2022 № 2 Двигуни внутрішнього згоряння
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Теплофизические характеристики HVAF-покрытия из квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Фролов, Геннадий Александрович; Ефимов, Николай Александрович; Кисель, Вячеслав Михайлович; Евдокименко, Юрий Игоревич; Боровик, Дмитрий Валериевич; Бучаков, Сергей ВасильевичВ статье представлены результаты определения коэффициента теплопроводности квазикристаллических покрытий системы Al-Cu-Fe в диапазоне температур до 900 °С. Квазикристаллический сплав Al-Cu-Fe приобрел большой интерес для практического использования как материал для получения защитных покрытий. Сплав Al-Cu-Fe применяется для получения термобарьерных покрытий в двигателях внутреннего сгорания, антипригарных покрытий на оборудовании химического синтеза и пищевой промышленности, а также для предотвращения обледенения в авиации. Квазикристаллы системы Al-Cu-Fe имеют низкую плотность, высокую твердость, высокий модуль упругости, высокие значения коррозионностойкости и износостойкости, низкий коэффициент трения, пониженную адгезию, низкую теплопроводность в сочетании с коэффициентом теплового расширения, который близок по своей величине к некоторым металлам. Для напыления использовали порошок состава Al63Cu25Fe12 дисперсностью +40/–63 мкм, полученный распылением расплава водой высокого давления и имеющий содержание квазикристаллической фазы около 60 вес. %. Покрытия наносили на торец цилиндрической подложки из стали 45 (диаметр – 25 мм, высота – 10 мм), который перед напылением подвергали струйно-абразивной обработке порошком корунда с определяющим размером частиц 1 мм при давлении распыляющего воздуха 0,5 МПа. Покрытие Al-Cu-Fe толщиной более 0,8 мм было нанесено методом высокоскоростного воздушно-топливного напыления (high-velocity air-fuel (HVAF) spraying) с использованием горелки ГВО-РВ12 при следующем режиме напыления: давление в камере сгорания горелки 1,0 МПа; коэффициент избытка окислителя α ≈ 1,2, дистанция напыления – 270 мм. Образцы устанавливали на боковой поверхности барабана (диаметр 120 мм), вращающегося со скоростью 2,0 об/с (скорость перемещения пятна напыления – 0,8 м/с). Напыление производили в три захода по 10 секунд каждый и с выдержкой для охлаждения по 30 секунд между ними. Определение температурной зависимости теплопроводности покрытия проводили путем решения обратной задачи теплопроводности по одномерным полям температуры в образцах, полученных односторонним струйным нагревом промышленным факелом горячего воздуха (при температурах поверхности до 450 °С) и кислородно-пропановой сварочной горелки (при температуре выше 450 °С). Показано, что значения коэффициента теплопроводности квазикристаллических покрытий и Al-Cu-Fe в диапазоне 20 °С…900 °С изменяются в пределах λ = 1,9 – 2,31 Вт/(м К).Документ Улучшение экологических характеристик двухтактного дизеля во время эксплуатации(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ерыганов, Алексей Валериевич; Кырнац, Владислав Иванович; Брусник, Роман Олегович; Глебов, Владимир Сергеевич; Гончаренко, Петр Андреевич; Холденко, Владимир ИвановичРазвитие мирового судоходства происходит в условиях постоянно усиливающихся требований по уменьшению концентраций токсичных продуктов сгорания углеводородных топлив. Пределы концентраций регламентируются в соответствии с приложением VI конвенции MARPOL 73/78. Среди контролируемых компонентов отработанных газов дизеля наиболее опасными для здоровья человека и окружающей среды являются оксиды азота NOx. Однако уменьшение содержания оксидов NOx неизбежно связано с ограничениями максимальной температуры цикла, то есть термического коэффициента полезного действия (КПД), а значит и с ухудшением топливной экономичности двигателя. На данный момент с целью уменьшения выбросов оксидов азота крупными транспортными дизелями наиболее широко применяется рециркуляция отработанных газов в воздушный ресивер. Существенным недостатком применения этой схемы является необходимость охлаждения отработанных газов и их дополнительной очистки, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик системы и к её удорожанию. Поэтому для её удешевления логичным выглядит сочетание рециркуляции отработанных газов с другими способами уменьшения выбросов оксидов азота. Для уже эксплуатируемых двигателей одним из таких способов выглядит изменение угла впрыска топлива: известно, что чем позже после верхней мёртвой точки (ВМТ) начнётся сгорание топлива, тем ниже по причине падения температуры воздушного заряда будет количество образовавшихся оксидов азота. Расчёт выбросов оксидов азота был смоделирован для главного двигателя MAN-B&W 7S50MC-С, установленного на судне "LILA SHANGHAI". Первоначально модель, созданная с применением пакета AVL-BOOST, была