CC BY
18
УДК 62-1:629.3 DOI: 10.30977/АТ.2219-8342.2018.42.0.12
ОСОБЛИВОСТ1 ТЕПЛОТВОРЕННЯ У ДВИГУН1 ВНУТР1ШНЬОГО
ЗГОРЯННЯ
Гащук П.М., Льв1вський державний ушверситет безпеки життeдiяльностi, Нiкiпчук С.В., Нацюнальний унiверситет «Льв1вська полггехшка»
Анотаця. Вивчаються особливост1 теплотворення у двигун внутршнього згоряння. Досл1дження було проведено засобами hard/soft-технологп. З'ясовано, що прийнятно яюсно в1дбивае в собг реальн процеси експонентний аналтичний опис, та спростовано деяК уста-лет уявлення про типовi та оптимально ствв1дношення м1ж параметрами, що характеризу-ють перебiг теплотворення.
Ключов1 слова: двигун внутршнього згоряння, процес теплотворення, ттенсивтсть тепло-видшення, експонентний аналiтичний опис.
Вступ
Теплотворення в тепловому двигуш - це, звюно, основний процес, який причин-но/первинно визначае ефективнють двигуна внутршнього згоряння [1, 2]. Тож про дос-коналють власне теплотворення е сенс гово-рити так само точно i вичерпно, як i взагалi про ефективнють перетворення у двигуш внутршнього згоряння речовинно! енергп довкшля (пального й повпря) на мехашчну енерпю (говорячи зазвичай про рiзновиди енергп, звюно, мають на увазi рiзнi форми енергп). Та «вимiрювати» теплотворення у двигуш внутршнього згоряння, шзнавати особливосп його перебiгу суто дослiдними засобами - нереальне завдання [3, 4].
Мета i постановка завдання
Метою роботи е дослщження закономiр-ностей теплотворення у двигуш внутршньо-го згоряння, вдаючись до, так би мовити, hard/soft-технолоriй, поеднуючи випробува-льний стенд та комп'ютер i забезпечуючи тим самим «спшкування» реального дослщ-ного двигуна та вiртуального у формi його комп'ютерно! моделi.
Для досягнення поставлено! мети необ-хiдно: оцiнити можливосп вiдображення пе-ребiгу явища теплотворення у двигуш аналггичними засобами; зютавити закони теплотворення, отриманi аналггико-емтрич-ними засобами, з експериментально щенти-фшованими; формалiзованими засобами роз-крити особливосп перебiгу процесу теплотворення на рiзних режимах роботи двигуна; з'ясувати, як значення характери-стичних параметрiв щентифшують типовий
процес теплотворення i формально визнача-ють особливостi його переб^у.
Аналiз публiкацiй
На рис. 1 наведено ряд графЫв, що вщо-бражають перебiг процесiв теплотворення в цилiндрi бензинового двигуна за рiзних на-вантажень та незмiнного швидкюного режиму його роботи: пе - частота обертання вала двигуна, що характеризуе швидкюний режим роботи двигуна (вона е вдвiчi бшьшою за частоту робочих циктв в цилiндрi двигуна за одиницю часу); ре - середнiй ефективний тиск у цилшдр^ що править за вимiрник на-вантаження; Qпл - кiлькiсть теплоти, що ви-дiляеться у процесi згоряння пального (ниж-ча теплотворна здатнiсть пального -\ = 42600 Дж/г); ф - кут повороту колшча-стого вала двигуна; П i К - точки, що вщо-бражають митi початку i кшця активно! сш-льно! роботи стенда й комп'ютера; Пг i Кг -точки, що вщображають мит початку i кiнця процесу горшня пального. Цi графiки вщтво-рено комп'ютером на пiдставi iнформацi!, що надходила вщ чутникiв (датчикiв) стенда через вщповщш перетворювачi шформацп. Комп'ютер «спiлкувався» зi стендом мовою так звано! двозонно! моделi явища згоряння пального в цилiндрi двигуна [5, 6].
