Двигуни внутрішнього згоряння

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/62921

У публікаціях журналу розглядаються фундаментальні і прикладні проблеми сучасного двигунобудування, приводяться результати наукових досліджень, які виконані викладачами та науковцями вищої школи та НАНУ, аспірантами, докторантами, фахівцями галузевих установ, виробничих підприємств України і зарубіжжя, аналізуються проблеми, які пов'язані з удосконаленням конструкцій, експлуатацією, технологією виробництва двигунів внутрішнього згоряння.

Рік заснування: 2002. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 0419-8719 (Print)

Новини

Видання включене в Перелік наукових фахових видань України та присвоєна категорія «Б». Наказ МОН України №409 від 17.03.2020 р.

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 67

Accounting the emissions of engine fuel vapors in the criteria-based assessment of the ecological safety level of power plants with reciprocating ice exploitation process
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Kondratenko, Olexandr Mykolayovych; Andronov, Volodymyr Anatoliyovych; Polishchuk, Tetiana Ruslanivna; Kasionkina, Natalia Dmytrivna; Krasnov, Viacheslav Anatoliyovych
This study proposed the approach and method on its basis for carrying out of the calculated assessment of the values of the comprehensive fuel and environmental criterion of Prof. I. Parsadanov as the indicator of the ecological safety level of the exploitation process of power plants with diesel reciprocating internal combustion engine, considering the mass hourly emissions of engine fuel vapor caused by the phenomena of large and small breathing of reservoirs. The purpose of the study is to develop the method for taking into account the parameters of pollutant emissions into the environment, such as motor fuel vapors due to the phenomena of large and small breathing of the power plant fuel tanks, as an independent factor of ecological safety. The calculated assessment according to the proposed method is carried out considering the properties of engine fuel, degree of a fuel tank filling, features of model of the engine operation, daily difference of atmospheric air temperature and settings of the respiratory valve of the tank. It is found that considering the emission of engine fuel vapors caused by the phenomenon of small breathing has almost no effect on the level of environmental safety, but for the option of taking into account the effect of the phenomenon of large breathing, such an effect is significant. The scientific novelty of the obtained results is that for the first time a method for considering the emission of engine fuel vapors caused by large and small breathing of fuel tanks of reciprocating internal combustion engines in complex criteria-based assessment of ecological safety. The practical value of the obtained results is that they are suitable for quantitative and qualitative assessment of the studied effects and development on this basis of technical solutions and organizational measures to reduce or eliminate them by developing appropriate environmental protection technology with actuators on a methodological basis of environmental safety management system, including the use of other steady standardized testing cycles as models of engine operation.
Centrifugal compressor performance maps treatment for internal combustion engines operating cycle simulation
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Minchev, Dmytro; Varbanets, Roman
Simulation of the supercharged internal combustion engines operation cycle is impossible without correct estimation of the supercharger operating parameters. Standard approach is to use specially prepared performance maps of compressor and turbine of the turbocharger, which are based on the experimental (or manufacturer’s) raw data. Centrifugal compressor performance maps interpolation, extrapolation and treatment provides challenging requirements as it is important to get correct simulation under such special conditions as compressor choke, rotating stall and pumping surge. At the same time it’s important to obtain the fast and stable calculations of the engine’s operating cycle. Blitz-PRO – online internal combustion engines operating cycle simulation service – offers supercharger performance maps preprocessing and implementation. It provides three different modes of compressor surge consideration during calculations: 1) full-scale surge mode using Moore-Greitzer approach; 2) mild surge mode with flexible adjustment; 3) “stable” mode, when the surge is neglected and the compressor constant-speed lines are extended from the rotating stall point to the lower mass flow region with the hyperbolic equation. Using the MAN 8G70ME-E engine 12140 kW, 82 rpm operating point as an example, the calculation results are compared for three modes of compressor surge consideration. The “stable” mode provides the fastest and the most stable calculations, while the calculations under the full-scale surge mode could generate the numerical (nonphysical) instability of calculations, which are caused by the high sensitivity of the two-stroke engines to the gas exchange processes as it is shown. The mild surge mode provides fast and stable enough calculation with the surge consideration ability, which could be assumed as the best solution for the given example. The researcher should choose between provided three modes of the centrifugal compressor surge consideration according to the calculations tasks, preferring “stable” mode for initial model setup and mild surge mode for the surge probability check, while the accurate compressor surge simulation needs further development.
