Авторизация
Авторизируйтесь
X
  • Логин*
  • Пароль *
или зарегистрируйтесь
Регистрация
X
  • Логин
    (3-15 символов)*
  • Пароль
    (6-15 символов)
    *
  • Подтвердите пароль *
Сообщение администратору
X
 
>>

Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливно-воздушную смесь

Смоленский Виктор Владимирович

Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливно-воздушную смесь

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тольятти - 2007

Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 11.07 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели.
Актуальность работы.
Развитие автомобилестроения происходит при постоянном росте цен на энергоресурсы и ужесточении норм токсичности отработавших газов (ОГ) в автомобильном транспорте, что ведет к поиску направлений снижения токсичности и улучшения экономичности проектируемых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [7, 19]. Для снижения токсичности широкое распространение приобрели системы каталитической нейтрализации ОГ, которые являются достаточно дорогостоящими и снижают эффективность работы двигателя [6]. Также получили развитие гибридные силовые установки, к недостатку которых следует отнести их очень высокую стоимость [22, 26, 28]. Наиболее перспективным направлением по снижению токсичности и повышению экономичности является осуществление устойчивой работы двигателя на бедных смесях и применение альтернативных видов топлива, такие как синтез- газ и водород [5, 14, 25, 31, 71, 72, 100, 111]. Полный переход на водородное топливо позволил бы решить многие проблемы с токсичностью отработавших газов, так как в результате сгорания водорода образуется вода и оксиды азота (N0) [100, 126]. Но сложности в получении водорода делает его достаточно до-рогостоящим, по сравнения с углеводородными топливами. При этом вопрос безопасности и компактности хранения больших объемов водорода на автомобиле до сих пор полностью не решен [48, 126]. Обеднение ТВС может достигаться расслоением заряда, что значительно усложняет конструкцию двигателя, или за счет применения активирующей добавки в топливо. Наиболее эффективно себя показала добавка водорода [8,10].
Вопросу использования добавки водорода в топливо посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Показано, что при малых добавках водорода (до 5-6% от массы топлива) отмечаются такие особенности сгорания как:
заметное расширение пределов воспламенения и горения топливновоздушной смеси (ТВС);
значительное снижение токсичности ОГ по оксиду углерода (СО) и несгоревшим углеводородам (СН);
увеличивается полнота сгорания и термодинамическая эффективность цикла;
уменьшается зависимость характеристик двигателя от угла опережения зажигания (УОЗ) [1, 23, 28,31, 94, 100].
Особенно ярко эти особенности проявляются при обеднении смеси. Отличительной особенностью водорода является, значительное улучшение всех перечисленных параметров, какое не наблюдается при использовании других добавок.
С ростом цен на углеводородные ресурсы применение малых добавок водорода в ТВС становится актуальным и возможным. Тем более что применение малых добавок водорода в бензовоздушную смесь можно уже осуществлять в настоящее время. Так создание и установка небольших компактных баллонов с водородом и электролизера для его получения на борту автомобиля не требует больших материальных затрат и уже существуют действующие экземпляры [4, 48, 126]. Но для постановки на производство необходимо, что бы двигатель был разработан с учетом особенностей сгорания при добавке водорода в ТВС. Начальный этап разработки - тепловой расчет рабочего процесса, позволяющий определить пути улучшения рабочих характеристик уже разработанных и проектируемых двигателей. Расчет должен быть доступным для инженера и учитывать особенности процесса сгорания при добавке водорода в ТВС. В тепловом расчете основными проблемами являются определение продолжительности всего процесса сгорания и скорости распространения пламени во второй и третьей фазе, а также характеристики тепловыделения. Необходимо отметить, что точность расчета по любой из методик определяется в первую очередь, именно, характеристикой тепловыделения. В практике, как в России, так и в зарубежных исследовательских и конструкторских центрах, принята полуэмпирическая характеристика полученная И.И. Вибе. Основными её недостатками являются сложность определения в процессе конструкторской разработки показателя характера сгорания m и продолжительности процесса сгорания, а также отсутствие данных по влиянию на них малых добавок водорода.
Анализ литературы показывает, что применение водорода в качестве добавки в ТВС является перспективным альтернативным топливом для ДВС, а особенности процесса сгорания таких смесей изучены не полностью. Причем его влияние на скорость распространения пламени и характеристику тепловыделения практически не изучено. В связи с этим определение особенностей сгорания бензовоздушных смесей при малых добавках водорода, и на основе этого закономерностей, связывающих средние скорости распространения пламени и характеристику тепловыделения с изменением режимных параметров работы двигателя, для проведения расчета сгорания на стадиях проектирования и доводки двигателя является актуальным.
Целью работы является улучшение характеристик процесса сгорания в бензиновых двигателях за счет изменения свойств топливно-воздушной смеси при добавке водорода.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. определение особенностей влияния добавок водорода в ТВС на продолжи-тельность сгорания и среднюю скорость распространения пламени в первой, второй и третьей фазе сгорания;
2. получение эмпирических зависимостей для расчета скорости распространения пламени в основной, второй и третьей фазах сгорания при изменении свойств ТВС и режимных параметров работы двигателя;
3. вывод зависимости для прогнозирования показателя характера сгорания характеристики тепловыделения при изменении свойств ТВС и режимных параметров работы двигателя.

