Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Методы и средства улучшения эксплуатационных показателей бензиновых двигателей 9
1.2. Методы и средства улучшения экологических показателей бензиновых двигателей 22
1.3. Работа бензинового двигателя на топливно-водной смеси как способ экономии топливно-энергетических ресурсов 33
1.4. Цель и задачи исследований 44
Глава 2. Расчетно-теоретический анализ показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси
2.1. Способ организации рабочего процесса бензинового двигателя на топливно-водной смеси 46
2.2. Расчетно-теоретический анализ показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси 48
2.3. Расчетно-теоретический анализ влияния управляемых факторов на эксплуатационные и экологические показатели работы бензинового двигателя 54
2.4. Выводы 58
Глава 3. Методика экспериментальных исследований, экспериментальная установка и применяемая аппаратура. погрешность измерений
3.1. Общая методика исследований 60
3.2. Методика исследования способа и устройства получения и подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель 62
3.3. Методика исследования эксплуатационных показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси 64
3.4. Методика исследования экологических показателей бензиновых двигателей при подаче топливно-водной смеси 65
3.5. Экспериментальная установка и применяемая аппаратура. Погрешность измерений 67
Глава 4. Экспериментальные исследования эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси
4.1. Способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель 73
4.2. Результаты лабораторных исследований работоспособности способа подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель 76
4.3. Создание макетного образца бензинового двигателя с системой впрыска топлива, модернизированной для работы на топливно-водной смеси 82
4.4. Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси 83
4.5. Результаты экспериментальных исследований экологических показателей бензиновых двигателей при работе на «топливно-водной смеси 95
4.6. Оптимизация состава топливно-водной смеси 105
4.7. Выводы 109
Глава 5. Эксплуатационные испытания бензиновых двигателей, работающих на топливно-водной смеси
5.1. Результаты эксплуатационных испытаний бензиновых двигателей, работающих на топливно-водной смеси 112
5.2. Технология технического обслуживания бензинового двигателя с организацией подачи топливно-водной смеси 120
5.3. Социально-экономический эффект от использования топливно-водной смеси в бензиновых двигателях 122
Общие выводы 125
Список литературы 128
Приложения 144
- Работа бензинового двигателя на топливно-водной смеси как способ экономии топливно-энергетических ресурсов
- Расчетно-теоретический анализ показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси
- Методика исследования экологических показателей бензиновых двигателей при подаче топливно-водной смеси
- Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из основных задач современного двигателестроения является улучшение эксплуатационных и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В связи с ростом численности автомобильного транспорта постоянно возрастает доля потребления нефтяного топлива. ДВС являются основными потребителями нефти (более 90%), и в ближайшее время по оценкам специалистов, серьёзной альтернативы им не появится.
Наряду с разработкой принципиально новых образцов ДВС, которая требует проведения сложнейших длительных исследований и значительных материальных вложений, важное значение имеет усовершенствование уже выпускаемых ДВС.
С целью экономии нефти и улучшения экологических характеристик бензиновых двигателей целесообразен переход на альтернативные моторные топлива, который зачастую связан с различными проблемами, такими как снижение динамических качеств транспортных средств (ТС), уменьшение полезной нагрузки и пробега на одной заправке, сложностью хранения топлива, значительным усложнением конструкции и др.
Применение топливно-водных смесей является одним из действенных методов комплексного улучшения эксплуатационных и экологических показателей ДВС. Исследованиями установлено, что при их использовании возможно снижение токсичности отработавших газов (ОГ), повышение экономичности двигателя, снижение теплонапряжённости деталей цилин-дропоршневой группы (ЦПГ) и склонности двигателя к детонации, уменьшение нагарообразования и увеличение эффективной мощности.
Однако, способы использования воды как компонента топлива разработаны и изучены недостаточно. В частности, отмечается невозможность оперативного изменения концентрации воды в смеси в зависимости от режимов работы двигателя, быстрое расслоение смеси, недостаточная изученность влияния воды на экологические и эксплуатационные показатели двигателя. Поэтому работы, направленные на исследование данных вопросов, являются актуальными.
