Повышение топливо-экономических и экологических параметров ДВС организацией процесса с самовоспламенением гомогенного заряда

• Автор: Епифанов, Иван Вячеславович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЖИМА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОМОГЕНННОГО ЗАРЯДА ОТ СЖАТИЯ КАК ОДИН ИЗ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ДВС

1Л Текущее состояние проблемы

'I 1 ) ’

1.2 История развития НСС1/СА1 технологии горения

1.2 Л Общие положения

1.2.2 Управляемое самовоспламенение в бензиновых двигателях

1.2.3 НСС1 дизели

1.3 Сравнение эксплуатационных характеристик и токсичности ОГ традиционных и НСС1 двигателей

1.4 Существующие модели НСС1 процесса

1.5 Классификация химико-кинетических механизмов
1.6 Методы управления НСС1 процессом
1.7 Использование различных топлив в гомогенном режиме горения
1.7.1 Диметилэфир
1.7.2 Биогаз
1.8 Итоги обзора
Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА С САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ГОМОГЕННОГО ЗАРЯДА ОТ СЖАТИЯ С УЧЁТОМ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
2.1 Моделирование НСС1 двигателя
2.1.1 Подготовка начальных данных
2.1.1.1 начальный состав смеси
2.1.1.2 учёт влияния (р
2.1.1.3 расчёт биогаза
2.1.2 Система уравнений химической кинетики
2.1.3 Модель с формальной химической кинетикой
2.1.3.1 Тепловые потери
2.1.4 Однозонное моделирование

2.1.4.1 Тепловые потери
2.1.5 Многозонная модель
2.1.6 Газодинамическая к-е модель
2.2 Химическая кинетика НСС1 процесса
2.2.1 Анализ чувствительности
2.2.2 Период задержки самовоспламенения
2.2.3 Схема основных реакций окисления ДМЭ
2.2.4 Схема окислении природного газа ОИ-МЕСН3
Глава 3 АППАРАТУРНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ
3.1 Описание одноцилиндровой установки
3.2 Результаты экспериментов на одноцилиндровом НСС1 двигателе
3.3 Выводы
Глава 4 РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НСС1ДВС
4.1 Однозонное моделирование
4.2 Г азодинамическая к-е модель
4.3 Многозонное моделирование с использованием результатов газодинамического расчёта в качестве входных данных
4.4 Использование биогаза и многопараметрический расчёт с использованием однозонной модели
4.5 Однозонное ХК моделирование с последующим использованием его результатов в формальной модели (случай ДМЭ)
4.6 Период задержки самовоспламенения (ПЗС) для смеси ДМЭ/ПГ
4.7 Воздействие состава топлива и начальной температуры на ПЗС смеси ДМЭ/ПГ, экономические и энергетические показатели НСС1 процесса
4.8 Влияние ф и процентного содержания ДМЭ в смеси с ПГ на ПЗС и другие показатели НСС1 процесса
ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список литературы
Приложение
Введение
В последние десятилетия одним из приоритетных направлений развития двигателестроения является разработка рабочих процессов ДВС, обеспечивающих выполнение жестких норм законодательства по ограничению эмиссии вредных веществ с отработавшими газами (ОГ). Перспективной в этом смысле является разработка двигателя с самовоспламенением от сжатия топливовоздушной смеси, что обещает возможности достигать значительного снижения токсичных выбросов по сравнению с двигателями с принудительным зажиганием (ДсИЗ) и дизелями. Как и в ДсИЗ, поступающая в двигатель с самовоспламенение гомогенного заряда от сжатия (НСС1, от англ. Homogeneous Charge Compression Ignition) топливовоздушная смесь (TBC) находится в состоянии, близком к гомогенному, что обуславливает отсутствие сажи в продуктах сгорания. При сжатии ТВС температура в камере сгорания (КС) повышается до уровня, при котором топливо самовоспламеняется и происходит объемное сгорание при отсутствии фронта пламени. Скорость перемешивания топлива с воздухом не оказывает влияния на рабочий процесс в HCCI двигателе. Преимуществом режима является низкая средняя температура цикла без образования высокотемпературных локальных зон, благодаря чему, выбросы оксидов азота весьма малы.
Для разных сортов топлив организация HCCI процесса возможна в двигателях со степенями сжатия большими, чем в ДсИЗ. При степенях сжатия, характерных для дизеля, тепловыделение в HCCI процессе приближается к изохорному, поэтому термический КПД выше, чем у традиционного дизеля. Кроме того, в HCCI двигателе при работе в установившемся режиме на частичных нагрузках удельный эффективный расход топлива ниже, чем у ДсИЗ, примерно на 20% [77].

усилия многочисленных исследовательских групп. Использование ХК механизма горения, например, GRI-MECH 3 [90] позволяет с достаточной для практики точностью прогнозировать показатели HCCI процесса, обусловленные, как зависимостью от начальных условий (температуры заряда, состава смеси, и др.), так и от конструкционных параметров (степени сжатия, формы КС и др.). О ХК механизме GRI-MECH 3 см. п.2.2.4.
Анализ работ и основных тенденций, приведённых в этой главе позволил сформулировать следующие задачи исследования:
1. Разработать математическую модель и программу расчета на ПЭВМ рабочего процесса HCCI двигателя, учитывающую химическую кинетику для случаев одной и нескольких зон.
2. Используя однозонную модель HCCI процесса и ХК механизм GRI-MECH 3, провести параметрический анализ влияния конструкционных и режимных параметров (степени сжатия е, начальной температуры Тт, коэффициента избытка воздуха а) на характеристики рабочего процесса для пропана в качестве топлива.
3. Оценить, с использованием к-е модели, газодинамической состояние смеси пропана с воздухом и распределение температуры по камере сгорания (КС) ДВС типа VW TDI на момент, предшествующий самовоспламенению для разных частот вращения коленчатого вала п с учетом тепломассообмена и турбулентности. Использовать полученные данные в многозонной модели HCCI процесса как начальные.
4. Провести идентификацию расчетной однозонной и многозонной моделей HCCI процесса по результатам обработки экспериментальных данных дизеля VW TDI, работающего на пропане, используя ХК механизм окисления природного газа.
5. Исследовать влияние изменения состава биогаза на МНС, выбросы NOx и другие показатели одноцилиндровой HCCI-установки, используя однозонную модель с ХК механизмом окисления природного газа.
6. Рассмотреть влияние присадки диметилэфира (ДМЭ) к природному газу