Ichki yonuv dvigatellarning gazli dvigatel yoqilg'isiga aylantirilgandan keyin yoqilg'i samaradorligini baholash

Ichki yonuv dvigatellarning gazli dvigatel yoqilg'isiga aylantirilgandan keyin yoqilg'i samaradorligini baholash
G azga aylantirilgan ichki yonuv dvigatellarning energiya samaradorligini baholash. Har xil turdagi yoqilg'ida (benzin, propan, metan) ishlaydigan dvigatellarning ish davrlarini raqamli simulyatsiya qilish asosida ularning texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlari tahlil qilinadi. Aniqlanishicha, benzinli dvigatelni propanga aylantirish dvigatel quvvatini 5% ga, solishtirma yoqilg'i sarfini 4% ga kamaytirishga olib keladi; va metandan yoqilg'i sifatida foydalanish yoqilg'i sarfini 13% ga kamaytirish bilan quvvatning 12% ga pasayishiga olib keladi.

Kirish
Ma'lumki, ichki yonuv dvigatellar qurilishini rivojlantirishning dolzarb yo'nalishlaridan biri ichki yonish dvigatellarida (IYOD) gazli dvigatel yoqilg'isidan (propan va / yoki metan) foydalanishdir [1-3]. Bu bir qator ijobiy ta'sirlar bilan bog'liq, xususan, yoqilg'i samaradorligi va ichki yonish dvigatellarining ekologik tozaligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Shu bilan birga, ushbu yo'nalishning rivojlanishi gaz-porshenli ichki yonish dvigatellarining original konstruktsiyalarini ishlab chiqish (yoqilg'i uskunalari, gaz-balon uskunalari, aralashmani shakllantirish usullari va boshqalar), ham mavjud benzin yoki benzinni uzatish bilan bog'liq. dizel dvigatellari gazsimon yoqilg'iga (dizayndagi sezilarli o'zgarishlarsiz). Shubhasiz, gaz-porshenli dvigatellarning ish jarayonlari benzinli ichki yonuv dvigatellari va dizel dvigatellaridan farqli o'laroq, o'ziga xos xususiyatlarga ega. Shunga ko'ra, har qanday porshenli dvigatellarni gaz motorli yoqilg'iga aylantirish ilmiy o'rganishni, ish jarayonini takomillashtirishni va texnik va iqtisodiy ko'rsatkichlarni dastlabki baholashni talab qiladi.

Bu sohada bir qator ko'p yo'nalishli nashrlarni ajratib ko'rsatish mumkin. Masalan, [4, 5] maqolalarida mualliflar gaz motorli yoqilg'ida ishlaydigan porshenli ichki yonuv dvigatellarining ish tsiklining xususiyatlarini tavsiflovchi original matematik modellarni taklif qiladilar. Ishlarda [6, 7] raqamli simulyatsiya asosida gazda ishlaydigan "Volga" va "IZH" avtomobil dvigatellarining siqilish koeffitsientining texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlariga ta'siri baholanadi.

Guruch. 1-rasm. Har xil turdagi yoqilg'ida ishlaydigan Porshenli dvigatelning krank mili tezligiga samarali quvvat (a) va o'ziga xos samarali yoqilg'i sarfi (b) bog'liqligi.

[8]-modda benzinli dvigatelni gaz yoqilg'iga o'tkazgandan keyin uning ish jarayonini nozik sozlashga bag'ishlangan. Gaz-porshenli ichki yonish dvigatellarini yanada tor yo'naltirilgan tadqiqotlarni ham qayd etish mumkin. Shunday qilib, tadqiqotchilar dvigatellarning yonish kamerasida har xil turdagi gazlarning yonish shakllariga e'tibor berishadi [9, 10], qabul qilishda ishchi suyuqlikning aylanishining gazning ekologik va texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlariga ta'sirini baholaydilar. -porshenli ichki yonuv dvigateli [11], shuningdek, ko'p yoqilg'i gazli dvigatelning ishlashini tahlil qilish [12] .

Shunday qilib, bugungi kunda olimlar va mutaxassislar gaz Porshenli dvigatellarning samaradorligini oshirish bo'yicha chora-tadbirlarni ishlab chiqishga qaratilgan. Biroq, o'ziga xos Porshenli ichki yonish dvigatellarining texnik, iqtisodiy va ekologik parametrlari va ularni amaliyotga tatbiq etishning maqsadga muvofiqligi bo'yicha ma'lum ilmiy va innovatsion echimlarni tahlil qiladigan juda ko'p tadqiqotlar mavjud. Ushbu maqolada, ish siklini raqamli simulyatsiya qilish asosida benzinli ichki yonish dvigatelining yoqilg'i samaradorligi (8 × 9,2 / 8,8) gaz dvigatel yoqilg'iga o'tkazilgandan keyin baholandi.

