Исторический экскурс: работы кафедры по топливным системам за 100 лет

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, СОЗДАНИЕ НОВЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ.

Уже в первые годы развития отечественного двигателестроения встала проблема создания бескомпрессорных дизелей, т. е. использующих насосное впрыскивание жидкого топлива вместо пневматического распыливания. Такие дизели должны были преодолеть недостатки дизелей с пневмораспыливанием: ограничение по быстроходности, наличие компрессора высокого давления, сложность эксплуатации, взрывоопасность.

Одним из первых предложение отказаться от компрессора и применить гидромеханический способ распыливания была высказана профессором МВТУ В. И. Гриневецким и осуществлена им на опытном реверсивном дизеле. Однако, недостаточный технологический уровень не позволял быстро найти надежные и простые технические решения. В период с 1918 по 1925 г. было проведено большое количество конструкторских работ отечественными и зарубежными учеными и инженерами, направленными на получение удовлетворительной бескомпрессорной системы подачи топлива.

Среди таких работ, связанных с получением положительных результатов, следует отметить конструкцию топливоподающей аппаратуры, предложенную инженером Н. Н. Бобровым — впоследствии профессором МВТУ. Основными особенностями этой системы являлись введение в форсунку дифференциальной иглы, нагруженной пружиной с предварительной затяжкой. Винтовой распылитель с тангенциальной закруткой струи обеспечивал тонкое распыливание топлива и образование широкого факела распыленного топлива в соответствии с формой камеры сгорания. Таким образом, Н. Н. Бобровым было предложено гидравлическое управление работой форсунки при помощи насоса высокого давления, получившее в настоящее время название систем непосредственного действия и наибольшее распространение на всех типах дизелей. Именно такая система была на соответствующем технологическом уровне реализована в 1927 г. с ТНВД серии А.

В целях усовершенствования бескомпрессорных двигатели с воспламенением от сжатия уделялось большое внимание исследованию вопросов, связанных с увеличением среднего индикаторного давления, снижением удельного расхода топлива, повышением быстроходности, приспособлением двигателя для работы на низкосортных топливах. Первоначально считалось, что топливоподающая аппаратура сравнительно мало влияет на эти показатели, и основное внимание сосредотачивалось на конструировании камеры сгорания. Однако эксплуатация и проведенные эксперименты убедительно показали, что качество работы двигателя в целом во многом зависит прежде всего от качества работы топливоподающей аппаратуры и, главным образом, форсунки и топливного насоса высокого давления. Стало ясно, что без глубокого анализа и изучения нестационарных процессов, происходящих в агрегатах топливной аппаратуры, невозможно добиться высокого качества работы самого двигателя; выяснилось, что в работе двигателя первостепенное значение имеет динамическая характеристика впрыска (изменение давления впрыска по времени), скорость истечения топлива, запаздывание начала впрыска, подтекание топлива, качество распыливания, форма факела и др.

Широкий круг исследований в этом направлении в период с 1932 по 1963 гг. проводились с участием и под руководством проф. МВТУ Германа Георгиевича Калиша. Начав преподавательскую работу в МВТУ в 1920 г, Герман Георгиевич стал ведущим специалистом в своей области, авторитетнейшим педагогом, Кроме того, им проводился широкий круг исследований в различных аспектах теории и конструирования двигателей.

Г. Г. Калишем была разработана наиболее полная методика расчета гидромеханического процесса впрыска для форсунок различных типов, с упором клапанов. Было показано, что при работе на нерасчетных режимах с малыми расходами трудно рассчитывать на высокие показатели распыливания топлива. Также и при выходе иглы на упор характеристика нормальной форсунки становится эквивалентной характеристике открытой форсунки, т. е. придает топливной системе нежелательное свойство сильной зависимости давления впрыскивания от режимов работы дизеля, в первую очередь от частоты вращения вала.

