Повышение топливной экономичности и снижение токсичности бензиновых двигателей добавкой водорода к бензину

• Автор: Талда, Геннадий Борисович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 216 c. : ил

РЕФЕРАТ
Диссертация содержит 214 стр., 58 рис., 8 табл., 140 библ.
АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЕЕН30В0Д0Р0ДОЕ ТШЛИВНЫЕ КОМПОЗИЦИИ, СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ, СИСТЕМА ПИТАНИЯ, ТШЖВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ, ТОКСИЧНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.
Проведены исследования автомобильного двигателя с искровым зажиганием при работе на бензоводородных топливных композициях.
Выполнено исследование влияния величины добавки водорода к бензину на параметры рабочего процесса и тепловыделение. Показана возможность увеличения нижнего концентрационного предела распространения пламени в бензовоздушных смесях за счет добавки водорода и определены пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей в зависимости от величины добавки водорода к бензину. Установлено, что бензоводородные топливные композиции имеют более высокую детонационную стойкость, чем бензин.
На основе экспериментальных исследований разработана методика расчета действительного цикла ДВС, работающих на бензоводородных топливных композициях.
Разработан оригинальный способ работы двигателя с искровым зажиганием при питании его бензоводородными топливными композициями и принципиальные схемы системы питания для его реализации.
Применение разработанного способа работы двигателя в экспериментальном образце бензоводородного автомобиля позволило в сравнении с серийным автомобилем, работающем на бензине, повысить эксплуатационную топливную экономичность на 18,6% при одновременном снижении выбросов окиси углерода в 8,8 раза, углеводородов в 2,15 раза и окислов азота в 7 раз. Экономия бензина при этом составила 38%.

1. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Методы снижения токсичности отработавших газов и повышения экономичности двигателей с искровым зажиганием
1.1.1. Совершенствование карбюраторов и систем зажигания
1.1.2. Рециркуляция отработавших газов
1.1.3. Применение водно-топливных эмульсий и добавок воды
1.1.4. Нейтрализация отработавших газов
1.1.5. Отключение части цилиндров и циклов
1.1.6. Послойное смесеобразование
1.1.7. Применение альтернативных топлив
1.2. Свойства водорода как моторного топлива
1.3. Двигатели на водородовоздушных смесях
1.4. Двигатели на бензоводородных смесях
1.5. Цель и задачи исследования
2. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ДВС НА СМЕСИ БЕНЗИНА С ВОДОРОДОМ
2.1. Основные допущения расчетной модели
2.2. Основные соотношения расчетной модели теоретического цикла
2.3. Методика расчета равновесного состава продуктов сгорания
2.4. Методика расчета процесса сжатия
2.5. Методика расчета процесса сгорания
2.6. Методика расчета процесса расширения

2.7. Теоретические пределы обеднения бензоводородовоздуш-ных смесей
2.8. Анализ состава продуктов сгорания
2.9. Анализ характеристик теоретического цикла
ВЫВОДЫ
3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА БЕН30В0Д0Р0ДОХ
ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ
3.1. Экспериментальная установка и методика исследования
3.1.1. Схема и основные элементы экспериментальной установки
3.1.2. Система зажигания индицируемого цилиндра
3.1.3. Индицирование двигателя
3.1.4. Отбор проб и анализ отработавших газов
3.2. Влияние добавки водорода к бензину на параметры рабочего процесса и тепловыделение
3.2.1. Влияние добавки водорода на энергоемкость свежего заряда
3.2.2. Влияние добавки водорода на процесс сгорания
и идентичность последовательных циклов
3.2.3. Влияние добавки водорода на среднее индикаторное давление и КПД
3.3. Детонационная стойкость бензоводородных топливных композиций
3.4. Пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей
3.5. Выбор способа регулирования мощности бензоводородного двигателя
3.5.1. Количественное регулирование мощности
3.5.2. Качественное регулирование мощности
3.5.3. Смешанное регулирование мощности

2.4. Методика расчета процесса сжатия
Для расчета адиабатического процесса сжатия используются три основных уравнения (2.3), (2.4) и (2.7) принятой математической модели.
Задавшись значениями начального давления Р0 и начальной температуры и определив состав топливовоздушной смеси, по уравнению (2.7) вычисляем величину удельного объема топливовоздушной смеси У'о . По уравнению (2.4) можно определить начальное значе-ние удельной внутренней энергии и 0 . Численное интегрирование уравнения (2.3) совместно с решением уравнений (2.4) и (2.7) на каждом шаге процесса сжатия от 'У'о до позволяет получить как параметры конца сжатия 11с , Рс, , так и работу сжатия:

Состав топливовоздушной смеси определяется на основании следующих исходных данных:
4. - коэффициент избытка воздуха;
У - массовая доля газообразного водорода в бензоводород-ной смеси.
Доля углерода в бензоводородной топливной композиции
где 0,855 - доля углерода в бензине / 47 - 49/.
Доля водорода в бензоводородной топливной композиции
где 0,145 - доля водорода в бензине / 47-49 /.
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания I кг бензоводородной топливной композиции определяется по известной формуле из теории ДВС / 47 - 49, 69
Ст = 0,855 О-*),
(2.28)
Нт = 0,145 + 0,855 У,
(2.29)