Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Двигатель с непосредственным впрыском в цилиндр компримированного природного газа

Работа №110348

Тип работы

Бакалаврская работа

Предмет

машиностроение

Объем работы63
Год сдачи2022
Стоимость4370 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
20
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 4
1 Непосредственный впрыск газа, его свойства и перспективы 7
1.1 Прямой впрыск гомогенной смеси 9
1.2 Инженерные газовые форсунки 14
1.3 Электромагнитные газовые форсунки 15
1.4 Пьезофорсунки 19
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 22
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного
механизма двигателя 39
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 39
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 41
4 Анализ влияния вида топлива (бензин, КПГ) на рабочий процесс ДВС... 50
4.1 Влияния вида топлива (бензин, КПГ) на максимальную
температуру и давление цикла 50
4.2 Влияния вида топлива (бензин, КПГ) на эффективные показатели цикла 53
4.3 Анализ конструкции спроектированного двигателя 56
Заключение 58
Список используемых источников 60


Всего за полтора десятилетия дизельный двигатель с непосредственным впрыском почти полностью вытеснил камерный дизельный двигатель, прежде всего по причинам расхода топлива, крутящего момента и производительности.
Уже несколько лет бензиновый двигатель готовится последовать такому же примеру.
На протяжении почти столетия предпринимались неоднократные попытки разработки двигателей с непосредственным впрыском бензина, но только в последние два десятилетия, появились первые технологии для успешного выхода на рынок (внедрения концепции прямого впрыска бензина компанией Mitsubishi в Европе).
В отличие от дизельного, при создании бензинового двигателя с непосредственным впрыском возникает ряд серьезных трудностей, поэтому выход на рынок бензинового двигателя займет больше времени.
Однако выигрыш в мощности и крутящем моменте, большой потенциал для снижения расхода топлива и выбросов CO2, а также выбросов загрязняющих веществ заставляют этот путь.
При ближайшем рассмотрении можно выделить три направления развития с разными результатами [6,7]:
- Прямой впрыск однородной (гомогенной) смеси: разработка прямого впрыска более или менее однородной смеси сравнительно проста. Для него не требуется никаких специальных видов топлива, так как существующая доочистка выхлопных газов в принципе может быть сохранена. Это делает этот метод пригодным для использования во всем мире. При этой процедуре оптимизация мощности и крутящего момента, а также динамическое поведение находятся на переднем плане. Созданная под влиянием первых заметных успехов в автоспорте, эта концепция подходит для особо мощных и, следовательно, спортивных автомобилей.
- Прямой впрыск расслоенной смеси: прямой впрыск с расслоенной смесью дорабатывается, в первую очередь, для снижения расхода топлива и выбросов CO2. В дополнение к концепции «настенных направляющих» от Mitsubishi, процессы с воздушной направляющей также нашли свое применение в серийном производстве в Европе. Однако из-за задействованного принципа ожидаемые выгоды от потребления этих процессов еще не материализовались, особенно в более высоком диапазоне нагрузки и скорости. Следовательно, все еще существуют обоснованные сомнения относительно значения этих концепций, поскольку они слишком сложны и не могут использоваться во всем мире из-за повышенных усилий по доочистке выхлопных газов в сверхстехиометрическом диапазоне и необходимого топлива, не содержащего серы. Помня об этих аспектах, в течение некоторого времени метод управления лучом снова вышел на первый план. Хотя он предъявляет еще более высокие требования к смесеобразованию, можно ожидать экономии расхода топлива до 20%. Это тот же значительный порядок величины, который был достигнут в дизельном двигателе при переходе с камерных двигателей на прямой впрыск. В результате дизельный двигатель имеет преимущество в потреблении только от 10 до 15% по объему.
