Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 12
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 14
1.1 Проблема развития автомобильного транспорта и повышения
мощностных и экологических качеств автомобиля 14
1.2 Теоретическое обоснование повышения эффективности работы ДВС . 18
1.3 Анализ методов и средств контроля параметров работы ДВС 23
1.4 Выводы по главе 1 38
2 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 39
2.1 Анализ существующих способов обработки ТВС 39
2.2. Способы повышения мощностных характеристик 47
2.3 Конструкционные способы повышения мощности ДВС 49
2.4 Неконструкционные способы повышения мощности ДВС 52
2.5 Исследования в области озонирования ТВС 53
2.6 Выводы по главе 2 54
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 55
3.1 Расчет процесса окисления топливно-воздушной смеси 55
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 58
3.3 Выбор оборудования 63
3.4 Результаты и обработка экспериментальных исследований 76
3.5 Выводы по главе 3 79
4 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 81
4.1 Расчет времени окупаемости 81
4.2 Выводы по главе 4 82
5 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 83
5.1 Влияние озона на окружающую среду 83
5.2 Влияние озона на человека 84
5.3 Влияние угарного газа 86
5.4 Выводы по главе 5 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
ПРИЛОЖЕНИЯ 96
Приложение А Результаты экспериментальных исследований 97
Приложение Б Иллюстративный материал 100
Повышение мощности ДВС - неизбежный результат развития отрасли автомобилестроения. За время разработок и исследования данной тематики сформировались различные способы увеличения мощности ДВС, например, увеличение рабочего объема двигателя, увеличение плотности воздуха, снижение механических потерь. Однако помимо конструкционных изменений ДВС имеется возможность изменения состава топливо-воздушной смеси.
ДВС являются основными потребителями природного углеводородного сырья и атмосферного воздуха и главными источниками загрязнения среды обитания человека. Ожидаемое истощение запасов природных углеводородов требует от мирового сообщества решения двух актуальных проблем: поиск альтернативных видов топлива и возобновляемых источников энергии и переход на их использование; и не менее важной проблемы - повышение эффективности (мощности, топливной экономичности, надёжности) существующих энергетических установок для получения выигрыша во времени в связи с необходимостью решения проблем истощения природных запасов и загрязнения окружающей среды с целью получить научные знания, на основе которых можно будет перейти к новым видам транспортной энергетики.
Одним из направлений исследований ЮУрГУ является применение озона в топливо-воздушной смеси с целью повышения тягово-динамических качеств автомобиля, а также с целью снижения токсичности выхлопных газов.
Исследование влияния озона на тягово-динамические качества автомобиля производится кафедрой «Автомобильный транспорт» Южно-Уральского государственного университета.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение мощностой характеристики ДВС автомобиля применением озонирования топливо-воздушной смеси.
В рамках поставленной цели решаются следующие задачи:
- обоснование процесса молекулярной обработки ТВС;
- анализ современных технологий решений,
- теоретическое исследование процесса горения топлива в среде озона;
- проведение экспериментальных исследований по определению
изменения величины цикловой подачи топлива при озонировании ТВС;
- определение зависимости величины изменения мощностных показателей ДВС при обработке ТВС в среде озона;
- оценка технико-экономических показателей.
Объектом исследования является процесс подготовки топливо-воздушной смеси бензинового ДВС.
Предметом исследования является определение зависимости изменения параметров работы ДВС автомобиля при добавлении озона в топливовоздушную смесь.
Определено, что среди рассмотренных способов повышения мощности ДВС наиболее простыми являются способы связанные с изменением состава топливо-воздушной смеси, т.к. их применение не изменяет конструкцию ДВС, в свою очередь изменение состава топливо-воздушной смеси может быть достигнуто различными способами, использование присадок и химических регуляторов горения требует разработку соответствующих химических веществ, а использование озона - только разработку озонатора, помимо повышения мощности применение озона положительно влияет на экологические качества автомобиля - снижение CO, NOx и прочих вредных веществ.
Проведен анализ методов и средств контроля параметров работы ДВС. Для оценки состояния ДВС использован компрессометр с предварительной опрессовкой цилиндров.
В ходе разработки методики эксперимента было проведено теоретическое исследование процесса горения бензинового топлива в среде кислорода и в среде озона, согласно результатам объема озона требуется на треть меньше объема кислорода для сгорания одного и того же количества топлива. Разработана методика проведения эксперимента с применением метода нагружения двигателя внутренними силами трения. Произведен выбор необходимого для экспериментального исследования оборудования. Проведено экспериментальное исследование, результат которого заключается в том, что наибольшая экономия топлива за такт приходится на величину оборотов равную 1400 и составляет 1,35 мг/такт, в процентном отношении к цикловому наполнению без озонирования на тех же оборотах составляет 7,7%. В целом эффект озонирования позволяет на меньшем количестве топлива развить требуемые обороты, таким образом, повышается мощность ДВС. Сравнивая результаты данного исследования с аналогичными, можно утверждать что данные эксперимента достоверны, так как экономия топлива в других работах составила от 3 до 15%.
Экономический расчет показал, что при принятых параметрах расчета время окупаемости составит 508 дней, или 1 года и 5 месяцев. Больший ежедневный пробег автомобиля уменьшит время окупаемости.
Рассмотрев влияние озона на окружающую среду и на человека, невозможно однозначно определить его влияние как положительное или отрицательное. Озон оказывает дезинфицирующий эффект, способен разрушать клетки бактерий, резистентные к мощнейшим антибиотикам. Однако превышение концентрации озона в воздухе увеличивает смертность от сердечнососудистых заболеваний. Косвенным эффектом озонирования ТВС является снижение концентрации ядовитого для человека угарного газа СО, что несомненно является пользой применения озона.
Для установки камеры озонирования на автомобиль необходимо обеспечить герметичность соединений, с целью невозможности проникновения озона за пределы двигателя, а так же на программном уровне обеспечить отключение камеры озонирования сразу после останова ДВС.
