Введение 3
Глава 1 Изучение литературы для анализа влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс двигателя с искровым зажиганием 6
1.1 Влияние сгорания биотоплива Е85 на расход топлива в двигателях с искровым зажиганием 6
1.2 Спирты как топливо для двигателей внутреннего сгорания 14
1.3 Экспериментальное сравнительное исследование производительности и выбросов E85 с использованием различных подходов к впрыску в двигателе PFI SI с турбонаддувом 17
Глава 2 Описание исследуемых моделей двигателя 30
Глава 3 Обзор результатов моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива Е85 при степени сжатия 7 33
3.1 Результаты моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива Е85 на установке УИТ-85 при степени сжатия 7 33
3.2 Анализ и обсуждение результаты моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива Е85 на установке УИТ-85 при степени сжатия 7 35
Глава 4 Обзор результатов моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива при степени сжатия 10 48
4.1 Результаты моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива на установке УИТ-85 при степени сжатия 10 48
4.2 Анализ и обсуждение результаты моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива на установке УИТ-85 при степени сжатия 10 50
Заключение 64
Список используемых источников 66
Актуальность работы и научная значимость настоящего исследования.
Биотопливо представляет собой альтернативный источник энергии, который должен постепенно уменьшить нашу зависимость от сырой нефти. Быстрое развитие их использования в двигателях внутреннего сгорания является прежде всего следствием их очень положительного баланса выбросов. Возможность использования биотоплива в обычных двигателях внутреннего сгорания определяется его физико-химическими свойствами. Биоэтанол является одним из видов биотоплива, который можно использовать в двигателях с искровым зажиганием. Однако из-за его более низкой теплотворной способности необходимо изменить соотношение смеси топливо/воздух.
Этанол в двигателях SI увеличивает эффективность сгорания, в основном за счет более высокой скорости пламени и содержания кислорода. Скрытая теплота испарения этанола в 2-3 раза выше, чем у бензина; это охлаждает воздух, поступающий в двигатель, и увеличивает объемную эффективность и удельную мощность.
Более того, более высокая температура самовоспламенения, скрытая теплота парообразования и исследовательское октановое число этанола могут снизить склонность двигателя к детонации [2].
Несмотря на эти выгодные характеристики, чистый этанол нелегко использовать в качестве транспортного топлива, главным образом потому, что его низкая теплотворная способность и низкая летучесть затрудняют холодный пуск, особенно в холодном климате.
Самый распространенный способ решить эту проблему — смешать этанол с гораздо более летучим топливом, таким как бензин.
Поэтому оценка влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс двигателя с искровым зажиганием является актуальной задачей данной работы.
Объект исследования.
ДВС с искровым зажиганием.
Предмет исследования.
Влияние альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием.
Целью работы является изучение влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс бензинового ДВС для выявления возможностей улучшения мощностных и экологических показателей двигателя легкового автомобиля.
Гипотеза исследования состоит в том, что мощность атмосферного ДВС определяется условиями сгорания смеси в цилиндре двигателя.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести обзор проблемных источников и наработать материал для изучения влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием;
2. выявить улучшения мощностных и экологических показателей двигателя легкового автомобиля при работе на альтернативном биотопливе Е85.
Методы исследования.
Метод аналитического исследования, метод моделирования рабочего процесса.
Научная новизна исследования заключается в идее повысить мощность двигателя на режимах с пределом детонации, за счет применения впрыска веществ, расширяющих границы детонации, что должно способствовать повышению мощности двигателя.
Личное участие автора состоит в том, что автор принимал непосредственное участие в формировании аналитического обзора по направлению исследований, а также в разработке модели для исследования и анализе результатов моделирования данных и полученных на основании их анализа практических рекомендаций и выводов.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах:
• на семинарах кафедры «Энергетические машины и системы управления» в 2021 и 2022 г.
• международная научно-практическая конференция «Наука, образование, общество», Россия, г. Тамбов, 30 апреля 2022 г.
• опубликована одна научная статья: Финогенов, Н.В. Анализ токсичности двигателя на сжатом природном газе по результатам моделирования/ Смоленский В.В., Аминов Ш.Т., Финогенов Н.В., Зайнетдинов И.М., Минаев Е.В., Гончаренко П.А. //Научный альманах 2021-N 4-2(90). С.49-55
На защиту выносятся:
1. Анализ влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием;
2. Возможности улучшения мощностных и экологических показателей двигателя легкового автомобиля при работе на альтернативном биотопливе Е85.
Структура магистерской диссертации.
Диссертации состоит из введения, 4 глав, заключения с основными результатами и выводами, содержит 38 рисунков, 10 таблицы, списка использованных источников (47 источника). Основной текст изложен на 70 страницах.
Выполнен анализ влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий, а именно процесс двигателя с искровым зажиганием. Получены следующие основные выводы:
• при работе на Е85 происходит повышение мощности с 2,4 кВт до 2,7 кВт при составе смеси а=1,04, и с 2,6 до 2,8 кВт при составе смеси а=1. При этом снижается концентрация влажных NOx с 6246,1 1/млн до 4939,4 1/млн при составе смеси а=1,04, и с 4958,6 до 3936,8 1/млн при составе смеси а=1. Также при работе на Е85 повышается минимальное октановое число, при котором рассчитываемы процесс будет осуществим. Удельный эффективный расход топлива увеличивается в среднем на 40%. Что характеризуется большим количеством топлива, которое требуется впрыснуть для получения той же работы что и при работе на бензине.
• мощность на чистом биоэтаноле Е100 максимальна, причем величина прироста мощности составила 25%, а для Е65 и Е85 - 12% и 19% соответственно. При этом токсичность по влажным оксидам азота снизилась на 15% для Е65, 23% для Е85 и на 30% для Е100.
• работа на Е100 имеет ограничения по холодному пуску, он затруднен при +7 °С, и таким образом кроме стран экваториального пояса применятся не может. Топливо Е85 уже устойчиво воспламеняется с -15 °С и вполне может быть пригодно для использования в средних широтах России в осенне-летнее время, а для зимы возможно применение топлива Е65.
Выводы по главе 1
Проведенный обзор показал значительный интерес к смесевому топливу Е85, которое в будущем может стать серьезной альтернативой бензину. Многими исследователями отмечено, что работа на Е85 позволяет повысить детонационные пределы, что позволит снизить эффект снижения мощности из-за меньшей объемной теплотворной способности спиртового топлива. Также отмечается большая полнота сгорания, позволяющая снизить токсичность по продуктам неполного окисления СО и СН. Большие температуры сгорания повысили токсичность по NOx.
Выводы по главе 2
Показано что модель на базе исследовательской установки УИТ-85 соответствует задачам проводимых исследований. Приведены основные данные для расчета и обоснование необходимости выбора предложенных параметров.
Выводы по главе 3
При степени сжатия 7 на установке УИТ-85 практически не удается достичь границ детонации и значения максимальной температуры не упираются при расчете в зону термического разложения, которая характеризуется площадкой на 2800 К на графиках температуры в зоне горения. Поэтому этот режим работы наилучшим образом характеризует протекание процесса сгорания при исследовании альтернативных топлив. Получено, что спиртовое биотопливо Е85 имеет более быструю инициацию горения и более плавное течение процесса, что характеризуется более высокими показателями по давлению из-за большего количества энергии, введенного с топливом и меньшими пиковыми значениями температуры, при том, что средняя температура процесса выше. Это приводит к возможностям получения большей мощности при снижении концентрации оксидов азота.
Выводы по главе 4
Анализ результатов моделирования процесса сгорания бензина и биотоплива Е85 при степени сжатия 10 показал, что протекание процесса сгорания на биоэтаноле более щадящее и эффективное чем сгорание на бензине, при этом обеспечивающее еще почти на 40 % снижение токсичности по оксидам азота, и как говорят исследования и по продуктам неполного сгорания. Но, проблемы с воспламенением в холодное время, заставляет нас сделать выбор в пользу даже не Е85, а именно Е65 как топлива способного работать в зимнее время.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
