WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Бирюков Александр Леонидович

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЁМ

ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНО-ВОДНЫХ СМЕСЕЙ

Специальность: 05.04.02 – Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Картошкин Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зуев Анатолий Алексеевич доктор технических наук, профессор Куколев Максим Игоревич

Ведущая организация: ГНУ «Северо-Западный научноисследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук»

Защита диссертации состоится 18 февраля 2011 г. в 13 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург, Пушкин, Академический проспект, д. 23 ауд. 2.529, факс (812) 465-05-05, uchsekr@spbgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан и размещён на сайте http://www.spbgau.ru _ 20_ г.

Учёный секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор Т.Ю. Салова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из основных задач современного двигателестроения является улучшение эксплуатационных и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В связи с ростом численности автомобильного транспорта постоянно возрастает доля потребления нефтяного топлива. ДВС являются основными потребителями нефти (более 90%), и в ближайшее время по оценкам специалистов, серьёзной альтернативы им не появится.

Наряду с разработкой принципиально новых образцов ДВС, которая требует проведения сложнейших длительных исследований и значительных материальных вложений, важное значение имеет усовершенствование уже выпускаемых ДВС.

С целью экономии нефти и улучшения экологических характеристик бензиновых двигателей целесообразен переход на альтернативные моторные топлива, который зачастую связан с различными проблемами, такими как снижение динамических качеств транспортных средств (ТС), уменьшение полезной нагрузки и пробега на одной заправке, сложностью хранения топлива, значительным усложнением конструкции и др.

Применение топливно-водных смесей является одним из действенных методов комплексного улучшения эксплуатационных и экологических показателей ДВС. Исследованиями установлено, что при их использовании возможно снижение токсичности отработавших газов (ОГ), повышение экономичности двигателя, снижение теплонапряжённости деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и склонности двигателя к детонации, уменьшение нагарообразования и увеличение эффективной мощности.

Однако, способы использования воды как компонента топлива разработаны и изучены недостаточно. В частности, отмечается невозможность оперативного изменения концентрации воды в смеси в зависимости от режимов работы двигателя, быстрое расслоение смеси, недостаточная изученность влияния воды на экологические и эксплуатационные показатели двигателя. Поэтому работы, направленные на исследование данных вопросов, являются актуальными.

Целью исследований является улучшение эксплуатационных и экологических показателей двигателей с впрыском топлива путём использования топливно-водных смесей.

Объект исследований. Автомобильный двигатель с системой впрыска топлива, модернизированной для работы на топливно-водной смеси (ТВС).

Предмет исследований. Эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя при работе на топливно-водной смеси.

Методы исследований и достоверность полученных результатов.

При выполнении исследований применялись как теоретические, так и экспериментальные методы. Достоверность результатов при теоретических исследованиях достигнута выбором обоснованных исходных данных и сопоставлением расчётных и экспериментальных значений, а при экспериментальных исследованиях – выбором современных методов и средств измерений, учётом погрешностей, проверкой и тарировкой приборов, а также соблюдением требований действующих стандартов.

Научная новизна:

- способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС;

- расчётно-теоретический анализ работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси;

- математические модели, позволяющие оценить влияние состава топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя на основных режимах работы;

- результаты теоретических исследований влияния топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели работы бензинового двигателя.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Разработана система питания бензинового двигателя для работы на ТВС, позволяющая оперативно изменять состав смеси в зависимости от режимов работы. Получено обоснованное оптимальное содержание воды в ТВС для основных режимов работы двигателя. Разработана технология технического обслуживания бензинового двигателя с системой подачи топливно-водной смеси. Материалы диссертации используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и Вологодской государственной молочно-хозяйственной академии при чтении лекций, выполнении курсового и дипломного проектирования для студентов, обучающихся по специальностям «Механизация сельского хозяйства» и «Автомобили и автомобильное хозяйство». Создан макетный образец автомобиля ВАЗ-2111 с двигателем ВАЗ-21110, модернизированным для работы на ТВС.

