CC BY
34
УДК 621.43
ПОЛ1ПШЕННЯ ИАЛИВН01 EKOHOMI4HOCTI СУЧАСНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГУНА В РЕЖИМ1 ХОЛОСТОГО ХОДУ
Ю.Ф. Гутаревич, проф., д.т.н., С.В. Карев, доц., к.т.н., G.B. Шуба, асистент, Нацюнальннй транспортний ушверснтет, м. Кшв
Анотац1я. Наведено результаты досл1джень еплиеу добавки водневм1сного газу до повтряно-го заряду бензинового двигуна 44 7,65/7,56 ¡з сучасною системою впорскування та зворотним зв'язком на паливну економ1чмстъ та еколог1чм показники при po6omi в режимi холостого ходу.
Ключов1 слова: холостий xid, система впорскування, водневм1сний газ, паливна економ^чтстъ, екологгчш показники.
УЛУЧШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ СОВРЕМЕННОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕЖИМЕ ХОЛОСТОГО ХОДА
Ю.Ф. Гутаревич, проф., д.т.н., С.В. Карев, доц., к.т.н., Е.В. Шуба, ассистент, Национальный транспортный университет, г. Киев
Аннотация. Приведены результаты исследований влияния добавки водородсодержащего газа к воздушному заряду бензинового двигателя 44 7,65 /7,56 с современной системой впрыска и обратной связью на топливную экономичность и экологические показатели при работе в режиме холостого хода.
Ключевые слова: холостой ход, система впрыска, водородсодержащий газ, топливная экономичность, экологические показатели.
IMPROVING THE FUEL EFFICIENCY OF THE MODERN PETROL ENGINE IN
THE IDLE OPERATING MODE
Y. Hutarevych, Prof., D. Sc. (Eng.), S. Karev, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Y. Shuba, T. Asst., National Transport University, Kyiv
Abstract. The results of studies of the effect of hydrogen-containing gas additives to the gasoline engine air charge 44 7,65 / 7,56 with a modern injection system and feedback as for the fuel efficiency and environmental performance in the idle operating mode are given.
Key words: idling, fuel injection system, hydrogen-containing gas, fuel efficiency, environmental performance.
Вступ
Вщомо, що одним з недолтв бензинового двигуна е попршення паливно! економ1чнос-■п та еколопчних показниюв у режимах ма-лих навантажень та холостого ходу. Це пояс-нюеться тим, що у вище названих режимах використовуеться дроселювання паливоповь тряно! сушш1, що збшьшуе насосш втрати 1 попршуе умови згоряння. Одним з перспек-тивних напрям1в усунення цього недолшу е
використання як добавки до повпряного заряду водневмюного газу, отриманого шляхом електрол1зу водного розчину лугу. Цей газ складаеться з молекул 1 атом1в водню та кис-ню (Н2/02). За рахунок того, що вказаний газ мае швидюсть згоряння вищу, шж бензин, штенсифшуеться процес згоряння основного палива як результат, полшшуються паливо-економ1чш та еколопчш показники двигуна.
Мета 1 постановка завдання
Метою роботи е визначення впливу добавки водневмюного газу до пов1тряного заряду бензинового двигуна ¿з системою впорску-вання та зворотним зв'язком при робот1 в режимах холостого ходу на його паливну економ1чнють та еколопчш показники.
Анал1з публжацш
Анал1з л1тературних джерел показав, що ви-користання водню та водневмюних сполук як добавки до паливопов1тярно1 сумМ широко дослщжуеться. У роботах [1, 2] встановлено, що добавка водневмюного газу дозволяе по-лшшити паливну економшють та еколопчш показники бензинових двигушв. Зокрема при робот1 з добавкою водневмюного газу змен-шуються годинна [ питома витрати палива та знижуються концентрацп продуклв непов-ного згоряння у вщпрацьованих газах. Але в цих дослщженнях при оцшщ впливу Н2/02 на паливну економ1чнють не враховано витрати енергп на проведения електрол1зу. У робот1 [3] встановлено, що в результат! додавання водню вщбуваеться скорочення фаз згоряння та зростання швидкост1 поширення полум'я, що свщчить про штенсифжащю згоряння в цилшдрах двигуна.