верифицирована, исходя из имеющихся результатов индицирования. После верификации был произведен расчёт выбросов оксидов азота NOx при вариации угла начала сгорания топлива. Состав газов в ресивере принимался неизменным. По мере сдвига угла начала сгорания топлива дальше от ВМТ наблюдалось ухудшение топливной экономичности и падение цилиндровой мощности при одновременном уменьшении массы выбрасываемых оксидов азота NOx. Тем не менее, можно сказать, что экологичность двигателя улучшается намного быстрее, чем ухудшаются его мощностно-экономические показатели. Приведенные расчёты показывают, что для находящихся в эксплуатации двигателей изменение угла впрыска топлива позволяет уменьшить выбросы оксидов азота. Поэтому данный подход без особых затруднений можно сочетать с другими методами, удешевляя, таким образом, экологическое совершенствование двигателя.Документ Improving the accuracy of systems for gravimetric control of particulate matter in exhaust gases of transport diesel engines(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Polyvianchuk , A. P.; Khreshchenetskyi, V. L.; Antonuk, O. P.; Mitko, M. V.; Dmitrieva, A. V.The requirements of regulatory documents ⎼ UNECE Regulations R-49, R-96, international standard ISO 8178, etc. were analyzed regarding the technical characteristics and conditions of use of reference full-flow and alternative partial-flow systems (tunnels) for diluting the exhaust gases of transport diesel engines with air and carrying out gravimetric control of the content of solid particles in them. The world and domestic experience of operating dilution tunnels of various types - full-flow with 1st and 2nd dilution lines and partial-flow mini- and micro-tunnels and partial-flow mini- and micro-tunnels were studied, which made it possible to establish empirical dependencies for evaluating the degree of influence of the temperature regimes of gas sampling on the accuracy of measurements of mass emissions particulate matter in different modes of diesel operation. Mathematical models have been developed to determine the sample temperatures of diluted exhaust gases in tunnels of various types and to estimate the resulting measurement error of the normalized average operational emission of diesel particulate matter ⎼ the PM indicator. Based on the results of environmental tests of transport diesel engines 1Ch12/14 and 4ChN12/14 according to the 13-step ESC test cycle and developed mathematical models, calculation studies were carried out to assess the effect on the accuracy of a mini-tunnel with a diameter of 10 cm and a micro-tunnel with a diameter of 3 cm of the sampling temperature regimes, which were compared with a reference tunnel with a diameter of 46 cm. The research results proved the expediency of adjusting the temperature of the sample in the micro-tunnel to increase its accuracy by eliminating the significant methodical errors of measuring the PM indicator, which amount to -1.6 ... -1.7%. It was established that in the mini-tunnel the corresponding errors are not significant and amount to -0.3 ... -0.4%, which indicates that there is no need to adjust the temperature of the sample in this system.Документ Газові двигуни внутрішнього згоряння в системах підвищення ефективності паливних елементів об'єктів великої енергетики(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бганцев, Валерій Микитович; Лєвтєров, Антон МихайловичВ запропонованій статті аналізується потенціальна можливість підвищення ефективності енергетичного комплексу з газовою турбіною та твердооксидними високотемпературними паливними елементами, до структури якого інтегровано допоміжний поршневий газовий двигун внутрішнього згоряння. Природний газ (метан ) використовується як енергетичний носій. Предметом дослідження є показники робочого процесу допоміжного двигуна при його роботі на сумішевому газовому паливі (монооксид вуглецю ⎼ метан) змінного складу. Дослідження проведені розрахунково-аналітичним методом з використанням спрощеної методики розрахунку робочого циклу поршневого двигуна. Розглядається рішення декількох проблем: утилізація викидів оксиду вуглецю на виході з паливних елементів під час їх прогрівання; забезпечення додаткового джерела електричної енергії для живлення пристроїв конверсії метану та додаткового джерела теплоти для його паро-плазмової конверсії; утилізація оксиду вуглецю та залишків неповної конверсії метану. Розрахункові дослідження показників робочого процесу допоміжного газового двигуна потужністю 100 кВт на сумішевому паливі змінного складу (оксид вуглецю - метан) показують його стабільну роботу при відповідній корекції системи регулювання паливоподачі. Величина ефективного коефіцієнту корисної дії у всьому діапазоні змін складу газової суміші мало змінюється (від 0,369 до 0,380). Його зростання спостерігається зі збільшенням частки метану в сумішевому паливі. Середній ефективний тиск циклу практично не змінюється, а максимальний тиск циклу при роботі двигуна у всьому діапазоні змін у складі суміші становить на рівні 8,0 МПа. Спостерігається невелика зміна максимальної температури зі збільшенням частки метану в паливній суміші ⎼ (від 2117 К до 2048 К). Дослідження засвідчили про ефективність запропонованого способу покращення екологічних та економічних характеристик енергетичного комплексу з паливними елементами, шляхом включення в його структуру допоміжного газового двигуна з мінімально витратною адаптацією для роботи на сумішевому паливі змінного складу.