Термодинамические основы уточнённого расчёта рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания

Введение (постановка задачи и актуальность). Применяемое исключительно двигателистами понятие «коэффициент наполнения» имеет ряд существенных недостатков, поскольку этот коэффициент характеризует не наполнение как таковое, а только его ухудшение. В частности, невозможно назвать его предельную величину, при которой достигается максимальная мощность двигателя.
Цель исследования – поиск показателя, альтернативного коэффициенту наполнения и количественно определяющего степень заполнения полного объёма цилиндра свежим зарядом. Этот показатель должен однозначно оценивать резервы по наполнению и то предельное значение, к которому следует стремиться для достижения максимальной мощности двигателя при отсутствии потерь свежего заряда в результате продувки.
Методология и методы. Для решения поставленной задачи использовался термодинамический анализ результатов газообмена на базе соотношений компонентов образующейся рабочей смеси.
Результаты и научная новизна. В статье доказано, что наполнение однозначно характеризуется общетехническим понятием доли – доли свежего заряда σСЗ в рабочей смеси. Соответственно, доля остаточных газов, представляющая собой разность σr = 1 – σСЗ, позволяет оценивать степень внутренней рециркуляции и, с другой стороны, характеризует резервы по наполнению.
Практическая значимость. Предлагаемый подход даёт возможность учитывать влияние на наполнение типа используемого топлива (его молярной массы), внешней рециркуляции и (переменных) фаз газораспределения. Таким образом представляется возможным установить связь между коэффициентами дозарядки и очистки, а также сократить количество независимых переменных при проведении теплового расчёта рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, что, в конечном итоге, упрощает его выполнение.

1. Ковылев Ю.Л., Угланов Д.А. Влияние различных факторов на коэффици ент наполнения поршневого двигателя // Вестник Самарского государственного аэро космического университета им. академика С.П. Королёва. ‒ 2007. ‒ № 2. ‒ С. 114–117.

2. Шароглазов Б.А., Поваляев В.А. Расчётная оценка качества наполнения свежим зарядом цилиндров поршневого двигателя на стадии проектирования //Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. – 2008. – № 23. – С. 20–24.

3. Матюхин Л.М., Тер-Мкртичьян Г.Г. Термодинамические основы расчёта рабочего цикла двигателей с укороченным впуском или укороченным сжатием на основе анализа состава рабочей смеси // Труды НАМИ. – 2015. – № 263. – С. 35–44.

4. Van Basshuysen R., Schäfer F. Handbuch Verbrennungsmotoren Grundlagen, Komponenten, Systemen, Perspektiven. − Vieweg Verlag, Braunschweig, Wiesbaden: Siemens VDO, 2002. – 888 s.

5. Двигатели внутреннего сгорания: учебник [для вузов]. В 3 т., Т. 1 / под ред. проф. В.Н. Луканина. – М.: Высш. шк., 2005. – 476 с.

6. Клементьев А.С., Бибиков М.Н., Филькин Н.М., Меркушев А.В. Исследование влияния степени сжатия при конвертации двигателя автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» на газовое топливо // Транспорт на альтернативном топливе. – 2010. – № 4. – С. 14–17.

7. Марков В.А., Девянин С.Н., Спиридонова Л.В. Перспективы использования биотоплив в дизелях // АвтоГазоЗаправочный комплекс + Альтернативное топливо. – 2015. – № 7 (100). – С. 31–38.

8. Марков B.А., Девянин C.Н., Быковская Л.И., Маркова И.Г., Афтени И.Н. Биогаз – перспективное топливо для дизелей // Грузовик. – 2018. – № 5. – С. 29–39.

9. Сайкин А.М., Тер-Мкртичьян Г.Г., Карпухин К.Е., Переладов А.С., Журавлёв А.В., Якунова Е.А. Экологические проблемы современных транспортных средств, в том числе электромобилей // Вестник машиностроения. – 2017. – № 2. – С. 84–87.

10. Eichlseder H., Wallner T., Freyman R., Ringler J. The potential of hydrogen internal combustion engines in a future mobility scenario // SAE paper. – 2003. – 2003- 01-2267.

11. Shatrov M.G., Matyukhin L.M., Sinyavski V.V., Dunin A.Yu. An alt ernative approach to the assessment of internal combustion engine fi lling and its technical and economic parameters // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. – 2020. – V. 8. – No. 6. – P. 2805–2811.

12. Матюхин Л.М. Анализ наполнения и тепловой расчёт ДВС на базе состава рабочей смеси. – Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. – 170 с.