Аннотация
Введение 4
1 Изучение литературы для выявления перспективы применения
альтернативных топлив в гибридных силовых установках 5
1.1 Основные классификации гибридов 5
1.2 Причины развития гибридных силовых установок транспортных
средств 15
1.3 Современные технологии автомобильных гибридных силовых
агрегатов 16
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 22
2.1 Тепловой расчет двухцилиндрового двигателя при работе на
бензине 22
2.2 Тепловой расчет двухцилиндрового двигателя, работающего на
компримированном природном газе 27
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного
механизма двигателя 33
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 33
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя 35
4 Анализ токсичности отработавших газов при работе
двухцилиндрового двигателя на компримированном природном газе и бензине 41
Заключение 52
Список используемых источников 54
Гибридные автомобили, по-видимому, обеспечивают лучшее решение проблемы выбросов и экономии топлива. Гибриды (как их называют) — это те, которые имеют более одного источника энергии. Эти транспортные средства могут использовать альтернативные источники энергии, такие как водород, биотопливо, электричество и т. д.
После того, как дизельный двигатель с непосредственным впрыском занял очень большую долю рынка, особенно в Европе, благодаря своим преимуществам в отношении расхода топлива, для бензинового двигателя было разработано большое количество технических разработок, направленных на снижение расхода топлива. В частности, бензиновый двигатель идеально подходит для гибридизации. В дополнение к снижению потерь на трение, оптимизация вспомогательных агрегатов, использование управления энергопотреблением и новых процессов сгорания, уменьшение размеров и непосредственный впрыск демонстрируют значительный потенциал экономии.
Два момента напрямую влияют на привод двигателя: выработка энергии в точках нагрузки с большей эффективностью и «уменьшение габаритов» при смещении точки нагрузки. Недостаток дополнительного веса во многом компенсируется положительным эффектом гибридных компонентов. «Уменьшение размеров» особенно эффективно, поскольку оно заменяет двигатель с большим рабочим объемом на двигатель с небольшим рабочим объемом, но высокой мощностью и хорошим крутящим моментом. Это относится прежде всего к бензиновому двигателю с непосредственным впрыском, так как расход топлива также значительно ниже. Чтобы получить необходимые ходовые качества, нужен соответствующий крутящий момент даже на низких скоростях.
В бакалаврской работе проведен анализ влияния на рабочий процесс двухцилиндрового малолитражного ДВС перехода с бензина на компримированный природный газ. Получены основные выводы по работе:
1. Применение природного газа осложнено падением мощности из-за вытеснения части топлива при подаче газа во впускной коллектор, что привело к существенному снижению мощности около 15%.
2. В ходе стационарного моделирования в программном пакете WAVE Ricardo 17.1 была проведена оценка токсичности отработавших газов при работе на КПГ и на бензине, показано, что работа на КПГ существенно снижает токсичность по продуктам неполного сгорания.
Выводы по первому разделу
Обзор научных работ показал, что наиболее перспективными являются параллельные и комбинированные схемы приводов в гибридных автомобилях, так как наиболее простая схема с последовательной передачей энергии от двигателя внутреннего сгорания на генератор, а потом непосредственно на привод колес через электродвигатели, ограничена в своей реализации мощностью и габаритами таких электродвигателей. Что приводит нас к эффективной возможности использования таких транспортных средств только в условиях малых скоростей и низких ускорений. Для полноценной замены двигателя внутреннего сгорания на гибридную схему с сохранением всех динамических характеристик необходимо учитывать возможность непосредственной передачи крутящего момента от двигателя на трансмиссию.
Выводы по 2-му разделу
Проведенные расчеты показали снижение мощностных показателей примерно на 10% при переходе на газовое топливо, при этом эффективный коэффициент полезного действия увеличился на 5%. Это говорит об экономической целесообразности применения природного газа в малолитражных двигателях с искровым зажиганием. Единственная проблема — это необходимость приобретения достаточно дорогого газобаллонного оборудования, которое по сравнению с низкой стоимостью простого и дешевого двигателя вносит существенный вклад в его себестоимость.