У табл. 1 занесено основш параметри щентифшованих процешв теплотворення (фп i фк - кути повороту колшчастого вала, за яких починаеться i закiнчуеться процес згоряння пального; Аф - кутова тривалють процесу горiння; фтах - кутове положення колiнчастого вала, при якому штенсивнють
^бпд/^Ф' Дж/град 7
5 -3 -
1 -
0-1
"е= 2400 хв"1;
Ре= 0 /
П Пг Кг, К^
-100 -50 0 ¿/(2пл/с/(р, Дж/град
50 ф,град
с/(2т/с1ц, Дж/град 12 10
4
2
о н -2
2400 хв 4; А
Рс= 0,10 МПа
Пг ) Ч К
ГГ Кг\1\1
15
3
0
1 —л
пР= 2400 хв"1; Г
0,18 МПа /
и Пг / \1 К
Кг Г
-100 -50
(¡Оп:]/с/(.р, Дж/град 27
50 Ф^град
9 1
О
-3
"е= 2400 хв~]; А
Рс= 0,30 МПа / \
П Пг \Кг\к
-100 -50 0 50 Ф, град ~ _Ю0 -50 0 50 Ф^град
с10пл/с!(р, Дж/град
с!()пл/ с!(р, Дж/град 36
27 -
9 "
О --3
2400 хв~'; /
Ре= 0,45 МПа /
П Пг1 \Кг К
100 -50
О
50 ф,град
36 24
12"
0 -4
пе= 2400 хв '1; ре= 0,62 МПа П Пг! Ч? А"
-100 -50
О
50 ф,град
Рис. 1. Дiаграми теплотворення в бензиновому двигунi за рiзних навантажень i стало! частоти обертання колiнчастого вала
згоряння е найвищою; Qтц - потенцiйно мож-ливе теплотворення, що визначаеться кшью-стю палива, що потрапило в робочий проспр двигуна, i його теплотворною здаттстю;
<2тах = (dQ / dф)max - максимальне значення аналога штенсивност теплотворення).
Таблиця 1 - Параметры процеав теплотворення
ре, МПа 0 0,10 0,18 0,30 0,45 0,62
Фп >град -5,00 -15,00 -15,04 -15,01 -15,03 -15,02
фк, град 115,12 100,03 100,05 100,01 55,02 69,98
Аф , град 120,12 115,03 115,09 115,02 70,05 85,00
фтах ' град * 70,35 59,94 36,04 42,61 30,08 33,44 18,03 15,56 17,46
<тц , Дж 549,54 609,18 706,31 878,59 994,28 1181,75
<< тах ' Дж/град* 7,25 6,67 11,38 15,51 25,55 34,98 38,41
* В чисельнику - значення параметра, зафш-соване стендовим комп'ютером, а у знаменнику -визначене за згладженими графшами у раз1 ко-ливного характеру !х переб1гу.
Зi збiльшенням навантаження штенсив-нiсть тепловидтення зростае, а тривалiсть процесу згоряння зменшуеться - це найоче-виднiший висновок з у^х можливих на осно-вi наведено! на рис. 1 шформацй. А от глиб-ший аналiз особливостей перебiгу теплотворення за рiзних умов потребуе, так би мовити, «вторинного» перетворення ш-формаци, яке б знiвелювало все випадкове i незначуще та вивело на переднш план саме те головне, що справдi сутнiсно характери-зуе тепловидшення та тепловикористання у двигут внутрiшнього згоряння.
Процес теплотворення дуже зручно аналiтично описувати формулою (и пов'я-зують з I. Вiбе) [7-9]
(
z = 1 - ехр а
t - С
V К - tп у
= 1 - ехр(атт+1), (1)
яку ще можна подати у виглядi
г = 1 - ехр(тт+х1п(1 - zк))
(2)
де г = Qт/ Qтц - вщносне теплотворення; Qт - поточне теплотворення; Qтц (згадаймо)
- загальне потенцшно можливе теплотворення за робочий цикл; t - поточний час; ^ i tк
- мить початку i мить завершення процесу згоряння пального в межах робочого простору; т = (t - 0/^к - tп) - вщносний (абстракт-ний, безрозмiрний) час; а - характеристична стала; т > 0 - характеристичний показник; гк = г(^) . Якщо, примiром, гк = 0,999, то
а = 1п(1 - гк) = 1п(1 - 0,999) = -6,908;
якщо ж гк = 0,99 або гк = 0,95, то вщпо-вiдно а = -4,605 або а « -3,0 . Зокрема в робот [10] саме взято а = -6,908, тод^ як в [11], покладено а = -6,9 . Очевидно, що
т =
ф-фп
фк -фп
(3)
де (як зазначалося) фп i фк - кути повороту колшчастого вала, вiдповiднi митям ^ i tк початку i завершення процесу згоряння пального.