Целью исследований является улучшение эксплуатационных и экологических показателей двигателей с впрыском топлива путём использования топливно-водных смесей.
Объект исследований. Автомобильный двигатель с системой впрыска топлива, модернизированной для работы на топливно-водной смеси (ТВС).
Предмет исследований. Эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя при работе на топливно-водной смеси.
Методы исследований и достоверность полученных результатов. При выполнении исследований применялись как теоретические, так и экс-
периментальные методы. Достоверность результатов при теоретических исследованиях достигнута выбором обоснованных исходных данных и сопоставлением расчётных и экспериментальных значений, а при экспериментальных исследованиях - выбором современных методов и средств измерений, учётом погрешностей, проверкой и тарировкой приборов, а также соблюдением требований действующих стандартов. Научная новизна:
способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС;
расчётно-теоретический анализ работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси;
математические модели, позволяющие оценить влияние состава топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели бензинового двигателя на основных режимах работы;
результаты теоретических исследований влияния топливно-водной смеси на эксплуатационные и экологические показатели работы бензинового двигателя.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Разработана система питания бензинового двигателя для работы на ТВС, позволяющая оперативно изменять состав смеси в зависимости от режимов работы. Получено обоснованное оптимальное содержание воды в ТВС для основных режимов работы двигателя. Разработана технология технического обслуживания бензинового двигателя с системой подачи топливно-водной смеси. Материалы диссертации используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и Вологодской государственной молочно-хозяйственной академии при чтении лекций, выполнении курсового и дипломного проектирования для студентов, обучающихся по специальностям «Механизация сельского хозяйства» и «Автомобили и автомобильное хозяйство». Создан макетный образец автомобиля ВАЗ-2111 с двигателем ВАЗ-21110, модернизированным для работы на ТВС.
Апробация работы. Основные положения по выполненной работе изложены на международных научно-технических конференциях «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей» в Санкт-Петербургском ГАУ, Санкт-Петербург, г. Пушкин, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.; на II всероссийской научно-технической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение» в Вятской ГСХА, г. Киров, 2008 г.; на научно-практических конференциях в Вологодской ГМХА, г.Вологда-Молочное, 2006, 2007, 2009 гг. и на первой ежегодной смотр-сессии аспирантов и молодых учёных, г. Вологда, 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ общим объёмом 3,7 п.л., получен один патент на изобретение.
Работа бензинового двигателя на топливно-водной смеси как способ экономии топливно-энергетических ресурсов
Решение двух основных задач - экономии топлива и улучшения экологических свойств ДВС - может быть достигнуто путем перехода на новые виды топлив в рамках потенциальных энергоресурсов, технологической готовности и производственных возможностей [122, 10, 52].
Применение воды в рабочем процессе тепловых двигателей началось почти одновременно с их появлением. В 1864 г. Гюгон подавал воду в горючую смесь для улучшения работы двигателя Ленуара [80, 43]. С середины 30-х годов прошлого века впрыск воды довольно широко применялся в тракторных двигателях для повышения степени сжатия, снижения температуры деталей и повышения их мощности при работе на низкооктановых сортах топлива. Эта мера использовалась также с 1941 года на некоторых авиационных двигателях. В настоящее время этот способ наиболее интересен с точки зрения экономии топливно-энергетических ресурсов топлив и снижения выбросов вредных веществ с ОГ [10, 74].
Анализ литературных источников [74, 55, 108, 84, 103, 133, 95, 96, 97, 98, 99, 6, 67, 102, 117, 90, 41, 94, 23; 24] по исследуемому вопросу позволил выявить следующие способы подачи воды (рис. 1.9): подача воды в чистом виде во впускной трубопровод; впрыск воды непосредственно в цилиндр; подача водотопливной эмульсии (ВТЭ) непосредственно в КС или во впускной тракт; подача водяного пара в цилиндр или во впускной трубопровод двигателя. Для осуществления данных способов может быть использована штатная топливная аппаратура или дополнительные устройства.
