экологических показателей рабочего процесса двигателей с воспламенением от сжатия показывает, что основными направлениями совершенствованиями процесса сгорания являются гомогенизация (хотя бы частичная) и обеднение топливно-воздушной смеси, применение рециркуляции отработавших газов, альтернативных топлив (особенно природного газа) и принудительного зажигания.
Обобщая результаты анализа и учитывая постоянно ужесточающиеся требования по токсичности отработавших газов, а также неизбежность перехода в будущем на природный газ (как основное топлива), за основу процесса сгорания для перспективного поршневого двигателя предлагается принять процесс сгорания гомогенной бедной топливно-воздушной смеси широкого качественного состава (на основе природного газа) с системой плазменно-факельного зажигания для оперативного управления моментом воспламенения.
1.3. Обоснование необходимости разработки новой модели процесса сгорания гомогенной топливно-воздушной смеси широкого качественного состава в двигателях с воспламенением от сжатия
Краткий анализ основных фактов теории горения
1. Общепризнано, что при сгорании топлива «скорость реакции всегда зависит от температуры существенно нелинейным образом (обычно по закону Аррениуса)» [180]. В то же время проф. И.И. Вибе указывает на то, что диф-