Документ Використання біогазу як сировини і моторного палива в енергетиці і на транспорті(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лісовал, Анатолій АнатолійовичВ статті на підставі світових тенденцій, законодавчих стимулів для кліматично безпечного розвитку галузей економіки обґрунтовано місце біогазу як сировини і моторного палива в декарбонізації енергетики і транспорту України. Для зменшення викидів парникових газів більшість країн здійснюють перехід від викопних видів палива до відновлювальних джерел енергії. В країнах ЄС до енергії з відновлювальних джерел з "зеленим" маркуванням (Green Deal) прирівняли енергію отриману від спалювання природного газу. В Україні законодавчо біометан закріплено як альтернативне газове паливо аналогічне природному газу. Сировиною для біометану є біогаз. Біометан в Україні не виробляють у промислових масштабах через відсутність спеціальних технологій очистки і збагачення на біогазових станціях. В Україні необхідно почати виробляти біометан у промислових об'ємах і задіяти інфраструктуру природного газу для транспортування біометану. Існуюча кількість і якість очисних технологій на біогазових станціях дозволяють використовувати біогаз як самостійне паливо в когенераційних установках у безпосередній близькості від біогазових станцій. Розрахунок теплового балансу приводного газового двигуна 8Ч10/8,8 показав, що крім генерації 30 кВт електричної енергії можна отримати додатково до 162 МДж теплової енергії без залучення відбору теплоти від системи мащення. При генерації лише електричної енергії к.к.д. установки за номінального режиму становить близько 30 %, а при когенерації – збільшується до 75 %. Наступний крок – це використання біогазу як добавки до природного газу в поршневих ДВЗ на автомобілях, автобусах та спеціальній сільськогосподарській техніці місцевого або регіонального рівня. Результати досліджень газового ДВЗ 8Ч10/8,8 забезпечили перехід від кількісного до якісного регулювання паливної суміші природного газу з добавками біогазу. Для сумішевого палива розроблено алгоритм взаємозалежного регулювання. Із зростанням навантаження частка біогазу зменшується, суміш збагачується природним газом. При навантаженні 75 % і більше збагачення паливної суміші відбувається інтенсивніше.Документ Особливості розподілу палива в об'ємі камери згоряння двотактного дизеля із зустрічним рухом поршнів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лал, Амір Гул; Шелестов, Максим СергійовичВ роботі проведено аналіз шляхів організації сумішоутворення у двотактному дизелі із зустрічним рухом поршнів. Розглянуті такі питання, як теплообмін зі стінками, розпилювання та випаровування палива, розподіл паливного струмені та парів палива в об'ємі камери згоряння. Зазначено, що значний вплив на процеси в циліндрі двотактного дизеля має тангенціальний вихор, котрий досягається завдяки спеціальному профілюванню вікон. Рух повітряного заряду є важливим та критичним фактором при сумішоутворенні, інтенсивність вихору оцінюється вихровим числом, яке є відношенням числа обертів вихору до числа обертів двигуна. При цьому важливо розуміти фізико-хімічні процеси у циліндрі двигуна. У процесі об'ємного сумішоутворення базовими питаннями є розпилення палива та рівномірний розподіл в об'ємі повітря. Розпилення палива має такі критерії як ступінь дисперсності та рівномірність розпаленого палива. Ступінь дисперсності оцінюється середнім діаметром крапель у розпиленому паливі. А рівномірність розпилювання в об'ємі камери згоряння залежить від форми паливного струменя, далекобійності струменя, завихрення повітря, типу камери згоряння. Наявність далекобійних струй обов'язково повинна супроводжуватись необхідною інтенсивністю руху повітряного заряду вздовж стінки. В іншому випадку в умовах гарячою стінки, що характерна для вітчизняного 6ЧН12/2х12, потрапляння палива на стінки або навіть високий вміст парів палива поблизу стінок може призводити до утворення сажі без тепловиділення, в місцях контакту струменів із перегрітою стінкою виявляються значні тверді відкладення сажі, причому ці відкладення мають характер коксу, отриманого в результаті крекування палива. Зазначений недолік не може бути усунений тільки зміною температури стінки, якщо не усувається одночасно головна його причина, а саме місцева нестача повітря (наприклад у центральній частині днища поршня). Розробка заходів запобігання цьому явищу дозволить покращити екологічність та економічність двигуна.