Апробация работы. Основные положения по выполненной работе изложены на международных научно-технических конференциях «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей» в Санкт-Петербургском ГАУ, Санкт-Петербург, г. Пушкин, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.; на II всероссийской научно-технической конференции «Наука – Технология – Ресурсосбережение» в Вятской ГСХА, г. Киров, 2008 г.; на научно-практических конференциях в Вологодской ГМХА, г.Вологда-Молочное, 2006, 2007, 2009 гг. и на первой ежегодной смотрсессии аспирантов и молодых учёных, г. Вологда, 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ общим объёмом 3,7 п.л., получен один патент на изобретение.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

- способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС с возможностью оперативного изменения состава смеси в зависимости от режимов работы двигателя;

- расчётно-теоретический анализ работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси;

- математические модели, позволяющие оценить влияние состава топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя при его работе на основных режимах;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния состава топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя при его работе на основных режимах;

- оптимизированный состав топливно-водной смеси для бензинового двигателя при его работе на основных режимах;

- технология технического обслуживания бензинового двигателя с системой подачи топливно-водной смеси.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах основного текста и 34 страницах приложений, содержит 51 рисунок и 15 таблиц. Список литературы содержит 137 наименований, в т.ч. 14 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе проведен анализ состояния вопроса и определены задачи исследований.

Анализ методов и средств улучшения эксплуатационных и экологических показателей бензинового двигателя, представленных в многочисленных работах, показывает, что наиболее эффективными являются методы воздействия на рабочий процесс ДВС. Показано, что единого способа комплексного улучшения всех характеристик двигателя до оптимальных не существует. Проведённый анализ, наряду с другими методами, позволяет выделить применение воды в качестве компонента топлива, как один из наиболее эффективных методов, оказывающих положительное влияние как на эксплуатационные, так и на экологические показатели ДВС.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению влияния воды как компонента топлива на рабочий процесс, эффективные и экологические показатели ДВС отражены в работах Андрощука В.С., Антонова В.Е., Белова Е.А., Болотова А.К., Бузукова А.А., Гладкова О.А., Горбатенкова А.И., Горбачева Ю.А., Данилова А.М., Данщикова В.В., Иванова А.И., Лебедева О.Н., Лиханова В.А., Любанского Б.П., Матиевского Д.Д., Мироненко И.Г., Николаенко А.В., Панова Ю.А., Приходько А.М., Саловой Т.Ю., Свистула А.Е., Сенчило В.В., Сергеева Л.В., Теренина И.Н., Школьного А.А. и других.

Многочисленными исследованиями установлено, что вода в составе ТВС позволяет снизить концентрацию оксидов азота и оксида углерода в ОГ, уменьшить возможность детонационного сгорания, повысить экономичность двигателя.

Исследователями отмечается ряд проблем, связанных с применением ТВС. Это, прежде всего, низкая стабильность эмульсий, отсутствие возможности оперативного изменения состава ТВС, сложность применения при отрицательных температурах и значительное усложнение конструкции двигателя в ряде случаев.

Проведён анализ существующих способов подачи воды в ДВС, который показал необходимость разработки способа получения и подачи ТВС в двигатель, позволяющего оперативно управлять составом ТВС на различных скоростных и нагрузочных режимах без значительного усложнения конструкции ДВС. Исходя из этих условий, наиболее оптимальным представляется приготовление смеси непосредственно перед впрыском и подача её во впускной трубопровод через штатные форсунки.

Необходимо отметить, что подавляющее большинство работ по исследуемому вопросу направлено на изучение влияния воды, как добавки к топливу в автотракторных и судовых дизельных двигателях. В то же время, бензиновые двигатели с системой впрыска топлива работами данного направления охвачены слабо. Мало работ по оптимизации состава ТВС на различных режимах работы бензиновых двигателей, хотя в большинстве исследований показана необходимость оперативного изменения состава ТВС от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Практически отсутствуют работы по исследованию эксплуатационных и экологических показателей двигателей с искровым зажиганием, работающих на ТВС, приготовленной непосредственно перед впрыском. Отмечается также недостаточная изученность влияния ТВС на экологические показатели работы двигателя с системой впрыска топлива.

В связи с вышеизложенным, улучшение эксплуатационных показателей бензиновых двигателей путём применения топливно-водных смесей является актуальной задачей, имеющей важное социальное значение и практическую ценность для развития народного хозяйства нашей страны.

