автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Дополнительные системы питания автотракторных двигателей для бездетонационного сгорания низкооктановых и низкоцетановых углеводородных топлив

íÜ(¡/ДА JVTBJJilUlï "iíO".'.¡lT¿'i' ГСШР ПО ДЕЛАН НАУКИ И высшей ЦГ'.ОЛУ

гя<ч:овз1аШ шштшдопй шюипут

, УДК 621.436.038.018.019

На правах рукоштел

ШУБ ¡шкале. Влзджнровиа

Д0ЮЛШ1ТЕЛШ1В ЖСТЕШ ПИТАНИЯ МЗГОТНКТОРШХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЕЕЗДЕТ0НАЦВДШЮГ0

0!1)рлшш кизкооктлнових и ¡шзкоцташвнх

УГЛ:'1ЮЛ0Г0ДШХ ТОПЯКВ Ub.OÍ.Uid •• Teiuiumio двигатели

к " О р Я j) я р н ? дпсс0ргзцпя a-i иолскачи-э ученой степени >-шп.лдата гпхюгаскязг иаук

ИСК: '1

Работа выполнена в лаборатории "Горения" Одесского Отделения Инженерной Академии.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- действительный член Международной Украинской Инженерных Академий, д-техн. наук, проф. С.И.Барсуков

- доктор технических наук, профоссо] Р.В.Малов

- кандидат технических наук, профес! Заслуженный деятель науки и техни. республики И.я.йайхог.

- Московский карбюраторный завод МосКАРЗ (ГО АвтоЗИЛ)

Защита состоится "37 " иИ-С1-Зь 1992 г. в , часов на заседании специализированного совета К 063.49.01 г Московском автомеханическом институте по адресу:

105023, Москва, Е-23, ул.Б.Семеновская, 38, ауд. Б-31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института, Отзывы в двух экзешярах с подписью, заверенной гербовой печат просим направлять ученому секретарю специализированного советг по адресу института.

Автореферат разослан " № " 0/1р£лЗ- 1392 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент Калошин Б.А.

ВВЕДЕНИЕ

Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ЛВС) длительное время будет оставаться основной пззешюй зизргзтической установкой несмотря на бурное развитие а тонной энергетики, турбостроения а реактивной техники, гак как этот тип теплового двигателя вырабатывает более 85$ энергии. Иассовое производство поршневых, двигателей во многих странах, однозначное использование их .в автостроении, в седьскохоз'-Югвеннои и дорожно-строительном машиностроении обеспечит это превосходство ецэ несколько десятилетий.

Актуальность проблемы. Двигагеяивиутрзниего сгорания обеспечивают наиболее высокую экономичность, относительно низкие механические потери, огромный диапазон мосушстей в одном агрегате, а такие использование гопяив широкого фракционного состава - от газового до тяжелого дизельного топлива.

Однако по ране в ой двигатель имеет ряд недостатков, устранение или преодоление которых предопределяет прогресс двигаге-лестроэння. Дез глобалыые проблемы выдвигает бурно развивающееся двигателестроенкз: мировой дефицит топлива н еагазован-нооть окружающей среды. Эти проблемы связаны кехду собой, так как оба определяются несовершенство!! сгорания топлива. Ежегодное сжигание миллиардов тонн горючего делает эти проблемы одними из наиболее актуальных для человечества.

Несоответствие ыевдувед возрастающими потребностями в топливах для двигателей внутреннего сгорания и возмокностями . удовлетворения их нефтеперерабатывающей промышленности) мовдо устранить путей усовериеасгвования конструкции, углубления' переработки нефти, а такие о помощью применеаия альтернативных

видов топливГ водорода, u&füHOsa, .JSOKoajsuioaxa, иизкоокгано-вых. легких фракций из ГаЗОКОВДИСаю.

Сов pe ue иные в иди гоплйв содорЕат бояьаоа кодичасшзо дорогостоящих антвдеюнационных присадок, которые являютоя составной частно токсичных компонентов отработавших газов.

Таким образоы, актуальной является задача использования дешёвых низкосортных нзатилированшх юплив в двигателях с высокими степенный сжатия, путец разработки дополните,. cüc-reu питания, работают паралло,шю с сушзствущиш:, когорие позволили бы получить подлое и бездетоиационноз сгорание как а карбюраторных двигателях, так и в дизелях.

