Покращення паливної економічності та екологічних показників автомобілів раціональним використанням (стр. 4 из 5)
На рис. 3 показано індикаторні діаграми двигуна МеМЗ–245 при живленні штатним бензином і бензинами з 10 і 20% добавками біоетанолу (nд = 3000 хв-1, Дрк = 35 кПа з штатним ивст = 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 (цдр = 100%, nд = 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. (ивст = 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 ивст = 12 град. п.к.в.
З рис. 4б видно, що встановлення ивст = 12 град. п.к.в. знижує жорсткість згоряння dp/dц 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 f0 = 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.
Рис. 6. Витрата палива автомобілем ЗАЗ–1102 залежно від ВКВЗ при русі за режимами Європейського міського їздового циклу
У табл. 1 наведено результати розрахунків впливу величини ВКВЗ на паливну економічність та екологічні показники автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при використанні бензинів з добавками біоетанолу. Екологічні показники оцінено за масовими викидами оксиду СО та діоксиду СО2 вуглецю, вуглеводнів CmHn, оксидів азоту NOx та сумарними масовими викидами, зведеними до СО.
Враховуючи, що біоетанол має приблизно в 1,7 разів меншу теплоту згоряння ніж бензин, то очікуване збільшення витрати бензину з 10 та 20% добавками біоетанолу порівняно із штатним бензином повинна становити 4,1 та 8,2% відповідно.
Таблиця 1. Вплив величини ВКВЗ на витрату палива та екологічні показники автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при русі за режимами Європейського міського їздового циклу згідно з ГОСТ 20306–90
| Паливо | А–95 | 10%біоетанолу | 10%біоетанолу | 20%біоетанолу | 20%біоетанолу | |
| ВКВЗ | 5 град. п.к.в. | 5 град. п.к.в. | 10 град. п.к.в. | 5 град. п.к.в. | 14 град. п.к.в. | |
| Витрата палива | г/цикл | 50,60 | 52,49 | 51,85 | 54,88 | 52,56 |
| л/100 км | 6,57 | 6,80 | 6,71 | 7,08 | 6,78 | |
| МДж/100 км | 219,8 | 218,8 | 216,1 | 219,1 | 209,8 | |
| Масові викиди, г/цикл | СО | 4,98 | 3,63 | 3,51 | 3,23 | 2,91 |
| СmHn | 0,504 | 0,398 | 0,415 | 0,411 | 0,466 | |
| NОx | 0,877 | 0,577 | 0,782 | 0,309 | 0,575 | |
| СО2 | 208,2 | 201,9 | 195,9 | 205,8 | 195,8 | |
| Масові викиди зведені, до СО, г/цикл | 42,64 | 28,58 | 36,96 | 17,25 | 28,02 | |
Аналіз результатів (див. табл. 1) показує, що у разі встановлення штатного ВКВЗ 5 град. п.к.в. за живлення бензином з 10% добавкою біоетанолу збільшення витрати палива відносно штатного бензину склало 3,7%, з 20% – 8,5%.
При оптимальному значенні ВКВЗ – ивст = 10 град. п.к.в. за умови живлення автомобіля бензином з 10% добавкою біоетанолу перевитрата палива порівняно з штатним бензином склала 2,5%.
При використанні бензину з 20% добавкою біоетанолу і оптимальним ВКВЗ ивст = 14 град. п.к.в. збільшення витрати палива порівняно з штатним бензином склало 3,9%.
При використанні бензинів з добавками біоетанолу оцінку паливної економічності автомобіля доцільно виконувати в тепловому еквіваленті – МДж/100 км. Результати, наведені в табл. 1, показують, що при додаванні 10 і 20% біоетанолу значення витрати палива в МДж/100 км за умови штатного ВКВЗ наближені до значень при живленні двигуна штатним бензином. Витрата бензинів з 10 та 20% добавками біоетанолу за оптимізації ВКВЗ, тобто встановлення значень 10 та 14 град. п.к.в., відповідно, на 1,7 і 4,5% менша відносно витрати штатного бензину внаслідок більш ефективного згоряння палива і збільшення ефективного к.к.д. при збідненні горючої суміші.
Масові викиди оксиду СО і діоксиду СО2 вуглецю за оптимального ВКВЗ при живленні автомобіля бензином з 10% добавкою біоетанолу зменшились, відповідно, на 3,3 і 3,0% порівняно із штатним ВКВЗ, бензином з 20% добавкою біоетанолу – на 9,9 і 4,9%, відповідно.
Відомо, що збільшення ВКВЗ до оптимальних значень при живленні двигуна автомобіля бензинами з добавками біоетанолу покращує процес згоряння паливоповітряної суміші (збільшення температури в циліндрі двигуна), що призводить до збільшення вмісту оксидів азоту NOx на 35,5% при 10% добавці біоетанолу і 86,1% – при 20%, на 4,3 і 13,4% вуглеводнів CmHn. Але масові викиди CmHn та NOx за роботи на оптимальних ВКВЗ не перевищують значень при живленні штатним бензином. При цьому сумарні масові викиди, зведені до СО, при живленні бензином з 10% добавкою біоетанолу менші порівняно з штатним бензином на 13,3% і на 34,3% – з 20% добавкою біоетанолу.
ВИСНОВКИ
1. У зв’язку із зменшенням природних запасів нафти та суттєвим зростанням вартості традиційних моторних палив, надзвичайно актуальним є розширення використання біопалив з відновлюваної рослинної сировини, зокрема біоетанолу. Проведений аналіз підтвердив перспективність використання бензинів з добавками біоетанолу для живлення автомобільних двигунів з іскровим запалюванням, що знаходяться в експлуатації. Разом з тим, біоетанол як моторне паливо має дещо інші властивості порівняно з бензином, тому при використанні бензинів з добавками біоетанолу необхідно змінити регулювальні параметри автомобільних двигунів, зокрема встановлювального кута випередження запалювання (ВКВЗ). Дослідження впливу ВКВЗ на показники роботи двигунів з іскровим запалюванням і визначення його оптимальних значень, з точки зору покращення паливної економічності та екологічних показників, складають суть дисертаційної роботи.