Введение к работе
Актуальность темы. В болминстве прогнозов, по священних развитие энергетики и транспортных средств, отмечается, что поршне-выа двигатели внутреннего сгорания и в тбудущєм сохранят. ведущув роль на транспорте.
В связи с бистрим развитием автомобильного транспорта потребление традиционных нефтяных топлив возрастает. Позтому, с цельс обеспечения в будуден достаточного количества энергетических ресурсов, необходимо создание более совершенных силових установок для использования топлив нефтяного происхождения, в частности спиртов и водорода. Применение водорода в качестве моторного топлива сдерживается недостатками существующих систем хранения и высокой стоимостью его производства.
Одним из способов получения водородсодержащего газового топлива на борту автомобиля является конверсия метанола, применяе-мэго в качестве жидкого гидрида. Анализ различных систем хранения водорода показал» что по своим массогаба„итным характеристикам система конверсии метанола на порядок превосходит лучшую из систем хранения водорода /на основа энергоаккумулирувщих веществ/. Кроме того, использование для конверсии метанола теплоти отработавших газов /ОГ/ позволяет осуществить термохимическую регенерацию /ТХР/ их тепла в цикл. При этом тепло ОГ путем изменения вида топлива превращается в химическую анергию продуктоп конверсии метанола /ПКМ/, что обеспечивает увеличение их низшей теплоти сгорания, в сравнении о исходным топливом, на 20 и способствует повышению КЗД транспортной установки в целом.
Однако использование ПКМ в качестве топлива для ЛВС сдерживается рядом проблем, в первуо очередь, таких как: необходимость обеспечения элективного подвода тепла ОГ в зону реакции; разработка активного, износоустойчивого, низкотемпературного катализатора и др. Решение этих проблем, находящихся на стыке наук, позволит ускорить использование метанола в качестве иидхого носителя водорода. Данная работа является частью комплексных исследований по применение метанола в качестве: перспективного топлива.
Цель работы. Повышение эффективности использования водородсодержащего газового топлива для двигателей с искровым зажиганием путем разработки теплообменных аппаратов я соверявиствованяя систем ТХР теплоты ОГ двигателя, обеспечивающих бодец зысокпз технико-экономические и экологические показатели. D работе поотаз-
и лены к реивптся следупздс задачи:
-
Разработка методики расчете рабочего процесса карбпратор-ного двигателя о ТХР теплоты 0Г„
-
Разработка к.,*тодики расчете тепловой схемы сило*;-? установки автомобиля с системой ТХР теплоты ОГ.
-
Разработка я экспериментальное исследование устройств дія получения водородсодерявщего газового топлива из метанола.
-
«Испытания в стендовых условиях катализатора конверсии метанола иа основе интерне, вллических соединенна /ИНС/,
-
Определение спткмвд^лой по экономичности присадки продуктов конверсии метанола к основному топливу.
Методы исследований. Ревение поставленных за/^ч достигалось анализом предшествуспих работ, выполнением теоретических исследований с применением ЗВИ, проведением экспериментальных исследований на моторном стенде с двигателем ЗМЗ-2чД.
Научная новизна. Разработана методика расчета рабочего процесса двигателя с принудительный захиганием и системой ТХР теплоты: DT. Получено уравнение для ппределения степени регенерации тойоты ОГ в цикле ІВС в зависимости от температуры смеси на впуске и степени повнаеикя давления. Оценено влияние на степень регенерации рабочей температуры катализатора, состава смеси и степени сжатия. Определена зависимость индикаторного ЇВД двигателя от параметров системы ТХР теплоты ОГ и низшей теплоты сгоргнин исходного топлива. Установлено, что количество тепла, возвращаемого в цикл путем ТХР, зависит от температурного уровня ОГ, свойств исходного топлива. Разработана методика расчета автомобильной системы ТХР теплоты ОГ. На основании расчетных исследований получены полиномиальные зависимости степени конверсии метанола и выхода целевого продукта /Hg/ от т.ех ^актоусв: расхода метанола чэ-реэ реактор, температуры ОГ и площади теплообмена реактора, которые могут быть использованы при проектировании новых спеем ТХР.
Выполнены стендовые испытания нового катализатора конверсии метанола с применением ИМС редкоземельных элементов с переходники металлами /на основе боМу. Разработаны методики отбора проо Ш1Н, термометриргвпння и проведения гидравлических испытаний реактора конзерсии.
Определены экелсримиительным путей величины оптиммьиых до-. багок '""СИ к бензину.
Практическая ценность. Разработана методика теплового расчета пиелв к.чрбораторного двигателя с термохимичгской регенерацией гепчзтч от';аоотаЕяих газев.
5 Разработанные конструкции реакторов конверсии метанола, в той числе зачиненные патентом, является основой для создания экономичных, малотоксичных установок с ТХР теплоты ОГ.
Апробированная методика расчета тепловой схемы силовой /становий автомобилей РАФ и ЗАЗ с термохимической регенерацией теплоты ОГ на ПЭВМ может быть использоваиа при разработке систем конверсии к другим автомобилям, что поаволит сократить объем работ.
Внедрение результатов. Материалы диссертации используются при выполнении трех научно-исследовательских работ ЛНСИ. Результаты исследований применяется в учебном процессе кафедр ДЕС и инженерной экологии Луганского машиностроительного института. В ИПМаи АН Ясраяиы внедрена опытная установка системы конверсии метанола для проведения стендовых испытания новых катализаторов конверсии метанола.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технической коні?еренции "Повышение эффективности использования топлива в энергетике, промыоленностя и на транспорте", г. Киев, 1989 г; Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в химмотология топлив и смазочных материалов", г. Днепропетровск, 1990 г; наяно-технической конференции "Водород и экология автомобильного транспорта", г. Москва, 1991 г; на И Всесоюзной наяно-технической конференции "Развитие теоретических основ химмотологии", г. Днепропетровск, 1992г; на наяно-технических конференциях ЛНСИ, г. Луганск, 1990, 1992 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе пол явно 2 положительных решения на выдачу патентов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах маиянописиого текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источником /ІОІ наименование/ я приложения. Работа содержит 18 таблиц и 51 рисунок-