Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Бородин Вячеслав Алексеевич. Улучшение эффективных, топливно-экономических и экологических показателей бензинового двигателя путем применения модификатора горения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 : Санкт-Петербург, 2004 117 c. РГБ ОД, 61:04-5/4249

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение. 4

Глава 1. Анализ состояния вопроса, обоснование концепции и

задачи исследования. 11

  1. Эксплуатационные свойства автомобильных топлив. 11

  2. Эффективные, топливно-экономические и экологические показатели работы бензиновых двигателей. 16

  3. Присадки, улучшающие эффективные, топливно-экономические и экологические показатели бензиновых двигателей. 20

  4. Научная концепция и задачи исследования. 33 Глава 2. Расчётно-теоретическое обоснование применения модификатора горения в бензиновых двигателях. 36

  1. Расчётно-теоретическое обоснование рабочего процесса бензинового двигателя, работающего на топливе с модификатором горения. 3?

  2. Оптимизация концентрации модификатора горения

для бензинов. 46

Глава 3. Методика экспериментальных исследований эффективных, топ-
ливно-экономических и экологических показателей бензиновых двигателей,
работающих на топливе с модификатором горения. 54

  1. Общие положения. 53-

  2. Программа испытания бензинового двигателя, работающего на топливе с модификатором горения. 5^

  3. Методика исследования влияния модификатора горения на поверхностное натяжение топлива. 58

  1. Методика определения оптимальной концентрации модификатора горения в топливе. 60

  2. Методика стендовых исследований бензинового двигателя, работающего на топливе с модификатором горения. 61

  3. Методика эксплуатационных испытаний бензиновых двигателей, работающих на топливе с модификатором горения. 6$

3.7. Экспериментальная установка, применяемая аппаратура и погреш
ность измерений. 6

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований бензиновых дви
гателей с применением модификатора горения. 75

  1. Результаты экспериментальных исследований влияния модификатора горения на поверхностное натяжение топлива. 75

  2. Результаты экспериментальных исследований оптимальной концентрации модификатора горения в топливах. 76

4.3. Результаты стендовых исследований бензинового двигателя,
работающего на топливе с модификатором горения. 77

  1. Результаты эксплуатационных исследований бензиновых двигателей, работающих на топливе с модификатором горения. 84

  2. Экологическая эффективность применения модификатора горения в топливе бензиновых двигателей в условиях эксплуатации. 87

  3. Экономическая эффективность применения модификатора горения в топливе бензинового двигателя. 90

Общие выводы. 92

Библиография. 94

Приложения. 102

Введение к работе:

Современная автотракторная техника предъявляет всё более жёсткие требования к мощностным, экономическим и экологическим показателям двигателей.

Процессы сгорания уже с момента появления двигателя стали предметом непрерывных исследований. В трудах многих учёных, как российских, так и зарубежных, высказаны идеи о применении химической кинетики для изучения процессов воспламенения и горения в двигателях, построена рационатьная теория распространения пламени, разработан комплекс вопросов химической кинетики и гидродинамики, теплопередачи и диффузии. Несмотря на достигнутые успехи в развитии наших представлений о горении топлива в двигателях, решение задач, связанных с созданием эффективных процессов, пока ещё требует напряжённого труда.

Экспериментатьные исследования и анализ процессов в камерах сгорания двигателей с различными термодинамическими циклами показывают, что внутрикамерный процесс не протекает совершенно равномерно.

Даже при тщательно отработанном процессе двигатель с искровым зажиганием на многих режимах полностью не использует энергетические ресурсы топлива, и во многих случаях потери от процесса превращения топлива в конечные продукты реакции достигают 10-15%.

Решение возникающих проблем осуществляется различными путями: усовершенствованием конструкции двигателей, применением процесса гидроочистки для облагораживания топлив, использованием присадок, позволяющих, улучшить те или иные свойства топлив, а также сочетанием селективной гидроочистки топлив с последующим вовлечением в них присадок.

Применение присадок, как правило, наиболее экономично. Некогорые типы присадок, например антидетонаторы, широко применяются в течение нескольких десятилетий. Другие появились или приобрели большое значение в последнее время, например депрессорные и моющие присадки. Быстрыми темпами развиваются исследования в области присадок, улучшающих воспла-

мененис и сгорание топлив, что связано со стремлением добиться определенной экономии топлив за счет более полного их сгорания.