На практике наиболее часто применяются способы подачи ВТЭ с помощью штатной топливной аппаратуры и подача воды во впускной трубопровод с помощью дополнительной форсунки [74]. Впрыск воды или топ-ливно-водных смесей во впускной коллектор позволяет применять наиболее простую и надежную аппаратуру [67, 94].
Подача ВТЭ. При использовании ВТЭ в качестве топлива для питания энергосиловой установки транспортного средства можно выделить два пути: использование готовой эмульсии и эмульгирование топлива непосредственно на мобильном транспорте [30, 73]. Использование готовой ВТЭ не требует значительных конструкционных переделок двигателя, однако возникают проблемы стабильности ВТЭ, высоких температур застывания и др.; во втором случае основной проблемой является существенное усложнение топли-воподающей аппаратуры. Однако второй способ является наиболее предпочтительным, главным образом, по причине низкой стабильности эмульсий.
Можно выделить два типа водотопливных эмульсий: «вода в топливе» и «топливо в воде» [43, 56, 60, 121]. На практике более широко применяются эмульсии первого типа, когда вода является дисперсной фазой и составляет 10...40% по объему.
При подаче воды в камеру сгорания двигателя в виде ВТЭ, она оказывает сложное влияние на процессы смесеобразования и сгорания топлива. Разница между температурами поверхности топлива и кипения воды, находящейся внутри нее, составляет (с учетом испарения с поверхности капли) 70...200С, поэтому вода начинает кипеть раньше, чем топливо. Микрочастицы воды, переходя в парообразное состояние, образуют паровые пузырьки. При постепенном испарении пленка топлива становится тоньше. Наступит момент, когда пары воды разрушат поверхность капли, т. е. наступит микровзрыв. При таком микровзрыве капля дробится, ее частицы интенсивно испаряются и перемешиваются, процесс интенсифицируется. Процесс сгорания топлива становится более совершенным [74, 30, 94].
Явление микровзрывов существенно улучшает рабочий процесс двигателя. Данные [70, 108, 10], полученные при исследовании двигателя 44 17.5/24, работающего на ВТЭ, указывают нато, что сгорание ВТЭпроисхо-дит с большими скоростями, чем сгорание- чистого топлива [7Г]. Это дает возможность повысить мощность двигателя на 15...20 % при сохранении экономичности на том же уровне [60].
За счет улучшения-смесеобразования и горения, а также уменьшения максимальных температур цикла, токсичность ОГ также значительно снижается. Оксид углерода обычно не успевает полностью выгореть, но в присутствии паров воды в достаточном количестве реагирует с ними с образованием углекислого газа и водорода. По Зельдовичу Я.Б., скорость догорания оксида углерода прямо пропорциональна концентрации водяных паров. Вода снижает температуру сгорания и среднюю температуру цикла, что сказывается, главным образом, на кинетике процессов образования оксидов азота, да и всех химических процессов в целом [74]. Так, за счет повышения содержания воды в ВТЭ; значительно снижается концентрация NOx во всем диапазоне составов топливной смеси. При содержании воды в ВТЭ 40...45% по массе возможно снижение СО в 5...8 раз, a NOx - в 6...8 раз. Отмечается, что эмиссия углеводородов может возрастать пропорционально содержанию воды [74], что, однако, в большой мере обуславливается способом подачи воды и ее количеством [67, 94].
