Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние вопросов анализа экологических и экономических проблем автомобильного транспорта 11
1.1 Общий обзор экономических и экологических проблем автомобильного транспорта 11
1.2 Обзор и анализ альтернативных видов топлив 16
1.3 Обзор и анализ экспериментальных исследований работы двигателей, работающих на газовых видах топлива 24
1.4 Постановка цели и задач диссертационной работы 34
ГЛАВА 2 Разработка методики анализа эффективности автомобилей при конвертации двигателей на альтернативное топливо 35
2.1 Разработка методики расчета экономической эффективности использования различных видов топлива 35
2.2 КПД автомобиля как показатель эффективного использования энергии при разгоне 40
2.3 Регрессионный анализ в задачах оценки эффективности конвертации ДВС 50
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования топливной экономичности и экологических показателей конвертированных двигателей внутреннего сгорания автомобилей 65
3.1 Определение топливной экономичности автомобиля ИЖ-27156.65
3.2 Методика экспериментального анализа эффективности использования различных видов топлива на автомобильном транспорте .76
3.3 Определение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами 79
3.3.1 Исследование влияния степени сжатия и электронных систем регулирования двигателя ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами 84
3.4 Экспериментальные исследования шума и вибрации 87
3.4.1 Исследование шума 87
3.4.2 Исследование вибрации 88
3.5 Исследования эксплуатационных качеств конвертированных автомобилей 91
ГЛАВА 4 Методика проведения экспериментальных исследований и используемое оборудование 93
4.1 Состав и содержание экспериментальных исследований 93
4.1.1 Объекты исследования 94
4.1.2 Требования безопасности 108
4.2 Оборудование и контрольно-измерительная аппаратура, используемая при экспериментальных исследованиях 109
4.3 Методика проведения многофакторного эксперимента 129
Основные результаты и выводы 132
Список использованных источников 134
- Обзор и анализ экспериментальных исследований работы двигателей, работающих на газовых видах топлива
- Разработка методики расчета экономической эффективности использования различных видов топлива
- Исследование влияния степени сжатия и электронных систем регулирования двигателя ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами
- Оборудование и контрольно-измерительная аппаратура, используемая при экспериментальных исследованиях
Введение к работе
Актуальность темы. Высокая насыщенность машинами, оборудованными двигателями внутреннего сгорания (ДВС), привела к тому, что при работе они расходуют большое количество моторного топлива и выбрасывают в атмосферу вместе с отработавшими газами (ОГ) большое количество окиси углерода и других вредных составляющих, которые отрицательно влияют на здоровье человека.
Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды и создает угрозу экологической безопасности. Особенно это касается загрязнения воздуха в крупных городах, т.к. доля автотранспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу достигает 70-80 %. Проблема загрязнения городов выбросами автомобильного транспорта является одной из самых актуальных и серьезнейших для всех городов мира.
Энергетические и экологические проблемы приобретают в настоящее время первостепенное значение и должны рассматриваться в тесной взаимосвязи.
Важным направлением обеспечения экологической безопасности является перевод части автотранспортных средств на использование альтернативных видов топлива, прежде всего природного газа (ПГ). На сегодняшний день ПГ является наиболее приемлемой альтернативой нефтяным моторным топливам по экономическим, ресурсным и экологическим характеристикам. Использование компримированного (сжатого) природного газа (КПГ) и сжиженного природного газа (СПГ) в качестве топлива позволяет существенно повысить экономическую эффективность эксплуатации автомобильного транспорта и снизить вредное воздействие на природную среду. В пользу использования ПГ выступает его ресурсная обеспеченность. По различным оценкам запасов нефти должно хватить на 40…60 лет, а газа – на 100…150 лет.
Однако в настоящее время заменить одновременно весь автомобильный парк невозможно. При любом волевом решении даже на государственном и мировом уровне требуется время, чтобы изготовить автомобили, работающие на газовом топливе, утилизировать все автомобили, находящиеся в эксплуатации и создать развитую сеть газозаправочных станций. При переводе транспорта на альтернативные виды топлива неизбежен переходный период для производства новых моделей автомобилей. В течение этого периода важным этапом является конвертация существующих автомобилей с возможностью параллельной работы на различных видах топлива, а именно на традиционных нефтяных (бензине и пропан-бутане) или альтернативном топливе – КПГ.