Выводы по 3-му разделу
Переход на альтернативное топливо компримированный природный газ позволяет снизить нагрузки на кривошипно-шатунный механизм.
Выводы по 4-му разделу
В ходе стационарного моделирования была получена полная скоростная характеристика двигателя при работе на КПГ и на бензине.
Представленные результаты наглядно показывают, что применение компримированного природном газе позволяет снизить токсичность двигателя примерно на 40% по сравнению с двигателем на бензине, особенно это заметно по продуктам неполного сгорания.
1. Adnan N Ahmed, Zuhair H Obeid and Alauldinn H Jasim Experimental investigation for optimum compression ratio of single cylinder spark ignition engine / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 454 (2018) 012003
2. Antriebskonzepte fur heute und morgen. Motorentechnische Zeitschrift MTZ, 09:630-631, 2013.
3. Helmut Eichlseder and Andreas Wimmer. Potential of IC-engines as minimum emission propulsion system. Atmospheric Environment, 37:52275236, 2003.
4. Lutz Eckstein, Rene G’obbels, and Roland Wohlecker. Benchmarking of the
Electric Vehicle Mitsubishi i-MiEV. ATZ worldwide, 12:48-53, 2011.
5. R.A.B. Semin. A Technical Review of Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel for Internal Combustion Engines. Am. J. Engg. & Applied Sci, 1:302-311, 2008.
6. Wolfgang Warnecke, John Karanikas, Bruce Levell, Carl Mesters, J"org Adolf, Jens Schreckenberg Max Kofod, and Karsten Wildbrand. Natural Gas - A bridging tehcnology for future mobility? In 34. Internationales Wiener Motorensymposium, 25 - 26, April, 2013.
7. David Serrano and Bertrand Lecointe. Exploring the Potential of Dual Fuel Diesel-CNG Combustion for Passenger Car Engine. In Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress, Beijing, China, 27-30 November 2012.
8. Tobias Ott, Florian Zurbriggen, Christopher Onder, and Lino Guzzella. Cycle-averaged efficiency of hybrid electric vehicles. Institution of Mechanical Engineering Part D, Journal of Automobile Engineering, 227:78-86, 2012.
9. Tobias Ott, Christopher Onder, and Lino Guzzella. Hybrid-Electric Vehicle with Natural Gas-Diesel Engine. Energies, 6:3571-3592, 2013.
10. Norman Brinkman, Michael Wang, Trudy Weber, and Thomas Dar- lington. Well-to-Wheels Analysis of Advanced Fuel/Vehicle Systems - A North American Study of Energy Use, Greenhouse Gas Emissions, and Criteria Pollutant Emissions, 2005.
11. T. Ishiyama, J. Kang, Y. Ozawa, and T. Sako. Improvement of Performance and Reduction of Exhaust Emissions by Pilot-Fuel-Injection Control in a Lean-Burning Natural-Gas Dual-Fuel Engine. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 5:243-253, 2012.
12. Thorsten Schmidt, Christian Weiskirch, Stefan Lieske, and Holger Manz. Modern industrial engines emission calibration and engine man- agement. ATZ off highway, 9:24-35, 2010.
13. Bernhard Schneeweiss and Philipp Teiner. Hardware-in-the-Loop-
Simulation am Motorenprufstand fur realitatsnahe Emissions- und Verbrauchsanalysen. Automobiltechnische Zeitschrift ATZ, 5:76-79, 2010.
14. Gerhard Henning, Tobias Go"decke, and Angsar Damm. Neue Getriebe fu"r die neuen Kompakten. ATZ, 9:70-73, 2012.
15. Chasse and A. Sciaretta. Supervisory control of hybrid powertrains: An experimental benchmark of offline optimization and online energy management. Control Engineering Practice, 19:1253-1265, 2011....65