Наибольшее практическое применение при подаче воды во впускной тракт двигателя получили впрыск воды перед дросселем и впрыск в зону впускных клапанов. В работе [74] отмечается, что при подаче воды во впускной трубопровод достигнуты лучшие показатели, чем при применении ВТЭ, особенно по снижению NOx в ОГ. Вместе с тем применение данного способа незначительно усложняет конструкцию ДВС. В данном случае в рабочем цикле бензинового двигателя отводится достаточное количество времени на процессы нагрева частиц воды от деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), ее испарение, участие в процессе сжатия. При подаче воды во впускной трубопровод к моменту воспламенения горючей смеси в цилиндре находится хорошо испаренная, нагретая до высокой температуры и сжатая смесь воздуха с парами воды и топлива [74, 94].
Наряду с физическим воздействием на процесс смесеобразования, вода также обладает химическим воздействием на процесс горения при температурах свыше 1000С. При этом протекает следующая реакция водяного пара с углеводородным топливом [67]:
Расчетно-теоретический анализ показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси
Система питания двигателя помимо штатной системы подачи топлива включала в себя систему, подачи воды и была доработана согласно предложенному способу [101, 25].
Разработаны способ и устройство [101, 24, 25] для получения и подачи ТВС в бензиновых двигателях защищенные патентом на изобретение (Пат. 2382229 Российская Федерация. Способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС / Бирюков А.Л.; Коптяев В.А., Ножнин СР.; за-явл. 13.11.07; опубл. 20.02.10, Бюл. №5. - 5 с: ил., представлен в приложении 2).
Сущность предлагаемого способа [101, 26, 21] приготовления и подачи топливно-водной смеси заключается в том, что создаются два потока: поток чистого топлива в штатной топливной системе и поток воды. Оба потока поступают в смеситель статического типа, где смешиваются и в виде топливно-водной смеси подаются через форсунки впрыска топлива ДВС, причем вода добавляется к топливу непосредственно на входе в форсунку.
Предлагаемая система приготовления и подачи топливно-водной смеси представляет собой систему приготовления топливно-водной смеси, встроенную в систему топливоподачи двигателя с распределенным впрыском. Вместо насоса использовалась установка позволяющая осуществлять подачу воды под необходимым давлением и измерение объемного расхода воды.
Предлагаемое устройство для приготовления топливно-водной смеси представляет собой смеситель статического типа, отличающийся тем, что ка нал подачи воды располагается внутри стандартной топливной рампы и имеет отверстия напротив каждой форсунки.
В систему топливоподачи (рис. 4.1), включающую емкость 1 для чистого топлива, топливный насос 2, фильтр 3, регулятор 4 давления, обратный топливопровод 13, обратный клапан и форсунки 10 впрыска, расположенные на топливной рампе 9, дополнительно установлены емкость 5 для воды, насос 6, фильтр 7, регулятор 8 давления, обратный трубопровод 14, обратный клапан и канал подвода воды, расположенный внутри топливной рампы 9. Вакуумные камеры регуляторов соединены каналом с впускным трубопроводом.
Канал подачи воды может располагаться и вне топливной рампы, а вода будет подаваться на вход в форсунки, например по патрубкам, отведенным от него. Изменение давления воды и топлива может осуществляться и другим способом, например широтно-импульсным модулированием.
Предлагаемое устройство для приготовления и подачи топливно-водной смеси (рис. 4.2 и рис. 4.3) представляет собой смеситель статического типа, который состоит из штатной топливной рампы 2, внутрь которой установлена трубка 3, которая является каналом подачи воды и имеет отверстия 4 напротив каждой форсунки 7, установленной на рампе. На смесителе как со стороны топливоподающеи ветви так и со стороны водоподающеи ветви установлены обратные клапаны.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поток чистого топлива подается насосом из емкости с топливом через топливный фильтр в топливную рампу 2 смесителя статического типа. Поток воды подается насо сом из емкости через фильтр во внутреннюю трубку 3 смесителя. Давление в топливоподающей ветви 11 (рис. 4.1) изменяется регулятором 4 в зависимости от режимов работы двигателя или поддерживается постоянным, а в водо-подающей ветви 12 изменяется регулятором 8 в зависимости от режимов работы двигателя. На режимах работы двигателя, на которых необходимо подавать воду, давление воды в трубке 3 (рис. 4.2) превышает давление топлива в рампе 2 и за счет разности давлений вода из трубки 3 поступает через отверстия во всасывающую полость форсунки 1, механически смешивается с топливом, заполняющим топливную рампу 2, образуя топливно-водную смесь, которая через форсунки впрыскивается в поток воздуха, поступающий в цилиндры ДВС. На режимах когда подача воды не требуется, давление в водоподающей ветви снижается, срабатывает обратный клапан и в трубке 3 поддерживается давление, которое исключает попадание топлива из рампы 2 в трубку 3 и в водоподающую ветвь.