(propan va metan), shuningdek, turli yoqilg'ida ishlaydigan ko'rib chiqilayotgan dvigatelning asosiy ko'rsatkichlariga siqish nisbati ta'sirini tahlil qilish.

Muammoni shakllantirish
Tadqiqot uchun asosiy vosita sifatida keng qo'llaniladigan 8Ch9.2 / 8.8 (zavod belgisi ZMZ5231.10) benzinli dvigatel tanlangan. parametrlari:
❏ silindrlarning ish hajmi Vh = 4,67 l;
❏ siqish nisbati e = 7,6;
❏ ortiqcha havo koeffitsienti a = 1;
❏ nominal quvvat Ne = 91,2 kVt 3200–3400 min–1;
❏ maksimal moment Me = 298 Nm 1600–2000 min–1;
❏ silindrdagi klapanlar soni - 2;
❏ valfni ko'tarish h = 10 mm.
Tadqiqotlar Moskva davlat texnika universitetida ishlab chiqilgan Diesel-RK dasturiy ta'minot to'plamida dvigatelning ishlash siklini raqamli simulyatsiya qilish asosida amalga oshirildi. N. E. Bauman. Birinchidan, asosiy dvigatelning matematik modeli 39 ta parametr bo'yicha sozlandi, jumladan gaz taqsimlash bosqichlari, qabul qilish va chiqarish tizimlarining geometriyasi, yonish davomiyligi, ateşleme vaqti, silindr-piston guruhining dizayn xususiyatlari, va boshqalar. Natijada, prototip dvigatelining tashqi tezlik xususiyatlari (quvvat, moment va yoqilg'i sarfi bo'yicha) (foydalanish qo'llanmasidan olingan ma'lumotlar) va asosiy dvigatelning (Dizel-RK ma'lumotlari) taqqoslandi, ulardagi farqlar 7%. Keyinchalik, matematik modelda suyuq yoqilg'i (benzin) gazsimon yoqilg'i - propan va metan bilan almashtirildi. Benzinning kimyoviy tarkibi (foizda) quyidagicha edi: C = 0,855, H = 0,145 past kaloriya qiymati Hu 44 MJ / kg ga teng. Propanning kimyoviy tarkibi: C = 0,817, H = 0,182 Hu = 46,47 MJ / kg; metan: CH4 = 0,95, C2H6 = 0,05 Hu = 49,74 MJ / kg. Tadqiqotlar standart atmosfera sharoitida 400 min-1 qadam bilan 1000 dan 3400 min-1 gacha bo'lgan krank mili chastota diapazonida o'tkazildi. Asosiy parametrlar, ular asosida ichki yonish dvigatelini gaz yoqilg'isiga o'tkazish ta'sirini tahlil qilish samarali quvvat Ne va o'ziga xos samarali yoqilg'i sarfi edi.

Guruch. 2-rasm. Propan (a) va metan (b) bilan ishlaydigan Porshenli dvigatelning siqish nisbatiga samarali quvvat va solishtirma samarali yoqilg'i sarfining bog'liqligi.

