Анотація до роботи:

Хімченко А. В. Покращення паливної економічності і зниження токсичності двотактних бензинових двигунів в часткових режимах. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 — Теплові двигуни. — Національний транспортний університет, Київ, 2004.

Дисертація присвячена поліпшенню паливної економічності і зниженню шкідливих викидів двотактних бензинових двигунів шляхом використання змінного ступеня стискання в часткових режимах.

Розроблено комплекс математичних моделей робочих процесів двотактного бензинового двигуна із змінним ступенем стискання в часткових режимах: методика визначення параметрів продувочного компресора (ПК) — нижньої частини циліндропоршневої групи і кривошипної камери; метод розрахунку дозарядки ПК свіжим зарядом у процесі наповнення, в основу якого покладені диференціальні рівняння енергетичного і масового балансу; методика розрахунку робочого циклу в циліндрі двигуна на основі методу проф. І. І. Вібе; замкнута модель розрахунку двигуна, що дозволяє комплексно виявити вплив змінного ступеня стискання на конструктивні параметри і показники двигуна. Проведено розрахунково-експериментальні дослідження впливу змінного ступеня стискання на показники роботи двигуна в часткових режимах. Отримано значну паливну економічність двигуна, а також зниження токсичності по викидах СО і СН при регулюванні ступеня стискання в часткових режимах.

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача, що полягає в проведенні комплексу дослідницьких і дослідно-конструкторських робіт і виробленні рекомендацій, спрямованих на підвищення паливної економічності і зниження токсичності двотактних бензинових ДВЗ в часткових режимах.

2. Створено два експериментальних зразки двотактних ДВЗ зі змінюваним ступенем стискання на базі двигунів із кривошипно-шатунним і кривошипно-кулісним механізмом.

3. Експериментально встановлена можливість зміни дійсного ступеня стискання в діапазоні від 6 до 17,2.

4. Розроблено методику експериментальних досліджень ДВЗ зі змінним ступенем стискання і вимірювальна та реєструюча апаратура для дослідження робочого процесу і визначення потужностних, економічних і токсичних показників двигунів.

5. Замкнута модель розрахунку двотактного двигуна із змінним ступенем стискання дозволяє комплексно виявити вплив змінного ступеня стискання на конструктивні параметри і ефективні показники двигуна.

6. Теоретичні дослідження показали, що збільшення ступеня стискання в часткових режимах приводить, крім поліпшення протікання термодинамічного циклу, до зміни фаз газорозподілу, більшого наповнення кривошипної камери і зниження прямих втрат пальної суміші при газообміні.

Так, збільшення e_х від 7 до 17 зменшує час-перетин випускного вікна на 36%.

7. Розроблено методику і програма розрахунку робочого циклу двотактного бензинового двигуна і кривошипно-камерного продувного компресора з урахуванням e_х = var, що дозволяє оцінити вплив регулювання ступеня стискання в часткових режимах на ефективні показники двигуна.

8. Експериментально підтверджена ефективність використання змінного ступеня стискання, як одного з найбільш важливих факторів поліпшення показників двотактного бензинового двигуна.

Установлено, що:

регулювання ступеня стискання в часткових режимах дозволяє підвищити паливну економічність класичного двигуна з КШМ більш, ніж на 10.…25 % при N_e < 50 % від можливої в даному швидкісному режимі, а безшатунного — із ККМ більш, ніж на 30…45 % за тих самих умов;

застосування кривошипно-шатунного механізму на відміну від кривошипно-кулісного обмежує можливість збільшення ступеня стискання двигуна вище 14 внаслідок істотного росту механічних втрат;

підвищення ступеня стискання в двотактному двигуні з повітряним охолодженням при високих частотах обертання колінчастого вала обмежується детонацією, а при малих частотах обертання і середніх навантажень — бездетонаційним запаленням бензомасляной суміші від стискання.

9. Експериментальні дослідження двотактного бензинового двигуна показали, що у випадку регулювання ступеня стискання від 7 до 15 у діапазоні навантажень j₀ = 0,2…0,45 і n = 3000 хв^-1 викиди СН знижуються на 30…35 %, а концентрація NO_x зростає в 2…3 рази, однак при цьому емісія оксидів азоту не перевищує 100 ppm. Зміст СО у відпрацьованих газах знижується до 1 %. Сумарні масові викиди токсичних компонентів при цьому знижуються в середньому на 0,0242 кг/год на одиницю e_х.

10. Результати досліджень можуть бути використані при проектуванні і доведенні дослідного двигуна зі змінним ступенем стискання, призначеного для транспортних засобів.

Публікації автора:

Статті в наукових фахових виданнях

1. Заренбин В. Г., Химченко А. В., Колесникова Т. Н., Швидун А. П. Исследование двухтактного бензинового двигателя с переменной степенью сжатия // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов / Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. — Харьков: ХНАДУ, 2003. — Вып. 13. — С. 229 – 231.

2. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Супрун В. Л. Проблемы реализации изменения степени сжатия в двигателях внутреннего сгорания // Вестник Донецкого института автомобильного транспорта. — Донецк: ДИАТ, 2004. — № 1 — С. 17 – 22.

3. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Крамарь С. Н., Колесникова Т. Н., Гапеев А. В. Автоматический расходомер топлива для двигателей внутреннего сгорания // Системні методи керування, технології та організації виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. / Редкол.: В.Є.Канарчук (гол. ред.) та інш. — К.: НТУ, ТАУ. — Вип. 15. — 2002. — С. 154 – 157.

4. Мищенко Н. И., Химченко А. В. Снижение расхода топлива двухтактного бензинового двигателя путем регулирования степени сжатия // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов / Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. – Харьков: ХНАДУ, 2001. — Вып. 7 – 8. — С. 169 – 171.

5. Мищенко Н. И., Химченко А. В. Метод расчета дозарядки двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой // Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. — Мелитополь: ТГАТА. — 1999. — Т. 10, вып. 2. — С. 35 – 41.

6. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Новокрещенов В. С. Бесшатунный двухтактный двигатель с механизмом изменения степени сжатия // Отраслевое машиностроение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. — Мелитополь: ТГАТА. — 1998. — Т. 6, вып. 2. — С. 36 – 37.

7. Мищенко Н. И., Химченко А. В. Особенности кинематики одноцилиндрового двигателя с двумя шатунами, соединенными с двумя коленчатыми валами // Отраслевое машиностроение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. — Мелитополь: ТГАТА. — 1998. — Т. 5, вып. 2. — С. 22 – 25.

8. Мищенко Н. И., Химченко А. В. Расчет кинематики двухвального двигателя с двумя шатунами на один поршень // Отраслевое машиностроение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. — Мелитополь: ТГАТА. — 1998. — Т. 5, вып. 2. — С. 26 – 29.

Патенти

9. Пат. 42034 Україна, МКІ F 02 В 75/32. Безшатунний двигун внутрішнього згоряння / М. І. Міщенко, В. С. Новокрещьонов, А. В. Хімченко (Україна). — № 97062776; Заявл. 11.06.1996; Опубл. 15.10.2001, Бюл. № 9.

10. Пат. 42033 Україна, МКІ F 02 В 75/32. Двотактний безшатунний двигун внутрішнього згоряння / М. І. Міщенко, А. В. Хімченко, В. С. Новокрещьонов (Україна). — № 97062775; Заявл. 11.06.1996; Опубл. 15.10.2001, Бюл. № 9.

Доповіді на наукових конференціях і семінарах

11. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Крамарь С. Н., Юрченко Ю. В. Разработка нетрадиционных двухтактных бензиновых двигателей с улучшенными показателями // Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы: Материалы VI-й междунар. науч.-техн. конф. г. Севастополь, 15 – 20 сентября 2003 г. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2003. — С. 161 – 165.

12. Чальцев М. Н., Мищенко Н. И, Судак Ф. М., Химченко А. В., Крамарь С. Н. Перспективные двухтактные автомобильные двигатели // Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса: Тезисы докладов научно-технической конференции. — М.: МАДИ(ГТУ), 2003. — С. 68 – 70.

13. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Крамарь С. Н., Колесникова Т. Н. Влияние степени сжатия и смешанной топливоподачи на эмиссию СН в двухтактных бензиновых двигателях // Перспективные задачи инженерной науки: Сборник научных трудов. — Днепропетровск: Gaudeamus, 2002. — Вып. 4. — С. 291 – 296.

14. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Крамарь С. Н. Перспективные направления совершенствования автомобильных двигателей внутреннего сгорания // Донбас-2020: наука і техніка – виробництву: Матеріали науково-практичної конференції. м. Донецьк, 05 – 06 лютого 2002 р. — Донецьк: ДонНТУ, Міністерства освіти і науки. — 2002. — С. 755 – 759.

15. Мищенко Н. И., Судак Ф. М., Химченко А. В., Новокрещенов В. С. Создание бесшатунного двигателя Отто с улучшенными экономическими и экологическими показателями // Сб. науч. трудов междунар. науч. конф. «Проблемы безопасности транспортного пространства». — Липецк: ЛГТУ и ЛЭГИ. — 1998. — С. 21.

16. Мищенко Н. И., Химченко А. В., Новокрещенов В. С., Крамарь С. Н. К расчету органов газораспределения в бесшатунном поршневом двигателе // Зб. наук. пр. міжнародної науково-техн. конф. "Удосконалення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів i дорожніх машин". — К.: УТУ. — 1998. — С. 156 – 157.

17. Мищенко Н. И., Химченко А. В. Выбор и расчет параметров бесшатунного бензинового двигателя с переменной степенью сжатия // Сб. трудов междунар. науч.-техн. конф. "Прогрессивные технологии машиностроения и современность". — Донецк: ДонГТУ. — 1997. — С. 166 – 168.

18. Міщенко М. І., Хімченко А. В., Новокрещьонов В. С. Експериментальні двигуни нетрадиційної конструкції // Матеріали міжнародної науково-техн. конф. "Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення". — К.: УТУ. — 1997. — С. 119 – 120.

19. Mishchenko N. I., Himchenko A. V.Connecting Rod-absent ICE with Variable Compression Ratio // The project presentation at the International workshop "Ukrainian Innovation Projects, New Technologies and Inventions" — Philadelphia: University City Science Center, Philadelphia, USA. — February, 1997. — 4 p.