К преимуществам данного способа в сравнении с известными [95, 96, 97, 98, 99] относятся: точное дозирование топливно-водной смеси по цилиндрам двигателя; минимальные конструктивные изменения двигателя; минимальные затраты на переоборудование; отсутствие проблем, связанных с длительным хранением ВТЭ и использованием эмульгатора; возможность оперативного изменения состава топливно-водной смеси в зависимости от режима работы двигателя [101, 25].
Методика исследования экологических показателей бензиновых двигателей при подаче топливно-водной смеси
По проведенным экспериментальным исследованиям можно сделать следующие выводы: 1. Разработаны и защищены патентом на изобретение способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в ДВС. К преимуществам данного способа в сравнении с известными, относятся: точное дозирование топливно-водной смеси по цилиндрам двигателя; минимальные конструктивные изменения двигателя; минимальные затраты на переоборудование; отсутствуют проблемы, связанные с длительным хранением ВТЭ и использованием эмульгатора; имеется возможность оперативного изменения состава ТВС в зависимости от режимов работы двигателя. 2. Создан макетный образец бензинового двигателя с организацией рабочего процесса при подаче ТВС. Созданный макетный образец бензинового двигателя при организации рабочего цикла с подачей воды во впускной трубопровод совместно с топливом позволяет осуществлять экспериментальные моторные исследования. 3. Выполнены лабораторные исследования возможности применения способа и устройства. Определены регулировочные параметры для обеспечения содержания воды в ТВС в количестве 10...20% от расхода топлива для режимов работы ДВС при п - 2000...4000 мин"1 и (рпдз = 20... 100%. Неравномерность распределения ТВС по цилиндрам двигателя составляет не более 5%. Время расслоения полученной эмульсии не менее 10 секунд. Результаты исследований подтверждают возможность применения способа и устройства.
Проведены экспериментальные исследования эксплуатационных показателей бензинового двигателя при работе на ТВС. В ходе исследований была подтверждена целесообразность использования ТВС в бензиновых двигателях. На всех режимах работы двигателя отмечалось улучшение эффективных показателей при применении ТВС по сравнению с базовыми характеристиками. Однако необходимо отметить, что оптимальное содержание воды в ТВС, также как и при исследовании экологических показателей, различно для разных режимов работы двигателя и зачастую для разных критериев оптимизации. Так наибольшее увеличение эффективной мощности составило до 7,9% при работе по внешней скоростной характеристике для п = 4000 мин"1 и ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива. Наибольшее снижение удельного эффективного расхода топлива достигается при подаче ТВС с содержанием воды 10%: для п = 3000 мин"1 снижение составляет 43 г/кВт-ч (13,8%). Также снижение ge достигало 11,9% (с 309 до 272 г/кВт-ч) при работе двигателя в условиях нагрузочной характеристики при п = 3000 мин"1 и работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива; и 10,9% (с 338 до 301 г/кВт-ч) при работе двигателя в условиях нагрузочной характеристики при п = 2000 мин"1 и работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива.
