ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Изучение литературы для выявления и оценке возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования
1.1Обзор литературных источников по возможности применения
электропроводности пламени для диагностики и управления ДВС
1.2Водород как автомобильное топливо
1.3Исследование воздействия газообразного водорода на процесс
сгорания природного газа в поршневых двигателях
1.4Влияние добавок водорода к природному газу на эмиссию
токсических компонентов в продуктах сгорания двигателя с искровым зажиганием
1.5Заключение по 1 разделу
ГЛАВА 2 Описание экспериментальной части диссертационного исследования
2.1Экспериментальная установка
2.2Датчики, применяемые при исследованиях
2.3Взаимосвязь электропроводности пламени и эффективности
процесса сгорания
2.3.1Взаимосвязь электропроводности пламени и продолжительности фаз сгорания, определяемых по магнитострикционному датчику
2.4Выбор оптимального варианта направления исследований
2.5Выводы по второму разделу
ГЛАВА 3 Обзор проведенных экспериментальных исследований с целью оценки возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования
3.1Результаты экспериментальных исследований
3.2Обзор результатов экспериментального исследования в УИТ-85
при работе на СПГ и СПГ с добавками водорода
3.3Экспериментальные исследования на двигателе ВАЗ-2111
ГЛАВА 4 Оценка возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Актуальность работы.
Развитие современного автомобилестроения идет по пути перехода от жидких нефтяных топлив к газовым. Основным газовым топливом является природный газ, который, наряду со своей дешевизной, имеет также еще и значительно большие запасы по сравнению с нефтью. Таким образом частичный переход автомобильного транспорта на природный газ позволит снизить нагрузку на нефтяные запасы и, тем самым, на ближайшие 50-100 лет отодвинуть вопрос о целесообразности активного внедрения альтернативных источников питания на автотранспорте. Но природный газ имеет свои недостатки, а именно, он не всегда обеспечивает равномерность состава смеси по цилиндру, имеет большую энергию активации процесса горения, что увеличивает длительность процесса сгорания. Особенно важными эти проблемы становятся на режимах глубокого дросселирования и малых нагрузках, где двигатели на природном газе имеют значительные проблемы по выполнению современных норм токсичности и эффективности процесса сгорания.
Проводимое исследование направлено на изучение воздействия газообразного водорода на процесс сгорания природного газа в поршневых двигателях для оптимизации работы ДВС с искровым зажиганием, обеспечивающих снижения потребление природного газа на 30-40% в режиме городского цикла, при значительном уменьшении токсичности ОГ и выбросов парниковых газов
Целью работы является оценка возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1.обобщение результатов экспериментального исследования по выявлению особенностей влияния добавки водорода, на протекание процесса сгорания в ДВС на сжатом природном газе;
2.оценка возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования.
Объект исследования: ДВС на сжатом природном газе с
промотирующими добавками водорода.
Предмет исследования: процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования .
Методы исследования.
Метод теоретического исследования включающий в себя: критический аналитический обзор по проблеме исследования, современные методы предварительного компьютерного моделирования.
Метод экспериментального исследования, включающий в себя: подготовку исследовательской базы, проведение экспериментальных исследований на специальной исследовательской установке УИТ-85 позволяющей проводить исследования влияния водорода на процесс сгорания с высокой точностью, при возможности независимого варьирования основными характеристиками, а также применение экспериментальных методов, включающих в себя следующее:
-стендовые испытания на одноцилиндровой исследовательской установке УИТ-85,
-стендовые испытания на двигателе ВАЗ с распределенным впрыском топлива.
Достоверность полученных результатов исследования обусловлена большим объемом экспериментов, применением методов статистической обработки данных.
Научная новизна исследования
Оценка возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования .
Практическая значимость работы:
Обобщены результаты экспериментального исследования по выявлению особенностей влияния добавки водорода, на протекание процесса сгорания в ДВС на сжатом природном газе.
На защиту выносятся:
1.обобщение результатов экспериментального исследования по выявлению особенностей влияния добавки водорода, на протекание процесса сгорания в ДВС на сжатом природном газе;
2.оценка возможностей повышения эффективности процесса сгорания природного газа на режимах глубокого дросселирования.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных и обсуждались на семинарах кафедры «Энергетические машины и системы управления» и на конференции в 2018 г.
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 печатная работа.
Структура и объем диссертации.
Диссертации состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 62 наименования. Работа изложена на 71 страницах машинописного текста, иллюстрированного 4 таблицей и 36 рисунками.
Анализ и обобщение результатов, выполненных по рассматриваемой проблеме исследований позволяют сделать следующее заключение.
Добавка небольшого количества водорода (до 7% от массы основного топлива) к природному газу привносит следующее влияние на процесс сгорания:
-Повышается скорость распространения пламени, как ламинарная, так и турбулентная. При этом с увеличение турбулентности ТВС в процессе сгорания эффективность добавки водорода уменьшается.
-Снижается задержка воспламенения, и общая продолжительность процесса сгорания, что обеспечивает высокую эффективность работы двигателя при повышении частоты вращения.
-Повышение скорости тепловыделения обеспечивает меньшие тепловые потери рабочего процесса, что позволяет получить увеличение мощности, при уменьшении вводимой тепловой энергии в цилиндр двигателя за счет меньшей объемной теплоты сгорания у водорода по сравнению с природным газом.
-Расширяются пределы эффективного обеднения смеси, что позволяет осуществлять качественное регулирование, тем самым, повышая эффективность работы двигателя.
-Более широкий рабочий диапазон обеспечивает снижение токсичности как по СН, так и по NOX.
-Проведенный анализ термодинамической эффективности рабочего процесса двигателей на природном газе показал, что при добавке водорода в стехиометрическую смесь повышается доля использованной теплоты на 5,2% при добавке 10% водорода и на 4,2% при добавке 5% водорода от массы топлива.
Применение пониженной степени сжатия на режиме холостого хода позволило лучше показать влияние степени дросселирования на показатели токсичности двигателя. Показано, что не сама степень забалластированности влияет на характер протекания процесса сгорания, а условия образования устойчивого очага горения. Если инициация процесса сгорания произошла успешно, то высокое содержание остаточных газов в рабочей смеси, снижает концентрацию токсичных компонентов в продуктах сгорания.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
