Введение к работе
Актуальность темы. Постоянно усложняющаяся ситуация с энергоресурсами в мире, активизирует научно-исследовательские работы по сокращению удельного потребления двигателями внутреннего сгорания моторных топлив. Такие двигатели, являясь энергоагрегатом с двойным преобразованием энергии, имеют определенные резервы улучшения топливной экономичности на стадии преобразования теплоты в механическую работу, происходящей при совершении работы газовыми силами в цилиндре ДВС. Традиционно используемые для этих целей термодинамические циклы при простоте и наглядности анализа, в силу ряда условий их описания, не позволяют вести оптимизацию подвода теплоты к рабочему телу при произвольных законах теплоподвода и тепловых потерь, момента начала теплоподвода, его продолжительности, различных ограничениях и т.д., поэтому требуются иные методы анализа. Современному транспортному поршневому двигателю свойственны очень высокие показатели по динамической нагруженности цилиндро-поршневой группы: максимальной скорости нарастания давления и наибольшему давлению цикла (максимальное давление в цилиндре может достигать 15 МПа и более), поэтому дальнейшее повышение коэффициента полезного действия за счет увеличения фактора динамичности, т.е. интенсификации тепловыделения при положении поршня вблизи ВМТ, не всегда целесообразно. Параметры динамической нагруженности могут служить ограничениями при выборе оптимального закона теплоподвода, обеспечивающего наивысшую топливную экономичность поршневого двигателя.
Таким образом, тема диссертации, связанная с изысканием возможностей повышения КПД транспортного двигателя внутреннего сгорания, параметра, который становится нормируемой характеристикой силового агрегата автомобиля (Европейский Союз предполагает к 2012 году снизить допустимые выбросы транспортным средством диоксида углерода с 160 до 120 г/км), является актуальной.
Целью диссертационной работы является исследование расчетных циклов ДВС в обобщенном виде, с расширением подходов, используемых при построении термодинамические циклов поршневых двигателей, и создание методик расчета действительных циклов с ограничениями, наклады-
ваемыми реальной конструкцией двигателя, для оптимизации теплоподво-да к рабочему телу, из условий обеспечения повышения индикаторного коэффициента полезного действия поршневого двигателя.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи.
Теоретически обосновать характеристики теплоподвода к рабочему телу, обеспечивающие наивысший КПД, при ограничениях параметров цикла реального ДВС, проанализировать перспективные рабочие циклы ДВС.
Обосновать методические подходы к исследованию малогабаритного дизеля индицированием рабочего процесса, комплектацию испытательного стенда, проанализировать применимость калориметрического устройства для замера малых расходов топлива.
Разработать методику и провести расчетно-теоретический анализ циклов поршневых ДВС при политропных процессах сжатия-расширения.
Разработать методику и провести параметрический анализ модифицированного термодинамического цикла поршневого ДВС
Методы исследования. В работе применены теоретические, расчет-но-теоретические и экспериментальные методы исследования, в том числе и математическое моделирование процессов, протекающих цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Достоверность результатов. Математическое моделирование осуществлялось на основе фундаментальных понятий и уравнений, а также общепринятых подходов к описанию исследуемых процессов на основе выбора и учета основных влияющих факторов, экспериментальные исследования проводились с применением поверенных контрольно-измерительных приборов с анализом в работе погрешностей измерений и обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы заключается в том, в диссертации разработаны новые методы анализа рабочих циклов ДВС, сочетающие достаточную простоту и наглядность, свойственную термодинамическому анализу циклов, с учетом ограничений на параметры цикла со стороны конструкции реального двигателя, произвольных законов тепловыделения и тепловых потерь и других параметров, что характерно для ресурсоемких «тя-
желых» моделей рабочих процессов ДВС.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики и расчетные программы предельных рабочих циклов, позволяют проводить расчетно-теоретический анализ возможностей повышения индикаторного КПД вновь проектируемых ДВС; предложенная методика расчета калориметрического расходомерного устройства, позволяет проектировать их для условий испытаний малоразмерных ДВС.
Реализация результатов работы. Расчетные методики и программы расчетов анализа предельных циклов двигателей внутреннего сгорания используются в учебном процессе кафедры теплотехники и тепловых двигателей РУДН.
Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Материалы, включенные в диссертацию, были представлены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН (г. Москва, 2007, 2008, 2009 гг.), всероссийской научно-практической конференции «Инженерные системы - 2008» (Москва, РУДН), научно-технической конференции, посвященной 40-летию кафедры двигателей ЧВВАКИУ (Челябинск, 2008, ЧВВАКИУ), международной научно-практической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение» (Киров, 2009, Вятская ГСХА).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 6 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит 121 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 11 таблиц и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 101 наименований и приложения на 8 страницах.
