|
Неуклонный рост и возрастающее значение транспортного комплекса России выдвигают на передний план проблемы улучшения топливно-энергетических и экологических показателей автомобильных двигателей, разработки экологически безопасных видов транспорта, использующих альтернативные виды топлива ненефтяного происхождения.
Вместе с тем немаловажную роль в улучшении экологической обстановки и снижении дефицита топливных ресурсов играет модернизация серийно выпускаемых двигателей, учитывая то, что разработка принципиально нового образца, отвечающего современным экологическим и экономическим показателям, требует проведения длительных исследований и больших материальных затрат. В последнее время предъявляются все более жесткие требования к основным источникам загрязнения атмосферы, постоянно ужесточаются стандарты на выбросы вредных веществ с ОГ автотранспорта ввиду того, что атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей природной среды.
Реальные уровни загрязнения воздуха оксидами азота и углерода, углеводородами и другими вредными веществами на большинстве автомагистралей в 5...10 раз превышают предельно допустимые концентрации. По оценкам специалистов в 2000 г. мировой парк автомобилей достиг примерно 1 млрд. единиц, из которых 83...85 % приходится на легковые автомобили, а 15... 17 % - на грузовые автомобили и автобусы. На каждую тысячу жителей в 2001 г. в среднем приходилось: в США - 534 автомобиля, во Франции -454, в Великобритании - 322, в России - 167 автомашин. При ежегодном увеличении данного показателя для крупных городов характерно превышение предельно допустимой концентрации оксида углерода в 20...30 раз, концентрации оксидов азота в 10... 100 раз. Реальное повышение качества и конкурентоспособности продукции автомобилестроения осуществляется в соот ветствии с требованиями международных стандартов ISO 9000 - система качества, ISO 14000 - система экологического управления, согласно которым экологическая безопасность автомобиля для полного жизненного цикла и его отдельных стадий оценивается по следующим показателям: потребление природных ресурсов; суммарный расход энергии; загрязнение окружающей среды (атмосферы, гидросферы и литосферы).
Экологическая безопасность автомобилей достигается за счет комплекса конструктивных и эксплуатационных мероприятий. Основными направлениями по улучшению экологичности ДВС и экономии моторного топлива являются: оптимизация режимов работы двигателя при помощи электронных систем управления; создание многотопливных автомобилей; повышение коэффициента полезного действия двигателя, совершенствование процесса сгорания, использование альтернативных видов топлива.
Неуклонное сокращение запасов нефти, значительное повышение её цены, энергетические кризисы, растущая зависимость многих стран от импорта этого сырья, ускорение глобального потепления и катастрофическое загрязнение окружающей среды отработавшими газами - вот основные обстоятельства, заставляющие искать возобновляемые источники энергии и нетрадиционные моторные топлива для автомобильных двигателей.
С точки зрения производства топлива газ является наиболее приемлемым альтернативным видом, так как в отличие от нефти не нуждается в какой-либо технологической переработке (кроме сушки). Вместе с тем разведанные запасы природного газа в несколько раз превышают запасы нефти в нашей стране и в мире, что делает его наиболее полноценным видом топлива из всех возможных заменителей жидких нефтяных моторных топлив.
Приоритетность природного газа как наиболее перспективного экологически чистого моторного топлива очевидна для многих стран мира. В Канаде, Новой Зеландии, Аргентине, Италии, Голландии, Франции и других странах успешно действуют национальные программы перевода автотранс порта, в первую очередь городского, на газомоторное топливо. Для этого разработана соответствующая нормативно-законодательная база: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. В результате налицо явный прогресс. В Нидерландах более 50 % всего автотранспорта используют в качестве топлива газ, в Италии - более 20 %, 95 % автобусного парка Вены и 87 % парка Дании работают на газе. В странах Западной Европы для стимулирования газификации автотранспорта предусматривается существенное уменьшение налогов на автомобили, использующие газовое топливо. В среднем, эта разница составляет 1,5...2 раза, кроме того, автовладельцы после конвертации автомобиля освобождаются от налоговых выплат на 3 года. С 1996 года в Великобритании и Франции существенно уменьшены налоги на автомобили, работающие на газовом топливе. В Германии эта разница составляет 1,5 раза, в Нидерландах -1,7 раза.
В настоящее время 50 автомобильных компаний мира продают более 150 модификаций автомобилей, работающих на природном газе. Среди них такие мировые лидеры как, AUDI, BMW, VOLVO, DAIMLER CHRYSLER, IVECO, GENERAL MOTORS, MAN, NEOPLAN, NISSAN, RENO, CITROEN, TOYOTA, FIAT, VOLKSWAGEN, HONDA. Во всем мире в последние годы значительно усиливается интерес к разработке и использованию газовых модификаций автотранспортных средств. В конце 2005 г. в Москве прошла 3-я Международная специализированная выставка по газораспределению и эффективному использованию газа GazSUF, основная тематика которой - переоборудование автомобилей для работы на природном газе. Участниками выставки стали 80 компаний из 14 стран мира: России, Украины, Белоруссии, Армении, Польши, Литвы, Кореи, Австрии, Аргентины, Швеции, Швейцарии, Хорватии, Германии, Японии.
Выбор компримированного природного газа в качестве альтернативы дизельному топливу связан, прежде всего, с относительной простотой перевода дизелей для работы на газообразном топливе без значительных измене ний конструкции базового двигателя и возможностью применения существующего газового оборудования автомобилей.