Отдельным видам присадок к топливам посвящен ряд обзоров, вышедших в РФ в последнее время. Рассмотрены антиоксиданты для реактивных топлив [17], моющие [62] и антиобледенительные [63] присадки к автобензинам, де-прессорные присадки [34]. В 1980 г. в СССР вышел общий обзор, охватывающий литературу и патенгные данные за 1973-1979 гг. [75].

Усиленно ведутся исследования в области снижения токсичности выхлопных газов, так как загрязнение воздуха в городах во многих странах становится национальным бедствием.

Разработаны новые инженерные решения для конструирования камер сгорания и подбора эффективных топлив и присадок к ним.

Несмотря на эти достижения, необходимость в изучении внутрикамерных процессов продолжает оставаться весьма актуальной.

Исследования осуществляются двумя путями. Один путь состоит в детальном описании процесса таким образом, чтобы, систематизировав экспериментальные данные, получить некоторые качественные выводы. Второй путь заключается в том, что можно, воспользовавшись имеющимися представлениями о процессе горения, поставить перед собой следующие задачи:

  1. установить механизмы, вызывающие неустойчивое горение в двигателях на химическом топливе;

  2. для некоторых из них дать количественные решения;

  3. проанализировать результаты и сравнить их с экспериментом;

  4. показать лути использования результатов теоретического анализа, а также накопленных физико-химических средств для регулирования процесса горения;

  5. описать инженерные мегоды для исследования процесса горения.

Главной тенденцией в области производства жидких топлив является поиск возможностей увеличения их ресурсов. Эта задача решается двумя путями. Один из них — расширение производства дефицитных топлив за счет других,

б главным образом мазутов. Последние могут вовлекаться в состав светлых топлив как непосредственно (при повышении конца кипения дизельных топлив на 20-40С), так и через процессы вторичной переработки. Вследствие этого потребление самих мазутов как топлив во многих странах за последние 25 лет резко упало [36].

Мощности вторичных процессов быстро растут в тех странах, где общий объем переработки нефти сокращается. Так, например, в течение 1983 г. мощности по прямой переработке нефти уменьшились в США на 2% (11,4 млн. т) и Японии на 10% (27,9 млн. т). В то же время вторичные мощности (в основном по гидрокрекингу и каталитическому крекингу) увеличились в США на 4% (43 млн. т) и Японии на 3,2% (0,9 млн. т) [36]. Развитие вторичных процессов переработки нефти, за исключением гидроочистки, приводит к изменению качества нефтяных дистиллятов в худшую сторону. Предполагается увеличение в них олефинов, фенолов, сернистых соединений.

Экономия топлива на транспорте также позволяет увеличить его ресурсы. Эта проблема решается, прежде всего, улучшением конструкции двигателя, транспортного средства и рациональной системой перевозок. В этом направлении имеются большие резервы. Так, в течение десятилетия 1972-1982 гг. в основных капиталистических странах годовое потребление бензина на автомобиль снизилось на 21,4% - в среднем на 2,25 л [36]. В США поставлена задача уменьшить расход топлива автомобилем до 3-5,5 л/100 км [36].

Наряду с конструктивными улучшениями дополнительный эффект может быть достигнут при помощи присадок, которым в последнее время уделяется

*

большое внимание со стороны исследователей и потребителей [36].

Ужесточение требований к токсичности топлив и продуктов их сгорания вызывает сокращение выпуска этилированных бензинов. В США законодательно полностью запретили этилированный бензин в 1988 г., в странах Западной Европы переход на «чистый бензин» был осуществлён на год позже, в 1989 г. [36]. В РФ применение этилированного бензина до 01.01.2003 г. было запрещено в некоторых городах и курортных зонах (городах-курортах Кавказских Минеральных Вод, Теберда и Домбай, городах черноморского

Минеральных Вод, Теберда и Домбай, городах черноморского побережья Кавказа). В качестве основных заменителей свинцовых антидетонаторов рассмат- ривают кислородсодержащие компоненты (спирты и эфиры). Некоторые страны в настоящее время располагают достаточными ресурсами метилового и этилового спиртов и применяют их в качестве добавок к топливам для бензиновых двигателей. В частности, в Бразилии, где собственные запасы нефти удовлетворяют потребности страны только на 15%, уже в середине 70-х г.г. 60% всех автомобилей в качестве топлива использовали технический спирт, вырабатываемый из отходов пищевой промышленности (отходы после переработки сахарного тростника). Кислородсодержащие соединения не только решают проблему детонационной стойкости топлив, но и позволяют заметно увеличить их ресурсы. При этом их добавка к топливу до 10% по отдельным сообщениям не оказывает отрицательного влияния на работу двигателя. Продолжаются также поиски беззольных антидетонаторов.