На основании поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- проанализировать методы и средства улучшения эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей;

- провести расчётно-теоретический анализ параметров рабочего цикла и показателей работы бензинового двигателя при работе на топливноводной смеси;

- разработать способ получения и подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель;

- разработать методику экспериментальных исследований и сформировать экспериментальную моторную установку;

- разработать макетный образец бензинового двигателя с организацией рабочего процесса при подаче топливно-водной смеси;

- выполнить лабораторные исследования по определению работоспособности способа и устройства подачи топливно-водной смеси;

- провести экспериментальные исследования эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси;

- выполнить исследования по оптимизации состава топливно-водной смеси для работы бензинового двигателя;

- провести эксплуатационные испытания бензинового двигателя при работе на топливно-водной смеси;

- разработать технологию технического обслуживания (ТО) модернизированного двигателя при подаче топливно-водной смеси;

- оценить социально-экономическую эффективность использования модернизированного двигателя при работе на топливно-водной смеси.

Во втором разделе представлен расчётно-теоретический анализ рабочего цикла бензинового двигателя при подаче топливно-водной смеси.

При работе двигателя с искровым зажиганием на топливно-водной смеси необходимо учитывать, что температура заряда в конце сжатия Тс будет снижаться, так как на испарение воды затрачивается теплота превышающая более чем в 5,5 раз значение теплоты, требуемой для испарения бензина. Кроме того, ещё до испарения требуется энергия на прогрев. К моменту, когда бензин и вода будут находиться в перегретом состоянии, оба компонента будут иметь теплоёмкость, отличную от теплоёмкости насыщения и теплоёмкости жидких фаз. На этапе прогрева и испарения бензина и воды их теплоёмкости полагаются не зависящими от температуры. В перегретом же состоянии необходимо учитывать зависимость тепломкости не только от температуры, но и от давления. В связи с этим нами выведена формула теплоёмкости рабочего тела с учётом подачи воды.

Тогда теплоёмкость бензо-водо-воздушной смеси определится как:

где сН О (Рс; Тс) – молярная теплоёмкость перегретого водяного пара в функции температуры и давления, Дж/(моль·К); – объёмная доля воды к расходу топлива в смеси.

Известная зависимость удельной изохорной теплоёмкости бензовоздушной смеси в конце сгорания в случае работы двигателя на топливно-водной смеси трансформируется к виду:

Уменьшение подводимой, а затем и увеличение отводимой при сжатии теплоты приводит к снижению показателя политропы, поэтому при расчётах необходимо учитывать его изменение.

При введении воды в топливовоздушную смесь, несмотря на то, что количество теплоты, отводимой в стенки цилиндра в процессе сжатия уменьшается из-за снижения разности температур заряда и деталей ЦПГ, что должно приводить к возрастанию среднего показателя политропы сжатия n1, он, тем не менее, снижается за счёт увеличения теплоты, потребляемой на испарение воды.

Изменение теплоты рабочего тела в процессе сжатия в зависимости от показателя политропы определяется по выражению:

Для определения количества свежего заряда М1, подаваемого в цигде Т – мо- лярная масса паров топлива, кг/кмоль; H2O – молярная масса паров воды, кг/кмоль. А для определения количества продуктов сгорания М2 – формулу:

Дальнейший расчёт параметров рабочего цикла и показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси проводится по общеизвестной методике.

Для оценки влияния топливно-водной смеси на основные эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя был спланирован трёхфакторный эксперимент, который направлен на определение воздействия основных факторов на критерии оптимизации: мощность, удельный расход топлива, содержание СО, СН и NOx в ОГ.

Факторы, влияющие на показатели работы двигателя, показаны на рис. 1.

За управляемые факторы приняты: положение дроссельной заслонки ПДЗ, %; частота вращения коленчатого вала двигателя n, мин–1; количество подаваемой воды от расхода топлива Кводы, %. Неуправляемые факторы:

температура окружающего воздуха tв,С; атмосферное давление Pа, Па;

влажность окружающего воздуха, %.

Предельные значения управляемых факторов (табл.) установили в результате проведения предварительных опытов и анализа литературных источников.

