Лекция 7. ARC и HCCI (Лекции)

Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Совершенствование технологийиспользования альтернативныхтоплив в поршневых двигателяхк.т.н. Зеленцов А.А.Москва, 2016Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Вопросы, рассматриваемые на лекцииРешения по организации рабочего процесса вперспективных газовых ПДЦикл Миллера в ГДПерспективные способы инициации воспламенениятопливовоздушных смесей в ГД: ARC (LAG, SCS-процессы)и HCCI-технологииРегулирование работы HCCI-двигателяЛитература:1.

Hua Zhao. HCCI and CAI Engines for the Automotive Industry. CRC Press LLC,New York, 2007. 557 p.2Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Рабочий процесс в газовых двигателях Одним из основных конструктивных параметров ГД являетсядействительная степень сжатия, которая выбирается из условияотсутствия детонации. КПД термодинамического цикла работы двигателя в большейстепени зависит от степени расширения, увеличиваясь с ее ростом. Как следствие, желательно иметь как можно более высокую степеньрасширения при ограниченном значении степени сжатия.Реализация в ГД с наддувом цикла Миллера, в котором за счетраннего закрытия впускного клапана действительная степеньрасширения рабочего тела становится больше действительнойстепени сжатия.3Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Работа газового двигателя по циклу МиллераПреимущества: высокий КПД и снижение тепловой нагрузки на детали за счетувеличения продолжительности контакта охлажденного при расширении заряда итеплообменных поверхностей.Недостатки: необходимость обеспечить большее давление наддува длякомпенсации потерянной части хода наполнения. Кроме того, использование циклаМиллера в ГД с мощностью меньшей 120-150 кВт нецелесообразно вследствиеневысокого термодинамического совершенства системы турбонаддува (уменьшениеразмеров колес ТК ведет к снижению их адиабатного КПД).Практическая реализация ГД, работающего по циклу Миллера:(совместная разработка Mitsubishi Heavy Industries Ltd и Osaka Gas Co/Ltd)Тип:Размерность:Мощность:Среднее эффективное давление:Степень сжатия:Степень расширения:Особенности:6LS/D = 180/170 мм/ммNe = 280 кВтpe = 1,2 МПаεсж = 11εрасш = 15повышение эффективного КПД с 36% (εсж == εрасш) до 40 % (εсж < εрасш)4Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Работа газового двигателя по циклу МиллераОбласть изменения эффективных КПД для различныхспособов организации рабочего процесса газовых двигателей5Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные схемы газовых двигателейОбласть изменения среднегоэффективного давления дляразличных типов газовыхдвигателейОбласть изменения эмиссииNOx в зависимости отудельного расхода топливадля различных типовдвигателей6Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные схемы газовых двигателейОбласть изменения эффективного КПД для газовогодвигателя 6V – 92TA Detroit Diesel (S/D = 127/123 мм/мм, ε=17, Ne = 224 кВт при n = 2100 мин-1) в зависимости от pe приразличных давлениях впрыска газа7Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДСпособы воспламенения топливовоздушной смеси: Принудительное воспламенение от электрической искры (двигателис ВЭИ) Воспламенение от сжатия (дизели) Обобщенный тип воспламенения, обеспечивающий расширенныевозможности по управлению химической кинетикой процессагорения:• Воспламенение, инициируемое активными радикалами (ARC –Active Radical Combustion)• Термически инициируемое воспламенение (HCCI –Homogeneous Charge Compression Ignition, или компрессорноевоспламенение гомогенного заряда)8Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДСходство ARC и HCCI процессов:Эти процессы характеризуются наличием последовательности реакций,приводящих к тому, что процесс сгорания охватывает одновременно значительнуючасть всего объема КС.Отличия ARC и HCCI процессов:При осуществлении HCCI-процесса концентрация окислителя (кислорода),содержащегося в СЗ, уменьшается путем разбавления последнегорециркулируемыми инертными продуктами сгорания.Температура смеси возрастает, что делает возможным самовоспламенение болеебедной смеси, обеспечивая при этом большую однородность распределениятемпературы и концентрации кислорода.При реализации ARC-процесса присутствие в СЗ специальных промежуточныхкомпонентов и радикалов, равномерно распределенных по всему объему, приводитк значительному снижению температуры самовоспламенения.9Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДПреимущества обобщенного типа воспламенения: Улучшение стабильности и равномерности (а следовательно, иповторяемости от цикла к циклу) протекания сгорания Возможность реализации самовоспламенения топлив с низким цетановымчислом (в т.ч. природного газа, метанола и пр.) при малых степенях сжатия Низкие выбросы NOxНедостатки: Сложность регулирования работы двигателя (перепуском части ОГ,давлением и нагревом воздуха на впуске, изменением степени сжатия исостава топлива) Ухудшение наполнения (фазы газораспределения, нагрев воздуха на впуске) Неустойчивая работа на ХХ и при холодном старте (пропуск вспышек), атакже при высоких нагрузках (пропуски вспышек, детонация).10Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГД11Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДВизуализация контролируемого процессасамовоспламенения (CAI) в бензиновом двигателе12Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДВизуализация гомогенного сгорания (HCCI-процесс) всравнении с гетерогенным горением топливовоздушной смеси13Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДИллюстрация процесса сгорания в бензиновом двигателе с непосредственнымвпрыском и отрицательным перекрытием клапанов в зависимости от фаз ГР14Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДСтратегия регулирования работы CAI-двигателя за счет изменения фаз ГР (сотрицательным перекрытием клапанов)15Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДСтратегия регулирования работы CAI-двигателя за счет изменения фаз ГР (сотрицательным перекрытием клапанов и возвратом части ОГ на впуске)16Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДВозможные области работы двигателя в CAI-режиме и с воспламенением отэлектрической искры17Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДХарактеристики двигателяДиаметр цилиндра:80,5 ммХод поршня:88,2 ммОбъем цилиндра:450 см3Степень сжатия:10,5Число клапанов на цил: 4Привод клапанов: ЭлектрогидравлическийПодача топлива:Во впускной каналНаддув:нетОдноцилиндровая исследовательскаяустановкаСхема электрогидравлическогопривода клапанов (система AVT)18Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДЗакон подъема впускных и выпускных клапанов исследуемого двигателя приработе в режиме CAI и ВЭИ19Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаСовершенствование технологий использованияальтернативных топлив в поршневых двигателяхКафедра поршневых двигателей (Э2)Перспективные способы инициациивоспламенения топливовоздушных смесей в ГДРезультаты испытаний двигателя при работе в режиме CAI и ВЭИ20Московский государственный технический университет им.