Підвищення паливної економічності багатоциліндрових двигунів з впорскуванням бензину в режимах малих навантажень і холостого ходу - Автореферат

Одним з методів, який зменшує негативний вплив дроселювання на показники бензинових двигунів, є комбінований метод - відключення групи циліндрів і дроселювання працюючої групи циліндрів. Цей метод можна використовувати в сучасних двигунах з системами впорскування бензину із зворотним звязком, в яких склад суміші підтримується близьким до стехіометричного в усьому діапазоні навантажень. Теоретичне дослідження паливної економічності бензинового двигуна, склад паливоповітряної суміші в якому в усьому інтервалі навантажень, за винятком повних, підтримується близьким до стехіометричного, при регулюванні його потужності комбінованим методом - відключенням групи циліндрів і дроселюванням працюючих циліндрів. Теоретичним методом досліджували вплив навантаження на показники роботи двигуна з системою впорскування бензину із зворотним звязком, зокрема на величину індикаторного к.к.д., визначали умови доцільного переходу від регулювання потужності двигуна дроселюванням до регулювання комбінованим методом. Результати теоретичного дослідження паливної економічності бензинового двигуна з системою впорскування із зворотним звязком, потужність якого регулюється комбінованим методом, в яких показано, що при застосуванні цього методу паливна економічність такого двигуна поліпшується в порівнянні з дроселюванням всіх циліндрів в результаті підвищення індикаторного к.к.д. та зниження механічних втрат.Обґрунтовано, що цей метод регулювання потужності можна назвати комбінованим, враховуючи можливість роботи двигуна на частині циліндрів в режимах часткових навантажень і холостого ходу з дроселюванням працюючих циліндрів та на всіх циліндрах - при повних навантаженнях. Паливна економічність при різних методах регулювання потужності порівнювалась при однакових значеннях середнього ефективного тиску, які для “і”-циліндрового двигуна при дроселюванні і відключенні “к” циліндрів визначаються за залежностями: редр = рідр - рмдр (1) Умовою доцільного переходу від регулювання дроселюванням всіх циліндрів двигуна до регулювання комбінованим методом з відключенням групи циліндрів з відповідним ступенем дроселювання, який забезпечує однакові значення середнього ефективного тиску є більше значення годинної витрати бензину при дроселюванні в порівнянні з регулюванням відключенням групи циліндрів тобто Ця умова доцільного переходу через показники роботи двигуна: (5) де р/тв та р//тв-середній тиск, що затрачується на тертя в працюючих “і-к” циліндрах та “к” відключених циліндрах; р/гв та р//гв - тиск втрат на процес газообміну в працюючих “і-к” циліндрах та “к” відключених циліндрах; рqв - середній тиск теплових втрат у відключених “к” циліндрах: ртдр та ргдр - середній тиск, що затрачується на тертя, на процес газообміну при дроселюванні. По мірі дроселювання тривалість основної фази визначалась за залежністю: (7) де jz - тривалість основної фази в навантажувальному режимі перед включенням збагачення; А/F - відношення повітря до бензину в паливоповітряній суміші; Gцн і Gцдр-питомі циклові подачі бензину в цьому режимі і при дроселюванні, г/л цикл; g - коефіцієнти залишкових газів в цих режимах; ne - частота обертання колінчатого вала, хв-1. При відключенні групи циліндрів припиненням впорскування бензину робочий процес в працюючих циліндрах буде таким же, як і при дроселюванні всіх циліндрів і буде визначатись лише розрідженням у впускному трубопроводі і частотою обертання колінчастого вала двигуна.В інтервалі зміни навантажень, що відповідають значенням середнього ефективного тиску 0...0,3 МПА, індикаторний к.к.д. при дроселюванні змінюється в межах 0,269...0,326, при комбінованому методі регулювання - в межах 0,306...0,35. Розрахунками показано, що перехід від дроселювання до комбінованого методу регулювання потужності бензинового двигуна з системою впорскування бензину із зворотним звязком дозволить зменшити витрату бензину. В режимі холостого ходу розрахована економія складає 17,4%, при середньому ефективному тиску 0,3 МПА зниження складає 12,7% і лише при повному навантаженні необхідно переходити на роботу на всіх циліндрах. Експериментальні дослідження показали, що при використанні комбінованого методу регулювання потужності практично у всьому діапазоні можливих навантажень, за винятком повного навантаження, витрата бензину при роботі на трьох циліндрах нижча. Експериментальні та розрахункові дослідження показують, що масові викиди шкідливих речовин при використанні комбінованого методу регулювання потужності в двигуні без каталітичного нейтралізатора в порівнянні з традиційним дроселюванням змінюються по-різному: викиди СО, CMHN, СО2 зменшуються і лише при повному навантаженні перевищують аналогічні показники при дроселюванні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. Основними режимами роботи автомобільних двигунів є часткові навантажувальні та швидкісні режими і режими холостого ходу. Паливна економічність двигуна в цих режимах погіршується. Однією з основних причин погіршення паливної економічності бензинових двигунів в названих режимах є метод регулювання потужності двигунів - дроселюванням паливоповітряної суміші. Одним з напрямів покращення паливної економічності цих двигунів є заміна дроселювання комбінованим методом - відключенням групи циліндрів і дроселюванням лише працюючих циліндрів. Робота присвячена дослідженню паливної економічності і екологічних показників двигуна з системою впорскування бензину із зворотним звязком при реалізації цього методу.