Задача сводилась к определению оптимального содержания воды в топливе, при котором достигается максимальное улучшение экологических показателей двигателя и снижение расхода топлива без снижения мощности.

Для каждого из управляемых факторов были установлены по три уровня варьирования. С целью определения влияния выбранных факторов на параметры оптимизации использовали матрицу планирования эксперимента.

Статистическую обработку данных проводили на персональном компьютере при помощи программы STATGRAPHICS Plus.

Рис. 1. Факторы, влияющие на показатели работы двигателя при подаче топливноводной смеси, и критерии оптимизации В третьем разделе приведены основные методики, по которым проводились экспериментальные исследования, описаны экспериментальная установка, используемые приборы и оборудование, выполнен расчёт погрешностей измерений.

Экспериментальная установка (рис.2) включает электротормозной стенд КИ-2139 с балансирной маятниковой машиной, бензиновый двигатель ВАЗ-21110 с искровым зажиганием и модернизированной системой питания, измерительную аппаратуру.

Испытания проводились при работе двигателя по внешней скоростной и двум нагрузочным (при n = 2000 мин–1 и n = 3000 мин–1) характеристикам. Исследования проводились в два этапа: лабораторные, в ходе которых определялись основные закономерности работы способа и устройства; и экспериментальные, в ходе которых оценивалось влияние состава ТВС на эксплуатационные и экологические показатели работы бензинового двигателя.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки:

1 – топливный бак; 2 – баллон с водой; 3 – насос; 4 – мерный сосуд; 5,6 – фильтры; 7 – регулятор давления; 8 – смеситель; 9 – весы; 10 – бак с бензином; 11 – нагрузочное устройство; 12 – блок управления двигателем; 13 – электронная система управления двигателем; 14 – газоанализатор «АВТОТЕСТ-02.03»; 15 – датчик температуры;

В основу исследований положена теория планирования эксперимента, результаты обрабатывались на персональном компьютере (ПК) в программе STATGRAPHICS Plus. Полученные зависимости подтверждены сравнительными испытаниями. Для определения частоты вращения коленчатого вала, массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости и положения дроссельной заслонки используется программа J5 Online Tuner, установленная на ПК, подключённый к блоку управления двигателем. Отбор и анализ проб ОГ производился с помощью многокомпонентного газоанализатора «АВТОТЕСТ-02.03» с соблюдением требований инструкции по эксплуатации.

В четвёртом разделе представлены результаты экспериментальных исследований по улучшению эксплуатационных и экологических показателей бензинового двигателя ВАЗ-21110 путём применения ТВС. Представлены способ и устройство для получения и подачи ТВС, защищённые патентом на изобретение (патент РФ №. 2382229).

В ходе проведения лабораторных исследований определены закономерности работы предложенного устройства, подтверждена равномерность дозирования ТВС по цилиндрам двигателя, определено необходимое давление воды и топлива для обеспечения требуемого состава смеси. Результаты исследований подтверждают целесообразность применения способа и устройства.

Рис. 3. Способ получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС Сущность способа заключается в том, что создаются два потока: поток чистого топлива в штатной топливной системе и поток воды. Оба потока поступают в смеситель статического типа, где смешиваются и в виде топливно-водной смеси подаются через штатные форсунки впрыска топлива ДВС, причём вода добавляется к топливу непосредственно на входе в форсунку. Поток чистого топлива подаётся насосом 2 (рис. 3) из ёмкости с топливом 1 через топливный фильтр 3 в топливную рампу 9 смесителя статического типа. Поток воды подаётся насосом 6 из ёмкости 5 через фильтр 7 во внутреннюю трубку смесителя. Давление в топливоподающей ветви 11 изменяется регулятором 4 в зависимости от режимов работы двигателя или поддерживается постоянным, а в водоподающей ветви 12 изменяется регулятором 8 в зависимости от режимов работы двигателя. Излишки топлива и воды возвращаются в баки по обратным магистралям 13 и 14 соответственно. На различных режимах работы двигателя, когда необходимо подавать воду, давление воды во внутренней трубке смесителя превышает давление топлива в рампе 9. За счёт разности давлений вода из внутренней трубки поступает через жиклёры во всасывающую полость форсунки 10, механически смешивается с топливом, заполняющим топливную рампу 9, образуя топливно-водную смесь, которая через форсунки впрыскивается в поток воздуха, поступающий в цилиндры ДВС. На режимах, когда подача воды не требуется, давление в водоподающей ветви снижается, срабатывает обратный клапан и во внутренней трубке поддерживается давление, которое исключает попадание топлива из рампы 9 в водоподающую ветвь.