Porshenli ichki yonuv dvigatellarining ish siklining simulyatsiya natijalari

Shaklda. 1-rasmda ichki yonish dvigatelining barcha asosiy parametrlarini (siqish nisbati, valf vaqti, ateşleme vaqti va h.k.) saqlab turgan holda asosiy dvigatelni gaz dvigateli yoqilg'isiga (propan va metan) o'tkazgandan so'ng Ne va ge ning krank mili tezligi n ga bog'liqligi ko'rsatilgan. .). Kutilganidek, benzinli dvigatelning gazga o'tishi krank mili tezligining barcha diapazonida quvvatning pasayishi bilan birga keladi: propanda ishlaydigan ichki yonuv dvigatelida Ne ning pasayishi 5% dan oshmaydi va qachon. metan yordamida u 12% ga etadi. Shu bilan birga, gaz-porshenli ichki yonuv dvigatellarining yoqilg'i samaradorligining yaxshilanishi kuzatilmoqda. Yoqilg'i sarfi (asosiy dvigatelga nisbatan) propan va metan yoqilg'i sifatida ishlatilganda mos ravishda o'rtacha 4% va 13% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, benzinli dvigatelni tabiiy gaz yoqilg'isiga aylantirishning ijobiy ta'siri yonilg'i sarfini kamaytirishdir, lekin bir vaqtning o'zida quvvatni yo'qotishdir. Ma'lumki, Porshenli ichki yonuv dvigatellarida siqish nisbatining oshishi bir qator afzalliklarga ega, xususan, ge ning pasayishi va Ne ning oshishi, bu issiqlik samaradorligini oshirish va aralashmaning hosil bo'lishi uchun sharoitlarni yaxshilash bilan bog'liq. va yoqilg'ining yonishi [13, 14]. Shuning uchun gaz motorli yoqilg'iga aylantirilgan Porshenli dvigatellarning siqilish nisbati ularning texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlariga ta'siri o'rganildi (2-rasm). Dvigatel quvvatining eng sezilarli o'sishi siqilish nisbati e dan 15 gacha oshishi bilan kuzatilishi aniqlandi, shundan so'ng Ne ning ortishi deyarli sezilmaydi; bu holda ge = f(e) bog'liqligi e ning ko'rib chiqilgan qiymatida ekstremumga ega. Shuning uchun, 9,2/8,8 o'lchamdagi gaz Porshenli dvigatellar uchun siqish nisbatining optimal qiymatlari 14-16 mintaqasida deb taxmin qilish mumkin. Shunday qilib, asosiy benzinli ichki yonuv dvigatelining (e = 7,6 bilan) va e = 15 bo'lgan propan va metanda ishlaydigan gaz porshenli dvigatellarining texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlari taqqoslandi (3-rasm).

Guruch. 3. O'ziga xos samarali yoqilg'i sarfining tizzaning aylanish chastotasiga bog'liqligi.
Porshenli dvigatel mili [benzin (e = 7,6), propan (e = 15) va metan (e = 15) bilan ishlaydi]

Raqamli simulyatsiya asosida, e = 15 da metan bilan ishlaydigan dvigatel yoqilg'i sarfini kamaytirish bilan, aslida asosiy benzinli dvigatelga teng quvvatga ega ekanligi aniqlandi (Ne og'ishlar ± 5% ichida). 20-30% ga, ICE ish rejimiga qarab. O'z navbatida, e = 15 da, propan dvigateli asosiy dvigatelga nisbatan 5-15% oralig'ida quvvatni oshiradi, ge bir vaqtning o'zida 10-20% ga kamayadi. Har xil turdagi yoqilg'ida ishlaydigan Porshenli ichki yonish dvigatellarining texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlarini yanada to'g'ri taqqoslash uchun e = 11 benzinli dvigatel uchun raqamli simulyatsiya qo'shimcha ravishda amalga oshirildi (bu oktanli benzinda ishlaganda juda maqbuldir). 95-98) va e = 15 bo'lgan propan va metanda ishlaydigan gaz Porshenli dvigatellar (4-rasm). E = 11 bo'lgan benzinli dvigatel va e = 15 bo'lgan propan gaz-porshenli ichki yonish dvigateli krank mili tezligining butun diapazonida deyarli bir xil samarali quvvatga ega ekanligi aniqlandi (farqlar ± 2%); bu holda, gaz Porshenli dvigatel 4-10% ga kam yonilg'i sarfiga ega. O'z navbatida, e = 11 bo'lgan benzinli ichki yonish dvigateli metan bilan ishlaydigan dvigatelga nisbatan 4 dan 10% gacha katta Ne ko'rsatkichlariga ega. Biroq, bu holatda ham, metan ustidagi gaz-Porshenli dvigatel sezilarli darajada yaxshi samaradorlikka ega (ge 20% gacha kamayishi).

Benzinli dvigatelni tabiiy gaz yoqilg'isiga aylantirishning ijobiy ta'siri yonilg'i sarfini kamaytirishdir, lekin bir vaqtning o'zida quvvatni yo'qotishdir. Ma'lumki, Porshenli ichki yonuv dvigatellarida siqish nisbatining oshishi bir qator afzalliklarga ega, xususan, ge ning pasayishi va Ne ning oshishi, bu issiqlik samaradorligini oshirish va aralashmaning hosil bo'lishi uchun sharoitlarni yaxshilash bilan bog'liq. va yoqilg'ining yonishi [13, 14]

Guruch. 4-rasm. Yoqilg'ining solishtirma samarali sarflanishining Porshenli dvigatelning krank mili tezligiga bog'liqligi [benzin (e = 11), propan (e = 15) va metan (e = 15) bilan ishlaydigan]

