Помощь студентам в учебе
Исследование параметров энергетической эффективности бензинового ДВС в режиме обработки озоном компонентов топливовоздушной смеси
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 7
1.1 Проблема развития автомобильного транспорта, повышения его
мощностных характеристик и экологических качеств 7
1.2 Теоретическое обоснование повышения эффективности работы ДВС 11
1.3 Анализ методов и средств контроля параметров работы ДВС 16
2 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 32
2.1 Анализ существующих способов обработки ТВС 32
2.2 Способы повышения мощностных характеристик 40
2.3 Конструкционные способы повышения мощности ДВС 42
2.4 Неконструкционные способы повышения мощности ДВС 44
2.5 Исследования в области озонирования ТВС 46
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 48
3.1 Расчет процесса окисления топливно-воздушной смеси 48
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 51
3.3 Выбор оборудования 56
3.4 Результаты и обработка экспериментальных исследований 68
3.4.1 Исследование топливно-экономических характеристик автомобиля 72
3.4.2 Исследование экологических параметров ДВС 74
4 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ 78
4.1 Расчет времени окупаемости 78
4.2 Влияние озона на окружающую среду 79
4.3 Влияние озона на человека 80
4.4 Влияние угарного газа 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 97
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 7
1.1 Проблема развития автомобильного транспорта, повышения его
мощностных характеристик и экологических качеств 7
1.2 Теоретическое обоснование повышения эффективности работы ДВС 11
1.3 Анализ методов и средств контроля параметров работы ДВС 16
2 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 32
2.1 Анализ существующих способов обработки ТВС 32
2.2 Способы повышения мощностных характеристик 40
2.3 Конструкционные способы повышения мощности ДВС 42
2.4 Неконструкционные способы повышения мощности ДВС 44
2.5 Исследования в области озонирования ТВС 46
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 48
3.1 Расчет процесса окисления топливно-воздушной смеси 48
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 51
3.3 Выбор оборудования 56
3.4 Результаты и обработка экспериментальных исследований 68
3.4.1 Исследование топливно-экономических характеристик автомобиля 72
3.4.2 Исследование экологических параметров ДВС 74
4 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ 78
4.1 Расчет времени окупаемости 78
4.2 Влияние озона на окружающую среду 79
4.3 Влияние озона на человека 80
4.4 Влияние угарного газа 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 97
Процесс повышения нагрузочных характеристик двигателя является неизбежным результатом развития отрасли автомобилестроения. По данной тематике исследований сформировались различные способы увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на количественным и качественном уровне, например, за счет увеличения рабочего объема двигателя или путем увеличения плотности используемого двигателем воздуха, снижением механических потерь в трибосопряжениях и т.п. [1, 2]. Многие подобные способы требуют конструктивного вмешательства в узлах двигателя, однако, имеется и иная возможность. Одним из новых направлений при исследовании параметров энергетической эффективности двигателя и экологической безопасности автотранспорта является изменение состава топливно-воздушной смеси (ТВС) применением в её составе смеси озона [3, 4, 5].
Двигатели внутреннего сгорания 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.
Исследования влияния состава озона на топливно -экономические свойства автомобиля и экологические качества двигателя производились на кафедре «Автомобильный транспорт» автотранспортного факультета политехнического института Южно-Уральского государственного университета (НИУ).
На основании предварительно проведенных исследований выдвинута следующая гипотеза исследований - повышение энергетических и экологических
характеристик автомобиля возможно за счет улучшения окислительных свойств топливно-воздушной смеси путем обработки ее воздушной массы в среде озона.
Данный процесс объясняется более полным окислением компонентов ТВС в камерах сгорания ДВС. В соответствии с гипотезой поставлена цель исследований - повышение основных эффективных показателей бензинового ДВС автомобиля применением метода обработки озоном компонентов топливовоздушной смеси. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
- обосновать процесс молекулярной обработки ТВС;
- проанализировать анализ современных технологий и решений;
- провести теоретические исследования процесса горения топлива в среде озона;
- провести экспериментальные исследования, определить зависимости изменения параметров работы ДВС (топливно -экономических и экологических) при обработке компонентов ТВС в среде озона;
- обоснование технико-экономических показателей.
Объектом исследований является процесс повышения окислительных свойств компонентов ТВС бензинового ДВС автомобиля обработкой воздушной массы в среде озона.
Предметом исследований является определение зависимости изменения основных эффективных показателей работы ДВС при обработке озоном воздушной массы ТВС в среде озона.
Двигатели внутреннего сгорания 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.
Исследования влияния состава озона на топливно -экономические свойства автомобиля и экологические качества двигателя производились на кафедре «Автомобильный транспорт» автотранспортного факультета политехнического института Южно-Уральского государственного университета (НИУ).