По результатам эксперимента получены математические модели и поверхности отклика для Ne, ge, NOx, CH и CO, позволяющие оценить влияние работы двигателя на ТВС на его эксплуатационные и экологические показатели и провести оптимизацию состава смеси по данным критериям на основных режимах.

Рис. 4. Зависимость показателей базового двигателя ВАЗ-21110 и двигателя с подачей ТВС при работе по внешней скоростной характеристике (а – эксплуатационные показатели; б – выбросы вредных веществ с ОГ) ——— – штатный; — — – при работе на ТВС с 10% воды; —— – при работе на ТВС Рис. 5. Зависимость показателей базового двигателя ВАЗ-21110 и двигателя с подачей ТВС при работе по нагрузочной характеристике n = 2000 мин– (а – эксплуатационные показатели; б – выбросы вредных веществ с ОГ) Получены сравнительные зависимости, которые представлены на рисунках 4 и 5, а также зависимости, представленные на рисунках 6 и 7, отображающие изменение показателей двигателя от содержания воды в ТВС.

Анализ представленных зависимостей подтверждает целесообразность применения ТВС для снижения вредных выбросов с ОГ бензиновых двигателей. При работе на ТВС с 10% воды выбросы СН снижаются практически одинаково во всем диапазоне на 18% при работе по внешней скоростной характеристике. Наибольшее снижение выбросов оксидов азота наблюдается при подаче ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива при частоте вращения коленчатого вала n = 2000 мин–1 (с 119 до 38 ppm).

Практически во всем диапазоне увеличение содержания воды в ТВС ведёт к значительному снижению выбросов оксидов азота с ОГ. Это происходит вследствие снижения температур рабочего цикла за счёт охлаждения рабочего заряда водой, содержащейся в ТВС. Наблюдается также значительное снижение выбросов СО с ОГ. Наибольший эффект достигается при работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива: для режима n = мин–1 – с 3,6 до 1,7% (в 2,1 раза). В целом при всех вариантах подачи ТВС достигается снижение выбросов СО с ОГ. Однако, при увеличении содержания воды в ТВС более 10…15% концентрация их начинает увеличиваться, так как происходит снижение полноты сгорания. При работе двигателя в условиях нагрузочных характеристик достигнуто значительное снижение выбросов вредных веществ с ОГ. Для n = 2000 мин–1: выбросы NOx снижаются на 29,5% при содержании воды в ТВС 20%; СО – с 2,93 до 0,14% при содержании воды в ТВС 10%; СН – на 24,9% (с 158,9 до 119,2 ppm) при содержании воды в ТВС 10%. Для n = 3000 мин-1: выбросы NOx снижаются на 9,2% (с 637 до 578 ppm) при содержании воды в ТВС 20%; СО – в 1,76 раза (с 2,93 до 0,14%) при содержании воды в ТВС 10%; СН – на 21,5% (с 197, до 154,9 ppm) при содержании воды в ТВС 10%.

На всех режимах работы двигателя отмечалось улучшение эксплуатационных показателей при применении ТВС по сравнению с базовыми характеристиками. Наибольшее увеличение эффективной мощности составило до 7,9% при работе по внешней скоростной характеристике для n = = 4000 мин-1 и ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива.

Наибольшее снижение удельного эффективного расхода топлива достигается при подаче ТВС с содержанием воды 10%: для n = 3000 мин–1 снижение составляет 43 г/кВт·ч (13,8%). Достигнуто снижение ge на 11,9% (с 309 до 272 г/кВт·ч) при работе двигателя в условиях нагрузочной характеристики на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива; и 10,9% (с до 301 г/кВт·ч) при работе двигателя в условиях нагрузочной характеристики при n = 2000 мин–1 и работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива.