Другим важным выводом из теории форсунок Г. Г. Калиша явилась формулирование условий наступления и практические рекомендации относительно неустойчивости работы форсунок. Было объяснен и обоснованы условия и возможности практического использования явления дробящего впрыскивания. Позднее этот режим вошел в ГОСТы на испытания форсунок, как критерий их исправности.

Г. Г. Калишем изучался и теоретически описан нестационарный процесс подачи топлива в системах непосредственного действия. В его основу были положены два основных фактора, обусловливающих специфику этого процесса.

Во-первых, это первостепенное влияние сжимаемости топлива на продолжительность, давление и величину подачи. Для расчета процесса топливоподачи потребовалось определение физических свойств дизельных топлив. Эту работу проводили и другие ведущие специалисты МГТУ. Интересно отметить то, что полученные ими в 30-х 50-х годах данные и расчетные соотношения с успехом используются и сегодня. Так, помимо соотношений для истинного коэффициента сжимаемости топлива профессором кафедры Д. Н. Вырубовым получено лаконичное выражение для вязкости топлива в функции давления, используемое ныне для расчета утечек, демпфирующих свойств малых зазоров: Другим примером долголетия научных результатов являются зависимости для коэффициентов сжимаемости, полученные Д. С. Миринским для топлив еще в 50-х годах при давлениях до 280 МПа. Благодаря корректно поставленному эксперименту эти данные сегодня актуальны.

Во-вторых, при теоретическом анализе и описании нестационарного процесса подачи в дизелях Г. Г. Калишем доказывалась важность учета наличия волновых явлений в нагнетательных трубопроводах между ТНВД и форсунками. Концепция волнового процесса рассматривалась, как родственной гидравлическому удару, ранее теоретически разработанному также профессором МВТУ Н. Е. Жуковским. Теоретически и экспериментально было показано, что волновой процесс изменяет не только фазу впрыскивания из-за конечной скорости распространения волны давления по трубопроводу, но также изменяет давление и характеристику впрыскивания. Еще в 1934 г. Г. Г. Калишем были записаны применительно к подаче топлива базовые для расчета нестационарного течения в трубопроводах уравнения движения и неразрывности (без учета переменности скорости звука, гидравлического сопротивления). Очевидно, что привычной реализации метода расчета подачи топлива с одномерным расчетом течения в трубопроводах мешало отсутствие средств вычислений: проводить трудоемкие гидродинамические расчеты с многочисленными итерациями на логарифмической линейке было нецелесообразно. Однако исследования влияния различных факторов волнового процесса: параметров трубопровода, величины объемов, сечения сопел, параметров ТНВД, режимных факторов продолжались экспериментально.

В таких работах участвовали и другие специалисты кафедры. В кандидатской диссертации Н. И. Костыгова (1938 г.) исследовалось влияния типа и конструкции топливного насоса на динамическую характеристику впрыскивания.

Наряду с теоретической проработкой процессов топливоподачи кафедрой проводились работы по нуждам промышленности и эксплуатации. Стремление удовлетворить разнообразные требования, предъявляемые к топливным насосам, привело к большому разнообразию конструкций последних. Однако данных для сравнительной оценки качества их работы не имелось, в связи с чем были исследованы динамические характеристики процесса впрыскивания насосов трех основных типов: с клапанным распределением, с золотниковым распределением и с переменным ходом плунжера. Насосы последних двух типов были изготовлены заводом «Красное Сормово». При исследованиях проверялось качество изготовления плунжерной пары и герметичность надплунжерной полости насоса, теоретически и экспериментальностроились динамические характеристики впрыскивания, оценивалась стойкость насосов на износ.

В результате теоретического анализа работы насосов, подтвержденного экспериментальными исследованиями как в лабораторных условиях, так и непосредственно на двигателе, были выявлены недостатки в конструкциях насосов и предложены пути их устранения. Одновременно была установлена необходимость изучения влияния воздуха в топливоподающей системе двигателя на процесс впрыскивания, что и было сделано кафедрой в работе, проведенной в 40-е годы Н. И. Костыговым.