2. В теоретичних дослідженнях отримані залежності термічного і індикаторного к.к.д. від навантаження, які враховують вплив на термічний к.к.д. характеру підведення теплоти. Використання комбінованого методу підвищує індикаторний к.к.д. В інтервалі зміни навантажень, що відповідають значенням середнього ефективного тиску 0...0,3 МПА, індикаторний к.к.д. при дроселюванні змінюється в межах 0,269...0,326, при комбінованому методі регулювання - в межах 0,306...0,35.

3. Отримані залежності складових механічних втрат при різних методах регулювання потужності. Показано, що при однакових середніх ефективних тисках механічні втрати при відключенні циліндрів за величиною менші в порівнянні з дроселюванням.

4. Розрахунками показано, що перехід від дроселювання до комбінованого методу регулювання потужності бензинового двигуна з системою впорскування бензину із зворотним звязком дозволить зменшити витрату бензину. В режимі холостого ходу розрахована економія складає 17,4%, при середньому ефективному тиску 0,3 МПА зниження складає 12,7% і лише при повному навантаженні необхідно переходити на роботу на всіх циліндрах. Середнє зниження витрати бензину складає 14,4%.

5. Експериментальні дослідження показали, що при використанні комбінованого методу регулювання потужності практично у всьому діапазоні можливих навантажень, за винятком повного навантаження, витрата бензину при роботі на трьох циліндрах нижча. В режимі холостого ходу зменшення складає близько 19%. Ці дані підтверджують правильність теоретичних розрахунків, в яких очікувана економія бензину в цьому режиму складає 17,4%. В діапазоні потужності, яку можна отримати на трьох і шести циліндрах, середня економія складає близько 13,6%. Це також близько до результатів, отриманих розрахунком, в яких ця величина складає 14,4%.

6. Експериментальні та розрахункові дослідження показують, що масові викиди шкідливих речовин при використанні комбінованого методу регулювання потужності в двигуні без каталітичного нейтралізатора в порівнянні з традиційним дроселюванням змінюються по-різному: викиди СО, CMHN, СО2 зменшуються і лише при повному навантаженні перевищують аналогічні показники при дроселюванні. Разом з тим відключення циліндрів приводить до зростання викидів NOX, за винятком режиму повного навантаження, тому сумарні масові викиди, зведені до СО в усьому діапазоні навантажень, за винятком повного, для випадку комбінованого методу регулювання потужності більші. В середньому це збільшення становить близько 15%.

7. При встановленні на двигун каталітичного нейтралізатора при використанні комбінованого методу регулювання потужності масові викиди СО, CMHN , NOX та СО2 менші порівняно з роботою на шести циліндрах при дроселюванні і лише при наближенні до повного навантаження на трьох циліндрах ці показники більші.

Сумарні масові викиди, зведені до СО, також зменшуються при регулюванні потужності двигуна комбінованим методом. В режимі холостого ходу при роботі на шести циліндрах сумарні масові викиди, зведені до СО, складають 0,19 ум. кг/год, при роботі на трьох циліндрах - 0,11 ум. кг/год, при потужності близько 7 КВТ ці показники відповідно складають 0,22 і 0,14 ум. кг/год.

8. Експериментальним та розрахунковим методами встановлена закономірність зміни положення дросельної заслінки при відключенні і включенні циліндрів, яка забезпечує практично безударний процес зміни числа працюючих циліндрів при використанні комбінованого методу регулювання потужності бензинового двигуна. Для двигуна 6Ч9,5/6,98 в усіх швидкісних режимах для отримання практично безударного переходу від роботи на трьох циліндрах до роботи на шести циліндрах і навпаки доцільно перехід здійснювати при крутному моменті близькому 50 Нм і співвідношенні кутів відкриття дросельної заслінки рівному 1,75.

9. Результати досліджень, а саме методика теоретичного дослідження показників бензинового двигуна в режимах малих навантажень та холостого ходу прийнято до використання в лабораторії палив та екології ДП Державтотрансндіпроект Міністерства транспорту та звязку України.

1. Гутаревич Ю.Ф Аналіз способів відключення циліндрів багатоциліндрового двигуна для регулювання його потужності / Ю.Ф.Гутаревич, В.Л.Дядченко, Р.Г.Павлюк // Вісник Східноукраїнського університету ім. Даля. - 2002. - №10.- С. 91-94.

2. Гутаревич Ю.Ф. Вплив методу регулювання потужності бензинового двигуна відключенням частини циліндрів на екологічні показники та паливну економічність транспортного засобу / Ю.Ф. Гутаревич, Л.П.Мержиєвська, В.Л.Дядченко // Вісник НТУ,ТАУ.- 2002. - №7.-С. 61-64.

3. Дядченко В.Л. Визначення показників бензинового двигуна з системою впорскування при відключенні групи циліндрів. 59 наукова конференція професорсько - викладацького складу і студентів Національного транспортного університету. Тези доповідей. - К: НТУ, 2003. - С.13.

4. Гутаревич Ю.Ф. До визначення показників роботи двигуна з системою впорскування при регулюванні його потужності відключенням групи циліндрів / Ю.Ф. Гутаревич, В.Л. Дядченко., О.С. Великорода //Вісник НТУ.- 2005. -№10. - С. 162-166.

5. Дядченко В.Л. Покращення паливної економічності бензинового двигуна з системою впорскування. 61 наукова конференція професорсько -викладацького складу і студентів Національного транспортного університету. Тези доповідей. - К: НТУ, 2005. - С. 17.

6. Гутаревич Ю.Ф. Визначення закономірності зміни положення дросельної заслінки при відключенні групи циліндрів бензинового двигуна / Ю.Ф. Гутаревич, В.Л.Дядченко, О.С. Андрюхіна, О.В.Сирота //Вісник НТУ. - 2007. -№14. - С. 80 -84.

7. Гутаревич Ю.Ф. Паливна економічність та екологічні показники двигуна із системою впорскування бензину при відключенні групи циліндрів / Ю.Ф.Гутаревич, В.Л.Дядченко, Л.П.Мержиєвська // Автошляховик України: Окремий випуск. Вісник Центрального наукового центру ТАУ. - 2007. - Вип. 10. - С. 57-58.

8. Гутаревич Ю.Ф. Екологічні показники бензинового двигуна з нейтралізатором при відключенні групи циліндрів / Ю.Ф.Гутаревич, В.Л.Дядченко, Л.П.Мержиєвська // Вісті Автомобільно - дорожнього інституту. Донецький національний університет. -2007. - №1(4). - С. 110-113.

9. Патент № 28208 Україна МПК(2006) F02M Система живлення багатоциліндрового двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням і впорскуванням палива з відключенням групи циліндрів / Гутаревич Ю.Ф., Корпач А.О., Сирота О.В., Дядченко В.Л.; власник Національний транспортний університет. - заявл. 17.08.07; опубл. 26.11.07.- 2007, Бюл. № 19.

10. Дядченко В.Л. Теоретичне дослідження паливної економічності бензинового двигуна при регулюванні потужності відключенням групи циліндрів. 64 науково-практична конференція науково-педагогічних працівників, аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету. Тези доповідей. - К: НТУ, 2008. - С. 28.

11. Гутаревич Ю.Ф. Вплив методу регулювання потужності на індикаторний к.к.д. бензинового двигуна / Ю.Ф.Гутаревич, А.М.Редзюк, В.Л. Дядченко // Двигатели внутреннего сгорания. Всеукраинский научно-технический журнал. - 2008. - №1. - С. 10-15. двигун економічність паливний