Criteria for assessing the effectiveness of transport power plants decarbonisation in accordance with implementation of the sustainable development concept
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Marchenko, Andriy Petrovych; Parsadanov, Igor Volodymyrovych
The directions of restoration and further development of the energy sector in Ukraine are considered in accordance with power plants with internal combustion engines, taking into account the widespread implementation of the Sustainable Development concept, which allows solving existing modern social, economic and environmental problems. For Ukraine, taking into account the economic opportunities and selected priorities for the chosen path of development, it is necessary at this time to choose gradual and specific directions to implement the Sustainable Development concept. The most priority areas of practical implementation of the concept are determined and it is indicated that the effectiveness of this implementation is associated with the development of the industry on the basis of the fourth and fifth industrial revolutions (Industry 4.0 and Industry 5.0). Напрямки відновлення та подальшого розвитку енергетики в Україні розглянуто відповідно до енергетичних установок з двигунами внутрішнього згоряння із врахуванням поширеного впровадження концепції «Сталий розвиток», що дозволяє вирішувати існуючі сучасні соціальні, економічні і екологічні проблеми. Для України з урахуванням економічних можливостей і обраних пріоритетів щодо обраного шляху розвитку в цей час необхідно обирати поступові і конкретні напрямки реалізації концепції сталого розвитку. Визначені найбільш пріоритетні напрямки практичної реалізації концепції та вказано, що ефективність цієї реалізації пов’язана із розвитком індустрії на основі четвертої та п'ятої промислових революцій (Індустрія 4,0 і Індустрія 5.0).
Determination of reference values of complex fuel and ecological criterion as the separate independent factor of ecological safety
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Kondratenko, Olexandr Mykolayovych; Andronov, Volodymyr Anatoliyovych; Koloskov, Volodymyr Yuriyovych; Tkachenko, Olexandra Olexandrivna; Kapinos, Yelyzaveta Volodymyrivna
In this study the approach and method on its basis for calculated assessment of reference values of complex fuel-ecological criterion of Prof. І. Parsadanov as separate independent ecological safety factor and as reference points of psychophysical scale of the partial desirability function when using it as the ecological safety factor of power plants with reciprocating internal combustion engines exploitation process was proposed. Also in the study calculated assessment of reference values of ecological indicators of reciprocating internal combustion engines as components of complex fuel-ecological criterion depending on magnitudes of effective power and coordinates of field of engine operating regimes for different levels of statutory ecological standards in force in Ukraine and previously in force was carried out. Thus, calculated assessment of reference values of complex fuel-ecological criterion and its components was performed and obtained the distribution of such reference values in field of 2Ch10.5/12 autotractor diesel engine operating regimes depending as well as dependences of such reference values on magnitudes of level of ecological standards EURO, engine effective performance and lower calorific value of engine fuel. So, the study for the first time proposes the approach to calculated assessment of reference values of the complex fuel-ecological criterion of Prof. І. Parsadanov as reference points of the psychophysical scale of the Harrington's partial desirability function when using it as the separate independent ecological safety factor of exploitation process of power plants with reciprocating ICE. The method, based on the proposed approach for calculative evaluation of reference values of the complex fuel-ecological criterion of Prof. I. Parsadanov as reference points of psychophysical scale of partial desirability function is suitable for obtaining necessary data for the complex criterion evaluation of the ecological safety level of operation process of power units with piston ICE using generalized Harrington desirability function, in the structure of which the complex fuel-ecological criterion acts as a distinct factor of environmental safety.