Рис. 6. Влияние состава ТВС на Рис. 7. Влияние состава ТВС показатели работы двигателя ВАЗ- на показатели работы двигатепри работе по внешней ско- ля ВАЗ-21110 при работе по ростной характеристике нагрузочной характеристике Проведена оптимизация состава ТВС в зависимости от режимов работы двигателя. Получено уравнение описывающее поверхность отклика оптимального содержания воды в ТВС для режимов 20 ПДЗ 100;

2000 n 4000:

Кводы = – 1,36111 + 0,223958·ПДЗ + 0,00524583·n – – 0,000802083 · 2ПДЗ – 0,000029375 · ПДЗ · n – 4,83333E-7 · n2, где Кводы – содержание воды в ТВС, % от расхода топлива; ПДЗ – положение дроссельной заслонки, %; n – частота вращения коленчатого вала, мин–1.

Полученное уравнение позволяет дальнейшие исследования направить на автоматизацию регулирования оптимального состава ТВС в зависимости от режимов работы двигателя путём организации электронного управления.

В пятом разделе приведены результаты эксплуатационных испытаний макетного образца автомобиля ВАЗ-2111 с двигателем ВАЗ-21110 модернизированным для работы на ТВС, подтверждающие результаты экспериментальных исследований, разработана технология ТО и приведён расчёт социально-экономической эффективности при работе бензинового двигателя ВАЗ-21110 на ТВС. Экономический эффект составил при годовом пробеге 20 тыс. км 3520 руб./год. При этом ущерб от выбросов вредных веществ с ОГ снижается на 19,94%.

Рис. 8. Компоновка элементов системы питания двигателя ВАЗ-21110,

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ методов и средств улучшения эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей подтвердил актуальность применения топливно-водных смесей.

2. Выполненный расчётно-теоретический анализ параметров рабочего цикла и показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси показал, что прирост эффективной мощности при подаче воды в количестве 20% от расхода топлива при n = 4000 мин–1 составляет 3,5 кВт (7,7%) по сравнению со штатным двигателем (42 кВт). Удельный эффективный расход топлива при этом снижается с 315,2 г/кВт·ч до 292, г/кВт·ч (на 7,1%). Эффективный КПД повышается с 0,26 до 0,28%.

3. Разработаны способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель, с возможностью оперативного изменения состава ТВС. Способ и устройство защищены патентом на изобретение.

4. Разработана методика экспериментальных исследований и сформирована экспериментальная моторная установка. Моторная установка включает двигатель с системой впрыска топлива, модернизированной для работы на ТВС.

5. Разработан макетный образец бензинового двигателя с организацией рабочего процесса при подаче топливно-водной смеси.

6. Проведены лабораторные исследования по определению работоспособности способа и устройства подачи топливно-водной смеси. Определены регулировочные параметры для обеспечения содержания воды в ТВС в количестве 10…20% от расхода топлива для режимов работы ДВС при n = 2000…4000 мин–1 и ПДЗ = 20…100%. Неравномерность распределения ТВС по цилиндрам двигателя составляет не более 5%. Время расслоения полученной эмульсии не менее 10 секунд.

7. Выполнены сравнительные стендовые исследования бензинового двигателя при подаче топливно-водной смеси. Получены зависимости эффективной мощности Ne и удельного расхода ge топлива базового двигателя и двигателя с подачей ТВС при работе по внешней скоростной характеристике и при работе по нагрузочным характеристикам при n = 2000 мин– и n = 3000 мин–1. На всех режимах работы двигателя отмечалось улучшение эффективных показателей при применении ТВС по сравнению с базовыми характеристиками. Наибольшее увеличение эффективной мощности составило до 7,9% при работе по внешней скоростной характеристике для n = 4000 мин–1 и ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива.

Наибольшее снижение удельного эффективного расхода топлива достигается при подаче ТВС с содержанием воды 10%: для n = 3000 мин–1 снижение составляет 43 г/кВт·ч (13,8%).

8. Проведены экспериментальные исследования экологических показателей при работе на топливно-водной смеси. Наибольшее снижение выбросов оксидов азота наблюдается при подаче ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива при частоте вращения n = 2000 мин–1 (с 119 до 38 ppm). Наибольший эффект по снижению выбросов СО с ОГ достигается при работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива: для режима n = 2000 мин–1 – с 3,6 до 1,7% (в 2,1 раза). Достигнуто снижение выбросов СН на 18% при работе по внешней скоростной характеристике.