Одной из причин, сдерживающей применение ПГ на автомобильном транспорте, является малая изученность особенностей использования и преимуществ газового топлива применительно к автомобильным двигателям. В нашей стране имеется небольшое число исследований по данной проблеме, а подавляющая часть зарубежных публикаций по конвертации двигателей преследует рекламные цели и не содержит результатов научных исследований.
Цель и задачи диссертационной работы. Цель – повышение эффективности автомобилей путем конвертации бензиновых и дизельных ДВС на компримированный природный газ (КПГ). Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Рассмотреть возможности конвертации существующих ДВС автомобилей для работы на КПГ.
-
Определить экономические и эксплуатационные показатели применения различных видов газового топлива.
-
Разработать методику анализа эффективности использования различных видов топлива на автомобильном транспорте.
-
Исследовать влияние степени сжатия на экологические показатели конвертированных двигателей работающих на газовом топливе.
-
Оценить влияния электронных систем регулирования рабочими процессами двигателя при конвертации его на газовое топливо.
-
Выполнить комплекс экспериментальных исследования по выбросам токсичных веществ, шуму и вибрации автомобиля при конвертации ДВС.
Объектами исследования являлись автомобили марок УАЗ-315192, ВАЗ-21213, ВАЗ-11113, ИЖ-27156, ГАЗ-31105 и КАМАЗ-55111.
Предмет исследования. Конвертация ДВС на КПГ, использующийся в качестве альтернативного топлива бензину и дизельному топливу.
Методы исследования. Теоретические методы исследования базируются на теориях движения и эксплуатационных свойствах транспортных машин, регрессионном анализе, анализе и синтезе технических систем, теории ДВС и численных методах вычислений.
Экспериментальные исследования выполнены на специальных стендовых установках с использованием стандартных и частных методик, с помощью специализированной контрольно-измерительной аппаратуры в соответствии с нормативными документами на проведение экспериментальных исследований тягово-скоростных свойств, топливной экономичности, выброса токсичных веществ, шума и вибрации автомобилей. Обработка результатов экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с применением ПЭВМ.
Достоверность и обоснованность теоретических положений работы подтверждается реализацией их в конструкциях конвертированных ДВС автомобилей, экспериментальными исследованиями и результатами лабораторных и дорожных испытаний.
Научная новизна выполненной диссертации заключается в следующем:
-
Разработана методика расчета эффективности использования различных видов топлива.
-
Разработана математическая регрессионная модель зависимости расхода топлива от скорости движения автомобиля и массы перевозимого груза.
-
Проведен сравнительный критический анализ выбросов токсичных веществ с отработавшими газами для различных видов топлив.
-
Проведено исследование эффективности автомобилей при конвертации ДВС на КПГ.
-
Обоснованы наиболее рациональные направления конвертации ДВС на газовое топливо.
Практическая ценность работы заключается в обосновании преимуществ использования для ДВС автомобилей газовых топлив, особенно КПГ (метана), в сравнении с пропан-бутаном, а также с жидкими нефтяными топливами. Реализованы научно-технические принципы применения метана в двигателях с искровым зажиганием с целью снижения токсичности и повышения топливной экономичности. Разработанные рекомендации могут быть использованы в конструкторских разработках на предприятиях автомобилестроения и при создании новых конкурентоспособных технологических систем и машин.
Реализация результатов. Результаты исследований использованы в научно-исследовательской работе, выполненной в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы) на 2011 год», а также используются в учебном процессе в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» и в Чайковском технологическом институте (филиал ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства» (г. Ижевск, 2005 г.), на Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (г. Пенза, 2006 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Применение теории динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники» (г. Чайковский, 2007 г.), на Международной научно-технической конференции «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» (г. Пермь, 2008 г.), на IV Международной студенческой научно-практической конференции «Тенденции, традиции и перспективы в научных исследованиях» (г. Чистополь, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Транспортные и транспортно-технологические системы» (г. Тюмень, 2010 г.), на IX Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (г. Екатеринбург, 2011 г.).
Основные положения диссертационной работы неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт» Чайковского технологического института (филиал ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова») и на кафедре ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы (в том числе 6 статьей в журналах, включенных в перечень ВАК РФ).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы; содержит 145 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 30 таблиц. Список использованной литературы содержит 113 наименований.