Enhanced diagnostic techniques for marine diesel engines: achieving imo decarbonization compliance
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Varbanets, Roman; Minchev, Dmytro; Savelieva, Iryna; Rodionov, Andriy; Mazur, Tetiana; Psariuk, Sviatoslav; Bondarenko, Vyacheslav
This paper discusses hardware-based methods for monitoring the operational parameters of marine diesel engines and online mathematical modeling techniques (digital twins) for calculating the emissions of CO₂, NOx, soot, and other harmful pollutants. It is demonstrated that measuring and analyzing the engine's vibrational diagrams in parallel with gas pressure diagrams in the cylinders allows the evaluation of the actual fuel injection and gas distribution timings. The obtained data is used to refine the mathematical model of the engine's working process, which determines the engine's indicator parameters and power, as well as the emission of harmful substances that need to be monitored in compliance with current IMO requirements. The authors have accumulated experience in using the discussed hardware-based methods for diagnosing marine engines during operation. The hardware and software methods discussed have been implemented into a real-time system for in-service diagnostics of marine engines. The system is designed based on a modern dual-core controller with high performance and low power consumption, incorporating a high-speed ADC with sufficient capability to monitor the working process with a 0.1-degree crankshaft rotation resolution for all types of marine main and auxiliary engines. The system also utilizes wireless data transmission technology. A contemporary Android/iOS smartphone or tablet serves as the computational and graphical component of the system. This real-time system enables the utilization of all the advantages of parallel pressure and vibroacoustic analysis, including real-time determination of key operating parameters, identification of top dead center position, and evaluation of fuel delivery and gas distribution phases. Additionally, it harnesses the benefits of employing a digital twin—an online mathematical model of the engine cylinder's working process. These solutions will enhance diagnostic quality and, ultimately, improve the operational efficiency of marine engines by reducing operational costs and extending the period of reliable, trouble-free operation.
Ensuring ecological and fire safety during the operation of motor vehicles with piston pneumatic and cryo engines which using the nitrogen as working body
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Kondratenko, Olexandr Mykolaiovych; Umerenkova, Ksenia Rostyslavivna; Lievtierov, Anton Mykhailivych; Strokov, Olexandr Petrovych; Koloskov, Volodymyr Yuriiovych; Lytvynenko, Olha Oleksandrivna
In the study, the purpose of which is to improve the mathematical apparatus based on the modified thermodynamic theory of disturbances for describing the thermophysical characteristics of nitrogen in the gaseous and liquid states as the working fluid of fire-safe and environmentally safe motor vehicles with piston pneumatic or cryoengines, a mathematical model was suggested to describe for describing the thermodynamic properties of gaseous and liquid of nitrogen, which is intended for the development of a new type of fire-safe and environmentally efficient vehicle with a piston pneumo- or cryoengine and its application is illustrated. The object of the study is the thermophysical characteristics of nitrogen in a liquid or gaseous aggregate state, as a working fluid of fire-safe and eco-safe motor vehicles with a piston pneumatic or cryoengine. У дослідженні, метою якого було вдосконалення математичного апарату на основі модифікованої термодинамічної теорії збурень для описання теплофізичних характеристик азоту в газоподібному та рідинному станах як робочого тіла пожежобезпечних та екобезпечних автотранспортних засобів з поршневим пневмо- або кріодвигуном, запропоновано й описано математичну модель для опису термодинамічних властивостей газоподібного та рідкого азоту, яка призначена для розробки нового виду пожежобезпечного та еколігочно ефективного транспортного засобу з поршневим пнемо- або кріодвигуном та проілюстровано її застосування. Об`єктом дослідження є теплофізичні характеристики азоту, що перебуває в рідинному чи газоподібному агрегатному стані, як робочого тіла пожежобезпечних та екобезпечних автотранспортних засобів з поршневим пневмо- або кріодвигуном.
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.