- Прямой впрыск гомогенной смеси и управляемое самовоспламенение, воспламенение от сжатия: в области исследований в течение длительного времени исследовались процессы с прямым впрыском, которые работают с однородной смесью и контролируемым воспламенением от сжатия. Они также известны под английскими названиями «HCCI» (однородное зажигание от сжатия) и «CAI» (контролируемое самовоспламенение) и разрабатываются как новый процесс сгорания для бензиновых и дизельных двигателей. Из-за большого потенциала концепций с наименьшими выбросами и хорошей эффективностью сгорания на них возлагаются большие надежды. В отношении топлива, специально разработанного для этих процессов сгорания, может осуществиться давняя мечта: из сегодняшних процессов сгорания для бензиновых двигателей, с одной стороны, и для дизельных двигателей, с другой стороны, должен появиться оптимальный общий новый процесс сгорания. который сочетает в себе преимущества обоих двигателей.
Помимо прямого впрыска топлива, сейчас активно исследуется прямой впрыск природного газа, метана и водорода. Помимо сокращения топлива и CO2, это также снижает выбросы загрязняющих веществ. Также можно использовать возобновляемые источники энергии, такие как возобновляемый метан и возобновляемый водород. Эти разработки очень многообещающие, но все еще находятся в стадии исследований / предварительных разработок.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В бакалаврской работе проведена анализ перспективности применения непосредственного впрыска природного газа в цилиндр двигателя с искровым зажиганием, выполнены все необходимые расчеты и проведено конструирование предложенного объекта. Получены основные выводы по работе:
1. Показана возможность и перспективность таких разработок.
2. Получено, что непосредственный впрыск КПГ и повышение степени сжатия позволили повысить мощность двигателя на 3 кВт (4%), при этом удельный эффективный расход топлива снизился на 10 г/кВт ч (8%).
3. Непосредственный впрыск природного газа вместе с повышением на
3,5 единицы степени сжатия до 14, привел к росту термических оксидов азота. В тоже время снижение степени сжатия не целесообразно из-за снижения температуры стенок разделенной камеры сгорания и, следовательно, повышению выбросов несгоревших углеводородов, а также риск появления сажи.
Выводы по 1-му разделу
Проведенный обзор вопросов непосредственного впрыска газа в цилиндр двигателя показал наличие уже выпускаемых, хоть и в рамках тестовых партий аналогов у ряда иностранных производителей. А также значительный интерес к данной проблеме у исследователей. Показана возможность и перспективность таких разработок.
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал значительное влияние вида топлива на мощностные и экономические характеристики работы. Получено, что для эффективного использования природного газа требуется применение непосредственного впрыска природного газа. При этом необходимо повышать степень сжатия. В рассматриваемом варианте выбрана степень сжатия 14, но для непосредственного впрыска природного газа в цилиндр двигателя возможно применение степени сжатия до 19. В текущей конструкции форкамерного газового двигателя повышение степени сжатия более 14 могло вызвать повышенное содержание пристеночных замороженных углеводородов. Для степеней сжатия более 14 рекомендовано применять не разделенную камеру сгорания.
Выводы по 3-му разделу
Применение непосредственного впрыска и повышение степени сжатия приводят к росту тепловой напряженности деталей кривошипно-шатунного механизма. Помимо этого, происходит рост нагрузок, как пиковых, так и средних, что требует внесение в конструкцию дополнительных мер по повышению прочности и надежности деталей КШМ. Рост нагрузок на отдельные шейки составляет до 20%.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя на природном газе необходимо оценить оптимальные углы опережения зажигания, как с вопросов максимальной эффективности, так и с вопросов снижения токсичности отработавших газов. Для данных условий можно констатировать следующее, непосредственный впрыск природного газа вместе с повышением на 3,5 единицы степени сжатия до 14, привел к росту термических оксидов азота. В тоже время снижение степени сжатия не целесообразно из-за снижения температуры стенок разделенной камеры сгорания и, следовательно, повышению выбросов несгоревших углеводородов, а также риск появления сажи.



1. Вибе, И.И. Уточненный тепловой расчет двигателя / И.И. Вибе// М. Машиностроение, 1971. - с.282
2. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Общие требования и правила составления. - Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 47 с.
3. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей /
A. И. Колчин, В.П. Демидов // Учебное пособие для вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Высшая школа 1980. - с.496.
4. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. - М.: «Машиностроение», 1983.
5. Смоленский, В.В. Автомобильные двигатели: курс лекций /
B. В. Смоленский. - Тольятти: ТГУ, 2009. - 183 с.
6. Akmandor, I.S. Novel Thermodynamic Cycle / I.S. Akmandor, N. Ersoz// PTC, WO, 2004. 022919 AI. (March 18th 2004)
7. Alamia, A.; Magnusson, I.; Johnsson, F.; Thunman, H.Well-to-wheel analysis of bio-methane via gasification, in heavy duty engines within the transport sector of the European Union. Appl. Energy 2016, 170, 445-454.
8. Alfredas Rimkus, Tadas Vipartas, Donatas Kriauciunas, Jonas Matijosius and Tadas Ragauskas «The Effect of Intake Valve Timing on Spark-Ignition Engine Performances Fueled by Natural Gas at Low Power» / Energies 2022, 15, 398. doi.org/10.3390/en15020398
9. Ammenberg, J.; Anderberg, S.; Lonnqvist, T.; Gronkvist, S.; Sandberg, T. Biogas in the transport sector: Actor and policy analysis focusing on the demand side in the Stockholm region. Resour. Conserv. Recycl. 2018, 129, 70.
10. Baumeister, T. Mark's Standard Handbook for M. Engineer / T Baumeister // McGraw- Hill Inc., New York, 1966.
11. Beran, R. Entwicklung des H17/24G - Demerstenkoreanischen Gasmotor / R. Beran, T. Baufeld, H. Philipp, J. T. Kim, J. S.Kim // in: 11. Tagung Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors. Graz. 2007
12. Beran, R., Baufeld, T., Philipp, H., Kim, J. T., Kim, J. S.: Entwicklung des
H17/24G - Dem ersten koreanischen Gasmotor. in: 11. Tagung Der
Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors. Graz. 2007
13. Bonnevie-Svendsen, A. Double-Vibe-Model for heat release in lean burn gas engines with prechamber ignition /A. Bonnevie-Svendsen, K. Boulouchos, Ch. Lammle, I. Vlakos // in: 6. Dessauer Gasmotoren-Konferenz. Dessau- RoBlau. 2009
14. Bonnevie-Svendsen, A., Boulouchos, K., Lammle, Ch., Vlakos, I.: Double-Vibe-Model for heat release in lean burn gas engines with prechamber ignition. in: 6. Dessauer Gasmotoren-Konferenz. Dessau-RoBlau. 2009
15. Carbot-Rojas, D. A survey on modeling, biofuels, control and supervision systems applied in internal combustion engines /D.A. Carbot-Rojas , R.F. Escobar-Jimenez, J.F. Gomez-Aguilar, A.C. Tellez-Anguiano // Instituto Tecnologico de Morelia, Morelia, Michoacan, CP 58120, Mexico 2017-PP.21-26
16. Cinzia Tornatore, Luca Marchitto, Maria Antonietta Costagliola and Gerardo
Valentino « Experimental Comparative Study on Performance and Emissions of E85 Adopting Di erent Injection Approaches in a Turbocharged PFI SI Engine» / Energies 2019, 12, 1555;
doi:10.3390/en12081555
17. Clarke, J. M. Thermodynamic Cycle Requirements for Very High Rotational Efficiencies / J. M. Clarke // J. Mech. Eng. Sci. 1974
18. Defu, Z., Qingping, Z. Investigation on the Combustion Characteristics of the Compression Ignition Divided Chamber Combustion System of the Natural Gas Engine. in: CIMAC Congress. Wien. 2007.
19. Duranti, A. Ethnography of Speaking: Toward a Linguistics of praxis / A. Duranti // Linguistics: The Cambridge Survey. - Cambridge, 1988. - PP. 210-228.