Обзор и анализ экспериментальных исследований работы двигателей, работающих на газовых видах топлива
Однако синтетическое топливо из природного газа в 8,1 - 3,7 раза дороже нефтяных. По мнению специалистов, ввиду высокой стоимости синтетического бензина, в ближайшие 30-50 лет в России этот вид топлива вряд ли широко будет использоваться [2].
К альтернативному топливу часто относят и так называемое «биодизельное топливо», хотя единого мнения об этом нет. Биодизельным топливом назван заменитель дизельного топлива, изготовляемый по специальной технологии из растительных масел (соевого или рапсового) или из пищевых отходов предприятий общественного питания. Однако применение неразбавленных растительных масел имеет и отрицательные особенности: - повышенная вязкость масла, что требует специального подогрева топлива; - при попадании в смазочное масло биотопливо реагирует с ним с образованием резиноподобных субстанций, что уменьшает в результате ресурс смазочного масла; - продукты переработки растительных топлив порою достаточно агрессивны.
Поэтому применять такие масла или продукты их переработки в неразбавленном, чистом виде невыгодно. Его, как правило, используют в смеси с дизельным топливом в разных пропорциях. Так, для двигателей грузовых автомобилей в США обычно используют смесь из 20 % биодизельного и 80 % дизельного топлива (сорт В20). По утверждению изготовителей биодизельного топлива оно не только уменьшает вредные выбросы двигателей, но и обладает лучшими смазочными свойствами, чем обычное дизельное топливо, а также имеет более высокое цетановое число, что позволяет увеличивать мощность двигателей. Кроме того, более высокая температура вспышки этого топлива делает его менее опасным в обращении и при транспортировке. Заправка биодизельным топливом производится на обычных АЗС, и его раздача не требует специального оборудования [4,52].
Переход на эту смесь топлива не требует переделок автомобиля. Для России этот вид топлива не актуален, т.к. отсутствует сырьевая база из-за сложных условий возделывания в районах умеренно холодного климата, хотя есть проекты возделывания таких культур в южных районах страны [2].
Водородное топливо. Никто в мире уже не сомневается, что будущее за водородным топливом. Получать водород можно из практически бесплатной воды, но сам процесс весьма энергоемок, что сказывается на себестоимости топлива. Использование водорода (Дг), как альтернативного вида топлива, может осуществляться по двум направлениям: в широкую продажу должны поступить машины с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде или на водородных топливных элементах [26]. Водород - один из самых неудобных «энергоносителей»: занимает много места, сжижается при температуре минус 253 С, его заправка и хранение создают серьезные проблемы. Но только он способен сгорать без вредных примесей, превращаясь в воду. И только он легко получается электролизом из этой самой воды. Фирма «Линде» (Германия) разработала и сертифицировала баллоны, позволяющие хранить водород под давлением 700 атмосфер. Это вдвое больше, чем принято до сих пор. Соответственно и пробег водородомобиля возрастает на 60 - 70 % и достигает 400 км. Водород может использоваться как в жидком, так и газообразном виде. Поэтому он может храниться в баллоне автомобиля в сжатом (компримированном) виде или в охлажденном (криогенном) состоянии. Простой перевод поршневых двигателей с работы на жидком или газообразном топливе на водород себя не оправдывает. Дело в том, что при работе на водороде двигатель внутреннего сгорания теряет более 40 % мощности по сравнению с бензиновым собратом из-за малой плотности рабочей смеси и низкой детонационной стойкости водорода [75]. В настоящее время двигатели, работающие на водороде, боятся холода и могут работать только при плюсовых температурах. Решение этой проблемы - топливные элементы, которыми в последние годы занимаются во многих странах. Еще в 1839 году британский ученый Уильям Гроувс выяснил, что электричество можно получать с помощью чистого водорода. Процесс представляет собой «электролиз наоборот». Если при электролизе вода, через которую пропускают электроток, разлагается на кислород и водород, то здесь те же самые кислород и водород, соединяясь, вырабатывают воду (точнее, водяной пар) и электричество. Если объединить много элементов в батарею, получится отличный, хотя и недешевый, источник тока - электрохимический генератор [17]. Широкому же внедрению водородных элементов мешает их слишком высокая стоимость. Пока проекты с использованием топливных элементов в автомобилях эксперты единодушно считают делом достаточно отдаленного будущего. Электромобили работают на электричестве от аккумуляторных батарей. В последние годы к ним возник большой интерес, так как новые технологии хранения энергии позволили увеличить срок работы батарей между подзарядками и сократить время самой подзарядки, увеличить срок жизни аккумуляторов и снизить их стоимость [2]. Конструкторы продолжают совершенствовать аккумуляторы, снижая их массу и увеличивая долговечность, стоимость литий-ионных аккумуляторов пока высока [34]. Правда в начале прошлого века и обычные свинцово 24 кислотные батареи были очень дорогими, а их изготовление занимало сотни часов. Сейчас они стоят считанные доллары и производятся за несколько минут. Но нужно также иметь в виду и то, что суммарная мощность автомобилей уже превысила мощность всех земных электростанций, так что при массовом переходе на электромобили сразу, же возникает проблема зарядки аккумуляторов [1]. Как видим, на ближайпгую перспективу заправка автотранспорта будет осуществляться бензином, дизельным топливом, пропан-бутаном, природным газом (метаном) и диметиловым эфиром, но не следует исключать из рассмотрения и другие альтернативные источники энергии при соответствующей доработке.