Автоматизація вимірювань теплових витрат двигуна в системи змащення та охолодження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Триньов, Олександр Володимирович; Сівих, Дмитро Георгійович; Сергієнко, Антон Миколайович
Представлені результати проміжного етапу дослідження процесів теплообміну в швидкохідних дизелях автотракторного типу на перехідних режимах скидання-накиду навантажень, які є характерними для дизелів цього типу. На таких режимах спостерігаються, як засвідчують результати розрахунків теплонапруженого стану деталей, що формують об’єм камери згоряння, зокрема поршнів, випускних клапанів газорозподільного механізму, значні закиди розтягувальних і стискаючих напружень у порівнянні з роботою на усталених режимах. Саме це є причиною виникнення дефектів у вигляді тріщин на теплообмінних поверхнях зазначених деталей, обмежує моторесурс двигунів автотракторного типу. Для більш детального вивчення перехідних процесів, як основний підхід, пропонується використання загальновідомої методики теплобалансних випробувань швидкохідного дизеля, але з залученням засобів автоматизованої обробки результатів вимірювань в цифровій формі на усталених і перехідних режимах. The paper presents the results of an intermediate stage of the study of heat transfer processes in high-speed diesel engines of the automotive tractor type at transient load discharge-load-injection modes, which are characteristic of this type of diesel engines. In such modes, as evidenced by the results of calculations of the thermal stress state of combustion chamber parts, in particular pistons, exhaust valves of the gas distribution mechanism, significant tensile and compressive stresses are observed compared to operation at steady-state conditions. This is the reason for the occurrence of defects in the form of cracks on the heat exchange surfaces of these parts, which limits the service life of automotive tractor engines. For a more detailed study of transient processes, as the main approach, it is proposed to use the well-known method of heat balance tests of a high-speed diesel engine, but with the involvement of automated processing of measurement results in digital form at steady-state and transient modes.
Аналіз причин руйнування головки циліндра двигуна внутрішнього згоряння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ліньков, Олег Юрійович; Пильов, Вячеслав Володимирович; Марченко, Андрій Петрович; Кравченко, Сергій Олександрович; Малишев, Герман Володимирович; Клименко, Олександр Миколайович
Розглянуто проблему виходу з ладу головки циліндрів двигуна внутрішнього згоряння. Проаналізовано фактори, що впливають на надійність головки циліндра на протязі заданого ресурсу. Серед зон, що найбільше потерпають розглянуто: перетинки між клапанами і між клапаном і форсункою, випускні канали, міста кріплення, площина поверхні, яка контактує з блоком. Проведено аналіз існуючих робіт в даному напрямку. Зазвичай, вирішується питання надійності окремої зони, про що можна знайти багато статей та патентів. The problem of failure of the cylinder head of an internal combustion engine is considered. The factors influencing the reliability of the cylinder head over a given service life are analyzed. Among the areas that suffer the most are considered: partition between valves and between the valve and the nozzle, exhaust channels, attachment points, the plane of the surface that is in contact with the block. An analysis of existing works was carried out. Usually, the issue of reliability of a separate zone is solved, about which you can find many articles and patents.
Аналіз типів силових установок транспортних засобів: переваги та недоліки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кравченко, Сергій Сергійович; Чучуменко, Богдан Сергійович; Таланін, Дмитро Сергійович
У даній роботі проведено аналіз переваг та недоліків силових установок транспортних засобів (ТЗ), розглянуто розвиток та сучасні типи гібридних силових установок, що використовуються на транспорті. Виконано аналіз викидів діоксиду вуглецю (CO2) в атмосферу від автомобілів, оснащених різними типами силових приводів, включаючи двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ), гібридні приводи та електричні двигуни. Проведені дослідження викидів, які виникають під час експлуатації транспортних засобів, а також викиди, пов'язані з виробництвом високовольтних батарей для електромобілів та виробництвом електроенергії, необхідної для їх заряджання. Зроблено висновок, що електромобілі, незважаючи на свою популярність як екологічно чисті транспортні засоби, можуть мати значний вплив на довкілля. This paper analyzes the advantages and disadvantages of vehicle power plants, examines the development and modern types of hybrid power plants used in transport. An analysis of carbon dioxide (CO2) emissions into the atmosphere from vehicles equipped with different types of powertrains, including internal combustion engines (ICE), hybrid drives, and electric motors, was performed. Studies have been conducted of emissions that occur during the operation of vehicles, as well as emissions associated with the production of high-voltage batteries for electric vehicles and the production of electricity required for their charging. It was concluded that electric vehicles, despite their popularity as environmentally friendly vehicles, can have a significant impact on the environment.
