Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности систем управления ДВС подвижных объектов на альтернативных видах топлива. Монография
.pdf
131
Первоначальная разница площадей ∆M эксперимента и модели с
предположительной длительностью горения топлива 45° составляла 3,23 %.
При увеличении длительности горения это значение возрастало, при
снижении – уменьшалось. С шагом 2,5° был начат просчет значений в
сторону уменьшения. При значении φz= 40° был достигнут перегиб, и далее
значение ∆M начало увеличиваться. Найденный таким образом ∆M составил
0,02 %.
Уточненные значения φz и соответствующие им значения ∆M для
других составов бинарного топлива перечислены в табл. 4.6.
Таблица 4.6
Значения длительности горения различных составов бинарного топлива до и
после идентификации
Состав бинарного топлива L
Параметр
80/20 70/30 60/40 50/50 40/60
до после до после до после до после до после
φz,° 55 55 50 47,5 45 40 50 45 55 50
∆M, % 0,82 0,82 1,6 0,30 3,27 0,02 3,75 0,05 4,54 0,25
Проведенные расчеты показали, что выдвинутые в гл. 3 гипотезы были
довольно точны, максимальное отклонение площади смоделированных
графиков от экспериментальных не превышало 5 %. После идентификации
отклонение уменьшилось и не превышает 1 %. Сравнение
экспериментальных графиков крутящего момента с расчетными после
идентификации времени горения для различных составов бинарного топлива
приведено на рис.4.19.
132
Рис. 4.19. Сравнение расчетных и экспериментальных графиков крутящего
момента для составов бинарного топлива 80/20, 70/30, 50/50, 40/60
4.6. Сравнение предложенного метода с существующими
В гл. 1 была проведена их классификация методов управления ДВС при
работе на бинарном топливе и выбраны их эталонные представители. Для
методов класса 1, где основным топливом является газ, а бензин добавляется
постоянно в небольших количествах, эталоном был принят метод М.Г.
Левашова [35]. Методы данного класса направлены на повышение
экономичности эксплуатации автомобиля, улучшение экологических
показателей работы ДВС и повышение надежности двигателя. Для методов
класса 2, где количество бензина и сжиженного газа в смеси варьируется в
зависимости от каких-то условий, эталонным был выбран метод Жихарева-
Маркова [34]. Данная группа методов предполагает смещение акцента
развития с экономии и экологии в сторону увеличения мощности ДВС.
Обзор работ по тематике бинарного топлива не выявил
опубликованных показателей мощности и крутящего момента при
испытаниях методов [35] или [34]. Однако имеющаяся информация по
133
используемым в этих методах составам бинарного топлива и полученные в
настоящей работе экспериментальные данные позволяют провести сравнение
графиков крутящего момента эталонов с предложенным методом.
По методу Левашева, основной составляющей бинарного топлива
является сжиженный газ, а бензина постоянно подается минимально
возможное количество, которое, согласно приведенным в [35] расчетам,
составляет 4,8 %. По имеющимся экспериментальным данным, такое
количество бензина не может существенно повлиять на характер горения
сжиженного газа. Поэтому в качестве графика крутящего момента эталона
класса 1 будет использоваться график, полученный при использовании
только сжиженного газа (L=0/100). Характер изменения крутящего момента с
уменьшением доли бензина позволяет предположить, что ошибка при этом
не превысит погрешность измерений 2 %. Предположительный график
эталона класса 1 в сравнении с режимом высоких нагрузок предложенного
метода представлен на рис. 4.20.
Рис. 4.20. Сравнение крутящего момента при использовании предложенного
метода и эталона класса 1
Сравнение графиков показывает, что предложенный метод
обеспечивает на 8,8 % (14 Нм) больший максимальный крутящий момент,
чем эталон класса 1. При этом превосходство предложенного метода
наблюдается во всем диапазоне оборотов, начиная от низких, увеличиваясь к
134
средним и достигая максимума в зоне высоких оборотов. Таким образом, в
плане мощностных качеств преимущество разработанного метода очевидно.