Проведены экспериментальные исследования экологических показателей бензинового двигателя при работе на ТВС. Данные исследования подтвердили высокую эффективность применения ТВС для снижения выбросов оксидов азота NOx, оксида углерода GO и остаточных углеводородов СН с ОГ бензинового двигателя. При работе наг ТВС с 10% воды концентрация СН снижается практически одинаково во всем диапазоне, максимальное; снижение составляет 18% при работе по внешней скоростной характеристике. Наибольшее снижение оксидов азота наблюдается при подаче ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива при частоте вращения KB п = 2000 мин 1 (с 119 до 38 ррт). Практически во всем диапазоне увеличение содержания воды в ТВС ведет к значительному снижению выбросов оксидов азота с ОГ. Это происходит вследствие снижения температур рабочего цикла за счет охлаждения рабочего заряда водой содержащейся в ТВС. Наблюдается также значительное снижение выбросов СО с OF. Наибольший эффект достигается при работе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива: для режима п = 2000 мин 1 -с 3,6 до 1,7% (в 2,1 раза). В целом при всех вариантах подачи ТВС достигается снижение выбросов СО с ОГ, однако, при увеличении содержания водыв ТВС более 10... 15% концентрация их начинает увеличиваться, так как происходит снижение полноты, сгорания. При работе двигателя в условиях нагрузочных характеристик также достигнуто значительное снижение выбросов вредных веществ с. ОГ. Для л = 2000 мин 1: концентрация NOx снижается на 29,5% при содержании воды в ТВС 20%; СО - с 2,93 до 0,14% при содержании воды в ТВС 10%; СН— на 24,9% (с 158,9 до 119,2 ррт) при содержании воды в ТВС 10%. Для гс = 3000 мин"1: концентрация.NOx снижается на 9,2% (с 637 до 578 ррт) при содержании воды в ТВС 20%; СО - в 1,76 раза (с 2,93 до 0Д4%) при содержании воды в ТВС 10%; СН-на 21,5% (с 197,5 до 154,9 ррт) при содержании воды в ТВС 10%.
Выполнена оптимизация состава ТВС для исследуемых.режимов работы бензинового двигателя. Оптимальное содержание воды в ТВС различается в зависимости от режимов работы двигателя и выбранного критерия оптимизации. Поэтому в реальных условиях необходимо применение устройств, автоматически изменяющих состав ТВС в зависимости от режима работы ДВС.
Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных показателей бензиновых двигателей при работе на топливно-водной смеси
Экономический эффект от использования ТВС на бензиновых двигателях складывается из предотвращенного экологического ущерба и снижения затрат на топливо с учетом затрат на установку дополнительных устройств и их эксплуатацию.
Предотвращенный экологический ущерб от выбросов в атмосферный воздух вредных веществ передвижным транспортом рассчитывается по формуле [32, 3, 15, 106]: где УПР - предотвращенный экономический ущерб, руб./г; Лтг - фактическое снижение выброса /-го загрязняющего вещества от к-й единицы передвижного транспорта в-течение отчетного периода времени, тонн; УУд— показатель удельного ущерба атмосферному воздуху, наносимого выбросом единицы приведенной массы загрязняющих веществ в течении отчетного периода, руб./усл.т. Для северо-западного экономического района [3] УУд = 62,5 руб./усл.т (в ценах 1999 г.); К- количество единиц передвижного транспорта, на которых произошло снижение содержания загрязняющих веществ в выхлопных газах в результате осуществления природоохранной деятельности; N - количество учитываемых групп загрязняющих веществ; К, - коэффициент относительной эколого-экономической опасности і-го загрязняющего вещества (СО - 0,4; СН - 0,7; NOx - 16,5) [32, 3]; Кэг - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территорий в составе экономических районов России [2, 1].