Большое внимание уделяется уменьшению токсичности отработавших газов (ОГ) автомобилей. Так, в 1985 г. правительства девяти стран ЕЭС одобрили введение единых норм на содержание вредных веществ в ОГ. В результате введения этих норм количество выбросов сократилось на 50-90% [363.

Для уменьшения выбросов СО, образование которого в значительной мере обусловлено осмолением карбюратора, широко применяют моющие присадки, обеспечивающие его чистоту, и, как следствие этого — более полное сгорание углеводородов топлива.

Роль присадок в производстве и потреблении топлив велика и в перспективе заметно возрастет. В течение десятилетия 1982-1992 гг. потребление присадок к топливам в США увеличивалось в среднем на 2,5-3% в год [36]. Наиболее быстрые темпы роеіа ожидаются для присадок, повышающих химическую и термическую стабильность средних дисгилляшь, низкотемпературные свойства дизельных шплив и мазушв, а іакжс ашионеиданюв и ингибиторов кор-роз«к.

Снижение токсичности отработавших і азов автомобилей является одной из актуальных задач экологии, так как каждый автомобиль за год выбрасы-ваег в атмосферу более 800 кг СО, 115 кг углеводородов и 38 кг оксидов азота. Важное значение имеет содержание твердых частиц и полициклических ароматических углеводородов, так как с ними связывают повышение онкологических заболеваний в промышленных странах. При оценке опасности отработавших газов особо следует выделить бензины, содержащие алкилпроиз-

водные свинца.

Как показывает анализ, загрязнения атмосферы весьма дорого обходятся человеку не только за счет стоимости санитарно-очистных сооружений, но и за счет потерь несгоревших топлив и косвенных потерь, связанных с ущербом для людей, животных и растений.

В отработавших газах содержится большое количество органических и неорганических соединений, причем составы газов от двигателей с воспламенением от искры и от двигателей с воспламенением от сжатия резко различаются. Содержание оксида углерода в отработавших газах при работе двигателей с воспламенением от искры на порядок выше, чем при работе двигателей с воспламенением от сжатия; в газах значительно больше углеводородов и альдегидов, но меньше твердых частиц. Загрязнения атмосферы за счет автомобильного іранспорта распределяются примерно так: 70% от ОГ, 25% от картерных газов, 5% от топлива, испарившегося из баков.

Следует также отметить, что солнечная радиация вызывает фотохимические реакции между углеводородами и оксидами азота, поступающими в атмосферу с ОГ. В результате лих реакций образуются летучие и весьма опасные для здоровья людей и окружающей среды нитропроизводные.

Большое значение приобретет процесс превращения Ж? в N02. Диоксид азота содействует образованию азотной кислоты и стабильных иероксид-ных соединений. При этом создаются условия для разрушения покрытий улиц и площадей. Превращение NO в N02 имеет существенное значение в

проблеме смога. Это плотный туман, содержащий серный и сернистый ангидриды, оксиды углерода и азота Смог вызывает бронхиальные поражения.

В крупных городах, где имеется большое число автомобилей, могут возникнуть концентрации токсичных веществ, представляющие опасность для людей. Исследования атмосферного воздуха часто бывают очень неутешитель-ны. Например, в Софии в воздухе содержится 10,88 мг СО в I м , а средняя концентрация свинца равна 4,25 мкг/м .

Увеличение заболеваемости раком многие ученые связывают с воздействием на человека канцерогенных соединений, присутствующих в окружающей среде. Наиболее активны многоядерные ароматические углеводороды, в нервую очередь бензпирен. Одним из источников загрязнения атмосферы канцерогенными соединениями как раз и являются ОГ автомобильного транспорта, причем при работе двигателей с воспламенением от искры в саже отработавших газов содержится значительно больше бензпирена, чем при работе дизельных двигателей.