Разработка методики расчета экономической эффективности использования различных видов топлива
Улучшение эксплуатационных свойств автомобилей является одной из основных задач на протяжении всего времени развития машиностроения, способствующей повышению технического уровня и качества выпускаемой продукции. Качество на определенном допустимом уровне должно обеспечиваться на протяжении всего жизненного цикла машины: проектирование - изготовление - эксплуатация - утилизация. При этом основное внимание вопросам повышения уровня качества должно уделяться на основной стадии реализации потребительских и других свойств в изделии - на стадии проектирования. Для этого необходимо разрабатывать более эффективные методы исследования и принятия технических решений, проводить дополнительные фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования и т.д. Но не менее важным вопросом остается конвертация уже существующих автомобильных двигателей для работы на КПГ, при сохранении уровня качества, потребительских свойств и экологических параметров. Количественный и качественный скачок по вопросу повышения качества в машиностроении возможен за счет разработки и внедрения в практику проектирования систем автоматизированного проектирования (САПР), что в настоящее время не вызывает сомнений.
При этом следует однозначно уяснить, что решение с помощью средств вычислительной техники задач хранения и переработки информации, выпуска конструкторско-технологической документации, оперативного управления и анализа, инженерных расчетов и т.п., что в настоящее время нашло бурное развитие, позволит осуществить количественный скачок (сокращение времени и материальных средств на проектирование и доводку машин, сокращение специалистов и управленческого аппарата). Существенное повышение качества выпускаемых машин возможно только с помощью методов оптимального проектирования, которые должны стать основой каждой из внедряемых САПР и базироваться на методах моделирования работы машин в целом и ее агрегатов в различных условиях их эксплуатации.
Решение любой задачи, возникающей в процессе проектирования, начинается с ее постановки, что особенно важно в задачах оптимального проектирования. Правильно поставленная задача обычно является гарантией получения приемлемого оптимального решения, реализуемого в реальной машине, и часто требует разработки принципиально новых подходов к ее решению, позволяющих получать новые знания о проектируемой машине. Новые неизвестные знания изменяют представления проектировщика о разрабатываемой машине, что в свою очередь может повлиять на изменение постановки задачи оптимального проектирования и повторного ее решения. Следовательно поиск оптимального технического решения (оптимальных конструктивных параметров и характеристик) является творческим итерационным процессом, направленным на разработку новой машины, существенно превосходящей свой прототип по эксплуатационным и другим свойствам, заложенным в постановке задачи.
При проектировании машин в настоящее время используют все более сложные математические модели. Причина этому следующая - стремление повысить адекватность разрабатываемых математических моделей работе реальных агрегатов или машине в целом и необходимость исследования взаимовлияния агрегатов машины при их совместной работе. Предельным теоретическим случаем усложнения является разработка для конкретной машины единой математической модели, позволяющей проектировщику получать любую информацию о разрабатываемой машине. Естественно, что такую математическую модель реально невозможно разработать и тем более исследовать. Выход из данного положения - совершенствование методов исследования. Постановка задачи оптимального проектирования предполагает наличие критериев, позволяющих сравнивать количественно возможные конструктивные решения и выбирать из них лучшее. Простейший идеальный случай, практически никогда не встречающийся в реальных задачах, - один критерий. В общем случае задачи оптимального проектирования многокритериальные. Основными причинами многокритериальности задач поиска оптимальных конструктивных параметров и характеристик современных машин является, во-первых, большое количество технических требований, предъявляемых к машине; во-вторых, разнообразие условий и режимов ее эксплуатации; в-третьих, сложность самой конструкции.