Применение испари'.здей-сиеситедей как дополнительной системы питания в ДЗО для подготовки низкосортнгх толдив возводит:

- отказаться от применения дефицитных и дорогостоящих высокооктановых бензинов, высокоцета новых дизельнах топдив и от антидетовдционных присадок в двигателях с высокими степеням сжатия;

- снизить стоимость эксплуатации за счёт применения недорогих и недефициткых низкооктановых (50 ед.) и низкоцетановых (35 ед) кидких юплив;

- повысить КПД и снизить токсичность отраоотавиих газов за счёт большей полноты сгораниям образуемых мелкодисперсных (аэрозольных) фаз;

- использовать низкосортные топлива в районах добычи газо-конденезтор, что позволит получить экономический эффект миллионы рублей в год только за счёт транспортных расходов.

Настоящая диссертационная работа по созданий дополнительных систем питания ДВС для низкосортаых топлив И8 газоконденсатов и чистого стабильного газоконденсата выполнялась соглас-

но плану рзоот Инлаяеряой Академии СССР ra 1990-1994 гг. по Одесскому огдзлоШШ ИД СССР, утвереденному 10.07.90 г., задания I.I, 1.2, "Испаритояь-скесигеяь низкосортных топлив (с октановым число» 50-51) дня карбюраторных двигателей автомобилей", "Испаритель-снвситоль низкосортных топлив (с цетановыи числом 25-35) для автотракторных дйбелей".

Цель работы. Разработка теории, схемы дополнительной системы пи та г.' и конструкции вихревых испарителей-смесителей для полного и бездетрпацкониого сгорания низкосортных неэтилированных топлив в двигателях с высокими степенями снимя.

Методы исследования. Теоретические й экспериментальные исследования вихревых испарителей-смесителей базировались на известных теориях вихревых эффектов, попа рения, смешения и горения в двигателях для оценки изаеиэяяя химического потенциала ' микроабъёиа гашиво-воадувной-среды за период подготовки смеси и индукционный период с учетом качества распиливания о целью определения влияния их на полноту сгорания, токсичность отработавших газов и изменение технико-экономических показателей двигателей и динамика автомобиля с разработанными дополнительными систеизмй питания. ; .

Научная новизна. Сформулирована гипотеза об изменении химического потенциала топлива в ыикрообъёме топяиво-воздашяоа саеси от начала смесеобразования до видимого горения, на основе которой:

- разработана (с использование!! известных теорий) математическая модель испарения, смещения и индукционного сгорания низкосортных не этилированных топлив для двигателей с высокими степенями сжатия;

- установлена аналитическая зависимость изменения .лыиче-

б

ского потенциала элементарного объёма топливо-воздушной смеси в зависимости от коэффициента избытка топлива;

- на ослоае теории вихревых e^çoiiob и использования рециркуляции отработавших газов двигателей разработаны 4 поколения экспериментальных образцов испарителей-смесителей по заявкам .

Теоретическая ценность и практическая реализация. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета газодинамических параметров и коцс": , 1шх размеров вихревых испарителей-смесителей, охвашвашцих карбюраторные и дизельные двигатели с рабочим объемом от 0,7 л до 6,5 л, с частотой вращения коленчатого вала or 1500 до 5500 Ушн; разработаны конструкции испарителей-смесителей и проведены моторные л ходовые испытания автомобилей; поАготозлена и сдаю дли маосивиго производства техническая документация заказчикам ( "Савтсменьавтогранс" и "Сургуьгазпром", г.Сургут Тюменской обл.), Экономический зф^ект реализации разработки составит 13 тыс. ¡туб., в год на од,.н а-томобиль.

Апробация работ» Результаты диссертации докладывались на первой -научно-коммерческой шкода-семшаре "Иоделярорание к управление в сложных технических система/,1' г.Одесса, 1590 г.; на научно-техническом семинаре главных специалистов автотранспорта м КБ в институте "PIU0T", г.Варшава, РП, 1990 г.; hj международной выставке "Советские технологии", г.Карлсруэ, Германия, 1991г.

