Международной конференции Двигатель-2007, посвященной 100-летию школы двигателестроения мгту им. Н. Э. Баумана Под редакцией Н. А. Иващенко, А. Р. Макарова. Москва 2007

Результат всей этой работы получился такой. В бензиновом ДВС с внешним смесеобразованием со сверхвысокой степенью сжатия рабочий цикл происходит следующим образом: степень сжатия двигателя, например, составляет 22, частота вращения коленчатого вала выше 1800 об/мин, например, 2000 об/мин, режим работы-внешняя скоростная характеристика. При перечисленных условиях дроссельная заслонка открыта полностью, расход воздуха максимальный для данных оборотов. Угол опережения зажигания (УОЗ) 6 градусов до ВМТ. При нахождении поршня в 0 градусов ВМТ начинается распространение пламени по фронту. До 6000 об/мин двигатель работает при полностью открытом дросселе, только изменяется УОЗ. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала ниже 1800 об/мин, например, до 1200 об/мин дроссельная заслонка меняет положение и ограничивает наполнение цилиндра. При этом, если при полностью открытой дроссельной заслонке наполнение цилиндра составило бы 360 мг смеси, то при реальной работе на внешней скоростной характеристике при указанной частоте вращения коленчатого вала дроссельная заслонка должна занять такое положение, при котором максимальное поступление смеси в цилиндр должно составить не более 270 мг на рабочий такт. Для двигателя со сверхвысокой степенью сжатия понятие работы на внешней скоростной характеристике имеет другой смысл, чем для традиционного двигателя. На низких оборотах для него это - работа при максимально допустимом наполнении цилиндра. На данный момент по поводу двигателя со сверхвысокой степенью сжатия существует два мнения. Первое мнение: Открыт новый термодинамический цикл. На основе этого цикла создан и построен новый вид ДВС. На основе нового цикла будут строиться ДВС с наиболее эффективными степенями сжатия и максимально достижимым КПД. Второе мнение: Путем использования известных теории ДВС способов борьбы с детонацией построен двигатель со сверхвысокой степенью сжатия, который работает без детонации. В основе этих мнений лежит вопрос: есть синхронизация процессов на расширении или нет ее. Противоаргументом моей позиции выдвигается следующее: Из теории следует, что любое возмущение в жидкостях и газах распространяется со скоростью звука. Так как размеры камер сгорания поршневых двигателей малы, а скорость звука 500-600 м/с, то давление через доли микросекунд выравнивается по всему объему, но не остается таким, как в зоне возмущения. В замкнутом сосуде неизменного объема при нагревании газа происходит увеличение давления, при его охлаждении – уменьшение давления и температуры. Если стенки объема деформируются, то происходит увеличение и объема и давления. Увеличивается давление в этом случае меньше, чем при отсутствии деформации стенок. С началом процесса сгорания интенсивность подвода теплоты такова, что скорость увеличения давления рабочего тела опережает скорость увеличения объема камеры. В виду этого принято считать, что выровнять скорости увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания невозможно. Поэтому в камере сгорания происходит поджатие зоны смеси, до которого фронт сгорания еще не дошел. Если интенсивность поджатия смеси окажется слишком высокой, произойдет детонация. Но, как указано выше, путем дросселирования можно регулировать интенсивность увеличения давления рабочего тела. А раз ее можно регулировать, то для каждого конкретного рабочего цикла путем дросселирования (ограничения наполнения цилиндра) можно подобрать и установить такую интенсивность увеличения давления, которая соответствовала бы скорости увеличения объема камеры сгорания. Т.е., как выяснилось, процесс можно синхронизировать. Поэтому, если в период распространения фронта пламени, синхронизировать скорости увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания, давление останется неизменным. Процесс синхронизации в моем двигателе можно нарушить приведенными выше тремя способами: 1. При сохранении всех данных (УОЗ, расход воздуха, состав смеси и пр.) уменьшить обороты. 