|
Одной из основных задач проектирования современного автомобиля является достижение экологической чистоты двигателя. Предельно допустимые выбросы вредных веществ для европейских стран ужесточаются каждые пять лет. В нашей стране эксплуатируется огромный парк автомобилей, не удовлетворяющих требуемым нормам токсичности. Данное положение заставляет искать новые технические решения, позволяющие снизить выбросы вредных веществ без существенного изменения конструкции двигателя. Применение газовых топлив является одним из путей решения данной проблемы. В настоящее время все большее распространение получают в качестве моторных топлив сжиженные углеводородные (нефтяные) газы (СУГ) и природный газ. Контроль выбросов вредных веществ для автомобилей, оснащенных двигателями с принудительным зажиганием, выполняется в соответствие с ГОСТ Р 41.83-99, ГОСТ Р 52033-2003 и ГОСТ 17.2.02.06-99. Наиболее перспективным альтернативным топливом для ДВС, как с экономической, так и с экологической точек зрения является природный газ. При этом одним из важнейших направлений является использование газа в качестве моторного топлива для ДВС в целях замены жидких топлив (дизельных и бензиновых), т.е. для расширения ресурсов топлив в стране и для снижения токсичных выбросов автомобильным транспортом и другими установками с ДВС. Проведя сравнительную оценку влияния различных топлив на экологические показатели двигателей с принудительным воспламенением относительно традиционного топлива - бензина по методикам правил 83.01 ЕЭК ООН и 83.03 ЕЭК ООН можно сделать следующие выводы: Применение КПГ имеет большие резервы по снижению токсичности, чем стандартные виды топлив. Применение КПГ и СУГ в качестве моторного топлива для автотранспорта обеспечивает снижение токсичности, однако не позволяет отказаться от дорогостоящих систем впрыска топлива и удовлетворять действующим нормам ГОСТ Р 41.83-99 (правила 83.03, ЕЭК ООН).
3. Использование антитоксичных систем является обязательным для достижения перспективных норм токсичности. На природном газе могут работать как бензиновый и дизель, так и другие виды двигателей. Но накопленный опыт в соответствии с политикой отечественного рынка двигателестроения распространяется только на двигатели, конвертируемые для работы на природном газе. Разработанные газовые модификации на базе стандартных двигателей, обуславливают простату перевода двигателя с одного топлива на другое при минимальных изменениях конструкции. Для получения адекватного экономического эффекта от конвертации дизеля на газовый рабочий процесс при этом необходимо поддерживать эффективный КПД на заданном уровне. Реализация такой задачи возможна в процессе исследовательской работы по оптимизации рабочего процесса газовой модификации дизеля (ГМД). Несомненно, что такая оптимизация нуждается в теоретическом обосновании с использованием методов математического моделирования и должна базироваться на понимании процессов происходящих в камере сгорания ГМД, с прогнозированием технических мероприятий с экспериментальной оценкой их эффективности. Так, необходимо представлять суть физических и химических процессов, инициирующих и сопровождающих сгорание топлива при газовом рабочем процессе. Цель исследования заключается в создании физически обоснованной математической модели рабочего процесса и разработке на ее основе направлений совершенствования рабочего процесса ГМД. Реализация поставленных целей, в результате анализа состояния теории газовой модификации дизеля на данном этапе, потребовала решения следующих задач: Проведения углубленных экспериментальных исследований с целью выявления влияния различных факторов на параметры рабочего процесса ГМД. Проведения теоретических исследований для установления рода зависимостей от основных параметров, определяющих скорость распространения фронта пламени в газовоздушных смесях.
Усовершенствования системы регулирования подачи газа и воздуха для ГМД. Получения зависимостей, позволяющих адекватно описывать характеристику тепловыделения. Создания комплекса модернизированных математических моделей и алгоритма расчета рабочего процесса ГМД, и апробирования программы расчета на ПЭВМ.