1снують й iншi пiдходи до аналiтичного описування теплового процесу в цилiндрi двигуна внутршнього згоряння, якi е щейно близькими до щойно описаного. Примiром, швидкiсть теплотворення можна визначати за емтричним рiвнянням Б.М. Гончара [12], що щентифшуе залежнiсть dz(ф)/ dф (ф -кут повороту вала двигуна) через параметр
Г ^
ф г = еХР
аф
де (аг / dф)max - максимальна швидкiсть теплотворення, яку задають емпiрично вщпо-вiдно до штибу комори згоряння та пара-метрiв двигуна. Аналггична ж залежнiсть
~г = ~т(ф- фп)ехР аф ф2
(
ф-ф, 2ф2
Л
+
+ ~2Г(ф-фп)ехР ф2
(
ф-фп
2ф2
л
була запропонована Б.П. Пугачовим [13] (фх i ф2 - вимiрюванi кутом повороту вала двигуна тривалосп згоряння пального вщ митi початку теплотворення до мит досяг-нення максимально! його штенсивносп вiдповiдно на першому i другому етапах зго-ряння у випадку, коли процес теплотворення
доводиться дшити на два етапи; - частка тепла, що мала б видiлитись на першому ета-пi перебiгу процесу теплотворення унаслщок
швидкого згоряння пального; г2 - частка тепла, яка мала б видшитись у процес по-дальшого згоряння i догоряння пального; фп =ф(tп)). Для прогнозування закону тепло-творення можна скористатись також методикою З.З. Маца [14], що залучае цiлий набiр характеристик (т) теплотворення, або ж
апроксимацшною формулою Ю.В. Селезньо-ва [15, 16]. Проте перелiченi засоби аналь тичного вiдображення законiв теплотворення перед формулою 1.1. Вiбе як за ефективнютю, так i за зручнютю користування жодних ва-гомих переваг не мають.
Формалiзований опис процесу теплотворення
Як випливае з (1) i (2), змшу штенсивносп теплотворення описуватиме формула
аг а(т + 1)ти
ехр( атт+1) =
(т + 1)тт 1п(1 - гк)
ехр( тт+Чп(1 - гк)), (4)
дет 0 = t к -1 п - тривaлiсть процесу тепло-творення в межах робочого простору. Оскшьки
аг аг ат 1 аг
а ат а т0 ат
(5)
то iнтенсивнiсть теплотворення, звюно, можна (зважаючи на (4), (5)) оцшювати величиною
— = т0 — = -а(т + 1)тт ехр(атт+1) = &т dt
= а(т + 1)тт (г -1).
(6)
х
0
х
0
У раз1 а = -6,908 залежносп г = г(т, т) (1) 1 аг / &т = аг(т, т)/ &т (6) виглядають так, як зображено на рис. 2, 3. Очевидно також, що
(3)
1 ^ т ф к -ф п
а т Qтц а т Qтц а ф
(7)
Рис. 2. Граф1ки процесу вигоряння пального
К1льк1сть пального, що вигоряе до т1е!' чи шшо!' мит1 (рис. 2), та в1дпов1дна цш мит1 1нтенсивн1сть згоряння (рис. 3) - взаемозу-мовлен1. Цю обставину зручно вщстежити за рис. 2, де для прикладу поряд 1з кривими г = г(т; т = 0,1; 20) нанесено крив1
г = г(т; аг / &т = 1; 2; 2,18; 2,5).
Наведена шформащя значно прозор1ша за ту, яку можна зчитати з рис. 4, який шби безпосередньо вщображае зв'язок аг/ &т = аг(г, т = 0,1; 20) /&т м1ж величинами аг / &т та г .
1нтенсивнють теплотворення аг/&т набу-вае максимального значення у мить
т = т =
т
а( т +1)
т+1
(8)
Точки зображених на рис. 2 1 3 кривих А са-ме вщповщають максимальним значенням величини г = аг / &т за р1зних значень параметра т. 1дентифжують ц1 точки сшввщно-шення (1) 1 (6) разом з (8)
г = г (т ) = 1 - ехр I -
т
т +1
(9)
аг* = йг ( т*)
а т а т
( - а ) т+1 (т +1)
т
V т +1 у
т+1
ехр
т +1
т \ , , _ тч—7 г т = (-а(т + 1)тт)т+1 ехр I -
т +1
(10)
Рис. 3. Графши змши штенсивноси вигоряння пального
Рис. 4. Взаемозумовлешсть вигоряння штенсивноси вигоряння пального
т
X
т
Вирази (9), (10) визначають характери-стичш параметри процешв тепловившьнення. 1нтенсивнють теплотворення Ог / От е мшмальною i дорiвнюе нулю у мить т = 0 . У мить т = 1 вона набувае значення
г(т = 1) = —— = = -а(т +1) ехр а > 0. От ОТ
Вщповщно до (9)
(11)
Нт г = Нт
1 - ехр| -
т
т-1
>-1.
у е
У тривiaльному випадку т = 0 загального штибу спiввiдношення (6) вироджуеться у монотонно спадну залежнють
аг / ат = -а / е~ат, i при цьому (Ог / От)тах = Ог(т = 0) / От = -а .
Анaлiз особливостей процеав теплотворення
Формула (1) чи (2) гaрмонiйно поеднуе в собi якюну змiстовнiсть, кiлькiсну адекват-нiсть, бажану загальнють та очевидну зруч-нють у використaннi. Проте, якщо формально зщентифшувати точки максимуму вщображених на рис. 3 характеристик теплотворення, не вдаючись до акцп згладжування графтв чи iнших облагороджувальних поправок, i нанести щ точки на характеристику, подану на рис. 3 (точки 1', 2', 3', 4, 5, 6), то виявиться, що жодна з них не лягае на криву А мaксимумiв. Про певну адекватнють Вiбе-формули може йтися хiбa що стосовно режиму роботи двигуна, в якому середнш ефективний тиск набувае значення ре = 0,10, оскшьки вщповщна цьому режиму точка 2' розташована близько до криво! А мaксимумiв чи до обвщно! системи кривих Ог / От = Ог(т, т) / От . Цю обвщну парамет-рично описують рiвняння (6), за параметр тут править величина т )
F = — + а(т + 1)тт ехр(ат ) = 0, От
ар
— = атт ехр(атт+х)[1 + 1п т(т +1)(1 + от"*1)] =
дт
= 0 ^ 1 + 1п т(т +1)(1 + атт+х) = 0.
Як домовлено, точки 1', 2', 3' вщповщають максимумам експериментальних грaфiкiв iз
коливними aномaлiями (див. перший, другий та третш фрагменти рис. 1). Унаслщок згладжування грaфiкiв цi точки перетворю-ються вiдповiдно на точки 1, 2, 3.
Якщо пaрaметровi а надати значень -3 та -10 замють -6,908, то залежнють аг * / От = Ог(т *) / От вщображатиметься вщпо-вщно кривими В та С (рис. 3).
Легко бачити, що до криво! А тяждать хiбa що точки 2 i 2' (ре = 0,10 МПа). Точки 1 i 1' (ре = 0), нaтомiсть, бiльше тяждать до кр иво! В, шж до криво! А. Це е свщченням того, що ступiнь вигоряння пального на холостому режимi роботи двигуна е очшувано низьким. Це, власне, i пiдтверджуе перший фрагмент рис. 1, оскшьки в точщ Кг, що щентифшуе кшець процесу горiння, теплотворення е ще вщносно iнтенсивним (горiння мало б закшчитися далеко поза областю ви-соких тискiв). Точки 3 i 3' (ре = 0,18 МПа) та 5 (ре = 0,45 МПа) гуртуються майже на кривш С. Це означае, що стутнь вигоряння пального е вщносно високим. Точкам 4 (ре = 0,30 МПа) i 6 (ре = 0,62 МПа), очевидно, слщ покласти у вiдповiднiсть менше навпъ за -10 значення параметра а , або ж ввести iншi корективи в характеристику теплотворення, як б, зокрема, враховували те, що штенсивнють теплотворення (рис. 1) рiзко спадае ще далеко перед точкою Кг кшця горшня.
У робот [8], серед шшого, наголошено на тому, що дизель-двигунам влaстивi значення пaрaметрiв т = 0...1 i Аф = 60...100 (та навггь бiльше) грaдусiв повороту колiнчaстого вала, а отто-двигунам - значення т = 3...4 i Аф = 45...60 град. Понад те, у [8] ствер-джують також, що спещальш дослщження доводять: приблизно оптимальним е поедна-ння значень пaрaметрiв т = 1,5 i Аф = 40...60 град. Значення ж т «1,5 показника степеня т, виявляеться, вщповщае митi tm досяг-нення максимально! швидкостi згоряння (модО, що задовольняе умову
0,38 .
t -1
к п
Параметр Аф е аналогом величини tк - tп i характеризуе середню швидкють згоряння пального. Вщтак випливае, що згоряння в дизель-двигунах (особливо з нероздшьними
I
т
коморами згоряння) е надмiрно тривалим. Щоправда, поняття оптимального поеднання зазначених параметрiв не е конче конкрет-ним: вважають [8], що сукупно оптимальни-ми е такi значення параметрiв т i Аф, як забезпечують найкращi поеднання високих значень середнього шдикаторного тиску р1 та шдикаторного ККД за найменших значень максимального тиску ртах, максимально!' температури Ттах газiв у цилiндрi, максимально'! швидкос^ тепловидiлення (dQ/ dt)max, й температури початку процесу впуску Ть.
На пiдставi (8) i (10) легко скласти сшввщношення
. * *
z т = т ехр
т
т +1
, а = -
т
1
т +1 т*т+1
. (12)
Вiдтак можна укласти табл. 2, зосереджу-ючи там значення ряду характеристичних параметрiв, вщповщних наведеним на рис. 1 дiаграмам теплотворення, даним iз табл. 1 та сшввщношенням (12) i (11).