На кафедр1 двигушв [ теплотехшки Нащона-льного транспортного ушверситету прово-дяться дослщження щодо використання добавки водневмюного газу до пов1тряного заряду автомобшьних двигушв. У робот1 [4] проведено дослщження стосовно впливу добавки водневмюного газу на склад паливо-пов1тряно1 сумМ бензинового двигуна з ка-рбюраторною системою живлення. Розраху-нком встановлено, що добавка водневмюного газу до пов1тряного заряду карбюраторного двигуна приводить до незначного збагачення паливопов1тряно1 сум1шг Так, якщо при робот! без добавки водневмюного газу коефщь ент надм1ру пов1тря становив 1,0, то при до-бавщ 5 % Н2/02 зменшився до 0,99. У свою чергу, внаслщок додавання водневмюного газу зростае вщношення Н/С, яке е показни-ком, що характеризуе штенсивнють процесу згоряння сумшг Так, при добавщ 5 % водневмюного газу вщношення Н/С зросло з 2,04 до 2,11. За результатами експериментальних дослщжень на бензиновому двигуш з карбю-раторною системою живлення встановлено, що добавка водневмюного газу до пов1тряно-
го заряду в режим1 холостого ходу приводить до полшшення паливно'1 економ1чност1 на 6,8 %, з урахуванням витрат електроенергп на отримання газу, а також зниження концентрацп продуклв неповного згоряння у вщ-працьованих газах. Недолжом е незначне зростання викид1в оксид1в азоту, що свщчить про зростання температури в цилшдрах двигуна.
Полшшення паливно¥ економ1чност1 двигуна
На сьогодш на кафедр1 «Двигуни i теплотех-шка» Нащонального транспортного ушвер-ситету продовжуються дослщження щодо впливу добавки водневмюного газу на паливну економ1чнють i токсичнють бензинових двигушв i3 системою впорскування та зворотним зв'язком. Для випробувань було обрано бензиновий двигун 44 7,65/7,56 ф1рми «Volkswagen» i3 системою впорскування i зворотним зв'язком (рис. 1).
Рис. 1. Об'ект експериментальних досль джень - двигун 44 7,65/7,56 ¿з сучасною системою впорскування бензину
Двигун встановлено на гальм1вному стенд1 SAK-670 з електричною гальм1вною машиною GPF а17И [ обладнано вс1ею необхщною вим1рювальною апаратурою. Параметри двигуна у процес1 дослщження контролювались за допомогою зчитування даних ¿з блока ке-рування двигуном через д1агностичний роз'ем OBD II. Зокрема вим1рювали температуру охолоджувально'1 рщини, тиск у впускному трубопровод!, величину коефщ1ента надлишку пов1тря, кут вщкриття дросельноТ заслшки, тривалють впорскування бензину й кут випередження запалювання. Годинну витрату палива вим1рювали ваговим методом за допомогою електронних терез1в «МЕРА ВМ 2/3». Концентрацп шкщливих речовин у
в1дпрацьованих газах двигуна вимфювали за допомогою газоанал1зуючо! апаратури; концентрацп СО, С02 1 СтНп методом - шфра-червоно! спектроскоп11 газоанал1затором «Автотест-02» ф1рми «МЕТА»; концентрацп оксид1в азоту 10х - газоанал1затором 344ХЛ-14, який працюе за хемшюмшесцент-ним методом. Дослщження було проведено в режим! холостого ходу з частотою обертання колшчастого вала 1600 хв"1. Добавку водневмюного газу подавали перед дросельною за-слшкою 1 змшювали в д1апазош вщ 0 до 2,9 л/хв (вщ 0 до 11,3 % по вщношенню до го-динно1 витрати бензину). Встановлено, що добавка водневмюного газу приводить до зростання частоти обертання колшчастого вала двигуна. Незмшнють частоти обертання шдтримували прикриттям дросельно! заслш-ки. У результат! зменшення кута вщкриття дросельно! заслшки I враховуючи те, що добавка водневмюного газу спричиняе збага-чення паливоповпряно! сушш1, блок керу-вання двигуном примусово зменшував кшькють поданого палива Gn для забезпе-чення складу паливоповпряно! сушш1, бли-зького до сте-хюметричного (а ~ 1).
5 6 7 8 Э 10 11 12 Н2/02, %
Рис. 2. Вплив добавки водневмюного газу на показники паливно! економ!чносп та енергетичш показники двигуна 44 7,65/7,56
Як видно з рис. 2, при робот! з добавкою 11,3 % водневмюного газу годинна витрата бензину Gп з 0,91 кг/год знизилася до 0,78 кг/год. Економ1я бензину становить
14,3 %. Враховуючи затрати електроенергп на проведения електрол1зу, найбшьша еко-ном1я становить 5,7 % (Еч). Якщо враховува-ти теплоту згоряння водневмюного газу за-мють затрат електроенергп, то економ1я становить 11,3 % (Ет). Оскшьки в умовах експлуатацп на борту автомобшя в режим! холостого ходу отримати 11,3 % Н2/02 до-сить складно, то доцшьно обмежити величину добавки на р1вш 4-6 %, що становить 11,5 л/хв. При робот! з добавкою 4 % водневмюного газу витрата бензину зменшуеться на 7,7 %. 3 урахуванням витрат енергп на отри-мання Н2/02 економ1я палива становить 3 %. Внаслщок зменшення кута вщкриття дросельно! заслшки та замщення частини повпря водневмюним газом зменшуеться годинна витрата повпря Gпoв, що веде до зменшення масових викид1в шюдливих речовин з вщ-працьованими газами.
