Монотопливный силовой агрегат на сжатом природном газе
|
1 Обзор двигателей и автомобилей на сжатом природном газе 7
1.1 Природный газ как топливо 7
1.2 Автомобили на сжатом природном газе 8
1.2.1 Мировой рынок автомобилей на природном газе 8
1.2.2 Обзор автомобилей на сжатом природном газе 8
1.2.2.1 Двигатели, работающие только на сжатом природном газе 9
1.2.2.2 Би-топливные двигатели 9
1.2.2.3 Двухтопливные дизельные двигатели 10
1.2.2.4 Производство силовых агрегатов 12
1.3 Технические аспекты двигателя на сжатом природном газе 16
1.3.1 Топливно-воздушная смесь 17
1.3.2 Преимущества обслуживания двигателя на сжатом природном газе . 17
1.3.3 Удельный расход топлива 18
1.4 Недостатки в работе двигателя 19
1.4.1 Низкая скорость воспламенения 19
1.4.2 Объемный КПД 20
1.5 Экологичность 22
1.6 Экономичность ДВС на природном газе 26
1.7 Безопасность применения автомобилей на сжатом природном газе 28
1.8 Препятствия для адаптации транспортных средств под природный газ .. 29
Выводы по главе 31
2. Экспериментальное исследование 34
2.1 Исследование на основе одноцилиндрового двигателя с искровым
зажиганием 34
2.1.1 Методология исследования 36
2.1.2 Результаты исследования 38
2.1.3 Заключение на основе поставленного эксперимента 45
2.2 Исследование мощности двигателя на основе 1,7 литрового турбированного двигателя 46
2.2.1 Общая информация о двухтопливном турбированном двигателе 47
2.2.2 Экспериментальная установка 51
2.2.3 Процедура тестирования 55
2.2.3.1 Тесты производительности бензина и сжатого природного газа 55
Выводы по главе 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 75
1.1 Природный газ как топливо 7
1.2 Автомобили на сжатом природном газе 8
1.2.1 Мировой рынок автомобилей на природном газе 8
1.2.2 Обзор автомобилей на сжатом природном газе 8
1.2.2.1 Двигатели, работающие только на сжатом природном газе 9
1.2.2.2 Би-топливные двигатели 9
1.2.2.3 Двухтопливные дизельные двигатели 10
1.2.2.4 Производство силовых агрегатов 12
1.3 Технические аспекты двигателя на сжатом природном газе 16
1.3.1 Топливно-воздушная смесь 17
1.3.2 Преимущества обслуживания двигателя на сжатом природном газе . 17
1.3.3 Удельный расход топлива 18
1.4 Недостатки в работе двигателя 19
1.4.1 Низкая скорость воспламенения 19
1.4.2 Объемный КПД 20
1.5 Экологичность 22
1.6 Экономичность ДВС на природном газе 26
1.7 Безопасность применения автомобилей на сжатом природном газе 28
1.8 Препятствия для адаптации транспортных средств под природный газ .. 29
Выводы по главе 31
2. Экспериментальное исследование 34
2.1 Исследование на основе одноцилиндрового двигателя с искровым
зажиганием 34
2.1.1 Методология исследования 36
2.1.2 Результаты исследования 38
2.1.3 Заключение на основе поставленного эксперимента 45
2.2 Исследование мощности двигателя на основе 1,7 литрового турбированного двигателя 46
2.2.1 Общая информация о двухтопливном турбированном двигателе 47
2.2.2 Экспериментальная установка 51
2.2.3 Процедура тестирования 55
2.2.3.1 Тесты производительности бензина и сжатого природного газа 55
Выводы по главе 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 75
Сегодня в мире потребляется в общей сложности 12 730 миллион тонн энергии, из которых 7205 миллион тонн нефти и природного газа. Транспортный сектор с более чем одним миллиардом эксплуатируемых легковых автомобилей является основным потребителем нефти во всем мире, увеличившись с 45,5% в 1973 году до 59% в 2011 году в основном в виде бензина и дизельного топлива. Хорошо известно, что запасы нефти истощаются с угрожающей скоростью. Кроме того, сжигание этих традиционных видов топлива транспортным сектором в значительной степени способствует загрязнению атмосферы, что угрожает планете. Функции современных двигателей внутреннего сгорания должны быть пересмотрены для уменьшения загрязнения. Энергетический кризис и серьезное загрязнение окружающей среды во всем мире привели к тому, что разработка низкоэмиссионных и высокоэффективных топливных транспортных средств стала главной целью исследований автомобильных заводов. В транспортный сектор были введены различные альтернативные виды топлива, такие как пропан, биодизель, водород, топливные элементы. Из этих доступных альтернативных видов топлива сжатый природный газ (CNG) является тем продуктом, который удовлетворяет максимальные потребности стран во всем мире, желающих перейти на альтернативные виды топлива. CNG считается одним из лучших решений для замещения ископаемого топлива из-за присущей ему чистоты природы горения. В настоящее время он признан во всем мире экологически чистым топливом. Ниже приведены основные особенности, которые способствовали повышению интереса к использованию природного газа в качестве транспортного топлива:
1. Широкая доступность;
2. Экологически чистый продукт;
3. Низкие эксплуатационные расходы.
Практически в каждой стране мира есть добыча газа, следовательно, сжатый природный газ является широкодоступным видом топлива на земле. На территории Российской Федерации каждый год добываются миллионы кубометров газа, он предназначен для отопления помещений, приготовления пищи, заправки автомобилей и так далее.
По подсчетам российских ученых около 90 % загрязнений окружающей среды приходится на автомобильный сектор, перевод этого сектора на природный газ приведет к уменьшению выброса вредных веществ в атмосферу, поэтому газобаллонные автомобили являются перспективным направлением разработки для всех автопроизводителей в мире. Выбросы СО газобаллонного грузовика в 10 раз ниже, чем аналогичного с дизельным мотором. Также ученные рассчитали, что при сгорании 1000л топлива, в атмосферу выбрасывается 200-300 килограммов оксида углерода, 20-40 килограммов углеводорода и примерно 20-45 кг NOx. При использовании CNG автомобилей эта статистики понижается в 2-3 раза по оксиду углерода, в 2 раза по окислам азота, примерно в 3 раза по углеводородам, а сажа, которая присутствует при сгорании дизельного топлива и вовсе отсутствует. Из этого следует, что газ намного экологичен чем бензин и дизельное топливо.
В России на данный момент газ является самым доступным видом топлива для автомобилей. Один кубометр метана стоит примерно 14-15 рублей, а литр бензина стоит 45 рублей, следовательно, газ дешевле бензина в 3 раза, позволяя собственнику автомобиля на газе неплохо сэкономить. По мимо цены на топливо, государство всячески стимулирует покупку CNG автомобилей. Например, в Самарской области в 2020 году, правительство отменила налог на автомобили с сжатым природным газом. Данные преимущества помогают автолюбителям сделать выбор в пользу альтернативного топлива.
В данной работе будут рассмотрены все минусы двигателей на сжатом природном газе и варианты их решения.
Целью работы является анализ мощности двигателей на сжатом природном газе.
Для достижения цели работы решались задачи:
- изучение состояния конкретных вопросов, связанных с темой диссертации
- поиск и анализ информации связанной с потерей мощности двигателя при применении сжатого природного газа.
Объект исследования: д вигатель на сжатом природном газе.
Предмет исследования: недостаток мощности двигателя на сжатом природном газе в сравнении с классическими ДВС.
Научная новизна работы:
- установлено различие между эксплуатацией классического двигателя внутреннего сгорания и двигателя на сжатом природном газе.
Практическая значимость работы:
- по результатам работы рассмотрены варианты решения проблемы низкой выходной мощности на CNG двигателях.
Публикации. По теме диссертации было опубликовано 2 научные статьи.
Структура и объем работы. Данная диссертация состоит из введения, 2 глав и выводов. Объем работы составляет 75 страниц, включая 19 рисунков, 7 таблиц.
В диссертации представлен тематический обзор на литературу, работы выполненные по теме исследования, а также представлено решение проблемы низкой выходной мощности при использовании газового топлива в двигателях.
Результаты работы позволяют оценить на сколько данное решение является актуальным на сегодняшний день и позволяет ли решить проблему, поставленную в данной диссертации должным образом.
1. Широкая доступность;
2. Экологически чистый продукт;
3. Низкие эксплуатационные расходы.
Практически в каждой стране мира есть добыча газа, следовательно, сжатый природный газ является широкодоступным видом топлива на земле. На территории Российской Федерации каждый год добываются миллионы кубометров газа, он предназначен для отопления помещений, приготовления пищи, заправки автомобилей и так далее.
По подсчетам российских ученых около 90 % загрязнений окружающей среды приходится на автомобильный сектор, перевод этого сектора на природный газ приведет к уменьшению выброса вредных веществ в атмосферу, поэтому газобаллонные автомобили являются перспективным направлением разработки для всех автопроизводителей в мире. Выбросы СО газобаллонного грузовика в 10 раз ниже, чем аналогичного с дизельным мотором. Также ученные рассчитали, что при сгорании 1000л топлива, в атмосферу выбрасывается 200-300 килограммов оксида углерода, 20-40 килограммов углеводорода и примерно 20-45 кг NOx. При использовании CNG автомобилей эта статистики понижается в 2-3 раза по оксиду углерода, в 2 раза по окислам азота, примерно в 3 раза по углеводородам, а сажа, которая присутствует при сгорании дизельного топлива и вовсе отсутствует. Из этого следует, что газ намного экологичен чем бензин и дизельное топливо.