9. Выполнена оптимизация состава ТВС по различным критериям для исследуемых режимов работы двигателя; получено уравнение оптимального содержания воды в ТВС (от 10 до 15,5% воды от расхода топлива).

10. Проведены эксплуатационные испытания макетного образца автомобиля ВАЗ-2111 при работе двигателя на топливно-водной смеси, подтвердившие результаты стендовых исследований.

11. Разработана технология технического обслуживания модернизированного двигателя при подаче топливно-водной смеси.

12. Дана оценка социально-экономической эффективности модернизированного двигателя при работе на топливно-водной смеси. Чистый годовой экономический эффект составляет 3520 руб./год на один автомобиль при среднегодовом пробеге 20 тыс. км. Социальный эффект заключается в снижении экологического давления на окружающую среду на 19,8%.

Основные положения диссертации опубликованы Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Бирюков, А.Л. Анализ влияния управляемых факторов на топливно-энергетические и экологические показатели двигателя ВАЗ-2111 при работе на топливно-водной смеси [Текст] / А.Л. Бирюков, А.П. Картошкин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета: ежеквартальный научный журнал. – 2010. – № 21. – С. 189–203.

2. Бирюков, А.Л. Расчётно-теоретический анализ показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси [Текст] / А.Л.Бирюков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета: ежеквартальный научный журнал. – 2010. – № 21. – С. 203–218.

3. Пат. 2382229 Российская Федерация, МПК F02M25/022 (2006.01).

Способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС [Текст] / Бирюков А.Л., Коптяев В.А., Ножнин С.Р.; заявл. 13.11.07;

опубл. 20.02.10, Бюл. №5. – 5 с.: ил.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций.

4. Бирюков, А. Л. Обоснование эффективности использования воды в качестве компонента топлива для современных бензиновых двигателей [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев // Наука – производству. Том 2. Инженерные науки: Сб. тр. ВГМХА по результатам работы междунар. науч.практ. конф., посвящ. 95-летию академии. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2006. – С. 10–13.

5. Бирюков, А. Л. Улучшение эксплуатационных свойств бензиновых двигателей за счёт применения топливоводяных смесей [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев // Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей: Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн.

конф. – СПб., 2007. – С. 342–346.

6. Бирюков, А. Л. Исследование процесса образования бензоводяных смесей при впрыске воды совместно с бензином во впускной трубопровод [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев // Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей: Сб. науч. тр. междунар.

науч.-техн. конф. – СПб., 2007. – С. 336–341.

7. Бирюков, А. Л. Оценка качественных показателей образования топливоводяных смесей в системах питания бензиновых двигателей [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев // Научное управление качеством образования. Том 2. Инженерные науки: Сб. тр. ВГМХА по результатам работы науч.-практ. конф., посвящ. 96-летию академии. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. – С. 142–146.

8. Бирюков, А. Л. Методика и некоторые результаты исследований показателей работы бензинового двигателя с распределенным впрыском при использовании в качестве топлива бензо-водяной смеси [Текст] / А. Л.

Бирюков, В. А. Коптяев // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания : Материалы II Всероссийской науч.-практ.

конф. «Наука – Технология – Ресурсосбережение»: Сб. науч. тр. – СанктПетербург – Киров: Российская академия транспорта – Вятская ГСХА, 2008. – Вып. 5. – С. 43–46.

9. Бирюков, А. Л. Способ и устройство для получения и подачи воды совместно с топливом во впускной трубопровод ДВС [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев, С. Р. Ножнин // Аграрная наука – сельскохозяйственному производству: Сб. тр. ВГМХА по результатам работы науч.практ. конф., посвящ. 97-летию академии. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2008. – С. 143–146.

10. Бирюков, А. Л. Экспериментальная установка для исследования эксплуатационных свойств альтернативных видов моторных топлив, возможных для применения в двигателях [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев // Аграрная наука – сельскохозяйственному производству. Сб. тр.

ВГМХА по результатам работы науч.-практ. конф., посвящ. 97-летию академии. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2008. – С. 146–148.