Аналіз існуючих систем наддуву та перспективи застосування електричного приводу у агрегатах наддуву
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лал, Амір Гул; Шелестов, Максим Сергійович
В роботі проведено аналіз сучасних рішень по підвищенню потужності двигунів за рахунок удосконалення системи повітряпостачання. Розглянуті одноступеневі та багатоступеневі схеми наддуву з газовим, механічним та комбінованим зв'язком у декількох варіаціях, виявленні їх позитивні та негативні сторони для сучасного машинобудування. Найпростішою та найпоширенішою є схема з газовим зв'язком між поршневою частиною і ТКР, але у випадку для двотактних дизельних двигунів треба зважати на особливості робочого процесу, де на малих обертах енергії вихлопних газів недостатньо для приведення в дію турбокомпресора. Другим варіантом є схеми з механічним зв'язком, де вали турбіни та компресора поєднані з валом двигуна за допомогою механічної передачі. Також можлива схема, при якій компресор і турбіна можуть бути окремо з'єднані з колінчастим валом дизеля. Таке рішення забезпечує синхронну роботу компресора і поршневого двигуна на усіх режимах, сприяє кращому газообміну, покращує показники на перехідних режимах та пускові властивості. Одним з вдалих рішень для двотактних дизелів є розробка комбінованих систем наддуву з проміжним охолоджувачем повітря, які вже вважаються багатоступеневими системами. Розділяються вони загалом на дві схеми, в одній схемі привідний компресор - ступінь високого тиску, а ТКР - низького тиску, друга схема навпаки. Для двотактних дизелів набув чинності та став більш відомим саме перший варіант. За останні 7 років підхід до вдосконалення системи наддуву набув деяких змін, одни з трендів є Electric Boosting Systems та впровадження цих систем для громадських автомобілів. Одними з перших були компанії Audi, Daimler, Land Rover, які почали оснащувати свої автомобілі електронаддувом. На даний час амбасадорами цієї теми можна вважати такі великі компанії як BorgWarner та Garrett. Так, наприклад, підрозділ AMG спільно з фірмою Garrett розробили та презентували серійний електротурбонаддув. Проблема використання електричного приводу в системах наддуву набуває більшого розголосу в останній час, та вже є змога зробити висновок щодо наяви великого потенціалу та можливості використання подібних розробок для вітчизняних двотактних дизельних двигунів.