Yuk tashish kompaniyalari uchun pastki qator

Porshenli ichki yonuv dvigatellarida gazli dvigatel yoqilg'isidan foydalanishning ijobiy iqtisodiy samarasini baholash uchun biz birinchi variantni ko'rib chiqamiz, asosiy benzinli dvigatel siqilish nisbatini oshirmasdan metanga aylantirilgan. Yuqorida ko'rsatilgandek, bu holda o'ziga xos samarali yoqilg'i sarfi kamayishi 12-14% ni (o'rtacha, taxminan 13%), quvvatning 12% ga kamayishi. Shunga ko'ra, o'rtacha yuk rejimida (n = 2200 min–1) asosiy dvigatel uchun benzinning massa iste'moli 16,8 kg / soat, metan bilan ishlaydigan gaz Porshenli dvigatel uchun esa 12,9 kg / soat. Bu erdan siz bitta dvigatel uchun yillik yoqilg'i tejamkorligini hisoblashingiz mumkin, agar u yiliga 2000 soat ishlasa (bu taxminan 50 ming km masofani bosib o'tgan avtomobilga to'g'ri keladi), bu taxminan 8000 kg bo'ladi. Va agar benzin narxi taxminan 42 rubl / kg, metan esa 15 rubl / m3 ekanligini hisobga olsak, miqdoriy jihatdan tejash taxminan 1,1 million rublni tashkil qiladi. yilda. Agar biz bitta dvigatel emas, balki beshta gazga o'tsak, yillik tejash 5,5 million rublni tashkil qiladi. Bu, shuningdek, ikkinchi variantni hisoblash mumkin, qachon asosiy benzinli dvigateli metan yoqilgan, lekin 15. dvigateli va gaz piston uchun siqilish nisbati keyingi ortishi bilan. Bitta dvigatelning shunga o'xshash ishlashi bilan yillik yoqilg'i tejamkorligi bu holda 10 tonna yoki deyarli 1,2 million rublni tashkil qilishi aniqlandi. Shuni ta'kidlash kerakki, propanda ishlaydigan gaz Porshenli dvigatel uchun shunga o'xshash hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bitta ichki yonish dvigateli uchun yillik yoqilg'i tejash taxminan 1,5 tonnani tashkil qiladi va rubldagi daromad 700 ming rubldan bir oz ko'proq bo'ladi. Shunday qilib, har xil turdagi yoqilg'ida ishlaydigan, o'lchamlari 9,2/8,8 bo'lgan porshenli ichki yonuv dvigatellarining ish siklini raqamli simulyatsiya qilish asosida, siqish nisbati 15 bo'lgan metan bilan ishlaydigan gaz porshenli dvigatel eng yuqori yoqilg'i samaradorligiga ega. tabiiy gaz yoqilg'isida ishlaydigan Porshenli dvigatellarning energiya samaradorligini oshirish uchun katta salohiyat mavjudligini ko'rsatdi. Va uni oshkor qilish uchun gaz Porshenli ichki yonish dvigatellarining ish jarayonini raqamli simulyatsiya yordamida ham, dastgoh sinovlari asosida ham aniq sozlash uchun qo'shimcha tadqiqotlar talab etiladi.

Xulosa
Tadqiqot asosida quyidagi xulosalar chiqarish mumkin:

1. Diesel-RK dasturiy ta'minot to'plamida turli turdagi yoqilg'ida (benzin, propan va metan) ishlaydigan ICE ish davrlarining matematik modellari (8Ch9.2 / 8.8 dvigateliga tatbiq qilinganidek) ishlab chiqilgan.
2. Raqamli simulyatsiya asosida benzinli dvigatelni gaz motorli yoqilg‘iga o‘tkazish yoqilg‘ining solishtirma samarali sarfini 4– ga kamayishi bilan samarali quvvatning 5–12% oralig‘ida pasayishiga olib kelishi aniqlandi. 13%.
3. Turli rejimlarda ishlash jarayonida gaz Porshenli dvigatellarning texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlariga siqish nisbati ta'siri ko'rsatilgan.
4. Gaz-porshenli ichki yonuv dvigatellarining siqilish koeffitsientini 7,6 dan 15 gacha oshirish ularning yoqilg'i samaradorligini asosiy benzinli dvigatelga nisbatan 30% gacha oshirishi aniqlandi.
5. Kichik avtotransport korxonasi uchun beshta dvigatelni propan va metanga aylantirishning miqdoriy iqtisodiy samarasi hisoblab chiqildi. Shunday qilib, o'tkazilgan tadqiqot ichki yonish dvigatellarida gazli dvigatel yoqilg'isidan foydalanganda Porshenli dvigatellarni qurish sohasida energiya tejash uchun sezilarli salohiyat mavjudligini ko'rsatdi.