Процессы и машины агроинженерных систем
Технологии и средства технического обслуживания
в сельском хозяйстве
Очирова Т.П., аспирант Бурятского государственного университета
УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ ПЕРЕВОДА ЕГО НА НЕФТЯНОЙ СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ
Опыт эксплуатации автомобильного транспорта показывает, что работоспособность двигателя зависит от его технического состояния. Сложность современных автомобильных двигателей выдвигает задачу улучшения использования потенциальных возможностей двигателя путем использования альтернативных видов топлива и оптимального технического обслуживания.
При испытании двигателей на стендах, возможно, добиться минимальных выбросов токсичных компонентов. Но этого не удается добиться при работе двигателей в условиях эксплуатации. Поэтому для снижения токсичности ОГ используются нейтрализаторы, дожигатели сажи, переход двигателей на альтернативные виды топлива - водород, аммиак, сжиженные и сжатые газы.
В настоящее время наиболее дешевым и доступным методом снижения токсичности ОГ двигателей является переход работы бензиновых и дизельных двигателей на сжиженное газовое топливо - пропан, бутан, метан. В этом случае из-за особенностей протекания процессов сгорания удается снизить токсичные выбросы в 3...5 раз. Преимущество газовых топлив для двигателей - одинаковое агрегатное состояние топлива и воздуха. Узкий компонентный состав, легкость обеспечения гомогенности смеси, что не требует переобогащения смеси на режиме холостого хода. Исключает попадание в цилиндры жидкого топлива, равномерность распределения смеси по цилиндрам, более широкие пределы воспламеняемости смеси, больший индикаторный КПД при более высоком коэффициенте избытка воздуха, меньшая скорость сгорания по сравнению с бензином и дизельным топливом, меньшие температуры конца сгорания с соответствующим снижением токсичных компонентов в ОГ. При этом стоимость газового топлива в настоящее время ниже стоимости бензина и дизельного топлива примерно в 2 раза.
В процессе эксплуатации происходит закономерное изменение технического состояния двигателя и его систем. Это самопроизвольное изменение регулировочных параметров из-за износов, вибраций и других факторов.
Для достижения максимальной топливной экономичности при ограничениях на токсичность отработавших газов система уравнения может быть определена по отношению к трем величинам:
у = /(У1, У2> Уз, у 4); и = /( и1, и2, и3) (1)
X = /(XI, Х2, Хз ).
Величина у содержит выходные параметры, компонентами которых являются: у1 (х(1), и() - скорость расхода топлива; у2 (х(Х), и^)} - скорость выделения СХНу; у3 (х(0, и(1)} - скорость выделения СО; у4 (х(1), и(1)} - скорость выделения ЫОх.
Величина x(t) описывает состояние двигателя, т.е. условия его работы (давление во впускном коллекторе, частота вращения вала двигателя, скорость автомобиля).
Вектор u (t) содержит регулируемые параметры и содержит коэффициент избытка воздуха, угол опережения зажигания, положение дроссельной заслонки.
Для рассматриваемой задачи оптимизации при наличии ограничений оптимизируемым показателем G является полный расход топлива за время Т:
T
G = {y, {x(t), u(t)}dt ( 2)
0
Для определения количественных показателей образования всех веществ при сгорании топлива были использованы уравнения материального баланса. Были рассмотрены полное и неполное сгорание, механизмы горения углеводородных топлив, механизм образования токсичных составляющих при горении.
Определение оптимальных параметров надежности двигателей при работе на газе связано с особенностями протекания процессов сгорания. При работе на газовом топливе максимальное давление цикла ниже, чем при работе на бензине. Срок службы деталей цилиндро-поршневой группы должен быть выше.
Поэтому рассмотрена оптимизационная задача по условию максимизации критерия надежности на заданном интервале времени [0, Т]:
р = П (1 п-чг),
z=i
где qi - вероятность отказа элемента i системы на отрезке [0, Т].
п
Число q = 1 - П (1 - qi), - называется вероятностью отказа на этом отрезке.
i=i
^ *
Рассматриваемая задача состоит в нахождении оптимальных значений xj параметров х^ обеспечивающих минимальную вероятность q(x) отказа системы на заданном отрезке времени:
п
q(x) = (1 - П (1 - qi (x))) ^ min, x gX. (3)
i=i
Эту задачу можно упростить, рассматривая вместо нее более простую задачу минимизации вида:
q(x)1 + q(x)2 + ... + q(x)n ^ min, xgX, (4)
с последующим пересчетом получаемых результатов.
Вместо исходной и весьма сложной задачи (3) минимизации вероятности отказа системы можно рассматривать более простую задачу (4) минимизации суммы вероятностей отказов элементов системы.
Основное допущение: на заданном интервале времени [0, Т] логарифмы частных рисков линейно зависят от логарифмов показателей хj:
ln q(x)i = ai0 + ai1 In x1 + ai2 In x2 + aim In xm, i = 1,2,...n (5)
или
m
q(x)i = Qxf1 x2ai2 ... xmaim = Ct Пxf, I = 1,2, ...,n Ct = eai0.
j=i
При выполнении этих допущений коэффициента aiJ- в соотношениях (5) в силу их линейности могут быть найдены стандартными методами линейной регрессии.
Исследования по улучшению эксплуатационных показателей автомобильных двигателей при переводе его на нефтяной сжиженный газ приводит к снижению количества выбросов оксида углерода СО в 10 раз и несгоревших углеводородов СН в 5 раз. На основе результатов исследования даны значения токсичных показателей, представленные в виде графических зависимостей на рис. 1.
CO, % CH, 102 ppm
60
40
20
0
CO
CO, % CH, 102 pm
n, мин
20
10
kl /
СН
СО Г- 1 L 1 г-А
3000 3600 4200 4800 5400 n, мин-1
3000 3600 4200 4800 5400
а) на бензине, ф = 5 б) на газе, ф = 15
Рис. 1. Значения токсичных показателей двигателя ВАЗ-2106 (Масштаб значения СН в ppm на графике для удобства построения уменьшена в 10 раз).
Возможные изменения угла опережения зажигания в условиях эксплуатации приведены на рис. 2.
СО, %
1--"т—4.
\\
V ч»? /а г г? /
i
СН, 102 ppm
40 30 20 10 0
10
20
10
15
20
0
0
5
Ф
n-3000 - —■— n-3600 —д. - n-4200
—х- - n-4800 - n-5400 —•- n-5700
— n-3000 —Я— n-3600
—* - n-4200 —к—n-4800
—Ж - n-5400 —•-n-5700
Рис. 2. Зависимость СО, СН от угла опережения зажигания и частоты вращения коленчатого вала двигателя
Низкие показатели по токсичности СО, СН дают при угле опережения зажигания равным
о о
Ф=5 на бензине и при ф=15 на газе.
При длительной эксплуатации, возможны сбои углов опережения зажигания в сторону уменьшения или увеличения этих параметров. Поэтому задача исследования заключалась в получении экспериментальных данных бензинового двигателя при различных углах опережения зажигания работы двигателя на бензине и на газе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Болоев П.А. Улучшение эксплуатационных показателей машинно-тракторного агрегата путем оптимизации управления рабочими процессами дизеля: Специальность 05.20.03: Дис. док. техн. наук / П.А. Болоев; Санкт-Петербург - Пушкин, 1997. - 169 с.
2. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. Под редакцией Д. Хильларда, Дж. Спрингера. / Перевод с английского канд. физ.-мат. наук. А.М. Васильева // под редакцией канд. тех. наук А.В. Кострова. М.: Машиностроение, 1988 г. 508 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.