В подтверждение значительного влияния на процесс подачи волновых явлений решалась задача упрощения реверса судовых двигателей при использовании трубопроводов большой длины.

Особого внимания заслуживает научная интуиция и предвидение Г. Г. Калиша. Так, еще в 1937-1940 гг. Г. Г. Калиш со своими учениками изучали процессы и топливную аппаратуру двигателей с впрыскиванием бензина (центральный, распределенный и непосредственный впрыск бензина). Результаты исследований нашли отражение в диссертациях, научно-технических отчетах и публикациях в периодической печати. В частности, в 1941 году в МВТУ им. Н. Э. Баумана инженер С. П. Акопян защитил кандидатскую диссертацию, посвященную проблемам впрыскивания бензина во впускной трубопровод и непосредственно в цилиндры автомобильных двигателей. Некоторые из результатов диссертации оказались реализованы лишь сегодня.

Работы области теории и расчетов топливоподачи в дизелях продолжались на протяжении последних десятилетий под руководством проф. Л. В. Грехова.

Если ранее считалось, что для практических расчетов в быстроходных дизелях можно пренебрегать влиянием трения топлива о стенки трубопровода на процесс подачи, то в работах кафедры 90-х годах было показано, что гидродинамическое трение существенно не только для судовых дизелей (с длинными трубопроводами, при работе на мазуте, с малыми частотами), но теперь и для среднеоборотных и высокооборотных дизелей ввиду увеличения скоростей течения топлива благодаря интенсификации впрыскивания и уменьшению диаметров трубопроводов. Главным же достижением в этой области стало утверждение концепции трения в существенно нестационарных условиях (т. е. с многократным отличием в обе стороны коэффициентов сопротивления от квазистационарных значений). Для этой цели профессором кафедры Л. В. Греховым разработаны новые гидродинамические и теплофизические модели в рамках теории пограничного слоя, поставлены тонкие физические эксперименты с регистрацией профилей скорости в пограничном слое с пространственным разрешением 5 мкм, и временным 15 мкс. Определение характеристик турбулентности в нестационарных потоках в каналах диаметром порядка 2 мм позволило, наконец, констатировать режим течения в трубопроводах топливоподающей аппаратуры. В нестационарных условиях он никак не может характеризоваться известным значением критического числа Рейнольдса, а помимо прочего от времени. Для практических приложений рекомендованы уникальные соотношения для коэффициентов сопротивления и критических чисел Рейнольдса в быстропротекающем процессе.

Процессы в нагнетательных трубопроводах, как известно, осложняются двухфазностью топлива. В работах профессора С. Г. Роганова и тогда еще аспиранта А. А. Дамера путем фотографирования потоков в прозрачном круглом канале проведена визуализация динамики двухфазного состояния топлива. Позднее путем микрофотографирования через микроскоп с увеличением х1200 динамика пузырьков изучалась в импульсном освещении Л. В. Греховым. Практическим выходом этих исследований стали уравнения для упругих свойств (сжимаемости) двухфазных жидкостей в нестационарном процессе с тепло-массообменом между фазами и экспериментально определенными константами.

Другим новым и актуальным фактором топливоподачи к концу XX века стали тепловые эффекты. В 1996 г. Л. В. Греховым впервые были экспериментально зарегистрированы мгновенные температуры топлива в процессе подачи. Разработаны математические модели с учетом разогрева от сжатия, нестационарного теплообмена, диссипации. Экспериментально зарегистрирован разогрев топлива до 260...300 град при истечении с давлениями впрыскивания 200...300 МПа и выше.

В соответствии с запросами промышленности Л. В. Греховым были разработаны математические модели сопряженного расчета топливоподачи и нерезонансных крутильных колебаний в сложных крутильных системах привода ТНВД. Такие модели позволили устранить типичный дефект конструирования новых дизелей (интенсификации впрыскивания в существующих системах). Их применение к случаю крутильных колебаний коленчатого вала и возникающих от работы ТНВД колебаний в кольцевой крутильной системе привода ТНВД позволило снять проблему потери управляемости подачей насоса VE Bosch на серийном дизеле ЗМЗ-5143.10. Расчетная оптимизация параметров и места установки демпфера в приводе нового ТНВД дизелей КАМАЗ позволило решить проблему поломок деталей привода агрегатов.

Эти и другие разработки кафедры нашли использование в программном комплексе «Впрыск», разработанном Л. В. Греховым. Ныне он используется в промышленности, а также стал основным инструментом при выполнении студентами 6-го курса введенного в 1993 г. курсового проекта по топливной аппаратуре и магистерских работ.

Упомянув о разработанных на кафедре профессиональных программах, нельзя не сказать, что как при выполнении заказов промышленности, так и при обучении студентов кафедра уже 20 лет практикует следующий подход: формулировка требований к параметрам топливной аппаратуры производится единственно научно обоснованным способом — на базе оптимизации рабочего процесса дизеля. Сегодня она часто ведется по параметрам токсичности, в том числе удельным выбросам в соответствии с нормами Регламента РФ. Эти работы проводятся с применением программного комплекса «Дизель-РК» (разработчик А. С. Кулешов), которым уже 6 лет пользуются специалисты всего мира по сети Интернет.

Эти программные продукты сделали актуальную задачу — синтез и параметрическая оптимизация топливной системы по заданным энергетическим, экологическим и иным показателям дизеля — не только реальной, но типовой. Для этого применяется обширный оптимизационный аппарат с решением прямой, т. е. корректно поставленной, задачи.

Большой объем работ был проводен в 60-80-е годы под руководством проф. Леонова О. Б. в направлении изучения и поиска улучшения протекания переходных процессов в двигателях. Впервые детально экспериментально исследовались параметры рабочего процесса, топливоподачи, наддува, охлаждения и другие. Была специально подготовлена аппаратура повышенного быстродействия с регистрацией по 24 параметрам дизеля в течение всего периода разгона, включая поцилиндровую диагностику. В работах Мануйлова Н. Н., Шкарупило А. Я, Павлюкова В. Г. были выявлены особенности протекания рабочего процесса, наличие и существенное влияние на ухудшение протекания переходных процессов в дизеле переходных процессов в топливной аппаратуре. Было показано, что разгон дизеля задерживается не только из-за инерционности агрегата наддува, собственной инерции, но и снижением цикловой подачи. При этом был выявлен ключевой параметр топливной системы, провоцирующий замедление переходного процесса — остаточное давление в линии высокого давления. Управление этим параметром было обосновано в качестве наиболее эффективного пути ускорения переходных процессов. Дальнейшие разработки в этом направлении Н. Н. Патрахальцева (ныне проф., заведующего кафедрой ДВС РУДН) позволили теоретически обосновать способы, количественные соотношения и ожидаемую эффективность управления переходными процессами. В работе В. П. Попова удалось согласовать работу регулятора остаточного давления с параметрами наддува, обеспечив почти двукратное ускорение разгона дизеля без признаков дымления. В работе Тарханова О. А. разгон дизеля и согласованная работа турбокомпрессора осуществлялась при двухфазной подаче топлива от специально подготовленных ТНВД. На разработанные технические решения для регулирования остаточного давления было получено более 30 патентов и авторских свидетельств, опытные системы с регулированием остаточного давления были построены для дизелей ММЗ, ВТЗ, Барнаултрансмаш. Наиболее простое решение — подпитка линии высокого давления от автоматического клапана, сообщенного с источником дополнительного топлива и открывающегося после окончания впрыскивания под действием кратковременно возникающего в волновом процессе разрежения — получила широкое развитие в работах Н. Н. Патрахальцева, проведенных им в РУДН, а также, в дальнейшем, широко использовалась для подачи присадок альтернативных топлив.

Наконец, естественным направлением работ кафедры на протяжении 100 лет было совершенствование существующих видов и создание новых образцов топливоподающей аппаратуры. Во всех упомянутых разработках проводилась и такая работа. Однако, она велась и применительно к традиционным двигателям, традиционным топливам. Ее на протяжении трех десятилетий вел Г. Г. Калиш, в том числе совместно с НАТИ, НАМИ, Нижегородским университетом и НММИ.

Большое число разноплановых актуальных работ было выполнено под руководством проф. С. Г. Роганова. Совместно с Ю. П. Макушевым, А. К. Каракаевым им разработаны работоспособные форсунки с замкнутым надыгольным объемом. Продолженные А. Г. Коротневым, Л. В. Греховым работы с аккумулированием утечек обеспечили в сходных системах не только гарантированную работоспособность, но и возможность 2-3 кратной интенсификации впрыскивания и улучшение экологических показателей ряда дизелей. С. Г. Рогановым и М. Н. Покусаевым изучалось поведение форсунок и устойчивость иглы, разработаны способы обеспечения их эффективной работы в широком диапазоне режимов дизеля.

Еще в 70-е...80-е годы были разработаны топливные системы со ступенчатой характеристикой впрыскивания за счет форсунки с двумя запирающими и гибко связанными между собой иглами (Роганов С. Г., Ищенко В. Н.). За счет специального привода плунжеров ТНВД обеспечивалась двухфазная подача и снижение вредных выбросов тракторами для теплиц (Ивин В. И., Пономарев Е. Г.).

Усовершенствовались конструкции единственного выпускаемого в СССР распределительного насоса НД (проф. МГТУ Роганов С. Г., Борисов Б. Н. и Борисов В. Н.). В 70-е годы для испытаний широкого класса топливных дизельных систем был создан проект и построен топливный стенд с прямым приводом ТНВД от вала электродвигателя (А. Н. Крылов, И. Ю. Ходненко, А. П. Ляпин, Б. П. Ляпин). В соответствии с теми возможностями был применен электродвигатель постоянного тока. Механический стробоскопический сборник позволял определять характеристику впрыскивания

Еще в 80-годах были созданы в содружестве КФ ВЗПИ, КТЗ и МВТУ аккумуляторные системы с электронным управлением (С. Г. Роганов, Ф. И. Пинский, В. А. Рыжов — ныне главный конструктор ОАО КЗ). Все основные решения, используемые ныне в системах Common Rail, тогда уже нашли применение и, в частности, обеспечивали высокие показатели дизелей типа Д49. Уместно сказать, что мировые фирмы в то время шли иным путем, оказавшимся неперспективным.

В последние годы XX — начале XXI столетий под руководством Л. В. Греховым создавались образцы специализированных ТНВД для Common Rail, а совместно с БашГАУ, с ОАО НИКТИД — усовершенствованные электрогидравлические форсунки. Все они доведены до испытаний на дизелях.

Топливные насосы с электронным управлением с двумя рейками управления подачей и углом опережения были созданы и прошли успешные испытания коллективом под руководством профессора В. И. Крутова (В. И. Шатров, В. А. Марков, А. Г. Кузнецов).

Проекты насосов с быстродействующим электроуправляемым клапаном для нужд отечественных заводов подготовлены Л. В. Греховым. Так, для дизеля Д50 ОАО Пензадизельмаш спроектирован ТНВД с электроклапанным управлением, макетный образец готовится к испытаниям на дизеле. Для электромагнитных приводов таких систем и Common Rail подготовлены математические модели наполнения-отсечки и процессов в линии низкого давления, а также модели быстродействующих электроприводов.

Рассмотренные в качестве примеров работы в области исследования процессов и создания конструкций топливоподающей аппаратуры неполно иллюстрируют тот круг вопросов, который охватывался кафедрой в связи с задачами, выдвигаемыми промышленностью. Часть теоретических и экспериментальных работ обеспечила расширение представлений о процессах подачи топлива.

РАБОТЫ С АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ТОПЛИВАМИ.

В попытке сделать обзор работ кафедры за 100 лет, нельзя не упомянуть разработки, направленные на расширение топливной базы двигателестроения. Исторически это в первую очередь применение различных газов.

В одной из своих первых работ, посвященных двигателям внутреннего сгорания, В. И. Гриневецкий разработал теорию теплового расчета газового двигателя. В этой работе были рассмотрены расчеты двигателя при сжигании силового, доменного и светильного газов и даны общие формулы коэффициента избытка воздуха, теоретически необходимого количества воздуха, состава продуктов сгорания, теплоемкости рабочей смеси, коэффициента молекулярного изменения и т. п. В дальнейшем научным руководителем работ по газовым двигателям был проф. Е. К. Мазинг, который опубликовал ряд исследований о возможности применения различных газов. В частности, подробно изучен вопрос об использовании в двигателях гене раторного газа, получаемого из антрацита, а также как тогда называли силового и естественного газов. Под руководством Е. К. Мазинга коллектив кафедры провел ряд работ в направлении дальнейшего развития теории использования газовых топлив. С. Е. Лебедевым разработаны основы теплового расчета газожидкостного процесса. Практическими работами по переводу четырехтактных дизелей на газодизельный процесс, проведенных под его руководством, было доказано, что четырехтактный дизель может быть переведен на газ с присадкой от 10 до 50% жидкого топлива.

При переводе предкамерного тракторного двигателя на газожидкостной процесс было установлено, что такого рода перевод может быть осуществлен без всяких изменений конструкции двигателя, без выемки предкамер, и, таким образом, в любой момент двигатель может быть переключен вновь на работу только на жидком топливе.

В 30-х...50-х годах на кафедре ведутся работы по переводу различных двигателей на чисто газовое топливо. В 1935 — 1937 гг. на высококалорийный газ был переведен четырехтактный компрессорный дизель, при этом было доказана осуществимость газового дизеля. Эти работы в первую очередь связаны с именем С. Е. Лебедева. В 1935 — 1938 гг. кафедрой, в частности ее сотрудником Н. А. Кутыриным, был проведен ряд работ по созданию четырехтактных двигателей с уменьшенной степенью сжатия, в том числе конвертированных из дизелей. При этом за счет форсирования по составу смеси и наддуву обеспечивалось повышение их мощности. С минимальными конструктивными изменениями были подготовлены проекты и осуществлен перевод на нефтяной газ двигателей ДР-4-60 и Рустон.

Исследования и опыт военных лет по переводу четырехтактных двигателей на газ были опубликованы в монографии 1946 г. под редакцией Д. Н. Вырубова. В этой работе рассмотрены принципиальные схемы и методы осуществления перевода; отмечены преимущества и недостатки общих и отдельных смесительных газовых двигателей; рассмотрены вопросы регулирования и конструкции механизмов связи регуляторов с дросселирующими органами, дан анализ систем электрооборудования.

Одновременно в 1941— 1945 гг. проводились исследования по переводу на газ двухтактных двигателей. Перевод двухтактных калоризаторных двигателей на газ осуществлялся путем кривошипно-камерной продувки газом. Этот способ давал возможность избежать длительных и дорогостоящих конструктивных переделок. Исследования проводилось на двух двигателях завода «Красный прогресс» мощностью 22 и 12 л. с. Было установлено, что при работе на генераторном газе мощность двигателя снижалась всего на 10–15% по сравнению с работой на жидком топливе. Кроме того, была установлена важная особенность калоризаторного двигателя — его нечувствительность к составу газовоздушной смеси в широком диапазоне изменения состава. Такая же работа было проведена под руководством Д. Н. Вырубова для двухтактного двигателя РК-30.

