namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2021-4-22-30nami-203Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTТермодинамический анализ эффективных показателей рабочего процесса дизельного двигателя с открытой и закрытой системой вентиляции картераThermodynamic analysis of working process effective indicators of a diesel engine with an open and closed crankcase ventilation systemМатвеевА. А.MatveevA. A.

Матвеев Александр Александрович – аспирант

г. Набережные Челны 423810

Postgraduate

Naberezhnye Chelny 423810

alexmonday3@gmail.comИсрафиловИ. Х.IsrafilovI. Kh.

Исрафилов Ирек Хуснемарданович – доктор технических наук, профессор

г. Набережные Челны 423810

D.Sc. (Eng), professor

Naberezhnye Chelny 423810

irmaris@yandex.ruНикишинВ. Н.NikishinV. N.

Никишин Вячеслав Николаевич – доктор технических наук, профессор

г. Набережные Челны 423810

D.Sc. (Eng), professor

Naberezhnye Chelny 423810

VNNikishin@kpfu.ruАндрияновС. М.AndriyanovS. M.

Андриянов Сергей Михайлович – руководитель группы расчётных исследований двигателей

г. Набережные Челны 423827

Head of the engine design research group

Naberezhnye Chelny 423827

z-sergei-z@mail.ruНабережночелнинский институт КФУРоссияKazan Federal University – Naberezhnye Chelny InstituteRussian FederationНаучно-технический центр ПАО «КАМАЗ»РоссияR&D center of PJSC “KAMAZ”Russian Federation202105012022042230Copyright © Матвеев А.А., Исрафилов И.Х., Никишин В.Н., Андриянов С.М., 20222022Матвеев А.А., Исрафилов И.Х., Никишин В.Н., Андриянов С.М.Matveev A.A., Israfilov I.K., Nikishin V.N., Andriyanov S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/203

Введение (постановка задачи и актуальность). В данной статье представлена актуальная информация анализа влияния перепуска картерных газов из системы вентиляции картерного пространства во впуск двигателя с воспламенением от сжатия. Изложена информация о вариантах исполнения систем вентиляции картера современных двигателей. В статье показана необходимость анализа рабочего процесса двигателя при проектировании и разработке закрытой системы вентиляции картерного пространства. Указаны законодательные требования к исполнению системы вентиляции для обеспечения экологических показателей.

Цель исследования – оценить влияние открытой и закрытой системы вентиляции картерного пространства высокофорсированного автомобильного двигателя с воспламенением от сжатия на эффективные показатели двигателя, в частности топливную экономичность.

Методология и методы

Методология и методы. Расчётные исследования проводились с использованием термодинамики (1D постановка) и методов стендовых моторных испытаний. Проверка достоверности расчётов проводилась путём сравнения данных моделирования и результатов экспериментальных исследований двигателя внутреннего сгорания.

Результаты и научная новизна. Разработана термодинамическая модель высокофорсированного автомобильного двигателя V8 ЧН 12/13 с воспламенением от сжатия, с открытой и закрытой системой вентиляции картерного пространства. Модели позволяют на этапе разработки и модернизации имеющихся прототипов двигателей оценивать влияние перепуска картерных газов обратно на впуск в цилиндры, в частности влияние на один из основных эффективных показателей рабочего процесса двигателя – топливную экономичность.

Практическая значимость

Практическая значимость. Разработанные термодинамические модели подтвердили несущественное влияние на рабочий процесс двигателя V8 ЧН 12/13 перепуска картерных газов обратно на впуск в цилиндры, что подтверждает необходимость применения закрытой системы вентиляции картера для исключения выброса картерных газов в окружающую среду и последующего негативного влияния на экологию.

Introduction (problem statement and relevance). This article provides up-to-date information analysis of the crankcase gases bypass effect from the crankcase ventilation system to the compression ignition engine intake. The paper considers the information on the variants of the crankcase ventilation systems of modern engines. The article reveals the necessity to analyze the engine working process at the design and development stage of a closed crankcase ventilation system. The legislative requirements for the implementation of the ventilation system to ensure safe environmental performance have been indicated. The purpose of the study was to assess both open and closed ventilation system effect on the crankcase space indicators, in particular, on the average specific fuel consumption, with reference to a high-performance automobile engine with compression ignition.

Methodology and research methods. Theoretical and computational studies were carried out with the help of mathematical statistics and thermodynamics methods in a one-dimensional setting. The verification of the calculations reliability was carried out by comparing the simulation data and the results the internal combustion engine experimental studies.

Scientific novelty and results. A thermodynamic model of a high-performance automobile engine compression ignition V8 CHN 12/13 with an open and closed ventilation system of the crankcase space has been developed. The model made it possible to evaluate the effect of crankcase gases bypass back to the engine cylinder intake.

Practical significance. The developed thermodynamic models confirmed the insignificant effect on the working process of the V8 CHN 12/13 engine by bypassing crankcase gases back to the cylinder inlet. 