Пуодикациа. Основные положения диссертации опубликованы ь семи печатных работах (б на русском языке, I на немецком), одном авторском свидетельстве и в 3 патентах на дополнительную систему пигаь-я (один патент СССР и 2 .патента европейских). Диссертация седер^г 196 страниц основного текста, 44 рисунка,

?

4 таблица и состоит из введения, пята глав, выводов и списка использованной литературы, включающего наименования, в той числе 10 наименований зарубежных.

В перзой главе на основе анализа литературных научных данных рассмотрена тенденция форсирования индукционного периода сгорания, доказан термохимический распад молекул, на радикалы. На основе Физико-химических свойств углеводородного топлива определено., какие реакции играют основную роль в продолжительности индукционного периода сгорания. Аналитические методы Д.А. Фрэгас-Каменецкого, А.И.Толстого, А.Н.Войнова дают возможность

к

только оценить продолжительность индукционного периода, вследствие ряда неизвестных, таких как константы скорости реакций, которне определяются не только термодинамическими параметрами цикрообъома, ..о и структурним.характером молекулы топливэ. Зкс-пврименталышз исследования продолжительности индукционного периода при форсированных рабочих процессах в дизелях подтверждай это.

Рассмотренный ценной механизм реакций окисления зтилцикло-пентана, входящего в состав газоканделсага, состоящий из трёх стадий: зарождения, продолгония и разветвления,-позволил проанализировать путь протекания реакций горения как основного многостадийного процесса /V*

На основе всестороннего изучения теоретического экспериментального материала установлено, что отдельные уравнения и эксперименты подтверждают основные положения существования индукционного периода сгорания, однакэ ряд неизвестных, из-за некорректности получения их в эксперименте, не даёт полного представления и возможности определить теоретически продолжительность индукционного сгорания.

Нашему народному хозяйству, в особенности траиедаргу, асана и привлекательна проблема использования гаэокоцдваоага а его фракций как гоплита для ДйС. Но скяонндата к &игонацаи тормозит его широкое использование, и саяазйО ato йреаде всего о тем, что в двигахелестроении теорий рабочих процессов по форсированию степени слагав, частоте sjiasiáííüfi коленчатого вала, наддува и другим параметра« щагврз далеко вперед, оставивпоза-ди на десятки пет совершпшхеоз&ййа йройзводства и у^'.злетвсре-ш;е нуяд высококачзсувегаш ШШШСа, с одной сторож. С другой стороны, индукционщШ шрОД ü йШйациошюе сгорание вааицо-связани не только ергашшцаай шдготовки к сгоранию, но и его составом, ес<Х№ЩШйШй дВИШ?ёйей( реышаыи работы.

Наши зщшу шкэеоршй (цшкобКханбвых и низкоцетановых) топдив, на ttQffiütbgptató Сейчас на транспорте, являются потенциальный сырьём ДЛЯ ДВС, испояьзвание которого возйоено с решением зад^ч ^йздетонационносо сгорания.

Спедовекльиа, едццость изучаемой щлбааки и umaueaua -задач исследования пи ощ>ёйёй!$сйй «адЩйбШШТО сгора-

ния, в двигателях, работавших на щйшщ^иатшх топпивах мохе г быть представлена следующей гипотезой.

Гипотеза об изменении химического потенциала топлива в иикрообъёие топливо-воздушной смеси состоит в roí;, что в индукционный период сгорания процессы испарения, механического смешения топлива с окислителем заканчивается к иоиепту занесения топлива окислителем в равных потенциалах, обеспечивающих начало ¡^видимого сгорания, что впоследствии приводит к обрззаван.'с активных радикалов со связями, обеспечивающими переход б открытое горение. При атом химические потенциалы топлива и окислителя приобретает максимальный.уровень за счет

повышения температуры данного микрообьёыа, вызаващий гепло-маосопзреноо а окрувающай объём.

На основа иэлогганноро и в соответствии с выдвинутой гипотезой о^орыулированы следующие задачи исследования:

1. Разработать ыатэиагическую модель определения продолжительности индукционного сгорания по хиыичвококу потенциалу элемента: -.ого обгвыа топливо-воздушной среди для аналитического и чиодэнного гт годов исследования при изменении состава рабочей сиеои по нагрузочный и скоромит реаииаи работы двигателя внутреннего сгорания.

2. Произвести анализ газококденсага и его фракций по детонационному числу, испарению а сведению с инертными (выхлопными) газами для возможности использования его как топлива для ДВС бза использования антидетоЕЗциоцЕЫХ присадок.

3. Разработать принципиальную схвыу дополнительной система питания карбюраторных и дизельных двигателей и методику определения геометрических размеров аспаритедей-сиесителеа для бездетонационного сгорания газокондгнсата и его фракций с оценкой их требований йо качеству распиливания.

4. Произвести экспериментальные доказательства возаоанос-ти использования яиэкооктановых и кизкоце та новых топлив для ДВС без антидетонационных присадок о оценкой токсичности выхлопных газов.

Во второй главе рассмотрена математическая модель определения индукционного периода сгорания по химическому потенциалу элементарного объёма топливо-воздушной снеси /3,' б/ как функция

¿ЩЩ = РёУ-Гс/Б,

где

т-¡а - V¡¿фг ат,

в котором п - число молей рабочей смеси; б - постоянная ; /? - газовая постоянная;

Щ'-Тч^Г^'-

На основании этого соотношения определены ашичэс;:пе потенциалы начала и конца индукционного периода:

/О^'Щк.ь + ЙТ ■

Оценивая количество объёмных долей по реакциям углеводородов в микрообъеме по составу топлива, с учётом-скрытой теплош парообразования и изменения анергии активации следующими зависимостями /5; 7/:

- анергия активации:

Г-/*г/Ь<Т>'-<Мг + Мс., +Ма)п,Т1п Мг+Мс.}+Мо ~ -(Мг + Мс.з Мо)п, Т-(Мг + Мез +Мс)>?о '(Мп+Мс.3+Мэ)Т-г;

- внутренней энерсии:

и-^(т')аг'* Шг+мс.1 +Мо) + и0 ;

- энтропии:

5-/С*(Г.'ф'+(Мг*Мс.> + М,)1р Мг+Мсл + Но* Ча/г + Мел *Мо)п, * (Мг + Мс.з Мо )п, 2 ;

-•химического потенциала:

/О = '/с1Т1^Т") у7"+ П,Т1л?£Г+%~П,Т-21 приП.Ж'^.

Рассматривая развитие подготовительных процессов испарения, смешения, тепло- и массообмена в ыикрообъёме на основе сохранения массы, импульса и энергии, равной энергии Гиббса, представлено ооцее уравнение изменения продолнительности ин-дукционнси периода:

V))-Рн(Г) 4у'/Яо/у-

п ( ^ -/ Ег Щп ) *

где л 5 - элементарная поверхность;

гГ,0/ - единичный вектор, вектор переноса энергии, вектор скорости.

Анализ радикально-цепного механизма позволил установить изменение химического потенциала микрообъёыа топливо-воздушной среды в смеси с отработавшиыиагаззыи в зависимости от коэффициента избытка воздуха и ве; ичины рециркуляции отработавших газов. Показано, что энергия Гиббса затрачивается на образование активных радикалов для открытого горения /8; 10/. На основе уравнения Гиббса-Дюгема

¿м'^ЦгЪ.г.м^О = ЯХРЯМ^.М«') '

рассмотрено окисление парафинов (дизельное топливо содержит 50-55$) с общей формулой СпНгп+г • - зароаден.'.е цепи:

СпНгп+г * £>2 — СлНглн + ОН ■* О или СпНщн ООН;

- продолжение цепи:

СпНты + 0Н СпНгпн ОНМ. СпНмОН-

в результате чего установлено, что в период зарождения цепи появляются активные радикалы, энергия Гиббоа уценивается, что приводит к увеличении внутренней энергии и началу открытого горения.

В третьей'главе рассмотрена общэя классификация углеводородных топдив по анергетичеокому уровни. Установлено, что стабильный гавоконденсат и его продукты разгона (гаеоконденсатшй бензин) могут быть использована как топливо для автотракторных двигателей. Единственной отрицательной характеристикой их является ниакая детонационная стойкость: легких Фракций ООД9-51, тяжелых фракций ЦЧ-30-34, что противоречит требованьям сгорания при высоких степенях сжатия 8-10 для карбюраторных двигателей и 14-22 для дизелей, при теплотворной способности в пределах 42000кДа/кг (районы добычи: север Тюменской области и

АналиБ испарения капель в момент времени Г-Го, т.е. око-рость испарения комплекса капель, их распределение в потоке и тепло, затраченное на испарение, выражаемые уравнениями:

др.).