В диссертационной работе проведен анализ особенностей рабочего процесса ГМД, вариантов его практической реализации, а также модернизированных моделей и методик расчета динамики тепловыделения двигателя. В результате анализа определены основные направления их развития. Газовый двигатель обладает рядом преимуществ по сравнению с дизелем, в том числе меньшим уровнем шума, большим моторесурсом, отсутствие нагара на поршнях и свечах, а также в отработавших газах, отсутствие детонации (октановое число газа 105-115), более длительный срок моторного масла (в 1,5,-2 раза), лучшими экологическими показателями, и наконец, топливной экономичностью. Многообразие схем и конструкций электронного управления подачей топлива в ГМД свидетельствуют о сложной взаимосвязи между факторами, определяющими эффективность процесса, и отсутствии единого подхода к решению проблемы. Противоречивость данных, приводимых различными авторами о рабочем процессе и протекании сгорания в газовом двигателе, во многом определяется тем, что в рассмотренных случаях, скорее всего использовались различные виды газовых топлив, а также способы регулирования и виды газовой аппаратуры. Это не позволяет выработать конкретные рекомендации по оптимизации рабочего процесса с применением электронной системы управления при конвертации дизельных двигателей для работы на природном газе. Обзор математических моделей газового рабочего процесса показал, что работы в этом направлении ведутся с недостаточной интенсивностью, что связано со сложностью описания процесса. Сформулированы задачи исследования (гл. 1). Во второй главе предложен комплекс модернизированных моделей и методик расчета рабочего процесса газовой модификации дизеля. Представлена модель физического состояния рабочего тела, а также модернизированная модель процесса газообмена при регулируемом теплообмене на впуске газовой модификации дизеля. Рассмотрено влияние различных физических факторов, определяющих сгорание в цилиндре двигателя. Выбрана формула для описания динамики тепловыделения ГМД. Получены зависимости параметров характеристик тепловыделения при использовании природного газа и режима работы двигателя. Исследованы пути решения по определению рационального способа регулирования ГМД. Экспериментальному исследованию рабочего процесса ГМД посвящена третья глава. Сформулированы цели экспериментальных исследований и методика их проведения. Для реализации экспериментов разработана экспериментальная установка, позволяющая установить зависимость основных показателей работы двигателя от режимных и регулировочных параметров, а также оценить влияние различных факторов на индикаторный КПД, угол опережения зажигания, максимальное давление сгорания и скорость повышения давления. Для исследования параметров рабочего процесса газового двигателя разработан и реализован информационно-измерительный комплекс на базе ПЭВМ. Произведена оценка погрешности измерений. В заключительной четвертой главе определено адекватность результатов расчетных и экспериментальных данных, в ходе проведенных исследований. Приведены количественные оценки влияния отдельных величин и факторов на параметры рабочего процесса. Получены зависимости характеристик тепловыделения от долей теплоты газа и режимов работы ГМД. Выполнена сравнительная оценка эффективности работы ГМД в зависимости от сочетания различных входных параметров. Научную новизну работы представляет: 1. комплекс моделей и методику расчета для обоснования и разработки модернизированной системы управления рабочим процессом ГМД. 9
2. Сформулированная физически обоснованная модель сгорания и теп- ловыделения в ГМД; предложенные зависимости для определения ее параметров. Практическая значимость: Рекомендации по реализации результатов расчетных теоретических и экспериментальных исследований. Рекомендации по улучшению показателей газовой модификации при работе по нагрузочной и внешней скоростной характеристик. Модернизированная система электронного управления рабочим процессом ГМД. Зависимости, полученные путем экспериментально-теоретического исследования, могут быть использованы для расчетного прогнозирования параметров газового двигателя и выбора рациональных регулировочных решений. Усовершенствованная технологическая схема и параметры ее элементной базы, а также модернизированная структура системы электронного управления составом газовоздушной смеси использованы при разработке предложений в эскизный проект газопоршневого двигателя 12ГЧН18/20 в ОАО «Звезда» г. Санкт-Петербург.
На защиту выносятся: Комплекс модернизированных математических моделей протекания рабочего процесса ГМД. Модернизированная система электронного управления ГМД. Результаты экспериментального исследования специфики рабочих процессов в газовом двигателе. Физически обоснованные и экспериментально подтвержденные зависимости параметров тепловыделения в газовом двигателе от исходных условий в цилиндре. Полученные зависимости регулирования состава газовоздушной смеси и угла опережения зажигания топлива ГМД.
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
| 
Вы находитесь:
