Реферат: Покращення паливної економічності та екологічних показників автомобілів раціональним використанням
Програма дорожніх випробувань автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" включала:
1) визначення паливних характеристик автомобіля згідно з ГОСТ 20306–90 при живленні двигуна бензином А–95 з штатним ВКВЗ 5 град. п.к.в.; бензином з 10% добавкою біоетанолу з штатним та оптимальним ВКВЗ; бензином з 20% добавкою біоетанолу з штатним та оптимальним ВКВЗ;
2) визначення витрати палива в реальних умовах руху автомобіля міським маршрутом при живленні бензином А–95 з штатним ВКВЗ; бензином з 10% добавкою біоетанолу з штатним та оптимальним ВКВЗ; бензином з 20% добавкою біоетанолу з штатним та оптимальним ВКВЗ.
Стендові випробування двигуна МеМЗ–245 проведено на гальмівному стенді SAK–670. Під час випробувань визначено: ефективний крутний момент, частоту обертання колінчатого вала, витрати палива та повітря, кут випередження запалювання, розрідження у впускному трубопроводі, положення дросельних заслінок, концентрації ЗР, також проведено індицирування робочого процесу в циліндрі двигуна.
Для визначення паливної характеристики усталеного руху автомобіля ЗАЗ‑1102 "Таврія" було обрано ділянку дороги довжиною 1 км по вул. Столичне шосе м. Києва з новим асфальтобетонним покриттям та чотирма смугами руху в одному напрямку. Дорожні випробування автомобіля в реальних умовах експлуатації проведено за маршрутом вул. Січневого повстання – вул. Цитадельна – вул. Московська – вул. Суворова, довжина якого становить 2,6 км.
У п'ятому розділі наведено результати експериментальних досліджень впливу ВКВЗ на паливну економічність та екологічні показники двигуна МеМЗ–245 і паливну економічність автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при живленні бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
На рис. 2 показано регулювальні характеристики за кутом випередження запалювання двигуна МеМЗ–245, з яких видно, що оптимальний кут випередження запалювання для даного режиму роботи при живленні бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу збільшився відносно штатного значення на 5 та 9 град. п.к.в. відповідно.
На концентрації оксиду (CO ) та діоксиду вуглецю (CO 2 ) у ВГ двигуна кут випередження запалювання практично не впливає. Концентрації оксидів азоту (NO x ) та вуглеводнів (C m H n ) (за гексаном) із збільшенням ВКВЗ зростають, але вони за оптимальних ВКВЗ для бензинів з 10 та 20% добавками біоетанолу не перевищують значень при живленні бензином А–95.
Для визначення впливу ВКВЗ на показники двигуна МеМЗ–245 було отримано порівняльні навантажувальні характеристики за частоти обертання колінчатого вала n д = 3000 хв-1 , при живленні двигуна бензином А–95 та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу з штатним ВКВЗ (5 град. п.к.в.) та оптимальними ВКВЗ – 10 та 14 град. п.к.в. відповідно.
Аналіз характеристик показав, що оптимізація кута випередження запалювання в навантажувальних режимах при живленні двигуна бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу зміною ВКВЗ в сторону збільшення при одночасному збідненні складу горючої суміші, зумовленого використанням добавок біоетанолу, забезпечує збільшення ефективного к.к.д., відповідно, до 2,0 та 8,4% порівняно з штатним бензином. При цьому питома витрата палива g e практично залишається однаковою як за роботи двигуна на штатному бензині так і на бензинах з добавками біоетанолу, різниця при цьому не перевищує можливої похибки вимірювань.
Енергетичні показники двигуна за його роботи на бензинах з добавками біоетанолу практично такі ж, як і при роботі на штатному бензині.
Коефіцієнти поліноміальних залежностей двигуна МеМЗ–245, що описують його як джерело енергії, споживача палива, повітря та забруднювача навколишнього середовища отримано із застосуванням методів планування факторного експерименту. Адекватність поліноміальних залежностей перевірено за F–критерієм (критерієм Фішера) для рівня значущості 0,05.
Метою індицирування робочого процесу в циліндрі двигуна є визначення впливу ВКВЗ на жорсткість роботи двигуна (dp /d ц ), величину максимального тиску в циліндрі двигуна (p z ), які підвищують навантаження на деталі кривошипно-шатунного механізму та утворення детонаційного згоряння робочої суміші при живленні двигуна бензинами з добавками біоетанолу.
Дослідження проводились в середніх і повних режимах навантаження при частоті обертання колінчатого вала n д = 3000 хв-1 . Для отримання надійних статистичних даних при обробці індикаторних діаграм використовували дані 40 послідовних циклів.
На рис. 3 показано індикаторні діаграми двигуна МеМЗ–245 при живленні штатним бензином і бензинами з 10 і 20% добавками біоетанолу (n д = 3000 хв-1 , Др к = 35 кПа з штатним и вст = 5 град. п.к.в. та оптимальними – 10 та 14 град. п.к.в.).