йМ(г) = ёЫ(го) ехр С-1/г* А исл (г - Го) 1 ; . д 0 осп = ¿л & Р(/Сп. г,

позволил определить уровень анергии, необходимый для раопыли-вания этих топлив в вихревой потоке по параметрам входа выхлопных газов в улитку: давление входа в пределах 0,04+0,06 ЫПа, о температурой входа 220-240°С, от 7 до 11$ всего количества выхлопных газов. При этом, теплота на испарение/ равна теплоте выхлопных газов, поступающих в вихревую трубку, это приводит к резкому понигению температуры снеси ^ерез иопаритель-смесите ль и не оказывает влияна на коэффициент наполнения двигателя.

Полученные предельные скорости вихревых потоков по частоте вращения до 2,9 » 10^ I/мин с длиной смесительной части порядка 10 калибров (диаметра трубки) показывают, что время на испарение на 2 порядка выше в испарителе-смесителе, чем в смесительной камере карбюратора и в дизелях.

Диализом влияния инертных гааов, участвующих в процессе окисления, по промежуточным химическим реакциям га примера го-решя этилового спирта, показан путь увеличения длины цепи реакции, что, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости реакции в результате уничтокения активных радикалов, которые слу-аат причиной образования детонационной зона.

В четвертой главе диссертации приведены разработанная теория, алгоритм и методика расчета новых способов и устройотв как дополнительных систем питания низкосортными топливами автотракторных двигателей.'Согласно теории эффекта Рлика, показан порядок определения геометрических рази ров двухкомпонентного трехзонного осецентробежного испарителя-смесителя низкосортного топлива на основе газодинамической функции.

На основании уравнений двигения потоков, энергии, сплошности и состояния для свободного вихря с учетом вязкости и сопротивления получены уравнения осевой скорости и условия, при ко-.

торых наступает "кризис течения":

ЧУ ЧК 0.25с/<г-г% } ] ¿(7? Кг) _ /441^ "Л ^^- ~ / 773Г '

иэ которого видно, что

Уго^чШйггЬ&х, при > А первое условие;

У10>У% , при с0 второе условие;

, ^^ -^"кризис течения"

третье условие. Используя систему дифференциалыых уравнений Навье-Стокса, к описанию течения» газа в тангенциальном испарителе-смесителе о учётом турбулентной вязкости в цилиндрической системе координат получены:

- характер распределения осевой скорости

& ¡1 /■ г. \г .

- характер распределения радиальной скорости „ - ( Л__

V Г ~ г!г, '€■(, -р, ' г, '•/Г, при г ± е. :

- характер изменения давления на срезе исларителя-смеси-теля: о

а) для карбюраторного варианта:

£ = 4/V ~ (тг

б) для дизельного варианта

Алгоритм расчёта основных геометрических размеров испарителя-смесителя по газодинамической функции, коэффициенту скорости и расходному коэффициенту:

состоит в определении сечения центробежной и струйной зон, диаметров и длины струйной гот» и длины вихревого испарителя-смесителя: _

С - ГПгУТо, . с ,

г< - № в>г?Ш ' Гс ~^Уг/Ъ?(Ра-Р,' '

¿С - с- <Ь; ¿, = ¿)</, ,

где /-5 _ коэффициенты, определяющие качество рас/

пыливания топлива в зависимости от поверхностного натякения.

Разработанная теория распыдивания, смешения и испарения низкосортных толлив с отработавшими газами позволила спроектировать, изготовить и провести испытания одно-, двух- и трехзон-шЛс испарителей-смесителей для автомобилей с рабочим объемом двигателей от 0,7 до 8,0 л, работавшими параллельно с карбюраторами на газоконденсагной фракции с октановым числом 49-51, Моторные автоматизированные испытания проведены по отдельной методике института проблем транспорта "Р1Ы0Т", г.Варшава, РП, а эксплуатационные ходовые аьгоматизирорчнные испытания-авто-мобилей с испарителем-смесителем проведены в институте "Р1М0Т", РП и в ГПО "Севтсмен- ьавтограно" и ПО "Сургутгазпроы" на 14 ав-томооилях 8М-130, Ш-131, ГАЗ-24, ГАВ-53, УРАЛ-3',;, УАБ-4б'9.

