НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Захарченко Олексій Миколайович
УДК 629.113
Покращення паливної економічності та екологічних показників автомобілів раціональним використанням бензинів з добавками біоетанолу
Спеціальність 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2008
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У зв’язку із зменшенням природних запасів нафти та суттєвим зростанням вартості традиційних моторних палив надзвичайно актуальним є розширення використання біопалив, які отримують з відновлюваної рослинної сировини, зокрема біоетанолу, що зменшує залежність України від нафти як джерела енергії. Проведеним аналізом підтверджено перспективність використання добавок біоетанолу до бензину для живлення автомобільних двигунів, що знаходяться в експлуатації. Разом з тим, використання бензинів з добавками біоетанолу потребує проведення додаткових, більш детальних досліджень щодо оптимізації параметрів двигунів автомобілів, зокрема визначення оптимальних значень встановлювального кута випередження запалювання (ВКВЗ).
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно плану наукових робіт Національного транспортного університету (НТУ) на 2006 та 2007 роки за темою "Покращення показників дорожніх транспортних засобів удосконаленням двигунів та їх систем", державна реєстрація №0107U002832, згідно плану науково-дослідної роботи держбюджетної теми №48 "Покращення експлуатаційних показників автотракторних двигунів оптимізацією показників систем живлення та регулювання" на 2006–2008 роки, державна реєстрація №0106U000694.
Мета та задачі дослідження. Метою роботи є покращення паливної економічності та екологічних показників автомобілів раціональним використанням бензинів з добавками біоетанолу, що передбачає оптимізацію ВКВЗ.
Для досягнення мети вирішуються такі задачі:
— Розробка методики проведення досліджень щодо раціонального використання бензинів з добавками біоетанолу шляхом покращення робочого процесу оптимізацією регулювальних параметрів системи запалювання.
— Уточнення математичної моделі руху автомобіля за Європейським міським їздовим циклом, розробка програми для визначення оптимальних значень ВКВЗ та дослідження його впливу на паливну економічність та екологічні показники автомобіля при живленні двигуна бензинами з добавками біоетанолу.
— Проведення експериментальних стендових досліджень бензинового двигуна для дослідження впливу ВКВЗ на паливну економічність та екологічні показники при живленні бензинами з добавками біоетанолу.
— Складання та перевірка адекватності математичних моделей двигуна, що описують його як джерело енергії, споживача палива, повітря та забруднювача навколишнього середовища.
— Перевірка адекватності математичної моделі руху автомобіля за режимами Європейського міського їздового циклу.
— Проведення розрахункових досліджень із застосуванням математичної моделі руху автомобіля за режимами Європейського міського їздового циклу для визначення оптимальних значень ВКВЗ та його впливу на паливну економічність та екологічні показники при живленні бензинами з добавками біоетанолу.
— Проведення дорожніх випробувань автомобіля для визначення впливу ВКВЗ на паливну економічність автомобіля при живленні двигуна бензинами з добавками біоетанолу.
— Розробка рекомендацій щодо раціонального використання бензинів з добавками біоетанолу при живленні двигунів автомобілів в умовах експлуатації.
Об'єкт дослідження – вплив добавок біоетанолу до бензину на паливну економічність та екологічні показники автомобільних двигунів в умовах експлуатації.
Предмет дослідження – визначення доцільних величин ВКВЗ при використанні бензинів з добавками біоетанолу для покращення паливної економічності та екологічних показників автомобільних двигунів.
Методи дослідження. Для визначення оптимальних значень ВКВЗ та його впливу на паливну економічність та екологічні показники автомобіля при живленні бензинами з добавками біоетанолу використано розрахунково-експериментальний метод.
Експериментальним методом визначено вплив ВКВЗ на енергетичні, екологічні показники та паливну економічність двигуна МеМЗ–245 при живленні бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу в режимі, найбільш характерному для умов експлуатації; отримано поліноміальні залежності двигуна МеМЗ–245 як споживача палива, повітря, джерела енергії та викидів забруднюючих речовин(ЗР); досліджено робочий процес в циліндрі двигуна МеМЗ–245 при живленні бензином А–95 та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу; отримано паливні характеристики автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при живленні його двигуна бензином А–95 та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу та поведені дорожні випробування в реальних умовах експлуатації; розроблено рекомендації щодо раціонального використання бензинів з добавками біоетанолу застосуванням електронного приладу для встановлення оптимальних значень ВКВЗ в умовах експлуатації.
Розрахунковим методом із застосуванням уточненої математичної моделі визначено оптимальні значення ВКВЗ та його вплив на паливну економічність та екологічні показники автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" під час його руху за режимами Європейського їздового циклу при живленні його двигуна бензином А–95 та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено, що при використанні бензинів з добавками біоетанолу для покращення паливної економічності та екологічних показників автомобільних двигунів в умовах експлуатації необхідно змінювати регулювальні параметри, зокрема ВКВЗ.