2. При сохранении всех данных (УОЗ, обороты, состав смеси и пр.) увеличить расход смеси. 3. При сохранении всех данных изменить УОЗ. Эксперименты с нарушением синхронизации проводились неоднократно. По приведенным пунктам могу привести такие данные: Обороты 1700, дроссель открыт полностью, расчетный Рс=60 кг/см2. Двигатель работает без детонации. Уменьшение оборотов до 1680, т.е. всего на 20 об/мин, вызывает детонацию. Другой пример: Обороты 1680, дроссель прикрыт, расход смеси 355 мг на цикл. Расчетный Рс=58 кг/см2. Детонации нет. Дроссель открывается полностью. Расход смеси становится 360 мг на цикл. Двигатель детонирует. Третий пример: Перенос угла зажигания на 10 градусов выше или ниже оптимальной точки в двигателе ЗМЗ-406 со степенью сжатия 9,5 каких-либо заметных изменений в его работе не вызывает. В моем же двигателе максимально возможное смещение угла зажигания от оптимальной точки составляет всего 1-1,5 градуса в сторону его увеличения и 2-3 градуса в сторону уменьшения. И то в первом случае возникает сильная детонация, а во втором случае резко падает эффективность. Рс и Тс это давление и температура в той точке, которая называется концом сжатия-началом расширения. Сформировавшись в момент завершения сжатия, они в таковом качестве вступают в процесс расширения. Соответственно этому приведенные выше примеры экспериментов касаются давления Р1 и показывают, что даже незначительное, всего на 2 кг/см2, увеличение Р1 приводит к детонации. Синхронизация процесса расширения есть отличительный признак цикла и основа, на котором строится работа двигателя со сверхвысокой степенью сжатия. Можно сказать так: есть синхронизация, есть работающий двигатель, нет синхронизации, нет работающего двигателя. Особенности индикаторной работы двигателя следующие: 1). При работе на внешней скоростной характеристике При работе двигателя от минимальных до максимальных оборотов на внешней скоростной характеристике имеются 3 зоны, в которых работа двигателя строится по совершенно разным принципам. Зона № 1 (рис. 1 и 6). Это зона ограничения наполнения. Существование указанной зоны отличает мой цикл от остальных известных. Границы зоны зависят от степени сжатия двигателя, детонационной стойкости топлива и пр. Например, для двигателя со степенью сжатия 22 при использовании бензина Аи-98 зона ограничения наполнения завершается при частоте вращения коленчатого вала 1800 об/мин. В указанной зоне при работе двигателя на внешней скоростной характеристике дроссельная заслонка не может открываться на больший угол (по расходу воздуха), чем это предусмотрено в диаграмме на рис. 6. Индикаторная диаграмма имеет уступ, ввод теплоты начинается в ВМТ. На период распространения пламени по фронту обеспечивается постоянство давления Р1. Зона № 2 (рис. 2). Указанная зона состоит из 2-х переходных этапов. Первый переходный этап. Располагается за зоной ограничения наполнения. В указанной зоне дроссельная заслонка открыта полностью. Но ввод теплоты начинается в ВМТ. Угол зажигания изменяется незначительно, с коррекцией на увеличение частоты вращения. Ширина зоны- диапазон частот, примерно, 100-200 об/мин. Для двигателя со степенью сжатия 22 первый переходный этап завершается при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Существование зоны объясняется следующим: По мере увеличения частоты вращения уменьшается время сжатия смеси. Увеличение интенсивности процессов сжатия увеличивает степень подготовки смеси к горению и увеличивает интенсивность процессов горения. Поэтому в указанном диапазоне частот точка начала ввода теплоты остается в ВМТ. Второй переходный этап. Протяженность этапа по диапазону частот 300-500 об/мин. В указанной части зоны точка ввода теплоты переходит на такт сжатия и постепенно смещается в сторону НМТ. На индикаторной диаграмме правый конец уступа постепенно поднимается в сторону Рz. К концу второго этапа переходной зоны № 2 уступ исчезает полностью. Зона № 3 (рис. 3). В указанной зоне начало ввода теплоты и начало распространения пламени по фронту начинается на такте сжатия. Индикаторная диаграмма по показателям Рс и Рz соответствует индикаторной диаграмме двигателя с высокой степенью наддува. 