При проектировании машины мы всегда стремимся к улучшению экономичности эксплуатации, производительности, долговечности, прочности, КПД, к снижению уровней вибрации и шума, материалоемкости, затрат на производство и т.д. и т.п. как отдельных машинных агрегатов, так и машины в целом.
При исследовании объекта проектирования (машина, ее агрегат, узел и т.д.) с целью выбора оптимальных конструктивных параметров и характеристик необходимо учитывать по возможности как можно больше частных критериев оптимальности. Чем больше частных критериев вводится в рассмотрение, тем с большей достоверностью можно судить о качестве проектируемого объекта. Критерии оптимальности должны позволять сравнивать конструктивные решения между собой, т.е. они должны выражать показатели качества объекта проектирования в количественном виде. При этом в качестве критериев оптимальности необходимо брать такие показатели, которые характеризуют эксплуатационные или другие важные свойства объекта проектирования и оказывают существенное влияние на его уровень качества.
Исследование влияния степени сжатия и электронных систем регулирования двигателя ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами
Целью исследования являлась оценка влияния электронных систем регулирования рабочими процессами двигателя при конвертации его на газовое топливо (КПГ) и степени сжатия двигателя на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами.
Для реализации поставленной цели на автомобиль ГАЗ-31105 параллельно штатной системе питания жидким топливом, было дополнительно установлено два вида газобаллонного оборудования (ГБО): одно - 1-го поколения, обеспечивающее центральный впрыск газа, второе -IV-ro поколения, обеспечивающее распределительный впрыск.
Принципиальная схема системы питания конвертированного двигателя автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» представлена нарис. 3.6. Именно система 1-го поколения обеспечила возможность проведения исследования по работе двигателя ЗМЗ-4062 на трех видах топлива: бензине, пропане и метане. Исследования по работе двигателя ЗМЗ-4062 с системой IV-ro поколения осуществлялись на бензине и КПГ. Экспериментальные исследования с автомобилем ГАЗ-31105 «Волга» проводились в два этапа (при этом регулировки не проводились): 1. На первом этапе были проведены сравнительные испытания работы двигателя на бензине, пропане и природном газе по содержанию вредных выбросов в отработавших газах, имеющем степень сжатия 9,5 единиц. 2. На втором этапе головку блока цилиндров двигателя подвергли фрезерованию на 1,5 мм, тем самым увеличив степень сжатия (є) с 9,5 до 11 единиц и провели те же испытания, что на первом этапе. Экспериментальные замеры выбросов вредных веществ с отработавшими газами проводились с помощью микропроцессорного газоанализатора «ИНФРАКАР», в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от 850 об/мин (обороты холостого хода) до 4000 об/мин, результаты измерений представлены в таблице 3.11. - повышает выбросы углеводородов (СН) при работе на КПГ в 2...3 раза, при работе на СУГ и бензине - особых изменений нет; - углекислый газ (СО2)- снижение на 7... 10 % при работе на КПГ, при работе на СУГ и бензине - особых изменений нет. 2. Исследования влияния электронных систем регулирования показали, что системы четвертого поколения по показателям выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами менее предпочтительны в сравнении с системами первого поколения, т.к. по показателям СН превышают в 1,5...5,5 раз, по углекислому газу (СОг) - в 1,2... 1,5 раза, а по угарному газу - приблизительно на одном уровне. В соответствии с ГОСТ Р 52231-2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения» измерение уровня шума проводились на неподвижном автомобиле. Покрытие площадки для испытаний было асфальтобетонным, сухим, гладким и чистым, имеющим минимальные размеры 10x10 м. Уклон поверхности - не более 3%. Расстояние от микрофона до шумоотражающих объектов было не менее 3 м. Условия проведения измерений и подготовка к измерениям аналогичны исследованиям по определению содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах. Режим работы двигателя при проверке. При работе двигателя в режиме холостого хода с минимальной