Таблиця 2 - Кшетичш параметри процесiв теплотворення
Ре , МПа 0 0,10 0,18 0,30 0,45 0,62
. * 2 1,58 1,46 2,15 2,53 3,46 2,46 2,95
* т 0,63 0,54 0,44 0,50 0,39 0,42 0,29 0,44 0,38
. * * Т 1,00 0,79 0,95 1,08 0,99 1,06 1,00 1,08 1,12
т 1,93 1,42 1,80 2,14 1,91 2,08 1,93 2,14 2,23
а -2,55 - 2,61 -6,40 - 6,01 -10,17 - 9,77 24,77 8,98 15,72
2 Т=1 0,58 0,46 0,03 0,046 0,0011 0,0017 ~0 ~0 ~0
Як випливае з наведених даних, швид-кють теплотворення в кiнцi робочого циклу 2 (т = 1) зменшуеться зi збшьшенням наван-
таження на двигун. Зокрема те, що швидюсть теплотворення е вiдносно великою (помгг-ною) на режимi холостого ходу двигуна, свiдчить про те, що пальне «мае бажання» ще горiти, та йому для цього не видшили до-статньо часу i простору.
Керуючись наведеними в табл. 2 даними, зосередьмо тепер увагу на процесах теплотворення, примiром, у випадку холостого ходу двигуна (ре = 0 ) та у випадку його ро-боти з найбшьшим навантаженням (ре = 0,62 МПа). Тож серед вщображених на рис. 5 точок 1, ..., 6 (що перенесет з рис. 3 i яю притягуе до себе деяка крива Кг ), зали-шаеться виокремити лише двi - точки 1 ( а = -2,61, т = 1,42) та 6 (а = -15,72, т = 2,23 ). Вщтак, використовуючи ршняння (6), можна побудувати графки змши штен-сивност тепло-творення, для яких згаданi точки е точками !'х максимумiв. Звюно, жод-на з нових кривих не належить множинi вщображених на рис. 3. Вони суттево вiдрiзняються вщ, примiром, вщ штрихово! криво'! (рис. 5), що вщповщае параметрам а = -6,908 , т = 1,5 .
Рис. 5. Приклади графiкiв змiни штенсив-
ностi теплотворення
На рис. 6 закони теплотворення, отримаш щойно аналiтико-емпiричними засобами (див. рис. 5), зютавлеш з експериментально щентифкованими (рис. 1 та стввщношення (7)). Очевидно, що якiсть цього анальтичного вщтворення загалом е задовшьною. До того ж кiлькiснi вщхилення можна ще зменшити, уточнюючи визначальш параметри.
Рис. 6. Зютавлення аналггако-емшричних i експериментально iдентифiковaних за-конiв теплотворення
Виявляеться, що величина (10) набувае мтмального значення за умови
1 т а т +1
1
т+1
(13)
тобто тодi, коли (8)
т = т
т
а (т +1)
т+1
(14)
незалежно вiд значення параметра а (звер-нiмо, зокрема, увагу на точки $, рис. 2, 3). Цкаво, що (13), (14) справджуються у рaзi (згадаймо задекларований в [8] висновок)
а = -6,908 , т * 1,5 , т** * 0,37...0,38.
Висновки
Експонентне aнaлiтичне вiдобрaження пе-ребiгу теплотворення у двигуш внутрiшнього згоряння прийнятно яюсно вiдбивaе в собi реальш процеси. Та все ж, аби звести до мтмуму розбiжностi мiж реальним проце-сом i його аналггачним описом, доцiльно вiдмовитись вщ зазвичай регламентованого тлумачення спiввiдношень мiж окремими параметрами процесу теплотворення. Зокрема нема шдстав вимагати, аби в анаштично-му описi частка вигоршого пального була
фiксовaною: якщо потенцiйно можливе теп-лотворення за робочий цикл однозначно випливае з наявно! вiд початку циклу в цилiндрi двигуна кiлькостi пального, то ре-альний рiвень теплотворення, а отже й частка вигоршого пального на рiзних режимах ро-боти двигуна, нaспрaвдi е рiзними. Як вип-ливае з викладеного тут, частка вигоршого пального зменшуеться зi зменшенням наван-таження i стае найменшою у рaзi холостого ходу двигуна. Зрозумшо, поняття частки незгоршого пального е цiлком умовним -воно характеризуе неповноту хiмiчних пере-творень, а не цiлковиту пасившсть деяко! частини пального. Воно несе в собi корисну iнформaцiю про недовикористання теп-лотвiрних потенцiй пально! сумiшi та про потенцiйнi загрози довкшлю. Параметр а мав би вмотивовано характеризувати повно-ту згоряння пального, а не набувати конкретного фшсованого значення (зокрема значення а = -6,908) на невмотивовану догоду дослщников^ Часовий параметр т0, що шби характеризуе тривашсть теплотворення, вар-то б тлумачити як деяку сталу часу, що характеризуе асимптотичшсть цього процесу, а не розглядати його як фактичну тривашсть пр оцесу згоряння пального (процес згоряння, взaгaлi кажучи, мав був би тривати безмежно довго).