Розроблено методику визначення оптимальних значень ВКВЗ при використанні бензинів з добавками біоетанолу із застосуванням уточненої математичної моделі руху автомобіля за режимами Європейського міського їздового циклу.
Вперше встановлено, що раціональною зміною ВКВЗ можна покращити паливну економічність та екологічні показники автомобілів в умовах експлуатації при використанні бензинів з добавками біоетанолу.
Практичне значення одержаних результатів. Визначено числові значення оптимальних ВКВЗ при живленні двигуна МеМЗ–245 бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
Отримано числові значення коефіцієнтів поліноміальних залежностей двигуна МеМЗ–245, що описують його як джерело енергії, споживача палива, повітря та забруднювача навколишнього середовища при живленні штатним бензином та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
На основі уточненої математичної моделі в середовищі MathCAD розроблено програму для проведення розрахункових досліджень щодо визначення оптимальних значень ВКВЗ та його впливу на паливну економічність та екологічні показники автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при живленні штатним бензином та бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу при русі за режимами Європейського міського їздового циклу.
Визначено витрати палива та викиди ЗР автомобілем ЗАЗ–1102 "Таврія" з двигуном МеМЗ–245 при його русі за режимами Європейського міського їздового циклу згідно з ГОСТ 20306–90 при використанні бензинів з добавками біоетанолу.
Отримано паливні характеристики автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при живленні його двигуна бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
Визначено витрати палива автомобілем ЗАЗ–1102 "Таврія" в реальних умовах експлуатації в місті при живленні його двигуна бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу.
Розроблено рекомендації щодо раціонального використання бензинів з добавками біоетанолу застосуванням електронного приладу для встановлення оптимальних значень ВКВЗ в умовах експлуатації.
Результати роботи прийняті до використання в Державному підприємстві "Український науково-дослідний інститут нафтопереробної промисловості "МАСМА" Міністерства палива та енергетики України (м. Київ) та в ТОВ "Науково-виробничий комерційний центр "ОДІС–W" (м. Одеса).
Особистий внесок здобувача. Здобувачем уточнено математичну модель руху автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при русі за режимами Європейського міського їздового циклу щодо визначення оптимальних значень ВКВЗ при живленні двигуна МеМЗ–245 бензинами з добавками біоетанолу; на основі уточненої математичної моделі розроблено програму в середовищі MathCAD для дослідження впливу ВКВЗ на паливну економічність та екологічні показники легкового автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія при живленні двигуна бензинами з 10 та 20% добавками біоетанолу; проведено розрахункові дослідження із застосуванням математичної моделі щодо визначення оптимальних значень ВКВЗ та його впливу на паливну економічність та екологічні показники автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія" при використанні бензинів з 10 та 20% добавками біоетанолу; з участю здобувача проведено експериментальні стендові дослідження бензинового двигуна МеМЗ–245 і дорожні випробування легкового автомобіля ЗАЗ–1102 "Таврія".
Апробація результатів дисертації. Результати роботи були представлені та схвалені на 61–63-й наукових конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ в 2005–2007 рр. (м. Київ); на Всеукраїнській науково-технічної конференції "Транспорт. Дорожні та будівельні машини" в Кременчуцькому державному політехнічному університеті в 2005 р. (м. Кременчук); на Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми конструювання та експлуатації сільськогосподарської техніки" в Дніпропетровському державному аграрному університеті в 2005 р (м. Дніпропетровськ); на IV Українсько-Польській науково-технічній конференції молодих науковців "Механіка та інформатика" в Хмельницькому національному університеті в 2006 р. (м. Хмельницький); на Міжнародних конференціях "Покращення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів і машин" в Національному транспортному університеті в 2006–2007 рр. (м. Київ); на XVIІ– XVIІІ Міжнародних конференціях ”Metodyobliczenioweibadawczewrozwojupojazdуwsamochodowychimaszynroboczychsamojezdnych. Zarz№dzanie i marketing w motoryzacji” в Жешувській політехніці в 2006–2007 рр. (м. Жешув (Польща); на Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми та перспективи розвитку механізації агропромислового виробництва" в Полтавській державній аграрній академії в 2006 р. (м. Полтава); на Всеукраїнській науково-технічній конференції "Альтернативні екологічно чисті та відновлювальні джерела енергії" в Вінницькому національному технічному університеті в 2007 р. (м. Вінниця); на Х Міжнародній науково-технічній конференції "Автомобільний транспорт: проблеми та перспективи" в 2007 г. (м. Севастополь).