Позднее проводились работы с разработанным более эффективным процессом с впуском газа в начале сжатия. Такие исследования были проведены под руководством И. Н. Нигматулина на газомотокомпрессорах МК-2 и МК-3 завода «Борец». В 1952 г. под его руководством проведена работа по переводу на генераторный газ двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия большой мощности (510 л. с. при 375 об/мин) с продувкой воздухом.

Наряду с исследованиями газовых двигателей кафедрой проведен ряд работ по газогенераторам: разработана методика расчета и выбора оборудования газогенераторных установок, созданы руководящие материалы для проектирования газогенераторов обращенного процесса и разработаны типовые проекты генераторов и очистительных устройств. Работы по генераторам были завершены расчетом и проектированием серии типовых генераторов и очистительных устройств.

Работы по газогенераторам были возобновлены 80-х...90-х годах. Так, Ю. Л. Масловым и А. М. Савенковым были построены газогенераторы, работающие на различных твердых малоценных топливах. Совместно с Ю. Г. Прониным (НИИД), В. Г. Носачем (ИТТ АН УССР) разработаны технологии термохимической регенерации топлив. Позднее работа малоразмерных двигателей с газогенераторами адаптировалась к работе на деревянных отходах, сухом мусоре, бумажных и растительных отходах.

Первые работы кафедры с альтернативными жидкими топливами связаны с именем Н. Р. Брилинга. Он начал первые отечественные исследования по использованию спиртов в автомобильных карбюраторных двигателях в организованной им автомобильной лаборатории. В условиях острого дефицита бензина разрабатывались технологии применения спирта в качестве топлива для карбюраторных двигателей. В рамках проведенного цикла исследований разработана теория рабочего процесса таких двигателей, отрабатывались процессы смесеобразования и карбюрации при сжигании спиртов.

Вследствие быстрой дизелизации в середине столетия была поставлена задача использования топлив местного происхождения. В качестве их рассматривались продукты перегонки горючих сланцев, запасами которых был богат СССР. Так как физико-химические свойства сланцевых жидких топлив отличны от свойств нефтепродуктов, потребовалось подробное изучение работы двигателей и, главным образом, работы топливоподающей аппаратуры в новых условиях.

Первые опыты на двигателе показали, что новое топливо в основном пригодно для работы в эксплуатационных условиях, но удельный расход при этом превышает расход нефтяных топлив. Исследования, выполненные Г. Г. Калишем и И. В. Астаховым, были направлены на изучение процессов, протекающих непосредственно в топливоподающей аппаратуре, а также образование струи распыленного топлива в камере сгорания. Исследовалось влияния размера и проходного сечения сопел на протекание процесса впрыскивания, выявлялись закономерности изменения угла факела распыленного топлива и его длины в функции времени. Опыты проводились параллельно на двух сортах топлив, что давало возможность сравнивать результаты и оценивать влияние свойств топлива на тот или иной параметр.

Были выявлены оптимальные условия работы двигателя на сланцевом топливе. Проведенная работа показала целесообразность использования сланцевого топлива на судовых двигателях с воспламенением от сжатия, причем было установлено, что для перехода на работу на сланцевом топливе не требуется существенных переделок топливной аппаратуры и изменения условий эксплуатации, а экономичность двигателя может быть даже повышена.

Разработка водородных технологий была начата на кафедре в 60-е годы прошлого века. В. П. Алексеевым и О. Б. Леоновым проведены работы по использовании водорода и водородосодержащих топлив в ДВС (для специальных целей). В 70-х...80-х годах под руководством проф. С. Г. Роганова проводились работы по изучению особенностей процессов в двигателе, работающем на водороде, и конструированию такого двигателя. Работы завершились созданием дизеля, питающегося жидким водородом. Топливо подавалось насосным методов в жидком виде. Преодолев многочисленные и тогда еще новые проблемы, были сформулированы требования к таким двигателям и их системам. Уже тогда стало ясно, что эти работы не могут быть востребованы в самое ближайшее время, а как сейчас мы понимаем, в России, как богатейшей по запасам нефти, газа и угля стране — тем более.