На основании предварительно проведенных исследований выдвинута следующая гипотеза исследований - повышение энергетических и экологических
характеристик автомобиля возможно за счет улучшения окислительных свойств топливно-воздушной смеси путем обработки ее воздушной массы в среде озона.
Данный процесс объясняется более полным окислением компонентов ТВС в камерах сгорания ДВС. В соответствии с гипотезой поставлена цель исследований - повышение основных эффективных показателей бензинового ДВС автомобиля применением метода обработки озоном компонентов топливовоздушной смеси. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
- обосновать процесс молекулярной обработки ТВС;
- проанализировать анализ современных технологий и решений;
- провести теоретические исследования процесса горения топлива в среде озона;
- провести экспериментальные исследования, определить зависимости изменения параметров работы ДВС (топливно -экономических и экологических) при обработке компонентов ТВС в среде озона;
- обоснование технико-экономических показателей.
Объектом исследований является процесс повышения окислительных свойств компонентов ТВС бензинового ДВС автомобиля обработкой воздушной массы в среде озона.
Предметом исследований является определение зависимости изменения основных эффективных показателей работы ДВС при обработке озоном воздушной массы ТВС в среде озона.
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 токсичных компонентов.
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. Проведенные
экспериментальные исследования показали, что наибольшая экономия топлива за такт приходится на обороты двигателя 1450 и 3350 мин-1, при которых удельный цикловой расход топлива имеет значения 1,35 и 1,27 мг/такт соответственно, что составляет 7,4 и 7,0 % от идентичных показателей без озонирования воздушной массы ТВС на тех же оборотах. 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%.Экологическая эффективность применения способа обработки компонентов ТВС в среде озона после фильтр-элемента показала, что наиболее весомое снижение концентрации в ОГ прослеживается у компонента СО (минимум - снижение на 18% при 1000 мин-1, максимум - снижение на 46% при 4500 мин-1).
Экономический расчет показал, что при принятых параметрах расчета время окупаемости составит 491 день, или 1 год и 4,3 месяца. 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 сердечно-сосудистых заболеваний. Косвенным эффектом озонирования ТВС является снижение концентрации ядовитого для человека угарного газа СО, что несомненно является пользой применения озона.
Рекомендации. Рассмотрев влияние озона на окружающую среду и на человека, невозможно однозначно определить перевес его положительных или отрицательных качеств. Озон оказывает дезинфицирующий эффект и способен разрушать клетки бактерий, резистентных к мощнейшим антибиотикам. Однако превышение концентрации озона в воздухе увеличивает смертность от сердечнососудистых заболеваний. Косвенным эффектом озонирования компонентов ТВС является снижение концентрации ядовитого для человека угарного газа СО, что несомненно является пользой применения озона. Для установки камеры озонирования в двигатель автомобиля необходимо обеспечить герметичность соединений с целью невозможности проникновения озона за его пределы, а также на программном уровне обеспечить отключение камеры озонирования сразу после останова ДВС.
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. Проведенные
экспериментальные исследования показали, что наибольшая экономия топлива за такт приходится на обороты двигателя 1450 и 3350 мин-1, при которых удельный цикловой расход топлива имеет значения 1,35 и 1,27 мг/такт соответственно, что составляет 7,4 и 7,0 % от идентичных показателей без озонирования воздушной массы ТВС на тех же оборотах. 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%.Экологическая эффективность применения способа обработки компонентов ТВС в среде озона после фильтр-элемента показала, что наиболее весомое снижение концентрации в ОГ прослеживается у компонента СО (минимум - снижение на 18% при 1000 мин-1, максимум - снижение на 46% при 4500 мин-1).
Экономический расчет показал, что при принятых параметрах расчета время окупаемости составит 491 день, или 1 год и 4,3 месяца. 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 сердечно-сосудистых заболеваний. Косвенным эффектом озонирования ТВС является снижение концентрации ядовитого для человека угарного газа СО, что несомненно является пользой применения озона.
Рекомендации. Рассмотрев влияние озона на окружающую среду и на человека, невозможно однозначно определить перевес его положительных или отрицательных качеств. Озон оказывает дезинфицирующий эффект и способен разрушать клетки бактерий, резистентных к мощнейшим антибиотикам. Однако превышение концентрации озона в воздухе увеличивает смертность от сердечнососудистых заболеваний. Косвенным эффектом озонирования компонентов ТВС является снижение концентрации ядовитого для человека угарного газа СО, что несомненно является пользой применения озона. Для установки камеры озонирования в двигатель автомобиля необходимо обеспечить герметичность соединений с целью невозможности проникновения озона за его пределы, а также на программном уровне обеспечить отключение камеры озонирования сразу после останова ДВС.