При використанні бензинів з 10 та 20% добавками біоетанолу при встановленні штатного ВКВЗ максимальний тиск в циліндрі двигуна відносно роботи при живленні штатним бензином зменшується пропорційно зменшенню теплоти згоряння суміші. За живленні двигуна штатним бензином та бензинами з 10 і 20% добавками біоетанолу на середніх швидкісних і навантажувальних режимах з оптимальними ВКВЗ індикаторні діаграми мають типовий вид.
На рис. 4а показано індикаторні діаграми двигуна МеМЗ–245 на штатному бензині і бензинах з 10 і 20% добавками біоетанолу при повному навантаженні (ц др = 100%, n д = 3000 хв-1 ).
Аналіз індикаторних діаграм показав, що при 20% добавці біоетанолу має місце зростання жорсткості згоряння відносно штатного бензину. Крім того, точка максимуму тиску в циліндрі двигуна зміщена ближче до ВМТ. Щоб позбутися цього, доцільно збільшувати ВКВЗ не на 9, а на 7 град. п.к.в. (и вст = 12 град. п.к.в.). На рис. 4б показано суміщені індикаторні діаграми двигуна при живленні штатним бензином з штатним ВКВЗ і бензином з 20% добавкою біоетанолу із скоригованим ВКВЗ и вст = 12 град. п.к.в.
З рис. 4б видно, що встановлення и вст = 12 град. п.к.в. знижує жорсткість згоряння dp/ d ц до значень таких якпри живленні двигуна штатним бензином.
Для зміни ВКВЗ при використанні бензинів з добавками біоетанолу в умовах експлуатації в даній роботі запропоновано використання електронного оптимізатора моменту іскроутворення ОМИ–012. Для перевірки можливості застосування оптимізатора ОМИ–012 з метою підтримання оптимальних ВКВЗ при використанні штатного бензину і бензинів з добавками біоетанолу проведено випробування двигуна МеМЗ–245, за результатами яких зроблено висновок щодо рекомендацій використання електронних пристроїв для зміни ВКВЗ на оптимальні значення при живленні автомобільних двигунів бензинами з добавками біоетанолу в умовах експлуатації.
Для підтвердження розрахункових досліджень проведенодорожнівипробування автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" –отриманняпаливних характеристик та випробування в реальних умовах експлуатації. На рис. 5 показано паливні характеристики автомобіля ЗАЗ–1102 “Таврія”.
Рис. 5. Паливні характеристики усталеного руху автомобіля ЗАЗ–1102 “Таврія”
Аналіз паливних характеристик (рис. 5) показав, що при живленні автомобіля ЗАЗ–1102 “Таврія” бензином з 10% добавкою біоетанолу при штатному ВКВЗ перевитрата палива по відношенню до штатного бензину склала 2…9,3% залежно від швидкісного режиму. При використанні бензину з 20% добавкою біоетанолу при штатному ВКВЗ перевитрата склала 4…10,5%, викликана зменшенням теплоти згоряння бензину додаванням біоетанолу та погіршенням процесу згоряння горючої суміші.
Оптимізація ВКВЗ збільшенням значень на 5 та 9 град. п.к.в. відносно штатного значення за умови живлення двигуна бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу, відповідно, покращує паливну економічність з наближенням значень витрати бензинів з добавками біоетанолу до витрати штатного бензину, відмінність не перебільшує точності вимірювань.
Шостий розділ присвячений розрахунковим дослідженням з використанням уточненої математичної моделі руху автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" за режимами Європейського міського їздового циклу. Для проведення таких досліджень було розроблено програму розрахунку в середовищі MathCAD.
Перевірку адекватності математичної моделі руху автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" за режимами Європейського міського їздового циклу виконано порівнянням значень витрати палива, отриманої в результаті розрахунку із застосуванням математичної моделі, з експериментальними та розрахунковими даними, отриманими в НАМИ. Розбіжність не перевищує 1,6%.
Розрахунки із застосуванням математичної моделі щодо визначення оптимальних значень ВКВЗ та його впливу на паливну економічність та екологічні показники виконано при живленні двигуна бензином А–95 та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу. При розрахунку маса вантажу складала 100 кг, а коефіцієнт опору коченню коліс f 0 = 0,014. На рис. 6 показано вплив ВКВЗ на витрату палива за результатами розрахунку.
З рис. 6 видно, що мінімальна витрата бензину А–95 відповідає ВКВЗ близько 5 град. п.к.в., що рекомендовано заводом-виробником. Мінімальна витрата бензину з 10% добавкою біоетанолу має місце при ВКВЗ близько 10 град. п.к.в., з 20% – близько 14 град. п.к.в., що було підтверджено результатами стендових випробувань двигуна МеМЗ–245.