В России на данный момент газ является самым доступным видом топлива для автомобилей. Один кубометр метана стоит примерно 14-15 рублей, а литр бензина стоит 45 рублей, следовательно, газ дешевле бензина в 3 раза, позволяя собственнику автомобиля на газе неплохо сэкономить. По мимо цены на топливо, государство всячески стимулирует покупку CNG автомобилей. Например, в Самарской области в 2020 году, правительство отменила налог на автомобили с сжатым природным газом. Данные преимущества помогают автолюбителям сделать выбор в пользу альтернативного топлива.
В данной работе будут рассмотрены все минусы двигателей на сжатом природном газе и варианты их решения.
Целью работы является анализ мощности двигателей на сжатом природном газе.
Для достижения цели работы решались задачи:
- изучение состояния конкретных вопросов, связанных с темой диссертации
- поиск и анализ информации связанной с потерей мощности двигателя при применении сжатого природного газа.
Объект исследования: д вигатель на сжатом природном газе.
Предмет исследования: недостаток мощности двигателя на сжатом природном газе в сравнении с классическими ДВС.
Научная новизна работы:
- установлено различие между эксплуатацией классического двигателя внутреннего сгорания и двигателя на сжатом природном газе.
Практическая значимость работы:
- по результатам работы рассмотрены варианты решения проблемы низкой выходной мощности на CNG двигателях.
Публикации. По теме диссертации было опубликовано 2 научные статьи.
Структура и объем работы. Данная диссертация состоит из введения, 2 глав и выводов. Объем работы составляет 75 страниц, включая 19 рисунков, 7 таблиц.
В диссертации представлен тематический обзор на литературу, работы выполненные по теме исследования, а также представлено решение проблемы низкой выходной мощности при использовании газового топлива в двигателях.
Результаты работы позволяют оценить на сколько данное решение является актуальным на сегодняшний день и позволяет ли решить проблему, поставленную в данной диссертации должным образом.
В данной магистерской диссертации был выполнен анализ выходной мощности двигателя на сжатом природном газе. На основе этого анализа можно сделать вывод о том, что монотопливный силовой агрегат на сжатом природном газе удовлетворяет потребности человека в плане выбросов в атмосферу вредных веществ при сгорании топлива, однако его мощность сильно теряется и из-за этого он не может быть широко использован в автомобильной индустрии. Не многие люди выберут экономичность в ущерб мощности двигателю. Однако есть другое концептуальное решение, которое убьет сразу двух зайцев - это двигатель на сжатом природном газе с турбиной. Он сочетает в себе преимущества монотопливного CNG двигателя и при этом не теряет мощности. Масштабное производство таких силовых агрегатов может популяризировать двигатели на сжатом природном газе.
Таким образом, в данной диссертации были решены задачи, поставленные в начале работы, а также сделаны выводы о применении монотопливных силовых агрегатов в повседневной жизни. Самой главной задачей для таких двигателей является решение задачи уменьшения выходной мощности, которую постарались раскрыть в данной работе.
Мое мнение, что турбированный двигатель на сжатом природном газе - это будущее автомобилестроения, которое уже не за горами.
1. Изучены вопросы влияния применения сжатого природного газа в
комбинированном двигателе, монотопливном силовом агрегате и турбированном двигателе. Самым перспективным является
комбинированный турбированный силовой агрегат, так как он меньше всего теряет в выходной мощности, и при этом уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу.
2. Анализ литературы установил различные причины потери мощности двигателя, такие как объемный КПД, низкая скорость воспламенения топливо-воздушной смеси. Эти проблемы решаются применением комбинированных двигателей с турбиной, вместо монотопливных силовых агрегатов.
Таким образом, в данной диссертации были решены задачи, поставленные в начале работы, а также сделаны выводы о применении монотопливных силовых агрегатов в повседневной жизни. Самой главной задачей для таких двигателей является решение задачи уменьшения выходной мощности, которую постарались раскрыть в данной работе.
Мое мнение, что турбированный двигатель на сжатом природном газе - это будущее автомобилестроения, которое уже не за горами.
1. Изучены вопросы влияния применения сжатого природного газа в
комбинированном двигателе, монотопливном силовом агрегате и турбированном двигателе. Самым перспективным является
комбинированный турбированный силовой агрегат, так как он меньше всего теряет в выходной мощности, и при этом уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу.
2. Анализ литературы установил различные причины потери мощности двигателя, такие как объемный КПД, низкая скорость воспламенения топливо-воздушной смеси. Эти проблемы решаются применением комбинированных двигателей с турбиной, вместо монотопливных силовых агрегатов.
Содержание магистерской диссертации - Монотопливный силовой агрегат на сжатом природном газе
Выдержки из магистерской диссертации - Монотопливный силовой агрегат на сжатом природном газе