1снують переконання, що реальним двигунам влaстивi так значення параметра т , що характеризуе стушнь вигоряння пального, та параметра Аф , що е аналогом трива-лоси процесу горiння: дизель-двигуни -т = 0...1 i Аф = 60...100 (та нaвiть бiльше) градушв повороту колiнчaстого вала; отто-двигуни - т = 3...4 i Аф = 45...60 град. Викладене тут стосовно отто-двигуна, нато-мiсть, не тдтверджуе, а скорiше заперечуе це.
Понад те, стверджують також, що спещальш дослiдження нiби доводять: при-близно оптимальним е поеднання значень пaрaметрiв т = 1,5 i Аф = 40...60 град. Значення ж т * 1,5 показника степеня т , виявляеться, вщповщае такш митi tm досягнення максимально! швидкосп згоряння (модi), що задовольняе умову
tm
<к - ^
0,38
(tп i tк - мш! початку i кiнця процесу горш-ня). Виявилося, проте, що щ параметри е
лише формальними ознаками мшмуму за-лежносп максимально! швидкосп горшня пального на множит рiзних допустимих зна-чень параметра m та шяк не розкривають фiзичного смислу «оптимальносп», але за-прошують до ретельшшого вивчення ще! обставини.
Лiтература
1. Гащук П. Аналiтичнi засоби моделювання процесiв теплотворення-теплоспоживання в двигунi з яскровим запалюванням на ялових режимах його роботи / П. Гащук, Ю. Богачик // Проектування, виробництво та експлуатащя автотранспортних засобiв та автопо!здiв. Працi Захiдного наукового центру Транспортно! академи Укра!ни. -Т. 1. - 1995. - С. 34-51.
2. Гащук П. Особливосп внутршнього теп-лопереносу в двигуш з яскровим запален-ням за рiзних навантажень / П. Гащук, Ю. Богачик // Проектування, виробництво та експлуатащя автотранспортних засобiв i по!здiв. Працi захiдного наукового центру Транспортно! академи наук. - Т. 2. -1995. - С. 12-15.
3. Pischinger R. Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine /Pischinger R., Kralinig G., Taucar G., Sams Th. - Wien: SpringerVerlag, 1989.
4. Гащук П.М. Натурно-машинш засоби в моделюванш термодинамiчних процесiв, що перебiгають у двигунах внутршнього згоряння / П. Гащук, С.В. НЫпчук, Ю. Богачик // Вюник Державного ушвер-ситету «Львiвська полiтехнiка»: динамiка, мiцнiсть та проектування машин i при-ладiв. - 1998. - № 354. - С. 3-9.
5. Konig H.C. Thermodynamische und reaktionskinetische Analyse der Verbrennung im Ottomotor / H.C. Konig // Dissertation. - TU Braunschweig, 1972.
6. Prescher K. Methoden zur thermodynami-schen Analyse der Verbrennungsvorgange in Ottomotoren / K. Prescher // Habilitationsschrift. - Stuttgart, 1984.
7. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателя / И.И. Вибе. - М.: Машгиз, 1962. -271 с.
8. Шароглазов Б.А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фара-фонтов, В.В. Клементьев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 344 с.
9. Гащук П.М. Енерпя та упорядкований рух / П.М. Гащук. - Львiв: Украшсью технологи, 2004. - 608 с.
10. Pattas K., Haefner G. Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung. - MTZ, 1973, 34, № 12, 397-404.
11. Huber E. Beitrag zur Berechnung der Stickoxidbildung im Dieselmotor / Huber E, Schey W., Vogt R. - MTZ, 1978, 39, № 5, 235-237.
12. Гончар Б. М. Уточненный способ расчета и построения индикаторной диаграммы двигателя / Б.М. Гончар // Труды Центрального научно-исследовательского института. - 1954. - Вып. 25. - С. 108-116.
13. Дьяченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания / Н.Х. Дьяченко, А.К. Костин, Б.П. Пугачев и др.; под ред. Н.Х. Дьяченко. - Ленинград: Машиностроение, 1974. - 552 с.
14. Мац З.З. Инженерная методика расчета процесса сгорания в дизеле / З.З. Мац // Двигателестроение. - 1982. - № 9. -С. 16-18. - 1983. - № 8. - С. 32-36.
15. Селезнев Ю.В. Определение динамики тепловыделения в однокамерных дизелях через управляющие параметры / Ю.В. Селезнев // Двигатели внутреннего сгорания. - 1975. - Вып. 21. -С. 3-9.