Согласно методу Жихарева-Маркова, на оборотах до 2500-3000 об/мин,
используется топливо состава от 90/10 до 80/20. Свыше 3000 об/мин
используется состав 100/0. Поскольку данные по составу 90/10 в ходе
эксперимента получены не были, для воссоздания характеристики крутящего
момента использовался состав 80/20, что никак не ухудшает, а только
улучшает его мощностные показатели. Предположительный график в
сравнении с режимом высоких нагрузок предложенного метода представлен
на рис. 4.21.
Рис. 4.21. Сравнение крутящего момента при использовании предложенного
метода и эталона класса 2
Максимальное значение момента превышает таковое у эталона класса 2
на 5,4 %. В области низких оборотов графики примерно схожи, при средних
оборотах предложенный метод обеспечивает прирост крутящего момента до
5,7 % (9 Нм), а на высоких оборотах это значение увеличивается до 7,6 %
(12,4 Нм). Преимущество разработанного метода и в этом случае не вызывает
сомнений.
135
Поскольку полный набор точных показателей рассматриваемых
методов, необходимый для сравнения по категориям мощности и
экологичности на момент подготовки работы не был доступен, для
проведения общего сравнения была принята следующая система оценок: если
показатели метода по какому-либо критерию превышают показатели другого
метода, то он получает 1 балл. Такой подход позволит составить общее
представление о преимуществах и недостатках сравниваемых методов и
приближенно ранжировать их. Результаты сравнения приведены на рис. 4.22.
Рис. 4.22. Общее сравнение предложенного метода и эталонов класса 1 и 2
Экологические параметры разработанного метода оценивалась на
основе данных по эмиссии вредных веществ, указанных в разд. 3.3. Из
приведенной гистограммы видно, что предложенный метод при сравнении по
указанным параметрам занимает в ранге лидирующую позицию. Данный
результат был достигнут за счет активного управления составом бинарного
топлива для обеспечения текущих потребностей в крутящем моменте в
зависимости от нагрузки и оборотов коленчатого вала [116].
136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В монографии рассмотрены особенности управления двигателем
внутреннего сгорания при использовании в качестве топлива смеси бензина и
сжиженного углеводородного газа (бинарного топлива).
Для всесторонних теоретических исследований разработана
математическая модель рабочего цикла, которая позволяет рассчитать
основные показатели ДВС в зависимости от его конструкции, угла
опережения зажигания, соотношения бензин/сжиженный газ в топливе и
параметров окружающей среды.
За неимением практических данных, на основании анализа моторных
свойств топлив-компонентов и теории цепных реакций была выдвинута
гипотеза о зависимости времени горения бинарного топлива от его состава и
предположен характер этой зависимости, согласно которой время горения
уменьшается при добавке сжиженного газа к бензину пока его доля в
результирующей смеси не превышает 40 %, а затем время горения
увеличивается совместно с увеличением доли сжиженного газа.
Исследование характеристик ДВС при работе на бинарном топливе с
помощью разработанной модели в среде MathCad и Visual Studio показало
различные изменения мощности и крутящего момента двигателя, а также
эмиссии вредных веществ в отработавших газах в зависимости от состава
топлива, что дало основание для создания метода управления, который мог
бы использовать регулирование соотношения бензина и сжиженного газа в
бинарном топливе для достижения высоких мощностных, экономических и
экологических показателей двигателя.
Изменяемый состав топлива обусловил невозможность использования
стандартных углов опережения зажигания, предложенных изготовителями
для бензина или сжиженного газа, и установил необходимость в новом
способе определения УОЗ. Таким способом в предлагаемом методе стал
алгоритм расчета угла опережения зажигания, подходящий для любого
состава бинарного топлива благодаря тому, что он обеспечивает достижение
137
максимума давления в цилиндре в целевом диапазоне оборотов коленчатого
вала. Моделирование рабочего процесса с использованием заводских углов
опережения зажигания и рассчитанных по предлагаемому алгоритму для
двигателя автомобиля ВАЗ 21108М показало увеличение мощности и
крутящего момента во всем диапазоне оборотов коленчатого вала, а также
снижение удельного расхода топлива.