Работы по переводу дизелей на природный газ велись на различных предприятиях и в институтах бывшего СССР НАМИ, НАТИ, ЦНИИ МПС, ЦНИДИ, МВТУ им. Баумана, Кировском СХИ. Результаты теоретических работ и экспериментальных исследований по использованию альтернативных топлив ненефтяного происхождения в дизелях, влиянию применения природного газа на токсичные, эффективные и экологические показатели двигателей нашли отражение в работах Васильева Ю.Н., Вырубова Д.Н., Генкина К.И., Гайнуллина Ф.Г., Гольдблата И.И., Гуревича Н.А., Долганова К.Е., Зво-нова В.А., Кайдалова А.А., Кеймаха Я.И., Ксенофонтова СИ., Коллерова Л.К., Лебедева С.Е., Лиханова В.А., Ложкина В.Н., Лоскутова А.С., Манс-фельда Г.Г., Мараховского В.П., Мурашева О.Д., Николаенко А.В., Равкинда А.А., Самоля Г.И., Струнге Б.Н., Чудакова Е.А. и других.
Вместе с тем очевидно, что исследования по применению КПГ проводились без комплексного учета взаимосвязи эффективных и экологических показателей дизелей, недостаточно работ по исследованию применения КПГ для автомобильных газодизелей с турбонаддувом, оптимизации процессов сгорания и тепловыделения газодизелей.
В соответствии с вышеизложенным научная задача сформулирована как улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем оптимизации процессов сгорания и тепловыделения.
Целью исследований является улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем оптимизации процессов сгорания и тепловыделения.
Научная новизна работы.
Результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения природного газа на процессы сгорания и тепловыделе ния, мощностные и экономические показатели дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ.
Уточненная зонная модель распространения топливных факелов при впрыскивании дизельного топлива (запального) в метановоздушную среду цилиндра дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ через многоструйную форсунку.
Уточненная зонная модель воспламенения и горения метановоздушной среды в цилиндре дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе.
Математическая модель турбулентного горения метановоздушной среды в цилиндре дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ при работе на природном газе.
Рекомендации по улучшению эффективных показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 путем оптимизации процессов сгорания и тепловыделения при работе на КПГ.
Макетный образец автобуса ПАЗ-32054-12 с системой дозирования и регулирования подачи природного газа в цилиндры дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом и оптимизированными процессами сгорания и тепловыделения.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований.
Научно-техническая разработка, проведенная при выполнении диссертационной работы, доведена до стадии создания макетного образца автобуса ПАЗ-32054-12 с системой питания, модернизированной для работы на КПГ. Результаты НИР (комплект технической и чертежно-конструкторской документации) по переоборудованию для работы на КПГ автобуса ПАЗ-32054-12 передан в филиал ООО «Волготрансгаз» Кировского ЛПУМГ.
Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской и Нижегородской государственных сельскохозяйственных академий, Чебок сарском институте (филиале) Московского государственного открытого университета при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании для студентов, обучающихся по специальностям 311300 (110301) и 150200(190601).
Экономический эффект от внедрения макетного образца газодизельной модификации автобуса ПАЗ-32054-12 составляет около 40 тыс. руб. в год в ценах на 01.04.2006 г. на один автобус при среднем годовом пробеге 60 тыс. км.
Связь с планами научных исследований.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА» на 2000...2005, 2006...2010 г.г. (номер государственной регистрации 01.2002.06497).
На защиту выносятся следующие положения.
1. Результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения природного газа в качестве моторного топлива на процессы сгорания и тепловыделения, мощностные и экономические показатели дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ. 2. Уточненная зонная модель распространения топливных факелов при впрыскивании дизельного топлива (запального) в метановоздушную среду цилиндра дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ через многоструйную форсунку.
3. Уточненная зонная модель воспламенения и горения метановоздуш-ной среды в цилиндре дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе.
4. Математическая модель турбулентного горения метановоздушной среды в цилиндре дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ при работе на природном газе.
5. Рекомендации по улучшению эффективных показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 путем оптимизации процессов сгорания и теп ловыделения при работе на КПГ.
6. Макетный образец автобуса ПАЗ-32054-12 с системой дозирования и регулирования подачи природного газа в цилиндры дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом и оптимизированными процессами сгорания и тепловыделения.
Апробация работы.
Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на 51-й, 52-й и 53-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, 2004...2006 г.г., г. Киров); 5-й и 6-й городских научных конференциях аспирантов и соискателей (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА г. Киров); XV юбилейной региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Совершенствование конструкции, теории и расчета тракторов, автомобилей и двигателей внутреннего сгорания», (2004 г., ФГОУ ВПО Вятская ГСХА г. Киров); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию Чебоксарского института (филиала) МГОУ «Образование. Наука. Производство. Инновационный аспект», (2005 г. Чебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. Чебоксары); IV Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера», (2005 г., Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, г. Казань); X Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», (2005 г., ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет», г. Владимир); Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей», (2006 г., ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», г. Санкт-Петербург-Пушкин), Всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в формировании специалиста», (2006 г., Чебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. Чебоксары).
Публикации результатов исследований.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, включая монографию и статьи общим объемом 13 п. л., в том числе в сборниках трудов Международных конференций опубликована 1 статья, в изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ, опубликована 1 статья объемом 0,4 п. л. Без соавторов опубликовано 7 статей общим объемом 1,9 п. л.
Автор выражает глубокую признательность аспирантам кафедры ДВС Россохину А.В. и Олейнику М.А., принимавшим участие в выполнении некоторых стендовых испытаний.
| 
Вы находитесь:
