автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение расхода топлива автомобильными бензиновыми двигателями внутреннего сгорания в условиях Кубы

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ИССЛЕДОВАНИЕ УКСПЛУАТАЦИИ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО

КЛИМАТА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

§ 1.1 Влияние условий окружающей среды на температуру в подкапотном пространтсве

§ 1.2 Влияние температуры окружающего воздуха на эффективные показатели двигателей внутреннего сгорания

§ 1.3 Влияние влажности окружающего воздуха на эффективные показатели двигателя.

§ 1.4 Способы корректирования состава смеси в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания

§ 1.5 Результаты экспериментальных исследований карбюраторных двигателей внутреннего сгорания с использованием корректирующих устройств

В экономике развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки ведущее место принадлежит эксплуатации и обслуживанию различных энергетических установок.

Однако, большинство теоретических и практических разработок б этой о'трасли промышленности и в частности, в двигателестроении, были проведены применительно к конкретным климатическим и географическим условиям развитых в промышленном отношении стран, для которых характерен умеренный или холодный климат. В большинстве развивающихся стран климатические условия отличаются прежде всего повышенной температурой и повышенной влажностью воздуха.

Географическая классификация климатических зон мира относит к тропическим районам зоны, занимающие около 25% поверхности суши земного шара. Условия работы машин в этих условиях резко отличаются от условий в районах с умеренным климатом и поэтому должны учитываться при исследованиях, проектировании и изготовлении для того, чтобы обеспечить нормальную работу машин, это прежде всего относится к двигателю внутреннего сгорания, показатели работы которого в большой степени связаны с окружающей средой.

Особенностями условий работы двигателей внутреннего сгорания в тропиках являются в основном следующие:

- высокая температура окружающей среды;

- высокая влажность воздуха;

- обилие атмосферных осадков;

- интенсивная солнечная радиация;

- значительная запыленность воздуха и т.д.

Особенно важным является изучение вопросов, связанных с эксплуатацией автомобильных двигателей внутреннего сгорания, оборудованных кароюраторными двигателями, причем их система питания наиоолее чувствительная к изменению условий окружающей среды.

В настоящее время, на многие автомооильные карбюраторы устанавливаются дозирующие элементы, подооранные для умеренного климата. Вполне естественно, что эти элементы не могут ооеспечить оптимальный состав смеси при эксплуатации двигателя в других климатических условиях например на Куое.

Куоа - тропическая страна, располагающая достаточно широкой сетью автомооильных дорог и где эксплуатируется оольшое количество автомооилей с карбюраторными двигателями, известно, что раоо-та автомооильного транспорта в условиях тропических районов сопряжена с оольшими перерасходами топлива, в связи с чем проолема повышения топливной экономичности двигателей в условиях Кубы на сегодня является весьма актуальной, поэтому создание карбюратора, ооеспечивающего экономическую раиоту двигателя в условиях Куоы имеет оольшое народнохозяйственное значение.

Температура воздуха на Куое характерна высокими значениями. Максимальная среднемесячная температура превышает 33°С. Минимальная среднемесячная температура в наиоолее жаркое время года ^июнь-сентяорь, приолизительно равна 23°С. Максимальная температура воздуха оывает в июне-сентяоре, а минимальная в декабре-шев-рале. Среднегодовая максимальная и минимальная температура воздуха на Куое составляет соответственно 29-31 и 19-20°С ^Приложение I;. Максимальная влажность воздуха на Кубе составляет 98%. Среднегодовая влажность воздуха в различных провинциях и районах Кубы равна 72-82%. Влажность воздуха максимальная в июне-августе и достигает в среднем около Ьб%. Минимальная влажность воздуха оывает в феврале-апреле и составляет в среднем около 67% ^Приложение 2;. Количество осадков достигает до 3000 мм. е год.

Куба является развивающейся страной и до настоящего времени не имеет природных запасов нейти, поэтому проблема повышения топливной экономичности двигателей в условиях страны на сегодня является актуальной.

Б связи с проблемой повышения топливной экономичности двигателей в условиях Кубы, автором поставлен вопрос об исследовании методов снижения расхода топлива автомобильными карбюраторными двигателями внутреннего сгорания при эксплуатации в условиях Кубы. ю

ВЫВОДЫ

На основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1 - Эксплуатация автомобильных бензиновых двигателей в условиях жаркого тропического климата (который присуще республике Куба) приводит к перерасходу топлива при значительном снижении мощности. Поэтому исследование влияния высокой температуры окружающей среды на эффективные показатели двигателей является актуальной, особенно, если принять во внимание, что Куба не имеет своих собственных источников топлива. Данная работа ставит своей целью исследование способов снижения расхода топлива и повышения эффективности работы бензиновых автомобильных двигателей в условиях Кубы.

2 - Обзор литературных источников показал отсутствие в систематизированном виде теоретических разработок и экспериментальных данных по влиянию условий повышенных температур окружающей среды на основные показатели бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Это вызвало необходимость проведения исследования, направленного на получение обобщенных данных об изменении основных показателей карбюраторных двигателей в зависимости от повышения температуры наружного воздуха, которые смогут дать практические рекомендации улучшающие экономические показатели бензиновых двигателей внутреннего сгорания.

3 - Проведенный теоретический анализ, посвященный поставленной задаче показал, что выбранные теоретические зависимости показателей бензинового двигателя от температуры окружающей среды, позволяют оценить, в частности, изменение расхода топлива, необходимого для корректирования состава смеси что, следовательно, улучшает экономические показатели двигателей при увеличении температуры наружного воздуха и кроме того, дал возможность провести как качественную, так и количественную оценку изменения эффективных показателей бензиновых двигателей внутреннего сгорания.

4 - По предложенной, при участии автора, методике построен алгоритм, который дал возможность с достаточной точностью определить величину понижения уровня топлива (т.е. изменение расхода топлива; в поплавковой камере карбюратора, с помощью чего при работе двигателя в условиях повышенных температур, можно найти оптимальные значения скорректированного расхода топлива.

Для практического осуществления корректирования состава смеси путем уменьшения уровня топлива в поплавковой камере карбюратора, предлагается специальное корректирующее устройство.

5 - При участии автора создана и испытана специальная климатическая камера, разработанная для осуществления стендовых испытаний, которая проста по конструкции и удобна в эксплуатации. Тропическая камера позволяет в широком диапазоне изменять температуру и влажность воздуха, поступающего в двигатель, а также обеспечивать условия имитации движения автомобиля и работы двигателя в подкапотном пространстве автомобиля.

6 - Исследованием выявлена функциональная связь между температурой окружающей среды и температурой воздуха в подкапотном пространстве автомобиля, на впуске в карбюратор и температурой топлива в поплавковой камере карбюратора.

Увеличение температуры окружающего воздуха на каждые 5°С приводит к повышению температуры воздуха под капотом автомобиля и на впуске в карбюратор в среднем примерно на П°С при увеличении температуры топлива в поплавковой камере карбюратора в среднем на 9,б°С.

Совпадение расчетных и экспериментальных данных температур воздуха под капотом, на впуске в карбюратор и топлива в поплавковой камере в зависимости от температуры окружающей среды указывает на лравильность построения расчетных формул для определений этих отношений.

Установлено, что для избежания потери мощности и ухудшения экономичности двигателя и тем самым улучшения эксплуатационных качеств автомобилей необходимо обеспечить поступление воздуха в двигатель ^при положительной температуре окружающего взздуха; из атмосферы, а не из под капотом автомобиля.

7 - Результаты стендовых испытаний подтверждают мнение, что вменение температуры наружного воздуха влияет на эффективные показатели двигателя. Действительно, увеличение температуры окружа-эщей среды приводит к уменьшению крутящего момента и эффективной ющности и также к повышению удельного эффективного расхода топ-шва .

Стендовые испытания двигателя "Москвич" - 412 показали, что работа двигателя с применением корректирующего устройства при темературе воздуха на впуске равной 60°С и скоростном режиме - П т 2500 мин обеспечивает снижение расхода топлива в среднем на 5,2%.

8 - Стендовые испытания показали, что работа двигателя при темпе-га туре воздуха на впуске равной 60°С и влажности воздуха - 62% уве-шчивает в два раза содержание окиси углерода. Использование кор-юктирующего устройства при этих же условиях позволяет снизить ток-^чность отработавших газов и в частности СО в полтора раза.

9 - Исследована работоспособность корректирующего устройства, ¡строенного в карбюратор, которое использует принцип понижения ■ровня топлива в поплавковой камере, которое является простым и ¡ешевым в изготовлении, компактным и надежным по конструкции по ¡равнению с другими способами корректирования. Кроме этого, этот способ регулирования дает возможность воздествовать на работу всех систем карбюратора.

Предлагаемое устройство корректирования состава смеси посредством понижения уровня топлива в поплавковой камере позволяет обеспечить состав смеси близкий к оптимальному и улучшает топливную экономичность двигателя при той же эффективной мощности на заданном режиме, при температуре наружного воздуха от 20 до 40°С или при температуре в подкапотном пространтсве в диапазоне от 37 до 82°С. Ю-Выполнены дорожные испытания на автомобилях ЗИЛ-130 ^с различной их загрузкой и на различных скоростях движения) с карбюратором, оснащенным упомянутым корректором. Установлено, что корректирующее устройство надежно в работе и дает, при температуре окружающего воздуха равной 32-34°С и влажности воздуха 70%, при городском ездовом цикле и при работе двигателя без нагрузки и под нагрузкой, экономию топлива по сравнению со стандартным регулированием в среднем до 6,6%. На ровной дороге при установившемся движении экономия топлива при тех же атмосферных условиях доходит до 7% и на дороге с переменным профилем примерно 5,2%

Испытания корректора на автомобиле ЗИЛ-130 показали, что при уменьшении уровня топлива от номинального в поплавковой камере карбюратора на 4 мм (при температуре окружающей среды 32-34°С и влажности воздуха - 70%; при установившемся движении автомобиля без нагрузки, его оптимальный скоростной режим составляет 60 км/ч, при этом экономия топлива достигает 6,2%. В этих же условиях, но с 50%-й нагрузкой оптимальная скорость равна 50 км/ч и экономия топлива достигает 6,4%. При 100%-й нагрузке - оптимальная скорость - 40 км/ч, а расход топлива уменьшается на 5,3%, в сравнении с работой двигателя без корректора.

Применение корректора при эксплуатации автомобиля без нагрузки по дороге с переменным продольным профилем позволяет получать в среднем 3,2 экономии израсходованного топлива на скоростном режиме 40 км/ч нагрузки. При скорости около 30 км/ч и 50%-ой нагрузке экономия топлива приблизительно равна 4,2%. Вследствие увеличения нагрузки до 100% наивыгоднейшая скорость - 30 км/ч и расход топлива составит 5,2% экономии.

11 - Получена сходимость теоретических предпосылок с результатами экспериментальных исследований, как при стендовых, так и при ездовых (маршрутных) испытаниях, что подтверждает правильность выбранного способа регулировки и типа корректирующего устройства для изменения состава смеси бензиновых двигателей в условиях их работы при повышенных температурах окружающего воздуха.

12 - В результате проведенных исследований были получены практические данные, способствующие улучшению экономических показателей карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, не оказывающие отрицательных влияний на мощность, на токсичность отработавших газов и приемистость двигателя.

13 - Была рассчитана экономическая эффективность применением корректирующего устройства карбюратора автомобилей типа ЗИЛ-130, работающего в климатических условиях Кубы. Снижение эксплуатационного расхода топлива обеспечивает экономию средств в 90 песос {ъ 80 рублей) на один автомобиль в год при среднем его годовом пробеге 12000 км.

1. Брусянцев H.B. Автотракторные топлива и смазочные материалы: Учебник. - М.: ГНТИМЛ, 1958.-340 е., ил.

2. Брусянцев Н.В., Аронов Д.М. Автомобильные топлива ^эксплуатационные свойства и применение;.- М.:Автотрансиздат, 1962. -100 е., ил.

3. Глазунов В.И. и Скалов Г.Ф. Улучшение эксплуатационных качеств автомобильных карбюраторных двигателей работающих в условиях повышенных температур окружающего воздуха. Труды ФПИ в научной конференции в Дюшанбе, 1968, с. 314-318.

4. Глазунов В.И. и Шрайнер. д.Д. Некоторые пути усовершенствования системы экономайзера карбюратора К-84М. Труды ФПИ,- 1974, вып. 83, с. 22-26.

5. Горячий Я.В., Крук B.C., Эмыиль М.В. Разработка и исследование корректора состава смеси для двигателя "Москвич-412".- Исследования двигателей и машин: Сб. науч.тр./Унив. Дружб. Нар.- М.: УДН, 1980, с. 69-75.

6. ГОСТ 14846-69. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - Переиздат. Май, 1970.

7. ГОСТ 20306-74. Автомобили и автопоезда. Оценочные показатели и методы определения топливной экономичности.- Переиздат. Ноябрь, 1975.

8. Грибанов В.И., Орлов В.А. Карбюраторы двигателей внутреннего сгорания.- Л.Машиностроение, 1967. -279 е., ил.

9. Гуреев A.A., Иванова Р.Я., Щеголев Н.В. Автомобильные эксплуатац. материалы:Учеб.-М.¡Транспорт, 1974.-280с.,ил.

10. Исследование эффективных показателей автомобильного двигателя "Москвич-412" в условиях сухого и влажного тропического климата на эксплуатационных режимах работы: Отчет на научно-исслед. работе/Универ. Друж. Народ. М.: УДН, 1973. - 55 с.

11. Исследование эффективных показателей автомобильного двигателя "Москвич-412" в условиях сухого и влажного тропического климата на эксплуатационных режимах работы: Отчет по научно-исслед. работе/Универ. Друж.Народ. М.: УДН, 1977. - 8S с.

12. Исследование эффективных показателей автомобильного двигателя "Москвич 4x2" в условиях сухого и влажного тропического климата на эусплуатационных режимах работы: Отчет на научно-исслед. работе/Универ.Друж.Народ. - М.: УДН, 1979. - 72 с.

13. Краткий автомобильный справочник . 1%-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 220 е., ил., табл.

14. Кригер A.M. Автомобильный двигатель ЗИЛ-130.- М.Машиностроение, 1973. 264 е., ил., табл.

15. Левин В.Р. Влияние температуры возт1,уха на работу авиационного невысотного карбюраторного двигателя. Труды ЩИ, 1940, т.З, сб. 2.

16. Левин В.Р. Влияние температуры воздуха на работу авиационного двигателя. Труды МАИ, 1940, т.З. сб.З.

17. Лейбзон З.И., Минкин М.Л., Дерюгин П.Е. Влияние температуры и влажности воздуха на эффективные показатели двигателя ГАЗ-21А. Автомобильная промышленность, 1964, № 12, с. 5-9.

18. Лейбзон У.И. Влияние температуры и влажности воздуха на эффективные показатели двигателя ЯМЗ-238НБ. Труды НАМИ, 1966, вып. 83, с. 23-32.

19. Лейбзон З.И., Минкин М.Л., Дерюгин П.Е. Эффективные показатели ЗИЛ-130 при различных температуре и влажности воздуха. Автомобильная промышленность, 1967, № 2, с. 4-6.

20. Лейбзон У.И., Минкин М.Л., Дерюгин П.Е., Иванов П.А., Си-ницын H.A., Лаговер A.M. Влияние атмосферных условий на эффективные показатели автомобильных двигателей. Труды НАМИ, 1970, вып. 121, с. 76-101.

21. Ленин И.М., Малашкин О.М., Самоль Г.И., Костров A.B. Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1976. - 287 е., ил. табл.

22. Лисовский С.Н. Исследование влияния температуры окружающего воздуха на работу карбюратора и показатели двигателя. Труды ЦНИТА в научной конференции в Дюшанбе, 1968, с. 245-252.

23. Масленников М.М. Влияние температуры и давления поступающего воздуха на работу карбюраторного двигателя . Труды ЦИАМ. М. -Л.: Оборонгиз, 1935, вып. 15, 107 с.

24. Масленников М.М. Влияние температуры и давления поступаю щего в нагнетатель воздуха на работу двигателя Испано-Сюиза 12

25. Труды ЦИАМ, М. Л: Оборонгиз, 1940, вып. 34, с. 68.

26. Масленников М.М., Рапипорт М.С. Авиационные поршневые двигатели. М. Оборонгиз, 1951. - 848 е., ил.

27. Орлов В.А. Исследование работы автомобильного карбюратора при различных температурных условиях . Автомобильная промышленность. М., 1963, № II, с. 29-32.

28. Орлов В.А., Лосев В.Е. Автомобильные карбюраторы. Л.: Машиностроение, 1977, - 248 е., ил.

29. Петров Б.В. Гидравлика и гидромашины: Учебное пособие. -М.: УДН, 1974. 227 е.: ил.

30. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов. М.¡Высшая школа, 1975. - 320 е., ил.

31. РТМ 37.031.007-78. Методы комплексного исследования и оптимизации тягово-скоростных свойств и топливной экономичности. -НАМИ, 1978 .

32. РТМ 37.031.080-80 Определение расхода топлива грузового автомобиля в городском ездовом цикле. НАМИ, 1980.

33. Рубец Д.А., Бочков В.М., Ерохов В.И. Эксплуатационные свойства приборов системы питания двигателей автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-53А:НИИАТ. М.: Транспорт, 1972.- 96 е., ил., табл.

34. Рубец Д.А., Щухов O.K. Системы питания автомобильных карбюраторных двигателей. Изд. 2-е, перераб. и доп. - M.ï Транспорт, 1974. - 288 е., ил., табл.

35. Румянцев C.B., Зубарев Л.Ф. Теория двигателей внутреннего сгорания: Конспект лекции. М. : УДН, 1974. - 211 е., ил., табл.

36. Ска лов Г.Ф., Ковалевский М.А., Нусупов Э., Глазунов Б.И. Пути повышения эксплуатционной эффективности автомобиля в горныхи высокотемпературных условиях. Труды ФГШ, 1969, вып.32, с.58-63.