Содержание

Перечень условных сокращений 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1 Методы расчета рабочего процесса поршневого бензинового ДВС
1.2 Современные представления о распространении пламени и сгорании в двигателях с искровым зажиганием 15
1.3 Сгорание в бензиновых двигателях 27
1.4 Методы моделирования процесса сгорания 32
1.5 Особенности сгорания топливно-воздушной смеси при добавке водорода 34
1.6 Анализ методов снижения токсичности поршневых ДВС 37
1.7 Анализ методов изучения процесса сгорания в цилиндре поршневого ДВС 41
1.8 Постановка задач исследования 44
ГЛАВА 2 Экспериментальная установка. Планирование и методика проведения экспериментов 45
2.1 Экспериментальная установка 45
2.2 Датчики использованные в эксперименте 50
2.3 Варьируемые факторы и диапазон их изменений 52
2.4 Методика проведения эксперимента 55
2.5 Погрешности измерений, производимых при проведении эксперимента 37
2.6 Выводы по второй главе 69
ГЛАВА 3 Результаты экспериментов и их анализ. 70
3.1 Измерение продолжительности процесса сгорания 70
3.2 Скорость распространения пламени по фазам сгорания 87
3.3 Объем над поршнем при завершении основной фазы сгорания 96
3.4 Амплитуда импульса тока на датчике ионизации в КС, как характеристика процесса сгорания 98
3.5 Основные результаты измерений в экспериментальной установке 100
ГЛАВА 4 Обобщения, теоретический анализ и возможность практического применения результатов экспериментального исследования 101
4.1 Обобщение выявленных особенностей процесса сгорания при до
бавке водорода в ТВС и оценка влияния режимных параметров работы на процесс сгорания ТВС Ю1
4.2 Математические зависимости основных характеристик процесса
сгорания 112
4.3 Расчетная индикаторная диаграмма давления и характеристика
тепловыделения при добавках водорода в ТВС 125
4.4 Основные выводы по анализу и обобщению экспериментальных
данных 135
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 136
Список используемой литературы 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Кинетика химии горения углеводородных топлив 151 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Погрешности определения коэффициента избытка воздуха и массовой доли водорода в ТВС 164
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Определение случайной ошибки измерения ионного тока 169
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результаты экспериментального исследования продолжительности фаз сгорания одноцилиндровой исследовательской установки УИТ - 85 122

Диссертация | 2007 | Россия | docx/pdf | 11.07 Мб

Для доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Внимание! Все источники запакованы в zip архивы! Для распаковки на android-устройствах Вы можете воспользоваться одним из сторонних приложений, например Total Commander



Особенности процесса сгорания в бензиновых двигателях при добавке водорода в топливно-воздушную смесь

релевантные научные источники:

Другие источники по дисциплине Тепловые двигатели:

  1. Совершенствование рабочего процесса газодизеля
    Новичков Михаил Юрьевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург - 2004 | Диссертация | 2004 | Россия | docx/pdf | 4.9 Мб
- Авиационная и ракетно-космическая техника - Автоматизация и управление - Безопасность деятельности человека - Библиотековедение, библиографоведение и книговедение - Биотехнология пищевых продуктов - Гидравлика и инженерная гидрология - Документалистика, документоведение, архивоведение - Инженерная геометрия и компьютерная графика - Информатика, вычислительная техника и управление - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ - Материаловедение - Машиностроение и машиноведение - Методы и системы защиты информации, информационная безопасность - Метрология, информационно-измерительные приборы - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы - Приборы и методы контроля природной среды - Проектная деятельность - Процессы и аппараты пищевых производств - Процессы и машины агроинженерных систем - Процессы и машины обработки материалов резанием - Радиотехника и связь - Системный анализ, управление и обработка информации - Системы, сети и устройства телекоммуникаций - Стандартизация и управление качеством продукции - Тепловые двигатели - Технологии и машины обработки давлением - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств - Технология неорганических веществ - Технология продовольственных продуктов - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов - Транспортное, горное и строительное машиностроение - Управление в социальных и экономических системах (технические науки) - Электротехника -