📄Работа №110348
Тема: Двигатель с непосредственным впрыском в цилиндр компримированного природного газа
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
машиностроение
Объем:
63 листов
Год:
2022
Просмотров:
58
4370
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
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
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
📖 Введение
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.
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.
✅ Заключение
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. 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.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.