37. Скалов Г.Ф., Шрайнер Д.Д. Работа карбюратора К-126Б в условиях жаркого климата Средней Азии и Казахстана. Труды ФПИ., с. 144-147.

38. Скалов Г.Ф. Некоторые пути повышения экономичности автомобильных двигателей в высотных и высокотемпературных условиях. -Труды ФПИ, 1969. вып. 33, с. 223-227.

39. СиницынА.К., Эммиль М.В. Корректирование состава смесив карбюраторном двигателе регулированием разрежения в поплавковой камере. Рабочие процессы в турбинах и /двигателях внутреннего сгорания: Сб. науч. тр./Унив.Дружб.Нар. - М.:УДН, 1978, с. 92-97.

40. Сойфер И.И. Температурный режим работы карбюратора автомобиля "Москвич". Труды ЦНИТА, 1964, вып. 21, с. 50-61.

41. Шартуни Н.Ж. Исследование эффективных показателей карбюраторного автомобильного двигателя применительно к атмосферным уеловиям жарких тропических стран. Дис. канд.техн.наук. - М., 1971.151 с.

42. A.c. 336419 (СССР;. Карбюратор/М.А. Ковалевский. Опубл. в Б.И., 1972, № 24.

43. A.C. 444895 (СССР) Карбюратор для двигателя внутреннего сгорания/В.И. Глазунов, Д.Д. Шрайнер. Опубл., 1974.

44. A.c. 819379 (СССР). Карбюратор для двигателя внутреннего сгорания/В.И. Глазунов. Опубл. в Б.И., 1981, № 13.

45. A.c. 826062 (СССР). Устройство для корректирования состава смеси/ М.В. Эмыиль, Я.В. Горячий, В.В. Горбунов и др. Опубл. в Б.И., 1981, № 16.

46. А.с. 840442 (СССР;. Карбюратор для двигателя внутреннего сгорания/ Д.Д. Шрайнер и A.A. Шпидт. Опубл. в Б.И., 1981, № 23.

47. A.c. 848723^СССР;. Карбюратор для двигателя внутреннего сгорания/ В.И. Глазунов . Опубл. в Б.И., 1981, № 27.

48. Патент 2,291,048 ^США;. 1942.

49. Патент 2,448,709 ЧСША;. 1948.

50. Патент 3,836,128 ^США;. 1974.

51. Патент 3,841,612 (США;. 1974.

52. Патент 3*936,516 (США). 1976.

53. Патент 4,036,186 (США). 1977.

54. Патент 4,268,461 ^США). 1981

55. Патент 2.061.119 ( 'Франция). 1971.

56. Патент 2.III.156^Франция;. 1972.

57. Патент 2.141.272.(Франция;.- 1973.

58. Патент 832809 (ФРГ;. 1952.59. Патент 2603858(ФРГ;. 1976

59. Патент 2615096 ^ФРГ;. 1976.

60. Патент 1288350^Англия;.- 1972.

61. Патент 1369832 ^Англия;. 1974.

62. Патент 14-34412 ^Англия) . 1976.

63. Патент 1428392 ^Англия) . 1976.

64. Патент 1445849 ^Англия;.- 1976.

65. Патент 1446492^Англия; . 1976.

66. Патент 1448377 ^АНглия). 1976.

67. Патент I4640I9 ^Англия;. 1977

68. Патент 1477437 ^Англия). 1977

69. Патент 49-7808 ^Япония) . 1974.

70. Патент 52-5653 (Япония;. 1977.

71. Патент 52-5654 (Япония;. 1977.

72. Патент 52-13579 ^Япония;. 1977.

73. Патент 52-19254 vЯпония; . 1977.

74. Патент 54-34093<Япония). 1979.

75. Патент 55-2П80^Япония;. 1980.

76. Carcedo S.F. Influencia de la temperatura del aire en loa parámetros, de loa motores ZIL-130.- Transporte y Viae de Comunicación, Habana, 198З, Vol. 3, No.3, p. 350-361.

77. Kashiwaga M. Effect of temperature in carburetors of fuel metering.- Internal combustion engine, Japan, 1977, Vol.16, No. 12, p. 21-28.

78. Mixture compensator.- Automotive Engineer, Gr. Brit. I98I torn 6, No. 4-, p. 5

79. NASA Report, USA, No. 45, 1920.

80. Ostrich S. Review ATZ, 19ЗЗ, No. 9, p. 10.

81. Sparrow S.T. Correcting horsepower measerments to a standart temperature.- Report of NASA, USA, I924, Wo. I9O.

82. White. Review "Ohe Armour Engineer", USA, 1921.