На концентрацп шюдливих речовин у вщ-працьованих газах двигуна 44 7,65/7,56 добавка водневмюного газу практично не впли-вае (рис. 3).
Рис. 3. Вплив добавки водневмюного газу на концентрацп шкщливих речовин у вщ-працьованих газах двигуна
3 показаних на рис. 3 залежностей видно, що концентрацп оксид1в вуглецю (СО I С02) та вуглеводшв СтНп практично не змшились пор1вняно з роботою двигуна лише на бензина У результат! шдвищення температури в
цилшдрах двигуна дещо зросли концентрацп оксцщв азоту К0х. Разом з тим, концентрацп шюдливих речовин, зам1ряш теля нейтраль затора, при робой двигуна на бензиш та на бензиш з добавкою водневмюного газу до повпряного заряду зменшуються в усьому д1апазош добавок Н2/02. Оскшьки у цьому двигуш ¿з системою впорскування та зворотним зв'язком шдтримуеться стехюметричний склад сушш1, то ефективнють роботи ней-трал1затора е досить високою.
На рис. 4 показано залежносп ефективносп нейтрал1зацп основних шкщливих компонента вщпрацьованих газ1в вщ величини добавки водневмюного газу.
Е1С0: 100 ММ |||||||||| I I I I I I I
90 - —-----------— ---— ~ -
80 MI - I 1 - I I
ENOx. ПО lili - | | | | | | | | | - [I
% ---------------------
100----------------------
90----------------—
so MIM — I N П П N - М
О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 ^ %
Рис. 4. Ефективнють роботи каталничного нейтрал1затора двигуна 44 7,65/7,56 при робот! з добавкою водневмюного газу в режим! холостого ходу («=1600 хв-1)
Як видно з рисунка, добавка водневмюного газу до повпряного заряду двигуна не впли-вае на ефективнють роботи каталничного нейтрал1затора, що дозволяе покращити паливну економ1чн1сть сучасного бензинового двигуна Í3 системою впорскування без nori-ршення еколопчних показниюв.
Висновок
Добавка водневмюного газу H2/02 до повпряного заряду бензинового двигуна 44 7,65/7,56 Í3 системою впорскування та зворотним зв'язком у режим! холостого ходу дозволяе покращити паливну економ1чнють,
з урахуванням витрат eHeprii' на отримання газу до 5,7 % при робот1 з добавкою 11,3 % газу. Оскшьки на отримання тако! кшькосп газу необхщно затратити велику кшькють eHeprii', то в умовах експлуатацп добавку до-цшьно обмежити на piBHi 4 %, при робот1 з якою економ1я палива, з урахуванням витрат eHeprii', становить 3 %. Разом з тим, показники токсичносп залишаються майже на piBHi роботи двигуна без добавки газу. Встановлено, що добавка водневмюного газу не впли-вае на ефективнють роботи каталничного нейтрал1затора.
Лггература
1. Yilmaz А.С. Design and applications of hydroxy (HHO) system / Ali Can Yilmaz // Thesis titled above was reviewed and approved for the award of degree of the Master of Science by the board of jury on -2010. - P. 59-63.
2. Yadav Milind S. Investigations on generation methods for oxy-hydrogen gas, its blending with conventional fuels and effect on the performance of internal combustion engine / S. Yadav Milind, S. M. Sawant, A. Anavkar Jayesh, V. Chavan Hemant // Journal of Mechanical Engineering Research. - 2011. - Vol. 3(9). -P.325-332.
3. Смоленский В. В. Особенности процесса сгорания в бензинових двигателях при добавке водорода в топливо-воздушную смесь: автореф. дис. на соискание учен. степени канд. тех. наук: спец. 05.04.02 «Тепловые двигатели» / В.В. Смоленский. - Тольяти, 2007. - 21 с.
4. Гутаревич Ю.Ф. Вплив добавки водневмюного газу на склад паливоповпряно! cyMimi бензинового двигуна / Ю.Ф. Гутаревич, С.В. Шуба // BicHHK Нащонального транспортного ушверситету. -2015. - Вип. 32. - С. 100-107.
5. Вплив додавання cyMimi водню з киснем на паливну економ1чнють i токсичнють бензинового двигуна в режим! холостого ходу / Ю.Ф. Гутаревич, А. О. Корпач, СВ. Шуба, О.Д. Фшоненко, IB. Самой-ленко // BicHHK Нащонального транспортного ушверситету. - 2014. - Вип. 29. - С. 78-85.
Рецензент: О.М. Врублевський, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 13 червня 2016 р.