Багатокритеріальна оцінка контактної взаємодії дискретно-континуально зміцнених деталей
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ткачук, Микола Миколайович; Марченко, Андрій Петрович; Кравченко, Сергій Олександрович; Ткачук, Микола Анатолійович; Веретельник, Олег Вікторович; Грабовський, Андрій Володимирович; Веретельник, Віктор Володимирович
У статті розглядається вплив властивостей матеріалів на контактну взаємодію зміцнених деталей конструкцій. Для оброблення цих деталей застосовується технологія дискретно-континуального зміцнення. Контактуючі деталі виготовлені із різних матеріалів. З одного боку – деталь із алюмінієвого сплаву. На її поверхні вирощується мікрошар оксидної кераміки. З іншого боку – чавунна або стальна деталь, у поверхневі шари якої індентовано електроіскровим методом архіпелаг зон зміцненого матеріалу. Тобто перша деталь оброблена континуально, а друга – дискретно. Досліджується вплив властивостей матеріалів у зонах зміцнення на контактну взаємодію таких деталей. Розроблені рекомендації стосовно вибору матеріалів та технологічних режимів дискретно-континуального зміцнення. Зокрема, установлено, що характер розподілу контактного тиску та напружень за Мізесом суттєво залежить від поєднань значень модулів пружності шару оксидної кераміки на алюмінієвій деталі та зони дискретного зміцнення на чавунній деталі. При цьому зі зростанням модуля пружності матеріалу зон дискретного зміцнення відбувається якісна зміна цих розподілів. Контактний тиск у центральній частині області контакту спочатку набуває мінімуму, а потім – максимуму. У той же час, вплив модуля пружності шару оксидної кераміки на алюмінієвій деталі - менш виражений. Відносний рівень контактного тиску та напружень за Мізесом змінюється у дослідженому діапазоні варіювання модулів пружності матеріалів зон континуального та дискретного зміцнення у досить широкому коридорі. Отже, можна управляти рівнем контрольованих величин. А відтак – є можливість обґрунтування вибору того чи іншого матеріалу, а також конструктивних та технологічних рішень при створенні тих чи інших елементів конструкцій. Важливе значення для обґрунтування раціональних технічних рішень вузлів нових конструкцій має не тільки рівень контактного тиску та напружень за Мізесом. Контактна взаємодія визначає розподіл навантажень між елементами конструкцій, що певним чином безпосередньо впливає на їх напружено-деформований стан та міцність. Також на додаток запускається серія процесів і станів: тертя, зношування, навантаженість. Вони залежать від розподілу контактних сил. Отже, із фізичної точки зору реалізується "мультифізичний" процес, а із технічної – багатокритеріальний. У результаті, на кожному із етапів виникає низка конкуруючих вимог та обмежень, які слід брати до уваги при обґрунтуванні раціональних технічних рішень нових виробів, зокрема, двигунів внутрішнього згоряння.
Вибір параметрів газового змішувача для конверсії дизельного мотор-генератора у газодизельний
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Лєвтєров, Антон Михайлович; Авраменко, Андрій Миколайович
За літературними джерелами проаналізовано варіанти конверсії дизелів у двопаливні двигуни для роботи на будь якому горючому, зокрема, природному газі (ПГ). Метод конверсії з зовнішнім сумішоутворенням і запальною дозою рідкого палива передбачає підготовку газоповітряної суміші необхідного складу у спеціальному пристрої. Наведено методику вибору конструктивних параметрів газового змішувача для організації робочого процесу V-подібного дизельного двигуна типу 12Ч 15/17,5, конвертованого у газодизельний, який працює у складі мотор-генераторної установки резервного енергоживлення. Проаналізовано базову конструкцію - дизельного мотор-генератора. Проведено порівняльний розрахунок робочих процесів дизельного та газодизельного варіантів виконання (з запальною дозою дизельного палива 10%). Сформовано вимоги до конструкції та місця розташування газового змішувача. According to literary sources, options for converting diesel engines into dual-fuel engines for operation on any fuel, in particular, natural gas (NG), were analyzed. The conversion method with external mixture formation and an ignition dose of liquid fuel involves the preparation of a gas-air mixture of the required composition in a special device. The methodology for choosing the design parameters of the gas mixer for the organization of the work process of a V-shaped diesel engine type 12Ch 15/17.5, converted into a gas diesel, which works as part of a motor-generator unit of backup power supply, is given. The basic design of the diesel motor-generator was analyzed. A comparative calculation of the working processes of diesel and gas-diesel variants of execution (with an ignition dose of diesel fuel of 10%) was carried out. The requirements for the design and location of the gas mixer have been formed.
Використання біогазу як сировини і моторного палива в енергетиці і на транспорті
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лісовал, Анатолій Анатолійович
В 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.
