Введение к работе
Актуальность работы.
Автомобильный транспорт занимает ведущее место в современном процессе общественного развития. Он же относится к числу наиболее крупных потребителей энергетических ресурсов. Общая мощность ДВС мирового парка автомобилей составляет более 10 млрд. кВт, что значительно превосходит суммарную мощность тепловых, атомных и гидроэлектростанций вместе взятых. На его долю приходится 66% потребляемого топлива.
Обострение мирового кризиса вызывает повышенный интерес к альтернативным видам топлива, как в нашей стране, так и за рубежом. В настоящее время более чем в 30 странах мира производят альтернативные топлива, а в большинстве из них разработаны национальные программы их реализации. Потенциальными заменителями жидкого моторного топлива нефтяного происхождения могут быть водород, аммиак, спирты, эфиры, масла растительного происхождения. Наибольшее распространение в качестве альтернативного топлива получили сжиженный нефтяной (СНГ) и компримированный природный (КПГ) газ.
Как моторное топливо, СНГ и КПГ по ряду основных показателей превосходят жидкие нефтяные топлива. Однако для реализации их потенциальных преимуществ необходимо решить целый комплекс задач, которые в разной степени решены для бензиновых двигателей. Прежде всего, это относится к топливной аппаратуре, которая для газовых ДВС базируется либо на архаичных принципах и конструкциях, либо пытается слепо копировать бензиновые. Среди конструкций, действительно заслуживающих внимания, нет вариантов для двигателей относительно большого рабочего объема, так распространенных в нашей стране на коммерческом транспорте. Поэтому, несмотря на достаточно широкий спектр предлагаемых на рынке газовых систем, актуальными остаются проблемы организации дозирования, смесеобразования, распределения и воспламенения газовоздушной смеси, особенно в свете требований двигателей сегодняшнего поколения. Создание газоподающей аппаратуры многими предприятиями в нашей стране принимает неуправляемый характер, поэтому разработка и исследование системы газоподачи, способной приблизить реальные характеристики приготовляемой смеси к оптимальным регулировочным и добиться высокой степени однородности смеси для всего многообразия режимов актуально сегодня как никогда.
Цель работы.
Разработка систем непрерывной подачи газа для конвертации современных двигателей с искровым зажиганием относительно большого рабочего объема и оценка качества характеристик их дозирования.
Достижение указанной цели предполагает создание оригинальной конструкции аппаратов газоподачи и предусматривает решение следующих задач:
выбор принципа дозирования газа применительно к существующим двигателям с искровым зажиганием;
аналитическое исследование изменения состава приготовляемой смеси при использовании принятого принципа с разделением нагрузочного и частотного регулирования;
разработка газового редуктора-регулятора с преобразователем, обеспечивающего реализацию принципа, и аналитическая оценка его возможностей по обеспечению диапа-
PDF created with pdfFactory Pro trial version
зона нагрузочного регулирования;
разработка электронноуправляемого дозатора газа и определение формы рабочей поверхности для обеспечения требуемого сечения от перемещения дозирующей иглы;
экспериментальные исследования мощностных, экономических, экологических, пусковых качеств двигателей с макетным образцом исследуемой системы подачи газа.
Объект исследований.
Двигатель ЗМЗ-4062 с системой непрерывной распределенной подачи газа и разделением регулирования по частоте и нагрузке.
Общая методика исследований.
При проведении теоретических исследований использованы общие законы газовой динамики, аналитической механики, теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Экспериментальные исследования проводились на моторном стенде с двигателем ЗМЗ-4062.
Научная новизна работы:
- обоснована необходимость разработки системы непрерывной подачи газа с исполь
зованием принципа разделения нагрузочного и частотного регулирования;
- аналитически определена передаточная функция регулятора, обеспечивающая
полное разделение регулирования по нагрузке и частоте;
- аналитически определена функция поверхности дозатора для обеспечения желае
мого изменения площади сечения от перемещения;
Основные положения, выносимые на защиту:
в теоретической части - математические модели системы и элементов системы газоподачи;
в конструкторской части - конструктивный комплекс системы газоподачи на основе базовых агрегатов, конструкции аппаратов газоподачи для систем питания газовых двигателей;
в экспериментальной части - рабочие характеристики двигателя с экспериментальной системой газоподачи.
Достоверность результатов.
Проведенный комплекс экспериментальных исследований на полноразмерном двигателе подтверждает основные теоретические положения, взятые за основу разработанной системы подачи газа.
Практическая ценность работы:
создана конструкция системы газоподачи для двигателей среднего рабочего объема, обеспечивающая без существенного усложнения конструкции электронное управление расходом газа с высокой точностью дозирования и быстродействия;
предложена схема газового редуктора-регулятора с преобразователем давления;
разработаны подходы по конструированию распылителей непрерывной подачи газа во впускную трубу двигателя;
- разработана конструкция дозатора газа с электронноуправляемым приводом.
Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований
используются для конструкторской проработки газовых систем на ОАО «РУМО»
(г. Нижний Новгород), при переоборудовании двигателей на газ в ООО «Арго» (г.Н.Новгород). Теоретические исследования внедрены в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы (ЦБДДТЭ, г. Н.Новгород) для проведения технической экспертизы газобаллонных автомобилей и выдачи заключений на переоборудованные транспортные средства, на кафедре «Энергетические установки и тепловые двигатели» в курсах «Системы ДВС», «Газовые двигатели» при подготовке инженеров по специальности 140501.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на:
международных научно-практических конференциях «Проблемы проектирования, испытания, эксплуатации и маркетинга автотракторной техники, двигателей внутреннего сгорания, строительных и дорожных машин, транспортно-технологических комплексов и вездеходов», посвященных 40-летию каф. «Автомобильный транспорт» и 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины», Н.Новгород: НГТУ, 2003, 2008 гг;
всероссийских научно-технических конференциях «Современные проблемы машиностроения и транспорта» УлГТУ - Ульяновск, 2008 и «АВТО НН 08 Автомобильный транспорт в XXI веке», посвященной 45-летию каф. «Автомобильный транспорт», НГТУ Н.Новгород, 2008;
межвузовских научно-технических конференциях, посвященных 30-летию кафедры «Строительные и дорожные машины», и 60-летию кафедры «Автомобили и тракторы», НГТУ, Н.Новгород, 2004 и 2005 гг.
Публикации. Всего опубликовано 19 научных трудов, и по теме диссертации 8, среди них статья в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертации состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 119 страниц, включая 35 рисунков, список литературы из 108 наименований.