Документ Методика визначення порогу повзучості матеріалу поршня для оцінки параметричної надійності його бічної поверхні(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ліньков, Олег Юрійович; Пильов, Вячеслав Володимирович; Ликов, Сергій Валентинович; Пильов, Володимир ОлександровичПостійне підвищення питомої потужності двигунів призводить до роботи матеріалів, що утворюють камеру згоряння, на межі їх міцності та зменшення надійності конструкцій двигунів. Передбачення надійної роботи елементів конструкції двигуна стає все більш актуальним і вимагає наявності відповідних методик для такої оцінки. За найбільш показовий елемент камери згоряння взято поршень. Він працює при значних термічних навантаженнях і саме його поверхні можуть працювати на межі призначених показників надійності. Аналіз публікацій показав актуальність поставленої задачі через зафіксовані випадки втрати параметричної надійності поршня з цілого ряду причин. Для забезпечення параметричної надійності бічної поверхні поршня під час проектування необхідно застосовувати додатковий критерій, якій повинен враховувати значення порогу повзучості матеріалу в продовж експлуатації. В роботі відмічена специфічність багатьох матеріалів – незначна тривалість першої стадії повзучості – їх зміцнення. В дослідженні розглянуто схему деформування критичної зони юбки поршня при визначенні порогу повзучості матеріалу за традиційною методикою та при врахуванні факту наявності стадії повзучості початкового зміцнення матеріалу. Встановлено відмінності результатів при врахуванні властивостей незміцненого та зміцненого поршневого алюмінієвого сплаву АК12М2МгН внаслідок повзучості. Показано, що результати досліджень щодо порогу повзучості незміцненого алюмінієвого сплаву слід враховувати в оцінках параметричної надійності бокової поверхні поршнів форсованих за потужністю двигунів. Саме для цієї зони межа повзучості матеріалу найбільше відрізняється для зміцненого і незміцненого матеріалу. Наступний напрям робіт пов'язано з визначенням порогу повзучості інших матеріалів та застосування отриманих даних в критерії параметричної надійності.Документ Двигуни внутрішнього згоряння і навколишнє середовище(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Марченко, Андрій Петрович; Парсаданов, Ігор Володимирович; Строков, Олександр ПетровичВирішення енергетичних і екологічних проблем є одною із основних задачею сучасності. В даній публікації відзначена роль двигунів внутрішнього згоряння, в першу чергу дизельних двигунів, в світовій енергетиці і конкретно в автомобільному транспорті, споживанні природних ресурсів, негативному впливі на навколишнє середовище і глобальному потеплінні. Наведені, напрямки подальшого підвищення ефективності дизельних двигунів і енергетичних установок автомобільного транспорту. Ці напрямки пов’язані із реалізацією існуючих резервів з підвищення ККД двигунів, удосконаленням конструкції, підвищенням технологічності, покращенням екологічних показників і використанням альтернативних видів палива, а також існуючими на часі у сучасній цивілізації проблемами використання потужних мобільних енергетичних установок на транспорті, будівництві, як окремо, то у сільському господарстві, а загалом при раціональному природокористуванні, у військових засобах тощо. Провідна роль ДВЗ як енергетичної установки для автотранспорту в майбутньому буде доповнена при розширенні застосування гібридних установок, що складається з дизельного двигуна, електрогенератора, приводних електродвигунів, накопичувача електроенергії, систем мікропроцесорного керування та оптимального регулювання. Сьогодні гібридні установки на базі ДВЗ мають зростаюче використання на пасажирському транспорті для міських і міжміських перевезень, є незамінними в окремих технологіях сільгоспвиробництва, військової техніки, встановлюватися на особистий транспорт. При цьому, для гібридних силових установок з ДВЗ концепція удосконалення таких установок трансформується у бік забезпечення підвищення експлуатаційного ККД, економічної та екологічної ефективності на усіх експлуатаційних режимах роботи при забезпеченні високого рівня форсування самих ДВЗ, відповідної надійності і ресурсу в експлуатації.