2). При работе на режимах частичных нагрузок. У двигателя со степенью сжатия 22 при расходе 34% воздуха (см. рис. 4) от максимально возможного индикаторная диаграмма по показателям Рс и Рz соответствует индикаторной диаграмме двигателя со степенью сжатия 10, работающего на внешней скоростной характеристике. При дальнейшем увеличении наполнения в зависимости от оборотов происходит следующее: 1. Если двигатель работает в зоне ограничения наполнения, по мере увеличения наполнения в диаграмме появляется уступ. 2. Если двигатель работает за пределами зоны ограничения, Рс и Рz увеличиваются до максимальных величин для данного наполнения. Какова величина уступа по углам поворота коленчатого вала точно не знаю. Но ясно одно. В зоне ограничения наполнения период синхронизации должен соответствовать периоду распространения пламени по фронту. В противном случае возникнет детонация. Изложенные выводы и решения пришли не все вместе и не сразу. Это была работа нескольких лет. Большую помощь в практической работе мне оказал М.Г. Шатров. Все эти годы научным руководителем моих поисков был Иващенко Н.А. Сегодняшнее мое сообщение есть не только результат моей работы, но и в значительной степени результат той бескорыстной помощи, которую они мне оказали. Осмысление с помощью Иващенко Н.А. проделанной работы привело меня к выводу о том, что найдено не просто решение, как избавиться от детонации в бензиновом двигателе и недопустимой жесткости в дизельном двигателе. Открыт термодинамический цикл, который позволит строить ДВС с наиболее эффективными степенями сжатия и максимально достижимым КПД. Почему я считаю, что имею право говорить о термодинамическом цикле? Потому что ни один из существующих циклов не в состоянии обеспечить работу ДВС со сверхвысокими степенями сжатия. Ни один из циклов не содержит в себе такой последовательной совокупности признаков, которые есть у моего цикла. Поэтому он новый и будет располагаться в ряду существующих циклов, как отдельное и самостоятельное явление. Предлагаю вашему вниманию следующую формулу цикла: Смешанный цикл работы бензинового ДВС со сверхвысокой степенью сжатия, в котором на первом такте производится впуск свежего заряда воздуха (либо топливно-воздушной смеси), на втором такте производится сжатие этого заряда до давления Р1, на третьем такте происходит расширение продуктов горения, на четвертом такте производится удаление из цилиндра продуктов сгорания, отличающийся тем, что при работе на внешней скоростной характеристике, в зависимости от частоты вращения, на такте впуска производится ограничение наполнения цилиндра рабочим телом для обеспечения на рабочем такте на период распространения пламени по фронту постоянства давления Р1 путем синхронизации процесса увеличения объема камеры сгорания и давления рабочего тела. При этом точка начала ввода теплоты находится в ВМТ (верхней мертвой точке) на рабочем такте, часть теплоты вводится при постоянном давлении Р1, а остальная часть теплоты вводится при увеличивающемся до значения Рz давлении. Диаграммы удельного расхода топлива двигателя ЗМЗ-406 (ε =9,5. V=2,4 л.) и макета двигателя ИГА (ε =20,5. V=1,6 л.) в зависимости от положения дросселя (3200 мин-1). ge гр/квт/ч 414 367 325 293 294 260 ЗМЗ 253 245 241 245 239 246 ИГА 50 60 70 80 90 100 Дроссель % Динамика изменения крутящего момента в зависимости от положения дросселя двигателя ЗМЗ-406 и макета двигателя ИГА(3200 мин-1) Ме Н/м 181 ЗМЗ 145 116 139 ИГА 126 106 90 77 90 62 70 52 50 60 70 80 90 100 Дроссель % Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 1800 об/мин. Р Рz Рb 140кг/см2 60кг/см2 Рс=Р1 Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 1 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 2000 об/мин. Р Рz Рb 140кг/см2 60кг/см2 Рс Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 2 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 2300 об/мин. Р Рz Рb 140кг/см2 75кг/см2 60кг/см2 Рс Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 3 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 1800 об/мин. При расходе 50% воздуха. Р Рz Рb 60кг/см2 Рс Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 4 Диаграмма максимального наполнения цилиндра бензинового ДВС со степенью сжатия 9 с турбокомпрессорным наддувом в зависимости от оборотов 3 2,5 2 1,5 1 0,5 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 2000 6000 Рис. 5 Диаграмма Максимально допустимого наполнения цилидра бензинового ДВС в зависимости от оборотов при степени сжатия 22 (полное наполнение принимается за 1) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 2000 6000 Рис.6 Г.