В 80-х годах по заданию ГКНТ СССР на Н. А. Иващенко, В. С. Роговым, И. В. Федотовым была проведена экспериментальная работа по адаптации дизелей для питания легкими газоконденсатными топливами. Результатом ее стал образец дизеля Д144 с модернизированной топливоподающей аппаратурой. После ее доработки, оптимизации регулировочных параметров удалось обеспечить бесперебойную и такую же эффективную работу дизеля, как и на дизельном топливе.

В 90-х годах Н. А. Иващенко, Ю. Л. Масловым, Л. В. Греховым была разработана и реализована технология питания автомобильных дизелей с газообразными присадками водорода и (или) синтез-газа, подаваемыми вместе с дизельным топливом через штатную форсунку. Испытания на ЗиЛе показали эффективность таких присадок в отношении улучшения физических и химических факторов смесеобразования и сгорания и, в конечном счете, снижения всех четырех актуальных вредных выбросов с ОГ. Снятие с производства дизеля ЗиЛ-645 остановило эти работы.

Также в 90-х годах на кафедре был проведен цикл разноплановых работ по реализации исходной идеи Рудольфа Дизеля — осуществлении работы двигателя с воспламенением от сжатия на угле. В данном случае использовались топливоугольные и водоугольные суспензии. Эти работы проводились под руководством Л. В. Грехова. Были осуществлены работы по изучению и описанию физических свойств суспензий, в первую очередь вязкостных. Суспензия, будучи неньютоновкой жидкостью, имеет очень сложную и почти неизученную реологию. Реологические свойства суспензий в нестационарных условиях ранее вообще не изучались. Выявлено более десяти существенно влияющих на кажущуюся вязкость факторов, установлены связи с концентрацией, описаны реологические законы напряжения от скорости деформации. Новые закономерности распыливания угольных суспензий, полученные методом лазерной дифракции, обосновали необходимость резкой интенсификации впрыскивания суспензий. Самостоятельными и новыми проблемами, которые в конечном итоге удалось решить, стали выявление необходимых условий и методы их обеспечения воспламенения частиц, а также их полное сгорание в допустимое время. Была разработана и реализована топливная аппаратура, обеспечивающая работоспособность и ресурс дизеля (традиционная аппаратура успевала проработать лишь несколько минут). Можно уверенно сказать, что по множеству и сложности возникающих проблем обеспечение работы дизеля на угольном топливе является сложнейшей из всех альтернативных топлив.

Уже в XXI столетии была проведена работа по подготовке топливной аппаратуры и дизеля к применению альтернативного топлива — диметилового эфира — под руководством Н. А. Иващенко и Л. В. Грехова совместно с коллегами кафедры Криогенной техники МГТУ — проф. А. М. Архаровым, А. А. Жердевым. Концепцией стала технология смесевого топлива (дизельного с ДМЭ). Она обеспечила разумность экономических затрат в отношении достигаемого экологического результата (тогда ДМЭ был в 5 раз дороже дизельного топлива) и еще десяток практически важных достоинств. Результатом работы стал опытный автомобиль МГТУ, прошедший испытания на полигоне НИЦИАМТ и десять автомобилей, эксплуатируемых в ГУП Мосавтохолод.

Важным направлением работ кафедры явилось согласование топливоподачи и работы двигателя. Родоначальником школы регулирования ДВС также являлся проф. Г. Г. Калиш и, позднее, профессор В. И. Крутов. Подробнее об этом — в статье об управлении в ДВС в историческом обзоре на главной странице.