16. Селезнев Ю.В. Выбор эффективного тепловыделения для однокамерных дизелей / Ю.В. Селезнев // Двигатели внутреннего сгорания. - 1971. - Вып. 14. - С. 30-35.
References
1. Hashchuk, P., Bohachyk, Y. (1995). Anali-tychni zasoby modelyuvannya protsesiv tep-lotvorennya-teplospozhyvannya v dvyhuni z yaskro-vym zapalyuvannyam na yalovykh rezhy-makh yoho roboty [Analytical means for simulation of heating and heat-energy processes in a spark-ignition engine in idle mode of its work]. Proektuvannya, vyrobny-tstvo ta ekspluatatsiya avtotransportnykh zasobiv ta avtopoyizdiv. Pratsi Zakhidnoho naukovoho tsentru Transportnoyi akademiyi Ukrayiny - Design, manufacture and operation of motor vehicles and trains. Proceedings of the Western Scientific Center of the Transport Academy of Ukraine, 1, 34-51 [in Ukranian].
2. Hashchuk, P., Bohachyk, Y. (1995). Osob-lyvosti vnutrishnoho teploperenosu v dvyhu-ni z yaskrovym zapalennyam za riznykh navantazhen [Peculiarities of internal heat transfer in the sparkignition engine under dif-
ferent loads]. Proektuvannya, vyrobnytstvo ta eksplua-tatsiya avtotransportnykh zasobiv i poyizdiv. Pratsi zakhidnoho naukovoho tsen-tru Transportnoyi akademiyi nauk - Design, manufacture and operation of motor vehicles and trains. Proceedings of the Western Scientific Center of the Transport Academy of Ukraine , 2, 12-15 [in Ukranian].
3. Pischinger, R., Kralinig, G., Taucar, G., Sams, Th. (1989). Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine. - Wien: SpringerVerlag.
4. Hashchuk, P. M., Nikipchuk, S. V., Boha-chyk, Y. O. (1998). Naturno-mashynni zaso-by v modelyuvanni termodynamichnykh protsesiv, shcho perebihayut u dvyhunakh vnutrishnoho zhoryannya [Naturally-machine tools in the modeling of thermodynamic processes that are interrupted in internal combustion engines]. Visnyk Derzhavnoho uni-versytetu «Lvivska politekhnika»: dynamika, mitsnist ta proektuvannya mashyn i pryladiv - Bulletin of Lviv Polytechnic National University «Dynamics, strength and design of machines and devices», 354, 3-9 [in Ukranian].
5. Konig, H.C. (1972). Thermodynamische und reaktionskinetische Analyse der Verbrennung im Ottomotor. Dissertation. TU Braunschweig.
6. Prescher, K. (1984). Methoden zur thermody-namischen Analyse der Verbrennungsvorgange in Ottomotoren. Habilitationsschrift. Stuttgart.
7. Vibe, I.I. (1962). Novoe o rabochem tsykle dvyhatelya [New on the working cycle of the engine]. Moscow: Mashhiz [in Russian].
8. Sharohlazov, B.A., Farafontov, M.F., Kle-mentev, V.V. (2004). Dvyhateli vnutrenneho shoraniya: teoriya, modelirovanye i raschet protsessov [Internal combustion engines: theory, modeling and calculation o f processes] . Chelyabynsk: YUrHU [in Russian].
9. Hashchuk, P. M. (2004). Enerhiya ta upo-ryadkovanyy rukh [Energy and orderly movement]. Lviv: Ukrainski tekhnolohii [in Ukranian].
10. Pattas, K., Haefner, G. (1973). Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung. MTZ, 34, 12, 397-404.
11. Huber, E, Schey, W., Vogt, R. (1978). Beitrag zur Berechnung der Stickoxidbildung im Dieselmotor. MTZ, 39, 5, 235-237.
12. Honchar, B.M. (1954). Utochnennyy sposob rascheta i postroeniya indikatornoy diah-rammy dvihatelya [Refined method of calculation and construction of an indicator dia-
gram of an engine]. Trudy Tsentralnoho nauchno-issle-dovatelskoho instituta - Proceedings of the Central Research Institute, 25, 108-116 [in Russian].
13. Dyachenko, N. KH., Kostin, A.K., Puha-chev, B.P. i dr. (1974). Teoriya dvihateley vnutrenneho shoraniya [The theory of internal combustion engines]. N. KH. Dyachenko (Ed.), Leninhrad: Mashinostroenie [in Russian] .
14. Mats, Z.Z. (1982). Inzhenernaya metodika rascheta protsessa shoraniya v dyzele [Engineering methodology for calculating the combustion process in a diesel engine]. Dvyhatelestroenye - Engine building, , 9, 1618; 1983, 8, 32-36 [in Russian].