частотой вращения ПЩІП нажимали на педаль управления подачей топлива (далее -педаль) и устанавливали повышенную частоту вращения ппов с отклонением не более ±100 мин"1. После работы двигателя в течение 5-7 с с повышенной частотой вращения ппов снимали усилие с педали до установления минимальной частоты вращения ПпцП. Данный режим работы двигателя повторяли с интервалом 8-10 с не менее трех раз. Последовательность измерения уровня шума. Измеряли максимальное значение уровня шума в каждом режиме работы двигателя с повышенной частотой вращения ппов и во время периода замедления вращения коленчатого вала до ПпцП. Измеренные значения уровня шума округляли до целого числа и считали достоверными при разнице в показаниях не более 2 дБА. При большей разнице показаний измерения повторяли. Для измерения уровня шума выпускной системы использовали шумомер - анализатор звука и вибрации SVAN 912 АЕ, имеющий действующее свидетельство, о поверке. Кроме этого экспериментально был замерен внешний шум на рабочем месте - ГОСТ 12.1.050-86 и СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Виброакустические параметры замерялись в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.18.566-96 во время движения автомобиля с помощью анализатора звука и вибрации SVAN 912 АЕ, капсюль, предусилителя SV 01 А, микрофона ВМК-205, виброметра SVAN 946 и вибропреобразователя АР-98-100-01, имеющих государственную поверку. В результате проведенных измерений (на основании данных хрономегражных карт) на автомобилях с двигателями с центральным впрыском максимальный уровень шума и вибрации, воздействующие на водителя, при работе на газе и при работе на бензине получились практически идентичными. В то же время при работе на газе карбюраторный двигатель (автомобиль «Ока») работал более «мягко», так как величина шума на 4,3 дБА была меньше, чем на бензине. Для автомобиля ИЖ-27156 максимальный уровень звука (шума) при работе на КПГ на 1,8 дБА, а при работе на СУГ на 0,9 дБА меньше по сравнению с работой на бензине.
В тоже время, уровни вибрации исследуемого автомобиля с разными видами топлива при движении со скоростью 70 км/ч показали, что при работе на КПГ в транспортном режиме, т.е. на рабочем месте (сиденье) водителя, уровень вибрации меньше на 4,3 дБА, чем при работе на СУГ и на 5,3 дБА при работе на бензине, локальная вибрация (на руле) меньше - на 2,0 дБА на СУГ и на 9,7 дБА - на бензине соответственно.
Оборудование и контрольно-измерительная аппаратура, используемая при экспериментальных исследованиях
Перевод дизеля в чисто газовый двигатель с воспламенением от искры необратим и поэтому транспорт с такими двигателями можно использовать, только в регионах с гарантированным газоснабжением. При конвертации требуется небольшая доработка головок блока цилиндров и поршней для снижения степени сжатия и установки свечей зажигания в форсуночное отверстие. Также требуется установка системы зажигания. При высокой плотности заряда, увеличиваются пробивные напряжения. Требования к элементам системы зажигания, в частности, к свечам, к изоляционным материалам становятся достаточно высокими. До недавнего времени такие материалы были дефицитны и достаточно дороги. Все вышесказанное приводит к увеличению стоимости конвертации уже изготовленного дизеля. В случае изготовления газовой модификации на заводе она оказывается, как правило, дешевле стоимости дизеля и тем более газодизеля, т.к. система питания и зажигания газовой модификации дешевле систем питания и регулирования дизеля и газодизеля [48,49].
Способ конвертации дизеля в чисто газовый двигатель с искровой системой зажигания, с внешним смесеобразованием и количественным регулированием обладает рядом существенных достоинств, благодаря чему его целесообразно использовать на транспорте в случае гарантированного снабжения газом, а именно в системе ОАО «Газпром».
Поэтому в управлении аварийно-восстановительных работ (УАВР №1) ООО «Газпром трансгаз Чайковский» под патронажем сотрудников Чайковского технологического института (филиала) ИжГТУ и была произведена конвертация дизеля КамАЗ-740, установленного на автомобиле КамАЗ-55111 (см. рисунок 4.8), в газовый с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием (см. рисунок 4.8, д).