Выдвинутые гипотезы и результаты моделирования были
подтверждены экспериментально на автомобилях Лада Калина 1116 и ВАЗ
21108М. Снятые на мощностном стенде MAHA LPS3000 графики крутящего
момента показали, что поддержание максимума давления в целевом
диапазоне позволило увеличить максимальное значение крутящего момента
на 5,7 %, а значение крутящего момента в зоне средних оборотов
увеличилось до 11,6 %. Помимо превосходства в плане мощностных
характеристик, были выявлены и высокие показатели экологической
составляющей. Эмиссия вредных веществ в отработавших газах снижается на
9,9 %, а расход топлива уменьшается на 6,1 %. Кроме того, эксперименты на
автомобиле ВАЗ 2112 показали снижение риска возникновения
детонационного сгорания.
Проведенные эксперименты подтвердили корректность выдвинутой
гипотезы относительно времени горения бинарного топлива и эффективность
разработанного алгоритма расчета УОЗ. Кроме того, экспериментальные
данные позволили скорректировать значения времени сгорания,
использовавшиеся в модели для различных составов бинарного топлива.
При сравнении предложенного метода управления двигателем,
работающем на бинарном топливе, с известными методами, было выявлено
его превосходство значительное его превосходство в плане мощностных
характеристик и высокие показатели экологической составляющей.
Результаты диссертационной работы могут найти широкое применение
в как при проектировании новых автомобилей, так и для улучшения
эксплуатационных, экономических и экологических показателей
существующего автопарка.
138
Библиографический список
1. Ложкин В.Н. Загрязнение атмосферы автомобильным транспортом. –
СПб.: НПК «Атмосфера», 2001. – 297 с.
2. Куров Б.Д. Проблема борьбы с загрязнение воздуха автомобилями и пути
ее решения // Автомобильная промышленность. – 1972. – №2. – С. 6-8.
3. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. – М.: Легион-
Автодата, 2001. – 80 с.
4. Александров В.Ю., Кузубова Л.И., Яблокова Е.П. Экологические
проблемы автомобильного транспорта. Аналитический обзор. – Новосибирск
: ГПНТВ СО РАН, 1995. –113 c.
5. Мурашов О.Д. Повышение топливной и экологической эффективности
четырехтактных ДВС при переходных процессах : дисс. … докт. техн. наук. –
Ташкент, Ташкентский политехнический институт, 1982. – 464 с.
6. Bell C. Maximum Boost: Designing, Testing, and Installing Turbocharger
Systems. – Cambridge : Bentley publishers, 1997. – 250 c.
7. Banish G. Designing and Tuning High-Performance Fuel Injection Systems. –
BL: S-A Design, 2009. – 128 c.
8. Рахимов Р.Р. Улучшение показателей двигателей с искровым зажиганием
путем интенсификации сгорания бедных смесей : дисс. … канд. техн. наук. –
Волгоград, ВолГТУ, 1999. – 120 с.
9. Кириллов Н. Альтернативные моторные топлива XXI века. –
АвтоГазоЗаправочный комплекс + альтернативное топливо. – 2003. – №3. –
С. 58-63.
10. Луканин В.Н., Льотько В., Хачиян А.С. Применение альтернативных
топлив в двигателях внутреннего сгорания. – М.: МАДИ (ТУ), 2000. – 311 c.
11. Шатров В.В. Альтернативные топлива для двигателей // Автомобильная
промышленность. – 1982. – №2. – С. 4-7.
12. Ксеневич И.П., Ипатов А.А., Изосимов Д.Б. Технологии гибридных
автомобилей: состояние и пути развития отечественной автомобильной
139
техники с комбинированными энергоустановками // Мобильная техника. –
2003. – №№ 2 -3. – С. 41-52.
13. Ноздрин А.В. Улучшение некоторых технико-эксплуатационных свойств
автомобиля с помощью комбинированной энергоустановки : дисс. … канд.
техн. наук. – М., МГАУ, 2006 . – 162 с.