15. Seleznev, Y.V. (1975). Opredelenie dina-miki teplovydeleniya v odnokamernykh dizelyakh cherez upravlyayushchie para-metry [Determination of heat dissipation dynamics in single-chamber diesel engines through control parameters]. Dvyhately vnutrenneho shoraniya - Internal combustion engines, 21, 3-9 [in Russian].
16. Seleznev, Y.V. (1971). Vybor effektivnoho te-plovydeleniya dlya odnokamernykh dize-ley [The selection of effective heat release for single-chamber diesel engines]. Dvyha-tely vnutrenneho shoraniya - Internal combustion engines], 14, 30-35 [in Russian].
Ta^yK neTpo MHKO.aHOBHH, a.t.h., npot))., Ka$egpa eKcnnyaTa^i TpaHcnopTHHx 3a-co6ÍB Ta no^e^HO-pHTyB&nbHOi TexHiKH .IbBiBCbKiifi aep^aBHHH yrnBepciTeT 6e3ne-
KH ^HTTeflia^bHOCTi, 79007, yKpaiHa, M. ^bBiB, By.. KnenapiBCbKa, 35, Te.. +38 067-476-84-83, [email protected]
HiKinnyK CepriH BanecnaBOBUH, iH^eHep, Kíi^egpíi eKcnnyaTa^i Ta peMOHTy aBTO-Mo6i^bHo'í TexHiKH
Ha^OH&nbHHH yHiBepcHTeT «^bBÍBCbKa
no.niTexmKa», 79013, yKpaiHa, M. ^bBiB, By.. C. BaHflepi, 12, Te.. +38 097-217-23-15, nikipch@gmail. com
SPECIAL CONSIDERATIONS OF HEAT GENERATION IN THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Hashchuk P., Lviv State University of Life Safety Nikipchuk S., National University «Lviv Polytechnic»
Abstract. Problem. The study illustrates special considerations of heat generation in the internal
combustion engine. The research was conducted using hard / soft technology. An exponential analytical description is found to qualitatively reflect actual processes in an acceptable way. The study dismisses some standard notions about typical and optimal relations between parameters characterizing the course of heat generation. Goal. The purpose is to investigate the regular heat generation in an internal combustion engine by resorting to, so to speak, hard/soft technologies, combining the test bench and the computer and thus providing a «communication» of a real research engine and virtual in form computer model. Methodology. As it follows from the research, the proportion of burned fuel decreases with the decreasing load and becomes the smallest in case of idle engine running. The concept of the amount of unburned fuel is quite conditional - it characterizes incomplete chemical transformations rather than absolute inactivity of the other amount of fuel. The given value contains useful information that the heat generation capacity of the fuel mixture is underutilized and it displays potential environmental hazards. The analytic description contains the parameter a that is supposed to characterize a complete fuel combustion rather than convey a specific fixed value (namely, a = —6,908) based on the researcher's prediction without persuasive arguments. The time parameter x0 denoting the duration of heat generation should be considered as a time stable that characterizes an asymptotic nature of the process rather than the actual duration of the combustion process( the combustion would have been indefinitely long). Results. There are beliefs that the actual engines have the values of the parameter m that characterises the degree of fuel combustion and of the parameter A9 that corresponds to the duration of the combustion process: diesel engines m = 0...1 - and A9 = 60...100 (and even more) degrees of rotation of the crankshaft; Otto engines - m = 3...4 and Aip = 45...60 deg. The study demonstrates that the
statement about Otto engine doesn't confirm but rather reject the mentioned above.
Moreover, it is also argued that special studies seem to prove the following: the combination of parameter values m = 1,5 and Дф= 40...60 degrees is roughly optimal. The value m « 1,5 of degree m, appears to correspond to the moment tm of reaching the maximum combustion rate that satisfies the condition tm(tK — tn) « 0,38 (tn and tK - the beginning and end of the combustion process). It turned out that these parameters only formally denote the minimum of the dependence of maximum combustion rate on a set of different permissible values of the parameter m and it doesn't reveal any physical meaning of «opti-mality», but rather provoke a thorough investigation of this circumstance.
Key words: internal combustion engine, heat generation process, heat-fission intensity, exponential analytical description.
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЯ
В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Гащук П. Н., Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности, Никипчук С. В., Национальный университет «Львовская политехника»
Аннотация. Изучаются особенности теплообразования в двигателе внутреннего сгорания. Исследования проведены средствами hard/soft-технологии. Установлено, что приемлемо качественно отражает в себе реальные процессы экспонентное аналитическое описание, и опровергнуты некоторые устоявшиеся представления о типичных и оптимальных соотношениях между параметрами, которые характеризуют протекание процесса теплообразования.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, процесс теплообразования, интенсивность тепловыделения, экспоненциальное аналитическое описание.