Результаты испытаний по качеству распиливания низкосортных топлив (газоконденсата и бензиновой фракции из газоконденсата) в зависимости от расхода топлива, давления выхлопных га- '

bob, поверхностного натяжения и температуры показали широкую возможность получения смеси выхлопных газов с газоконденоатом в виде аэрозолей. Средний объёмный диаметр капли лежит в пределах 0,1-1,0 мкм, что вполне соответствует требованиям предварительной подготовки части рабочей смеси при температурах топлива до -30°С г диапазоне изменения поверхноотного натяжения (19-26)-Ю"8 н/м для бензиновых фракций и стабильного газоконденсата с расходом топлива черев смеситель-испаритель до 6-7 кг/ч.

В атом же разделе приведены таблицы геометричеоких размеров испарителей-смесителей, апробированные, разработанные, рекомендуемые и испытанные схемы питания карбюраторных и дизельных двигателей. Приоритет которых изложен в работах автора диссертации д; г; ю; э; ц; 12; 1з; м/.

В пятой главе диссертации изложены лабораторные и эк сплуатационные автоматизированные испытания на двигателях и автомобилях разработанной новой дополнительной системы питания низкоокгановым топливом (газоконденсатной фракцией) для Оез-деюнационногб полного сгорания а двигателях. В процессе испытаний ва автоматизированной установке вПИЫ0Х-БСп ш специально разработанной матрице испытаний получены н проанализированы нагрузочные, скоростные, универсальные и деюнационше характеристики двигателя » 1,5 я, 6 а $,2; п * 5100 Х/мин. Кроме того, получены результаты исследований отработавших газов на токснчнооть. Все экспериментальные исследования проводились по одинаковый программам на топливах о октановыми числами 94, 78, 50 без регулировки карбюраторов и изменения угла опережения зажигания. Это сделано с одной целью - выполнить сравнительную оценку по экономичности и токсичности отработав-

ишх газов при работе на стандартной системе питания и на стандартной с дополнительной системой питания, то есть с испарите-лек-сизоителеы (в протоколах и программах указанкикрмшштедь Барсукова),а регулировочные характеристики снят для настройка.

Анализ результатов испытаний по универсальный характеристикам показывает снижение удельного ... эффективного расхода топлива с 04-50 на 1а г/кВт*ч при установке цопаригеля-смесителя.

Снижение среднего удельного эийкгмного давления с 0,85 до 0,57 Ша при работе на не этилированном гопдизе с 04-50 вызывает детонационной сгорание, а иопользозаниа испарителя-смесителя приводит к его увеличению о 0,Ь5 до 0,ь8 МПа, детонация rtp ахоа ¡а кабдодавгои. Лип определения эффекта увеличения ошшюсти к детонационному сгорании топлива с 04-78 снимались детонационные характеристики, которые убедительно подтвердили изменение химического потенциала (расчётного) и преимущества вихревого испарителя-смесителя- в подавлении детонации, это ^особенно выразительно в диапазоне частот вращения коленчатого вала от 15.00 до 2200 1/иин а №00 1/мин и вине при постоянных нагрузках. Это подтверждается увеличенным значением химического потенциала рабочей смеси и уменьшением индукционного периода сгорания.

Результаты автоматизированных испытаний динамических показателей автомобиля, при работе двигателя на неэтилированном бензине с 04-50 с испарителем-смесителем, практически те es, что и на тормозных установках. Расход топлива на 100 км увеличился на 0,5л,это без регулировки зажигания и кароюратора, снизилось ускорение разгона с 3,5 м/с2 до 3,0 m/c¿ при скорости до 20 км/ч, такие se уменьшения ускорения наблюдаются во всем даапазонь скоростей до 100 км/ч при атом детонация не возникает /II/.