В СССР определяли содержание бензпирена в ОГ и в саже, снятой с внутренней поверхности выхлопных іруб автомобилей [7]. Содержание смолисгых веществ в саже от карбюраторного двигателя составляло 19,5-30%, в саже от дизельного двигателя 4-10%. Спектральнофотометрическим анализом этих образцов было обнаружено 200 мкг бензпирена в 1 г сажи.

Процесс образования бензпирена связан с изменениями условий в камере сгорании, при ошимаяьномутле опережения зажигания выделение бензпирена составило 7,6 мкг на 1 л топлива, при раннем зажигании 10,8 мкг, при позднем 29,2 мкг.

Природа топлива и присадок тоже влияет на концентрацию бензпирена в отработавших газах бензиновых и дизельных двигателей. Показано, что наибольшее количество этого углеводорода содержится в бензине жесткого каталитическою риформиш а. Добавка ЦТМ снижает содержание бензпирена в бензине. Выброс канцерогенных веществ значительно уменьшается и при добавлении в топливо барпйеодержащих присадок. Установлено также

наличие большого количества бензпирена в саже выхлопных газов ГТД и поршневых авиационных двигателей.

В научно-технические журналы разных стран идет непрерывный поток информации о токсичности офаботавших газов. Разрабатываются стандарты для оценки токсичности отработавших газов различных двигателей и специальные ездовые циклы.

Официальными ездовыми циклами, по которым оценивают токсичность отработавших газов за рубежом, являются калифорнийский (США), японский и европейский. Эти циклы различаются по продолжительности работы двигателя и по режимным параметрам. Токсичность оценивают по объемному (% об., млн"1) или массовому (% масс.) содержанию токсичных компонентов за время испытания, а также по количеству токсичных веществ, выделяющихся на единицу пути (г/км, г/миля). Объемная концентрация и количество на единицу пути связаны следующими соотношениями: для NOx 1 г/км = 432 млн"1, для СпНт 1 г/км =131 млн"1, для СО 1 г/км=0,07% (об.).

В Советском Союзе проблеме снижения токсичных выбросов в атмосферу уделялось самое серьезное внимание. В России вопросами охраны окружающей среды занимается ряд учёных ведущих ВУЗов и КИИ страны.

Улучшение эффективных, Юнливно-ЭкОнОмичсСких и отологических показателей современных двигателей внутреннего сгорания связано х, дальнейшим совершенствованием и развитием номенклатуры присадок и добавок в топливо, с их правильным и рациональным применением.

Подобные работы
Сапожников Сергей Валерьевич
Улучшение основных показателей работы двигателя с искровым зажиганием путем применения альтернативного топлива и обоснования оптимальных температурных режимов
Ратнов Александр Евгеньевич
Улучшение эксплуатационных показателей транспортных двигателей путем совершенствования свойств охлаждающих жидкостей
Бурков Владимир Иванович
Улучшение экологических показателей двигателя с принудительным зажиганием путем совершенствования системы каталитической нейтрализации отработавших газов
Шолин Евгений Олегович
Улучшение топливных и экологических показателей двигателя с искровым зажиганием путем перевода на альтернативное топливо
Дульгер Марк Вадимович
Улучшение экономических и токсических показателей роторно-поршневых двигателей ВАЗ путем оптимизации их конструктивных параметров
Кузнецов Игорь Валентинович
Смесеобразование в двигателе внутреннего сгорания с продуваемой форкамерой и улучшение его топливной экономичности и экологических показателей путем расслоения заряда в цилиндре
Лежнев Лев Юрьевич
Улучшение топливно-экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания в составе комбинированных энергетических установок автотранспортных средств
Долгов Кирилл Олегович
Улучшение уравновешенности, массогабаритных показателей и характеристик колебаний поршневого двигателя на основе совершенствования его компоновочной схемы
Зетрин Владимир Николаевич
Повышение мощностных показателей поршневого двигателя путем снижения механических потерь
Инамбао Фредди Лисванисо
Воздействие на показатели роторно-поршневого двигателя путем изменения давления заряда на впуске и выпуске

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net