20. Fuller, D.D. Theory and Practice of Lubrication for Engineers / D.D. Fuller // John Wiley & Sons Inc., New York, 1966
21. Haywood, R.W. A Critical Review of Theorems of Thermodynamics Availability // R.W. Haywood / J. Mech. Eng. Sci. vol.16 MIT Press, 1970.
22. Heinz, C. Mittermayer, F., Sattelmayer, T.: Investigation of a Novel Pre-Chamber-Concept for Lean Premixed Combustion in Large Bore Gas Motors. Projektplakat. Technische Universitat Munchen. 2005
23. Huan,L.Study of air fuel ratio on engine performance of direct injection hydrogen fueled engine / L. Huan //Faculty of Mechanical Engineering, Universiti Malaysia Pahang, 26600 Pekan, Pahang, Malaysia 2016-PP.13-21
24. Jensen, S.S.; Winther, M.; Jorgensen, U.; Moller, H.B. Scenarios for Use of Biogas for Heavy-Duty Vehicles in Denmark and Related GHG Emission Impacts; Trafikdage: Aalborg, Denmark, 2017.
25. Lonnqvist, T.; Sanches-Pereira, A.; Sandberg, T. Biogas potential for sustainable transport-a Swedish regional case. J. Clean. Prod. 2015, 108, 1105-1114.
26. Lyng, K.A.; Brekke, A. Environmental Life Cycle Assessment of Biogas as a Fuel for Transport Compared with Alternative Fuels. Energies 2019, 12, 532.
27. Moteki K, Aoyama S, Ushijima K, Hiyoshi R, Takemura S, Fujimoto H, et al. A study of a variable compression ratio system with amulti- linkmechanism. SAE Paper No. 2003-01-0921.Warrendale PA, USA: SAE International; 2003
28. Osama H. Ghazal, Gabriel Borowski « Use of Water Injection Technique to Improve the Combustion Efficiency of the Spark-Ignition Engine: A Model Study»/ Journal of Ecological Engineering Vol. 20(2), 2019. - 226-233. - doi.org/10.12911/22998993/99689
29. Paolo lodice, Amedeo Amoresano, Giuseppe Langella «A review on the
effects of ethanol/gasoline fuel blends on NOX emissions in spark-ignition engines» / Biofuel Research Journal 32 (2021) 1465-1480. DOI:
10.18331/BRJ2021.8.4.2
30. Renegar, D.C. The Quasiturbine / D.C. Renegar // USA Patent No:6629065 September 12th 2003
31. Rory, R. D. The Ball Piston Engine: A New Concept in High Efficient Power Machines / R. D. Rory // Convergence Eng. Corporation.
32. Shaik A, Shenbaga Vinayaga Moorthi N, Rudramoorthy R. Variable compression ratio engine: A future power plant for automobiles—An overview. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (IMechE); Part D: Journal of Automobile Engineering. 2007;221(D9): 1159-1168
33. Stephen, R. T. An Introduction to Combustion / R.T.Stephen // McGraw-Hill Series in Mech. Eng. 1996.
34. Thomasson, A. Co-Surge in Bi-Turbo Engines - Measurements, Analysis
and Control / Thomasson A, Eriksson L. // Control Engineering Practice, (32) 2014, 113-122. http://dx.doi.org/10.1016/j.conengprac.2014.08.001
Copyright: Elsevier
35. Verhelst, S. A critical review of experimental research on hydrogen fueled SI engines / S. Verhelst, R. Sierens, S. Verstraeten // SAE. - 2006. - №2006¬01-0430.
36. Wonjae Choi, Han Ho Song «Composition-considered Woschni heat transfer correlation: Findings from the analysis of over-expected engine heat losses in a solid oxide fuel cell-internal combustion engine hybrid system» / Energy 203 (2020) 117851: doi.org/10.1016/j.energy.2020.117851
37. Wos P, Balawender K, Jakubowski M, Kuszewski H, Lejda K, Ustrzycki A. Design of Affordable Multi-Cylinder Variable Compression Ratio (VCR) Engine for Advanced Combustion Research Purposes. SAE Paper No. 2012-01-0414. Warrendale PA, USA: SAE International; 2012

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.