Результаты исследования отработавших газов на токсичность на автоматизированной установка "БШМ" в комплексе с программатором типа "¡ЦйНК" подтвердили наши предположения о большей полноте сгорания и снижении канцерогенных составляющих, прежде всего, из-за того, что топливо 04-50 и газоконденсат-ная фракция (газоконденсагный бензии) из содержит аигидетоиа-ционных присадок. Кроме того, бзздетонационное сгорания при использовании вихревого смесителя-испарителя, работающего на выхлопных газах, приводит к увеличении химического потенциала и снижению периода индукционного сгорания, большей полноте сгорания за счет чего СО и N0* уменьшились на I? и соответственно /II/.

&

ВЫВОДЫ

Выполненные исследования дни решения поставленных зад; ч позволили сделать еле дув щю выводы.

1. Разработана математическая модель определения изменения химического потенциала рабочей смеси в зависимости от коэффициентов избытка воздуха и остаточных газов в полной взаимосвязи качества распиливания, испарения и реакций окисления.

2. Установлено аналитически и доказано экспериментально увеличение химического потенциала с ростом параметров свободной энергии образования активных радикалов, внутренней энергии, энтропии микрооОьёма топливо-воадушной смеси, которые приводят к сокращению индукционного периода сгорания.

3. Проведена оценка стабильного газоковденсата и его фракций как топлива для автотракторных двигателей, показывающая, что использование этих углеводородных топлив позволит решить

частично экологическую и экономическую задачи а районах их добыча н переработки.

Проведены теоретические исследования испарения и смешения газоконденсаткых томив с инертными (выхлопными)^ газами. Показано влияние отработавших газов ¡а скорость^ реакции горения ш примере механизма окисления и установлено, что процесс торможения скорости распространения пламени до нормальных величин является следствием подавления активных центров по дополнительным уравнениям реакций.

5. Разработана иетЪдика и алгоритм расчета осецентробек-ного вихревого одно-, двух- и трехзонного испарителя-смесителя назкооктановых а низкоцетановых топлив как дополнительной системы питания для полного и бездетонационного сгорания э двигателях с высокими степенями сепия.

6. Изготовлено и экспериментально испытано 4- поколения испарителей-смесителей по авторским свидетельствам, патентам и скорректированной технической документации. Произведена оценка качества распиливания низ ко сорт ¡их топлив в зависимости от конструктивных параметров, энергии штока выхлопных газов

и параметров топлива..

?. Проведены автоматизированные моторные и ходовые испытания, а такне эксплуатационные испытания автомобилей для анализа универсальных и детонационных характеристик двигателей, динамических характеристик автомобилей л токсичности отраоотав-сшх газов с испаритзиеи-смеситедеы для двигателей с рабочими объемами от 0,7 до 8,0 л, со степенями слагая от до 9,2 ' на топливах с октановыми числами от 94 до 50.

■ 8. Определены границы начала детонационного сгорания при обогащении рабочей снеси низкооктановьши и низкоцетановыяи

топливами о оценкой потери мощности и определены соотношения необходимого количества выхлопных газов и топлива через вихревой иапаритепь-сиеситель для полного подавления детонации с оценкой изменения вкономичного коэффициента избытка .воздуха.

9. Установлено в результате испытаний испарителя-смесителя на топливе с 04-50 сниаенйв расхода топлива на 18 г/кВт-ч, снижение токсичности по СО на 17$ и НО* на 8$, по оравнению

с топливом 04-94, динамические качеотва автомобиля и расходные характеристики остались практически на том же уровне, что и на топливе 04-94, детонационное сгорание иэ возникает при автоматизированном управлении нагрузкой.

10. Установлено, что с ростом частоты градация коленчатого вала и нагрузки карбвраторного и дизельного двигателей качество распиливания и испарение низкосортного топлива с испарителем-смесителем выше, ato приводит к росту химического потенциала рабочей снеси, сникению индукционного периода сгорания в снижение оклоныосги к дет с нации низкооктанового топлива при одних в тех же екаченвях коэффициента избытка воздуха.

11. Полученные результаты испытаний позволили подготовить техническую документации для массового производства испарите-лей-смесигелей и оценить годовой вконоиический аффект использования низкосортных топлив на условный автомобиль, с расходом топлива 30 л/ч, в 13 тыо.руб. Техническая документация передана на производство "Севтсиен^автограно" и "Сурхутгазпром",

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Барсуков С.Й., Кнауб Л.В., Манаенко В.П. Двигатель внутреннего сгорания. Решение Госкоыизобретений о выдаче авторского свидетельства по ваявке К 4676127/06 5X299 от 11,04. 1989 г.