11. Бирюков, А. Л. Предварительные результаты исследования процессов образования топливно-водяных смесей [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А.

Коптяев // Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей: Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. – СПб., 2009. – С. 119–126.

12. Бирюков, А. Л. Экологическая оценка последствий увеличения количества автомобильного транспорта [Текст] / А. Л. Бирюков, В. А. Коптяев, С. В. Мартынов // Наука – агропромышленному комплексу. Том 2.

Инженерные науки: Сб. тр. ВГМХА по результатам работы науч.-метод.

конф., посвящ. 98-летию академии. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2009. – С. 177–181.

Ответственный за выпуск А.Л. Бирюков Заказ № 417 –Р. Тираж 100 экз. Подписано в печать 17.12.2010 г.

ИЦ ВГМХА 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Емельянова,

 


Похожие работы:

«Барабанов Андрей Борисович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ Специальность 05.03.01. Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре Высокоэффективные технологии обработки Государственного образовательного...»

«Дормидонтов Алексей Константинович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗОЛОТНИКОВОЙ КАМЕРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЛОБОВОЙ ТЯГИ ПУЛЬСИРУЮЩИХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«МАЦКО Ольга Николаевна МЕХАТРОННЫЕ РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ПРИВОДЫ ДЛЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Специальность: 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный политехнический университет Научный руководитель :...»

«Цатиашвили Вахтанг Валерьевич СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ ОКСИДОВ АЗОТА В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ТРДД С КОМПАКТНЫМ ДИФФУЗИОННЫМ ФРОНТОМ ПЛАМЕНИ 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск –2013 Диссертация выполнена в отделе камер сгорания (КО-203) опытноконструкторского бюро Открытого акционерного общества Авиадвигатель, г. Пермь. Научный руководитель : Александр...»

«МАРТЫНОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДЬЕВНА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.02.18 – теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск, 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : Подгорный...»

«Тихомиров Станислав Александрович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель : доктор...»

«Макарова Ирина Анатольевна АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В СОРБЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Специальности: 05.02.22 – Организация производства (строительство) 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 –2– Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Орел - 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс...»

«ШАПОШНИКОВ Петр Викторович МЕХАНИКА РОБОТОВ, ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ПО ПРОСТРАНСТВЕННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ НА ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВАХ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2004 Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Научный...»

«ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Специальность: 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2011 2 Работа выполнена в Кировском филиале Московского государственного индустриального университета Научный консультант : доктор технических наук, профессор Карташевич...»

«Коперчук Александр Викторович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА БЛОКИРОВКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МУФТЫ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Юрга - 2013 2 Работа выполнена на кафедре механики и инженерной графики Юргинского технологического института (филиала) Национального исследовательского Томского политехнического университета и кафедре теоретической и...»

«Асташина Мария Александровна МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОТОКИ В СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТАХ С УЧЕТОМ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ Специальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва-2009 2 Работа выполнена на кафедре низких температур Московского энергетического института (технического университета) Научный руководитель – доктор...»

«СЕЛИВАНОВ ДМИТРИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ УДК 622.32:620.193 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ СКВАЖИННОЙ КОРРОЗИИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ухта – 2010 Диссертация выполнена на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета. Научный...»

«Иванченко Татьяна Олеговна НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕОРГАНИЗАЦИИ НАУКОЕМКОГО ПРОИЗВОДСТВА Специальность 05.02.22 – Организация производства (в области радиоэлектроники) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2012 Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологические основы радиоэлектроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики. Научный руководитель : доктор...»

«ГАЛАЙ МАРИНА СЕРГЕЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ БЕССТЫКОВОГО РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»

«ПОЛОТЕБНОВ Виктор Олегович ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ, КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ШВЕЙНЫХ МАШИНАХ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2010 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна...»

«Артемьев Александр Алексеевич РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ С УПРОЧНЯЮЩИМИ ЧАСТИЦАМИ TiB2 Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2010 2 Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства в Волгоградском государственном техническом университете. Научный руководитель – доктор технических наук,...»

«МИХАЙЛОВСКИЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ, ЖИВУЧЕСТИ И ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет инженерной экологии (ФГБОУ...»














 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.