При расчетах выбросов токсичных веществ с ОГ двигателя учитываем, что при работе на ТВС в сравнении с бензином снижение NOx для средних нагрузок при 3000 мин-1 в среднем составляет 13%, СО - 51% и СН - 23%. Таким образом, приведенный расчет подтверждает экономическую эффективность предлагаемых решений. Годовой экономический эффект на один автомобиль с модернизированной системой питания бензинового двигателя составил 3520 рублей. 1. Анализ методов и средств улучшения эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей подтвердил актуальность применения топливно-водных смесей. 2. Выполненный расчетно-теоретический анализ параметров рабочего цикла и показателей работы бензинового двигателя на топливно-водной смеси показал, что прирост эффективной мощности при подаче воды в количестве 20% от расхода топлива при п = 4000 мин-1 составляет 3,5 кВт (7,7%) по сравнению со штатным двигателем (42 кВт). Удельный эффективный расход топлива при этом снижается с 315,2 г/кВт-ч до 292,7 г/кВт-ч (на 7,1%). Эффективный КПД повышается с 0,26 до 0,28%. 3. Разработаны способ и устройство для получения и подачи топливно-водной смеси в бензиновый двигатель, с возможностью оперативного изменения состава ТВС. Способ и устройство защищены патентом на изобретение. 4. Разработана методика экспериментальных исследований и сформирована экспериментальная моторная установка. Моторная установка включает двигатель с системой впрыска топлива, модернизированной для работы на ТВС. 5. Разработан макетный образец бензинового двигателя с организацией рабочего процесса при подаче топливно-водной смеси. 6. Проведены лабораторные исследования по определению работоспособности способа и устройства подачи топливно-водной смеси. Определены регулировочные параметры для обеспечения содержания воды в ТВС в количестве 10...20% от расхода топлива для режимов работы ДВС при п = = 2000...4000 мин-1 и фПдз = 20... 100%. Неравномерность распределения ТВС по цилиндрам двигателя составляет не более 5%. Время расслоения полученной эмульсии не менее 10 секунд. 7. Выполнены- сравнительные стендовые исследования бензинового двигателя при подаче топливно-водной смеси. Получены зависимости эф фективной мощности Ne и удельного расхода ge топлива базового двигателя-и двигателя с подачей ТВС при работе по внешней скоростной характеристике и при работе по нагрузочным характеристикам при п = 2000 мин-1 и п = 3000 мин" . На всех режимах работы двигателя отмечалось улучшение эффектив ных показателей при применении ТВС по сравнению с базовыми характери стиками. Наибольшее увеличение эффективной мощности составило до 7,9% при работе по внешней скоростной характеристике для п = 4000 мин"1 и ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива. Наибольшее снижение удель ного эффективного расхода топлива достигается при подаче ТВС с содержа нием воды 10%: для п = 3000 мин""1 снижение составляет 43 г/кВт-ч (13,8%). 8. Проведены экспериментальные исследования экологических показателей при работе на топливно-водной смеси. Наибольшее снижение выбросов оксидов азота наблюдается при подаче ТВС с содержанием воды 20% от расхода топлива при частоте вращения п = 2000 мин-1 (с 119 до 38 ррт). Наибольший эффект по снижению выбросов СО с ОГ достигается приработе на ТВС с содержанием воды 10% от расхода топлива: для-режима п = 2000 мин" - с 3,6 до 1,7 % (в 2,1 раза). Достигнуто снижение выбросов СН на 18% при работе по внешней скоростной характеристике. 9. Выполнена оптимизация состава ТВС по различным критериям для исследуемых режимов работы двигателя; получено уравнение оптимального содержания воды в ТВС (от 10 до 15,5% воды от расхода топлива). 10. Проведены эксплуатационные испытания макетного образца авто мобиля ВАЗ-2111 при работе двигателя на топливно-водной смеси, подтвер дившие результаты стендовых исследований. 11. Разработана технология технического обслуживания модернизированного двигателя при подаче топливно-водной смеси. 12. Дана оценка социально-экономической эффективности модернизированного двигателя при работе на топливно-водной смеси. Чистый годовой экономический эффект составляет 3520 руб./год на один автомобиль при среднегодовом пробеге 20 тыс. км. Социальный эффект заключается в снижении экологического давления на окружающую среду на 19,8 %.