А. Ибадуллаев Выступление Ибадуллаева Г.А. на конференции Профессор Кавтарадзе Р.З., доцент Онищенко Д.О., профессор Зигфрид Блудсцувайт, доцент Фатахов М.М. (слева направо) при демонстрации работы двигателя Замеряется давление сжатия. У контрольной ВАЗ-2110 оно составило 14,5 кг/см2. Обсуждение. Бензиновый двигатель с высокой степенью сжатия Фатахов. М.М. Махачкалинский филиал МАДИ (ГТУ) Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания является достаточно совершенной и сложной машиной. Трудно даже представить, что в столь привычных для многих двигателях автомобилей семейства ВАЗ каждый из 4х поршней способен совершать 200 ходов в секунду. В мире существуют двигатели с номинальной частотой в 2, а то даже в 3 раза большей, чем у ВАЗа, т.е. каждый из поршней этих двигателей способен совершать по 400-600 ходов за секунду. Какие же огромные должны быть при этом силы инерции деталей КШМ, какими напряжениями по времени являются процессы двигателя? Но с другой стороны в бензиновом двигателе всего не более 30% энергии заключенного в сгораемом топливе удается преобразовать в полезную механическую работу и то на режимах полных нагрузок, а на частичных режимах, на которых в основном и работает автомобильный двигатель, эффективный КПД в разы меньше. С этой стороны считать автомобильный двигатель совершенной машиной не справедливо. Отсюда и понятны более столетние поиски ученых, исследователей, конструкторов путей повышения эффективного КПД двигателя. На мой взгляд, единственным способом существенного повышения эффективного КПД двигателя, является повышение степени сжатия. Всем известно, что ограничение на повышение степени сжатия в бензиновом двигателе ставит детонационное сгорание. Ибадуллаевым Г.А изготовлены экспериментальные образцы бензиновых двигателей со степенями сжатия 20, 25 и 30, хотя экспериментальными образцами их можно назвать условно, поскольку они изготовлены не в заводских, а в кустарных условиях. Двигатели эти работают без детонации, один из них установлен на автомобиль ВАЗ-2110 и на сегодняшний день имеет пробег 40 тыс. км. Со слов автора, двигатель не раз перебирался и состояние деталей КШМ идеальное. Работа двигателя Ибадуллаева Г.А. построена по следующему циклу. При работе по внешней скоростной характеристике угол опережения зажигания задается таким, что по времени он равен периоду задержки воспламенения, т.е. в момент прихода поршня в ВМТ формирование очага пламени уже завершено. От ВМТ начинается процесс распространения пламени по фронту. Начиная от этого момента, в надпоршневой полости формируются три области разных физических состояний: область сгоревшей смеси, область пламени и область смеси. При этом не будет иметь место детонационное сгорание, если в области смеси не произойдет повышение давления, пока фронт пламени не распространится по всему объему. Давление в области смеси зависит: во-первых, от скорости увеличения объема надпоршневой полости вследствие перемещения поршня от ВМТ к НМТ, в свою очередь, зависящая от частоты вращения коленчатого вала; во-вторых, от скорости тепловыделения и теплообменных процессов между отдельными областями рабочего тела и между рабочей смесью и поверхностью, образующей надпоршневое пространство, в свою очередь, при данной степени сжатия, зависящая от наполнения. Регулированием наполнения, т.