/ Еяроукол С.И,, Кнауб а.В>* ЕШыголь Д.Г. Нспарительно-сиоои^зяыюа уотрайство систаш'питания двигателя внутреннего огорзим. Решение Госкоыизобретений о выдаче патента по заявке К 4912736/06 5799 от 17.01.1591 г.

3. Барсуков С.И., Кнауб Д.В. Изменение химического потенциала микрообъёма рабочей смеси га индукционный период сгорания /Одео.политех.ин-г. - Одесса, 1989. - 8 с. Доп. в Укр-Ш'ИНТП I7.il.89. и 2643-Ук 89.

4. Барсуков С.П., Кнауб Л.В. Блия121е факторов га степень протекания реакций окисления в мпкрообъёме за индукционный период сгорания /Одес.полито".ий-т. - Одесса, 1989. - 5 о. Деп. з УкрНШПШ! I7.XI.b9 К 2641-Ук 89.

5. Барсуков С.И., Кнауб Л.В. Математическая модель расчета продолжительности индукционного периода сгорания в дизелях /Одес.пояитех.иц-т. - Одесса, 1989. - 12 с. Деп. в Укр-юганти 17.II.89 Р! 2633-Ук 89.

6. Кнауб Л.В. Изменение химического потенциала юяливо-воздушпой смася при переменных коэффициентах избытка воздуха (^ ) /Сборник Одесского отделения Инженерной акздэыии СССР "Динамита систен", вып.1. 1991. - С.10-14.

7. Барсуков С.И., Кнауб Л.В. Разработка математического аппарата для оценки химического по тент: ла по га груз очному и скоростному режимам работы дизеля/Сборник Одесского ^деления Инженерной акадекри СССР "Динамика систем", выл.1, I991. -

С.15-18. ' . '

8. Кнауб Л.В. Увеличение термического КПД сгорания за счёт вихревых эффектов /Сборник Одесского отделения Инга верной академии СССР "Динамика систем", вып.1, 199I. - С.26-28.

9. Барсуков С.П., Кузнецов В.И., Кнауб Л.В. Исследование

u разработка способа и. устройства для сжигания низкооктановых то'плив из газоковденсагов в карбюраторных --двигателях с высокими степенями сжатия /Отчет по договору К 7, этап I. - Одесса,

1989, - 77 с.

10. Барсуков С.П., Кузнецов В.И., Кнауб Л.В. Исследование и разработка способа и устройства для сжигания низкооктановых теплил из газоконденсатов в карбвраторшх двигателях с высокими отепеннма сжатия /Отчёт по договору t 7, этап 2, 3. - Одесса, 1990. - 100 С.

11. Барсуков С.И., лузизцов В.И., Кнауб Л.В. Исследование и разработка способа а устройства для- сжигания ииэкооктановых голлив из газоконденсатов s. карбюраторных двигателях о высокими степенями сжатия /Отчёт по договору ß I, этап 6. - Одесса,

1990. - 72 с.

.12. Патент ¿вропейский.Заявка- F-286753 от 10.11.90. "Испарительно-смееительпое устройство системы питания двигателя внутреннего сгорания". Авторы: Барсуков С.И,, Кнауб Л.В. (СССР), Яиош Колотка (РП), 1990 г.

13. Baxsukov S.X., Zschernitoico W.TB., ЕшщЬ i.V. l'ish-uud verdstapfereystea fur den einsatB von treibstffen alt nsit reder obtanjall In verbrennuneatoaotoreu - UD 6SR, Technologie transfer Karlsruhe. Katalog, 1991, April- 5 e.

14. Патент ¿вропецркий. Заявка P-28976I от 05.04.91. "йспарительно-смаоительное устройство системы питания автотракторных двигателей". Автор!: Барсуков С.И., Кнауб Л.В., Чьрви-анко Б.В. (СССР), Ü8e$ Нита (РП), 1991.

Jt/ko/l^

¡ПИ »<u J а a. Ztt -'00