Для этого была полностью демонтирована дизельная система питания, которая впоследствии была заменена на газовую с небольшими переделками. В частности было произведено уменьшение степени сжатия двигателя с 17 единиц до 13 за счет увеличения (растачивания) объема камеры сгорания в поршне (рисунок 4.8 б). В головках блоков цилиндров отверстия под форсунки-распылители были доработаны для установки свечей зажигания с резьбой М14х1,25 (рисунок 4.8 в). Между буртом гильзы цилиндров и поверхностью головок установлена фторопластовая прокладка для уменьшения «вредных» объемов. Вместо снятой системы впрыска была установлена система зажигания от автомобиля ЗИЛ-130. Распределитель установлен вертикально в развале блоков цилиндров. Он приводится во вращение от специально разработанного и изготовленного редуктора, который смонтирован вместо топливного насоса высокого давления дизеля. Редуктор позволяет осуществить привод регулятора частоты вращения и датчика-распределителя. Датчик-распределитель имеет центробежный и вакуумный регуляторы угла опережения зажигания. Во впускную систему (воздухозаборник) установили новый диффузор с дроссельной заслонкой (см. рисунок 4.8, г). Дозатор газа претерпел значительные изменения, стал проще, увеличилась надежность и ресурс в эксплуатации; применение тросового привода дозатора позволяет размещать дозатор в месте, удобном для обеспечения короткого газового тракта между редуктором и смесителем. После конвертации получены следующие характеристики двигателя: Диаметр цилиндра, мм 120 Ход поршня, мм 120 Камера сгорания в поршне центральная цилиндрическая. Диаметр камеры, мм 65,8 Глубина камеры, мм 27,0 На поршне имеются выточки под клапаны. При доработке двигателя максимально использовались стандартные детали. Все работы проводились на оборудовании предприятия УАВР. 108 4.1.2 Требования безопасности Если проверку автомобиля на содержание оксида углерода и углеводородов проводят в помещении, это помещение должно быть оборудовано принудительной вентиляцией, обеспечивающей санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений по ГОСТ 12.1.005. Уровень шума в помещении, где проводят проверку, не должен превышать норм, установленных в ГОСТ 12.1.004. Уровень вибрации в помещении не должен превышать норм, установленных ГОСТ 12.1.012, раздел 2. При проведении экспериментальных исследований в помещении на выпускную трубу работающего двигателя автомобиля следует надевать газоотводной шланг, выводящий газы, минуя помещение, в атмосферу, при этом в шланг должен быть, вмонтирован пробоотборник газоанализатора (см. рисунок 4.10). При измерении СО и СН должны быть приняты меры, исключающие возможность самопроизвольного перемещения автомобиля. Экспериментальное оборудование в соответствии с общей схемой экспериментальных исследований представлено четырьмя группами: 1. Для определения экономических показателей и динамических характеристик автомобилей. 2. Измерения объемной доли вредных веществ в отработавших газах автомобилей с двигателями, работающими на бензине, СУГ и КПГ. 3. Определения вибрации и шума. 4. Прочие контрольно-измерительные приборы (для определения атмосферных условий, расстояния, времени и т.п.). Экспериментальные исследования топливной экономичности проводились на конвертированном многотопливном автомобиле ИЖ-27156 с использованием автоматизированного тормозного стенда К486 (рис. 4.11). В соответствии с ГОСТ 20306-90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний» определялась характеристика установившегося движения Qs.
Стенд тормозной, электопневматический, стационарный, автоматизированный, модель К486 (рис. 4.11), предназначен для технического диагностирования тормозной системы легкового автомобиля. В конструкцию стенда входят приборная стойка (рис. 4.11,6) и опорное устройство, состоящее из двух блоков роликов (рис. 4.11,в). Для облегчения выезда и въезда автомобиля имеется подъемное устройство. Конструкция стенда исключает проскальзывание колес при блокировке. Управление стендом производится из кабины испытуемого автомобиля при помощи дистанционного пульта.
Результаты измерения топливной характеристики установившегося движения АТС при работе на бензине фиксировались с помощью автомобильного бортового компьютера БК-100 (рисунок 4.23), который обеспечивает высокую точность измерения. А при исследованиях работы двигателя автомобиля на КПГ применялся объемно-весовой способ (рисунок 4.24).
Многофакторный эксперимент для исследования контрольного расхода топлива при работе двигателя автомобиля на бензине и компримированном природном газе, в зависимости от скорости и веса груза перевозимого автомобилем проводился также на данном стенде.