Використання метанолу у якості моторного палива для суднових двигунів внутрішнього згоряння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Білоусов, Євген Вікторович; Марченко, Андрій Петрович; Савчук, Володимир Петрович; Білоусова, Тетяна Петрівна
Намір міжнародної морської організації до 2050 року скоротити викиди парникових газів до атмосфери у двічі в порівнянні з 2008 роком спонукали виробників суднових двигунів розпочати активні пошуки шляхів вирішення цієї задачі. Оскільки на цей проміжок часу суттєвих глобальних змін у структурі енергетичного обладнання суден не передбачається, основні зусилля дослідників спрямовані на вирішення проблеми скорочення викидів на базі поршневих двигунів, які сьогодні становлять основу суднової енергетики. Технологією першого етапу скорочення викидів парникових газів, було переведення суднових дизелів на газові палива, і в першу чергу, на метан. The international maritime organization's intention to reduce greenhouse gas emissions to the atmosphere by two times compared to 2008 by 2050 prompted manufacturers of marine engines to start actively searching for ways to solve this problem. Since significant global changes in the structure of ship power equipment are not expected during this period, the main efforts of researchers are aimed at solving the problem of reducing emissions based on piston engines, which today form the basis of ship power. The technology of the first stage of reducing greenhouse gas emissions was the conversion of marine diesels to gas fuels, and primarily to methane.
Використання платформи Arduino при дослідженні двигунів внутрішнього згоряння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кравченко, Сергій Сергійович; Кузьменко, Анатолій Петрович; Ободець, Дмитро Костянтинович
Сучасна вимірювальні системи, що використовуються при дослідженні двигунів внутрішнього згоряння потребують значних інвестицій. Універсальна платформа Arduino, пропонує готові потужні апаратні модулі збору даних (шилди) та управління, які працюють у широкому діапазоні частот і амплітуд сигналів, забезпечують їх аналіз і обробку, дозволяють реалізовувати управління обладнанням, а також мають порівняно не високу вартість та безкоштовне програмне забезпечення з стандартними бібліотеками. Вказані факти свідчать за високу актуальність використання платформи Arduino при дослідженні двигунів внутрішнього згоряння. Метою даної роботи є визначення можливостей та особливостей використання програмно-апаратної платформи Arduino при дослідженні процесів, що відбуваються в енергетичних силових установок із двигунами внутрішнього згоряння, раннього прототипування їх систем керування та діагностування. Modern measuring systems used in the study of internal combustion engines require significant investments. The universal Arduino platform offers ready-made powerful hardware modules for data collection (shields) and control, which work in a wide range of frequencies and signal amplitudes, provide their analysis and processing, allow to implement equipment management, and have a relatively low cost and free software with standard libraries. These facts testify to the high relevance of the use of the Arduino platform in the study of internal combustion engines. The purpose of this work is to determine the possibilities and features of using the Arduino hardware and software platform in the study of processes occurring in energy power plants with internal combustion engines, early prototyping of their control and diagnostic systems.
Використання технологій ІІoT в системах моніторингу та керування двигуном
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ліньков, Олег Юрійович; Шевченко, Олексій Сергійович
Визначення параметрів роботи систем двигуна є дуже важливим для забезпечення його тривалої надійності. У сучасних енергетичних установках використовується велика кількість сучасних електронних компонентів (датчиків, контролерів та інше). Всі системи генерують величезний об'єм даних, які треба відслідковувати, обробляти та аналізувати, що в свою чергу створює виклики до шлюзів та серверів. Однак сучасний стан розвитку мікроконтролерів та їх потужність дозволяють використовувати туманні обчислювання, що може привести до більш ефективного використання, як енергетичної установки, так і систем передавання даних. Також використання сучасних мікроконтролерів та туманних обчислень дозволяє модернізувати старі енергетичні установки з мінімальними зусиллями та створювати нові інформаційні вузли моніторингу стану вузлів та систем двигуна та з легкістю поєднувати їх з вже існуючими на двигуні системами. Розглянуто вибір мікроконтролера та обґрунтування його типу для модернізації паливної системи дизельного двигуна. В паливній системи високого тиску дизельних двигунів відбуваються швидкоплинні процеси, які можна визначати по зміні тиску палива. Determining the operating parameters of engine systems is very important to ensure its long-term reliability. Modern power plants use a large number of modern electronic components (sensors, controllers, etc.). All systems generate a huge volume of data that must be tracked, processed and analyzed, which in turn creates calls to gateways and servers. However, the current state of development of microcontrollers and their power allow the use of fog computing, which can lead to more efficient use of both the power plant and data transmission systems. Also, the use of modern microcontrollers and fog computing allows modernizing old power plants with minimal effort and creating new information nodes for monitoring the state of nodes and engine systems and easily combining them with systems already existing on the engine. The selection of a microcontroller and justification of its type for the modernization of the fuel system of a diesel engine are considered. Rapid processes occur in the high-pressure fuel system of diesel engines, which can be determined by changes in fuel pressure.