е. дросселированием, добиваемся равенства скорости расширения и скорости увеличения объема рабочего тела, чему на диаграмме соответствует изобара „c-z'”. После распространения пламени по всему объему камеры сгорания происходит интенсивное тепловыделение, приводящее к резкому повышению давления и температуры. Чему на диаграмме соответствует изохора „z'-z”. Далее идет процесс расширения „z-в”. Всему этому предшествовал процесс сжатия „а-с”. На основе общеизвестных термодинамических соотношений и допущения, что процессы „а-с” и „z-в” адиабатные, для теоретического цикла, по которому работает рассматриваемой двигатель, получено выражение для определения термического КПД – ηt (1) (1) Также на основе общепринятых положений теории ДВС получено выражение для среднего индикаторного давления цикла (2) (2) Рис. 1. Результаты расчета термического КПД цикла при реальных, на мой взгляд, степенях предварительного расширения и увеличения давления (ρ = 1,4; λ = 2,0) при степени сжатия ε = 25 дает ηt = 0,69, а при ε = 30 дает ηt = 0,71, что на 15÷20% выше, чем у двигателя со степенью сжатия ε = 10 с подводом тепла по изохоре. Результаты расчета среднего индикаторного давления показывают, что оно на 40 и 55% выше, чем у серийного двигателя, соответственно при ε = 25 и ε = 30. Эти цифры свидетельствуют о том, что это огромный шаг в развитии поршневых двигателей внутреннего сгорания. Расчет Термического КПД и среднего индикаторного давления бензинового ДВС по циклу Ибадуллаева. Литература 1.Ленин И. М. Автомобильные и тракторные двигатели. -М.:Высшая школа. 1976 г. 2.Воинов А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. -М.: -Машиностроение, 1977 г.

Похожие:

	Программа Всероссийской студенческой конференции «Студенческая научная... «Студенческая научная весна», посвященной 185-летию мгту им. Н. Э. Баумана 01-30 апреля 2015г		Участники конференции Непрерывное образование учителя технологии: проблемы качества : материалы II международной заочной научно-практической конференции,...
	Iv международной научно-практической конференции Сибири, посвященной 20-летию образования Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова		Защитим культуру Материалы международной общественно-научной конференции, посвященной 60-летию Пакта Рериха. 1995 г
	Заседание общественной палаты в мгту им. Баумана >18. 05. 2007 Контроль... Кабинета Министров Украины N696 от 3 мая 2007 года, планируется осуществить в 2011 году, является для Украины экономически невыгодным....		Информационное сообщение Организационный и Программный комитеты Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – 20» планируют...
	Выступление Жариковой И. Н. на конференции, посвященной 85-летию... Жариковой И. Н. на конференции, посвященной 85-летию Государственного бюджетного образовательного учреждения		Леонид саксон асфодель, часть III аксель, Кри и фея Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Университетский спорт: Здоровье и процветание нации», посвященной 20-летию...
	Конкурс на лучшую научную работу студентов. В соо Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Университетский спорт: Здоровье и процветание нации», посвященной 20-летию...		Международная научно-техническая конференция «проблемы и перспективы развития двигателестроения» Посвящается 100-летию Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н. Д. Кузнецова
	Список публикаций Р. А. Шепенко № Наименование, вид Выходные данные... К вопросу о международном налоговом праве / Современные проблемы теории налогового права: материалы международной научной конференции....		Азовательные технологии и их использование в системе гуманитарной... Межвузовский центр по историческому образованию в технических вузах Российской Федерации
	Отчет Финансового отдела Администрации Куртамышского района о результатах... Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Университетский спорт: Здоровье и процветание нации», посвященной 20-летию...		Правила совершенствования стипендиального обеспечения студентов мгту им. Н. Э. Баумана Мгту им. Н. Э. Баумана путем повышения размеров государственных академических стипендий студентам, имеющим достижения в различных...
	Договор № на оказание услуг по организации участия в Международной... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт космических исследований российской академии наук		М еждународная научно-просветительская конференция Адлерских чтений – международной научно-просветительской конференции «Проблемы национальной безопасности России: уроки истории и...