Помощь студентам в учебе
Анализ влияния альтернативного топлива Е85 на рабочий процесс двигателя с искровым зажиганием
|
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
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.
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.
• 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.
Подобные работы
- Двигатель с искровым зажиганием на альтернативном топливе Е85
Бакалаврская работа, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4385 р. Год сдачи: 2022