Введение 4
1 Перспективы использования природного газа в двигателях внутреннего
сгорания 7
2 Экспериментальные исследования 13
2.1 Цель работ 13
2.2 Объект испытаний 13
2.3 Условия проведения испытаний 13
2.4 Измерительное оборудование 16
2.4 Порядок проведения испытаний 17
2.4 Обработка результатов испытаний 20
2.5 Результаты испытаний и их анализ 22
3 Анализ методов совершенствования показателей газового двигателя 31
3.1 Использование водородосодержащих газов в двигателях внутреннего сгорания 31
3.2 Применение газа Брауна 40
3.3 Синтез-газ в качестве частично замещающего топлива для ДВС с
принудительным воспламенением 42
3.3.1 Результаты исследования влияния синтез - газа на
экономические и экологические показатели двигателя 44
3.3.2 Результаты испытаний при работе двигателя на холостом ходу
и их анализ 46
3.3.3 Результаты испытаний при работе двигателя на режиме,
характеризуемом частотой вращения n=2185 мин-1 и их анализ 49
Заключение 57
Список использованных источников 58
Приложение А 66
Приложение Б 67
Приложение В 74
Приложение Г 76
Приложение Д 79
Приложение З 81
Приложение К 92
На долю промышленно развитых регионов, по оценкам специалистов, приходится порядка 70% всех токсичных выбросов. Для сдерживания роста выбросов вредных веществ в окружающую среду начиная с 1972 г. используют законодательные документы, которые ограничивают количество токсичных компонентов, таких как СО, СН, NOx в отработавших газах (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ECE, EPA, CARB и др.) [1, 2].
Одним из наиболее эффективных способов снижения выбросов токсичных компонентов ОГ представляется применение в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) альтернативных топлив, в частности, газовых топлив [3, 4, 5]. Сжатый природный газ (CNG), а также сжиженный газ (LPG) являются привлекательными альтернативными топливами для двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время, например, природным газом питается приблизительно 1200 тыс. автомобилей во всем мире и их число постоянно растет [1, 2]. Газовое топливо, обеспечивает более чистое сгорание, является широко распространенным и более дешевым, чем бензин. Его ресурсы во всем мире превосходят запасы нефти и по оценкам экспертов запасов газа хватит для потребностей человечества, примерно, до 2100 года. Даже значительное увеличение спроса только в небольшой степени уменьшит эти ресурсы [3]. Таким образом, применение и перевод на питание газовым топливом поршневых ДВС является перспективной и практически важной задачей, тем более, что использование газового топлива в качестве моторного имеет следствием существенное улучшение практически всех показателей двигателя.
Начиная с 2016 г. согласно ГОСТ 31967 - 2012 нормы удельных средневзвешенных выбросов при постановке на производство новых промышленных двигателей были значительно ужесточены. В частности, по удельным средневзвешенным выбросам оксидов азота (NOx) нормы уменьшены на 40%, по удельным средневзвешенным выбросам оксида углерода (СО) и углеводородам на 60% [6]. Такое ужесточение требований к экологическим нормам приводит к необходимости проведения оценки возможности выполнения действующих, а главное потенциала по выполнению перспективных норм двигателями, находящиеся в производстве.
Целью работы является разработка методов, обеспечивающих выполнение перспективных норм экологичности Stage.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- изучение состояния вопроса на сегодняшний день по теме исследования;
- определение в условиях моторного стенда зависимости выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами двигателя с искровым зажиганием работающего на бензине, пропан-бутане и компримированном природном газе,
- сопоставления полученных результатов с действующими и перспективными нормами выбросов токсичных компонентов
- разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию ДВС.
Объект исследования: двигатель внутреннего сгорания ЗМЗ-409061.10.
Предмет исследования: топливная экономичность и экологические показатели. Научная новизна работы:
- установлены зависимости выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами двигателя с искровым зажиганием работающего на различных топливах (бензин, пропан-бутан, компримированный природный газ).
- установлена зависимость расхода топлива при работе двигателя на различном топливе (бензин, пропан-бутан, компримированный природный газ).
- установлены и доказаны особенности влияния вида топлива на экологические характеристики ДВС.
Практическая значимость работы:
- результат работы позволяет установить перспективы развития темы применения альтернативных топлив.
Апробация работы:
Основные положения работы были представлены в виде доклада на студенческих научно-технических конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и приложений. Объем диссертации составляет 97 страниц, включая 22 рисунка, 8 таблиц и 7 приложений.
В работе приведены результаты тематического обзора открытой литературы, работ, проводимых по теме исследования, оценена практическая возможность различных способов снижения расхода топлива, уменьшения эмиссии токсичных компонентов и улучшению рабочего процесса ДВС.
Результаты работы позволяют сделать выводы о дальнейшем развитии предлагаемых способов улучшения экологических и экономических параметров ДВС, а также выделить наиболее перспективные направления их исследования.
На основании результатов выполненных работ можно сделать следующие выводы:
1. Определены в условиях моторного стенда зависимости выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами двигателя с искровым зажиганием работающего на бензине, пропан-бутане и компримированном природном газе, а именно в диапазоне мощностей от 10 до 35 кВт удельные средневзвешенные выбросы токсичных компонентов до нейтрализатора примерно остаются одинаковыми независимо от типа используемого топлива.
2. Результаты экспериментальных работ позволяют сделать вывод о возможности выполнения действующих норм токсичности двигателем ЗМЗ - 409061.10 попадающего под действие требований, норм и т.д. ГОСТ 31967¬2012 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения» и ГОСТ ISO 8178-4¬2013 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 4. Испытательные циклы для двигателей различного применения на установившихся режимах».
3. Предложен прогрессивный метод дальнейшего совершенствования рабочего процесса ДВС для обеспечения перспективных требований норм экологичности Stege, основанный на использовании активирующих процесс сгорания добавках в топливновоздушную смесь.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