Документ Спосіб організації двостадійного впорскування палива в циліндр дизеля за допомогою гідромеханічної паливної апаратури(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Прохоренко, Андрій Олексійович; Кравченко, Сергій Сергійович; Солодкий, Євген ІгоровичЗастосування багатофазного впорскування дозволяє зменшити рівні емісії з відпрацьованими газами та шумність роботи дизелів. В даній роботі запропоновано вдосконалення гідромеханічної системи паливоподачі дизелів транспортних засобів шляхом забезпечення можливості двостадійної подачі палива. Ця задача вирішується обладнанням паливного насосу високого тиску додатково секціями високого тиску, які працюють на нагнітання палива для пілотного впорскування. Кулачки валу приводу цих секцій випереджають кулачки валу основних секцій на 2-10 град. п.кул.в. Для перевірки працездатності запропонованої системи двостадійної подачі палива та підтвердження можливості досягнення нею заявлених параметрів було виконано розрахункові дослідження на основі математичного моделювання гідромеханічних процесів у цій системі. Розрахункові дослідження проведені за допомогою математичної моделі паливної системи високого тиску дослідницького одноциліндрового дизеля Ч12/14. Математична модель реалізована у середовищі програмування MATLAB. Тестові результати розрахунків за даною математичною моделлю для режиму роботи системи при частоті обертання кулачкового валу 650 хв⁻¹ та повній подачі палива система високого тиску забезпечує двостадійне впорскування з такими показниками: загальна циклова подача палива 67 мм3/цикл, пілотна доза – 12 мм³/цикл (що складає 18% від загальної циклової подачі); максимальний тиск впорскування 49 МПа при мак-симальному тиску 58 МПа у надплунжерній порожнині; максимальний тиск впорскування пілотної дози (в кармані форсунки) – 14,7 МПа при тиску, досягнутому у надплунжерній порожнині – 26,5 МПа; тривалість впорскування пілотної дози близько 2 град. п.кул.в., основної – 4,7 град. п.кул.в. На режимах за навантажувальними (та швидкісними) характеристиками система також забезпечує двостадійне впорскування. При зменшенні навантаження від максимального на 35-40% не впливає на максимальний тиск впорскування основної частини палива на всіх швидкісних режимах роботи системи, після чого має місце різке падіння цього параметра до величини максимального тиску впорскування пілотної. Максимальний тиск впорскування пілотної дози практично не залежить від швидкісного режиму та лежить в межах 13,5-15 МПа. Оскільки величина пілотної дози не регулюється, тому вона не залежить від переміщення рейки ПНВТ й складає 4 мм³/цикл при частоті обертання 450 хв⁻¹, 8 мм³/цикл при частоті обертання 550 хв⁻¹ та 12 мм³/цикл при частоті обертання 650 хв⁻¹.Документ Дослідження високоефективного охолоджувача наддувного повітря(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Савченко, Анатолій Вікторович; Шелестов, Максим СергійовичНа теперішній час двигуни внутрішнього згоряння набули поширення в якості джерел механічної енергії в багатьох сферах людської діяльності. Саме двигуни внутрішнього згоряння були та залишаються найбільш розповсюдженими на транспорті, де, зазвичай, висуваються жорсткі вимоги до масогабаритних характеристик двигунів та енергетичної установки в цілому. З метою задовільнення цих вимог відбувається постійне підвищення рівня форсування двигунів. Для дизелів найбільш поширеним технічним заходом, який забезпечує підвищення рівня форсування двигуна при майже незмінних масогабаритних характеристиках є збільшення тиску наддуву. Проте, в результаті стискання повітря відбувається підвищення його температури, яке пропорційне ступеню підвищення тиску повітря в компресорі. Підвищення температури повітря обумовлює зменшення масового заряду циліндрів, а отже, суттєве погіршення умов перебігу процесу згоряння палива. Також це викликає збільшення рівня максимальних температур циклу, що в свою чергу спричиняє підвищення термічних навантажень та швидкості утворення оксидів азоту в циліндрах дизеля. Наведене вище обумовлює актуальність задач з впровадження ефективних охолоджувачів наддувного повітря в сучасних високофорсованих транспортних дизелях. Ця технічна задача може бути вирішена з використанням повітряних чи рідинних охолоджувачів. В рамках статті розглядається рідинний охолоджувач, оскільки в порівнянні з повітряним він може бути виконаним більш компактним, дозволяє досягти значно меншої довжини та об’єму впускного тракту, а також спростити компонування впускного тракту в складі енергетичної установки в цілому, що є пріоритетним для дизелів, які розглядаються. В статті розглядається вплив конструктивних параметрів рідинного охолоджувача наддувного повітря на його габаритні характеристики та гідравлічний опір потоку наддувного повітря, що протікає крізь охолоджувач. Таким чином, в статті наведено дані, що свідчать про можливість виконання компактного високоефективного охолоджувача наддувного повітря при збереженні його гідравлічного опору на прийнятному рівні шляхом вибору раціональних параметрів.