Аннотация 2
Введение 4
1 Обзор актуальности выбранной проблемы и средств ее решения 6
1.1 Применение природного газа в автомобильных двигателя 6
1.2 Использование водорода в двигателях внутреннего сгорания 18
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 24
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 42
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 42
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 44
4 Анализ термодинамических и эффективных показателей адаптированного двигателя на работу на низкоуглеродном топливе 51
4.1 Анализ термодинамических показателей адаптированного двигателя на работу на низкоуглеродном топливе 51
4.2 Анализ эффективных показателей адаптированного двигателя на работу на низкоуглеродном топливе 54
Заключение 57
Список используемых источников 60
Ископаемое топливо обеспечивает более 80% энергии для общего потребления и более 95% энергии для транспортного сектора во всем мире. В то время как мировые запасы ископаемого топлива сокращаются, мировой спрос на энергию постоянно растет из-за развития современного энергоемкого образа жизни. Для повышения надежности энергоснабжения и сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) очень важно изучить альтернативные виды топлива для транспортного сектора [6].
Газообразное топливо кажется потенциальным решением для энергоснабжения автомобильного сектора в ближайшем будущем. Газообразное топливо содержит больше водорода и меньше углерода; следовательно, выбросы парниковых газов и мелких твердых частиц от этих видов топлива ниже. Сжатый природный газ (КПГ)/сжиженный нефтяной газ (СНГ)/сжиженный природный газ (СПГ) не содержит полиароматических углеводородов (ПАУ), переносимых по воздуху токсинов и диоксида серы (SO2), а автомобили, работающие на КПГ/СНГ/СПГ, имеют более тихую работу двигателя, меньшую вибрацию и запах, чем обычные дизельные двигатели. Однако более высокая стоимость транспортного средства, меньший запас хода, более тяжелый топливный бак, дорогая сеть распределения и хранения, а также потенциальные рабочие характеристики и эксплуатационные проблемы по сравнению с жидким топливом являются одними из недостатков использования транспортных средств, работающих на КПГ/СНГ/СПГ [7].
Поскольку биотопливо стало потенциальной альтернативой в транспортном секторе, использование биотоплива не требует значительных изменений в инфраструктуре, а также в существующих транспортных средствах. В транспортных средствах используется множество видов биотоплива, из которых наиболее распространенными являются биодизель и спирты. Производство этого биотоплива в настоящее время основывается на проверенных технологиях, которые, однако, отличаются высокой стоимостью [8].
Помимо изучения новых альтернативных видов топлива, очень важно также развитие традиционные технологии для улучшения свойств альтернативных, а также традиционных видов нефтяного топлива.
Теперь начнем рассматривать основные виды альтернативных топлив, применяемых в настоящее время в автомобильном транспорте.
Идея заправки двигателей газообразным топливом стара, как история самого поршневого двигателя. Внутреннее смесеобразование исследовалось еще в историческом начале развития двигателей, которое датируется задолго до разработки Н.А. Отто и часто базировалось на атмосферных газовых двигателях. После первых принципиальных попыток Исаака де Риваза в 1807 году итальянцы Барсанти и Маттеуччи уже в 1854 году смогли представить концепцию, предусматривающую прямой впрыск в камеру цилиндра, что, однако, не увенчалось успехом. Только усовершенствованная конструкция двухтактного двигателя Карла Бенца 1884 года, в которой внутреннее смешение использовалось даже с целью расслоения заряда, нашла соответствующее применение и международное признание [9].
В бакалаврской работе проведена анализ перспективности применения низкоуглеродного топлива в двигателе с искровым зажиганием, выполнены все необходимые расчеты и проведено конструирование предложенного объекта. Получены основные выводы по работе:
1. Октановое число и следовательно допустимая степень сжатия отличаются на несколько единиц, так в среднем степень сжатия бензинового двигателя составляет 11-12, а для двигателя на сжатом природном газе 14-16, что является существенной разницей при организации рабочего процесса.
2. Холодный пуск на газовом топливе требует системы подогрева газа.
3. В настоящее время использование автомобилей, полностью конвертированных на газ затруднено малым количеством авто газозаправочных станций.
4. Анализ расчетов показал следующие результаты:
• мощность и крутящий момент возросли при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 8,1%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 8,7%;
• эффективный КПД двигателя увеличился при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 8,5%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 10,7%;
• удельный эффективный расход топлива снизился при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 13,5%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 18,7%.
• максимальная температура и давление при работе на КПГ=98% и водород 2% увеличилась в среднем на 0,8% или 12 градусов и 43% или 2,4 МПа, а при работе на КПГ=98% и водород 2% на 0,6% и 38,8% соответственно. Показано улучшение мощностных и эффективных показателей работы двигателя.
Выводы по 1-му разделу
Применение низкоуглеродного газового топлива на серийных автомобилях является большой проблемой для автопроизводителей, так как условия эффективного сгорания низкоуглеродного газового топлива и бензина в двигателе с искровым зажиганием значительно отличаются, а именно:
• Октановое число и следовательно допустимая степень сжатия отличаются на несколько единиц, так в среднем степень сжатия бензинового двигателя составляет 11-12, а для двигателя на сжатом природном газе 14-16, что является существенной разницей при организации рабочего процесса.
• Холодный пуск на газовом топливе требует системы подогрева газа.
• В настоящее время использование автомобилей, полностью конвертированных на газ затруднено малым количеством авто газозаправочных станций.
• Природный газ снижает наполняемость цилиндра, что ведет к снижению мощностных показателей работы двигателя.
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал, что после адаптации на работу с низкоуглеродным топливом мощностные и экономические характеристики работы изменились следующим образом:
• Мощность и крутящий момент возросли при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 8,1%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 8,7%;
• Эффективный КПД двигателя увеличился при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 8,5%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 10,7%;
• Удельный эффективный расход топлива снизился при работе на КПГ с 2% водорода в среднем на 13,5%, а при работе на КПГ с 5% водорода в среднем на 18,7%.
Для обоих составов топлива наблюдается положительная динамика улучшения результатов, но в связи с высокой стоимостью водорода, более предпочтительно выглядит добавка 2%
Выводы по 3-му разделу
По результатам динамического расчета получено, что при добавке водорода в компримированный природный газ происходит увеличение нагрузки на элементы кривошипно-шатунного механизма. Так суммарные силы, действующие на поршневой палец, возросли на 20,4% при добавке 2% водорода в КПГ и на 16,5 % при добавке 5% водорода.
Обобщая полученные результаты, можно сказать о необходимости увеличивать прочностные характеристики элементов КШМ при увеличении степени сжатия с 11 до 15 и переходе на низкоуглеродное газовое топливо.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что максимальная температура и давление при работе на КПГ=98% и водород 2% увеличилась в среднем на 0,8% или 12 градусов и 43% или 2,4 МПа, а при работе на КПГ=98% и водород 2% на 0,6% и 38,8% соответственно. Показано улучшение мощностных и эффективных показателей работы двигателя.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