автомобильный двигательдвигатель с воспламенением от сжатиясистема вентиляции картератермодинамическая модельэффективные показателитопливная экономичностьautomobile enginecompression ignition enginecrankcase ventilation systemthermodynamic modeleffective indicatorsfuel efficiencyReferencesГаврилов А.А., Морозов В.В., Сысоев С.Н. О расходе картерных газов быстроходных дизелей // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6486 (дата обращения: 04.11.2021).Gavrilov A.A., Morozov V.V., Sysoev S.N. [About charge сombustion gases of high-speed diesel engines]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2012, no. 4. Available at: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6486 (accessed 04 November 2021). (In Russian)Азаров В.К. Разработка комплексной методики исследований и оценки экологической безопасности и энергоэффективности автомобилей: дисс. … кандидат технических наук. – М.: ФГУП «НАМИ», 2014. – 137 с.Azarov V.K. [Development of a comprehensive research methodology and assessment of environmental safety and energy efficiency of vehicles. Cand. eng. sci. diss.]. Moscow, FSUE “NAMI”, 2014. 137 p. (In Russian)Гальговский В.Р. Пути и методы совершенствования экономических и экологических показателей транспортных дизелей: автореферат дисс. ... д-ра техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. – 64 с.Gal’govskiy V.R. [Ways and methods of improving the economic and environmental indicators of transport diesel engines. Dr. eng. sci. abst. diss.]. Moscow, BMSTU, 1991. 64 p. (In Russian)Козликин В.И., Ловцов И.А. Повышение экологичности автомобильного транспорта / Будущее науки – 2015: сб. научных статей 3-й Международной молодёжной научной конференции, 23–25 апреля 2015 г.; в 2-х т.; Т. 2. – Курск: ЗАО «Университетская книга», 2015. – С. 264–268.Kozlikin V.I., Lovtsov I.A. [Improving the environmental friendliness of road transport]. [The future of science – 2015: collection of articles of the 3rd International Youth Scientific Conference, April 23-25, 2015, in 2 vol., vol. 2]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2015, pp. 264–268. (In Russian)Johnson T. Crankcase ventilation filters: Boatkeeper. URL: http://www.seagrant.ua/f.edubookstore/boatkeeper/crankcase:-filters.pdf. (дата обращения: 03.11.2021).Johnson T. Crankcase ventilation filters: Boatkeeper. Available at: http://www.seagrant.ua/f.edubookstore/boatkeeper/crankcase:-filters.pdf. (accessed 03 November 2021).Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клементьев В.В. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчёт процессов: учебник по курсу «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в двигателях внутреннего сгорания». – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004. – 344 с.Sharoglazov B.A., Farafontov M.F., Klement’ev V.V. [Internal combustion engines: theory, modeling and calculation of processes: textbook for the course “Theory of work processes and modeling of processes in internal combustion engines”]. Chelyabinsk, YuUrGU Publ., 2004. 344 p. (In Russian)Волков М.Ю. Совершенствование системы вентиляции картера двухцилиндрового дизеля: автореф. дисс. … кандидат технических наук. – Владимир: ВГУ, 2008. – 17 с.Volkov M.Yu. [Improvement of the crankcase ventilation system of a two-cylinder diesel engine. Cand. eng. sci. abst. diss.]. Vladimir, VGU, 2008. 17 p. (In Russian)Edelbauer W., Diemath А., Kratochwill Н. Simulation of the ventilation losses in the crankcase of an internal combustion engine // Progress in Computational Fluid Dynamics. – 2010. – V. 10, No. 1.Edelbauer W., Diemath А., Kratochwill Н. Simulation of the ventilation losses in the crankcase of an internal combustion engine. Progress in Computational Fluid Dynamics, 2010, vol. 10, no. 1.Валеев Д.Х., Кадышев В.Г., Лущеко В.А. Тепловой расчёт поршневых двигателей в программном обеспечении AVL BOOST. Учебное пособие. – Набережные Челны: Изд-во НЧИ КФУ, 2019. – 157 с.Valeev D.Kh., Kadyshev V.G., Lushcheko V.A. [Thermal calculation of piston engines in AVL BOOST software. Tutorial]. Naberezhnye Chelny, NChI KFU Publ., 2019. 157 p. (In Russian)Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: учебник для вузов; Под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова; 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2010. – 479 с.Lukanin V.N., Morozov K.A., Khachiyan A.S. et al. [Internal combustion engines. In 3 book. Book 1. Theory of work processes: textbook for universities. Ed. by Lukanin V.N. and Shatrova M.G.]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2010. 479 p. (In Russian)Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 720 с.Kavtaradze R.Z. [The theory of piston engines. Special chapters: textbook for universities]. Moscow, BMSTU Publ., 2008. 720 p. (In Russian)Tatschl R., Edelbauer W., Kratochwill Н., Brenn G. Basics of the Numerical Simulation of Oil Droplet Formation in the Crankcase of an IC Engine / CMFF’06 – Conference on Modelling Fluid Flow, September 6-9, 2006. – Hungary, Budapest.Tatschl R., Edelbauer W., Kratochwill Н., Brenn G. Basics of the Numerical Simulation of Oil Droplet Formation in the Crankcase of an IC Engine. CMFF’06 – Conference on Modelling Fluid Flow, September 6-9, 2006, Hungary, Budapest.AVL BOOST. Theory. AVL List GmbH Graz, Austria, 2019.AVL BOOST. Theory. AVL List GmbH Graz, Austria, 2019.AVL BOOST. User Guide. AVL List GmbH Graz, Austria, 2019.AVL BOOST. User Guide. AVL List GmbH Graz, Austria, 2019.Никишин В.Н. Формирование и обеспечение качества автомобильного дизеля. Часть I. – Набережные Челны: Изд-во Камской госуд. инж.-экон. акад., 2006. – 456 с.Nikishin V.N. [Formation and quality assurance of automotive diesel. Part I]. Naberezhnye Chelny, KGIEA Publ., 2006. 456 p. (In Russian)Николаев Е.В. Совершенствование технологии диагностирования цилиндропоршневой группы дизельного двигателя по параметрам картерных газов: автореф. дисс. … кандидат технических наук. – М., 2013. – 17 с.Nikolaev E.V. [Improvement of the technology for diagnosing the cylinder-piston group of a diesel engine by parameters of crankcase gases. Cand. eng. sci. abst. diss.]. Moscow, 2013. 17 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.