14. Златин П.А., Кеменов В.А., Ксеневич И.П. Электромобили и гибридные
автомобили. – М.: Агроконсалт, 2004. – 413 с.
15. Adams W. What engines say about propane fuel mixtures // SAE, Pep. – 1975.
– S.O. N938. – C.1-24.
16. Гибадуллин В.З. Организация рабочего процесса ДВС с внешним
смесеобразованием и локальной подачей микродобавок водорода в область
межэлектродного зазора свечи зажигания: дисс. … канд. техн. наук. –
Волгоград, ВолгПИ, 1992. – 206 с.
17. Журавский В.Г., Громыко П.С. Инжекторные газотопливные системы //
Газовая промышленность. – 1999. – №10. – С. 41.
18. Колубаев Б.Д. Зарубежная газобаллонная аппаратура для легковых
автомобилей и автобусов. – М.: НИИНавтопром. – 1982. – 54 с.
19. М.Е. Вайсблюм, А.П. Гусаров, М.Г. Соколов. Газ как средство
обеспечения требований «Евро 2» // Автомобильная промышленность. –
1997. – №11. – С. 27-29.
20. В.Н. Иванов, В.И. Ерохов, Газовое топливо для автомобильных
двигателей // Химия и технология топлив и масел. – 1981. – №2. – С. 6-10.
21. Ф.Г. Гайнуллин, А.И. Гриценко, Ю.Н. Васильев и др. Природный газ как
моторное топливо на транспорте. – М.: Недра, 1986. – 255 с.
22. Громыко П.С., Пасечник Д.А. Использование систем впрыска газового
топлива с обратной связью по выхлопным газам – основной пусть улучшения
экологии и экономии топлива в настоящее время // АвтоГазоЗаправочный
комплекс + альтернативное топливо. – 2004. – №2(14). – С. 18-19.
23. Голдблат И.И., Сатаров В.А., Колубаев Б.Д. Газобаллонные автомобили и
автобусы как средство снижения загрязнения окружающей среды и
140
повышения экономичности транспорта // Автомобильная промышленность. –
1979. – №6. – С. 29-31.
24. Fleming R. D. Propane as an engine fuel for clean air requirements. –
Bartlesville : Bartlesville Energy Research Center, 1971. – 100 с.
25. Leppard W. The autoignition chemistry isobutene: a motored engine study //
SAE Techn. Pap. Ser. – 1988. – N881606. – С. 1-23.
26. Shiells W., Garia P., Shanchaona S. Performance and cyclic variability of
natural gas fuelled heavy duty engines // SAE Techn. Pap. Ser. – 1989. – N892137.
– С. 77-88.
27. Badr O., Elsayed N., Karim G., An investigation of lean combustion in a
natural gas-fueled spark-ignited engine // Trans. ASME. J. Energy Resour.
Technol. – 1996. – N2 (118). – C. 159-163.
28. Huang J.,. Crookes R.J. Spark-ignition performance with simulated biogas – a
comparison with gasoline and natural gas // J. Inst. Energy. – 1998. – N489. – C.
197-203.
29. Трофимов А.В., Хамов И.В., Усовершенствование универсальной газовой
системы питаний // Сборник докладов 5-й Российской научно-технической
конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах». –
Оренбург: ИПК ОГУ, 2002. – C. 36-38.
30. Райков И.Я., Безруков Б.Б, Сергиевский А.В., Яркий Ю.К., Крымов В.Б. О
способе снижения потерь мощности бензиновых двигателей грузовых
автомобилей при переводе их на компримированные газовые моторные
топлива // Тезисы докладов V научно-практического семинара
«Совершенствование мощностных, экономических и экологических
показателей ДВС». – Владимир, 1995, – С. 185-188.
31. Сергиевский А.В. Причины снижения мощностных показателей
двухтопливных газобензиновых двигателей внутреннего сгорания и способы
их устранения // XVI Межвузовский сборник научных трудов
«Автомобильные и тракторные двигатели». – М.: МАМИ, 1998. – С. 22-26.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]