Влияние геометрии проточной части газоподающего модуля на процесс подачи газового топлива в малооборотном газодизельном двигателе
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Марченко, Андрей Петрович; Белоусов, Евгений Викторович; Савчук, Владимир Петрович; Вербовский, Валерий Степанович; Рыбальченко, Николай Евгеньевич
Использование газовых топлив для судовых двухтактных малооборотных двигателей внутреннего сгорания рассматривается Международной морской организацией как основной инструмент реализации принятой в 2018 году программы по сокращению выбросов парниковых газов к 2050 году вдвое по сравнению с уровнем 2008 года. В этой связи ведущие мировые производители этого типа двигателей ведут активные научные и проектно-конструкторские работы, направленные на их разработку, проектирование, производство и внедрение в практику эксплуатации. В данном классе двигателей существует ряд ограничений, не позволяющих применить для них имеющийся опыт переоборудования на газовое топливо четырехтактных судовых двигателей. В этой связи каждый производитель разрабатывает свои подходы к решению данной проблемы. В результате наметились два принципиально отличающихся подхода – это подача газового топлива непосредственно в рабочий цилиндр в начале и в конце такта сжатия. Каждому из этих методов свойственны свои преимущества и недостатки. Ранее авторами было показано, что помимо уже реализованных технических решений могут быть использованы другие подходы, связанные с подачей газового топлива в рабочий цилиндр под давлением 4,0...6,0 МПа, которые позволяют сочетать в себе преимущества обоих реализованных на практике методов и существенно сократить свойственные им недостатки. В частности, как эффективный метод борьбы с детонационным сгоранием, имеющем место в двигателях низкого давления, является сокращение времени пребывания газовоздушной смеси в рабочем цилиндре двигателя на такте сжатия. В свою очередь, это время зависит от давления, под которым газовое топливо подводится к газопдающему модулю и от особенностей его истечения через проточную часть этого устройства. Исследованию влияния конструктивных особенностей проточной части на формирование траекторий движения газового топлива и параметров его истечения из газового модуля в рабочий цилиндр в условиях меняющегося противодавления посвящена данная статья.
Вплив добавки закису азоту до повітряного заряду на показники двигуна з іскровим запалюванням за роботи з повним навантаженням
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Гутаревич, Юрій Феодосійович; Гора, Микола Дмитрович
В статті наведені методика і результати досліджень по впливу добавки закису азоту до повітряного заряду на енергетичні та екологічні показники і паливну економічність автомобільного двигуна з іскровим запалюванням, зворотним зв’язком і каталітичним трикомпонентним нейтралізатором за роботи з повним навантаженням. Режими повних навантажень двигунів часто використовують в умовах інтенсивного руху автомобілів в містах і населених пунктах. Підвищення енергетичних показників є актуальним для спортивних транспортних засобів, енергетичних стаціонарних установок за роботи з повним навантаженням. The article presents the methodology and research results on the influence of nitrous oxide addition to the air charge on the energy and environmental indicators, as well as the fuel economy of a spark ignition engine with feedback and a three-way catalytic converter under full load conditions. Full load engine modes are often used in conditions of intense traffic of vehicles in cities and settlement. Increasing energy indicators is relevant for sports vehicles and stationary energy installations operating at full load.
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 Михайлович
В 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.