CC BY
45
prikladnye nauchnye issledovanija: aktual'nye voprosy, dostizhenija i innovacii»]. Penza, State agricultural university of Northern Zauralie, 2016, pp. 53-56.
8. Nigmatullin R.G, Konstenkov D.M., Hafizova A.G., Peleckij S.S. Ustrojstvo dlja opredelenija soderzhanija ohlazhdajushhej zhidkosti v motornom masle [The device for determination of content of cooling liquid in a motor masle Mir izmerenij]. The World of measurements, 2011, №3, pp. 39-41.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Корнеев Сергей Васильевич (Россия, Омск) - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Химическая технология и биотехнология» ФГБОУ ВО «ОмГТУ» (644050, г.Омск, пр. Мира, д. 11; E-mail: nhi@ omgtu.ru).
Korneev, Sergei Vasilyevich (Russia, Omsk) -doctor of technical Sciences, Professor, Professor of chair "Chemical technology and biotechnology" of the "OmGTU" (644050, Omsk, Mira prospect., 11; E-mail: nhi@omgtu.ru).
Пашукевич София Вячеславовна (Россия, Омск) - студент группы ЭРС-141 кафедра «Химическая технология и биотехнология»
ФГБОУ ВО «ОмГТУ» (644050, г.Омск, пр. Мира, д. 11; E-mail: sofia96@bk.ru).
Pashukevich, Sofa Vyacheslavovna. (Russia, Omsk) - a student group of ERS-141 Department of "Chemical technology and biotechnology" of the "OmGTU" (644050, Omsk, Mira prospect., 11; E-mail: sofa96@bk.ru).
Тришкин Александр Олегович (Россия, Омск) - магистрант кафедра «Химическая технология и биотехнология» ФГБОУ ВО «ОмГТУ» (644050, г.Омск, пр. Мира, д. 11; E-mail: iskander0606@gmail.com).
Trishkin, Alexander Olegovich (Russia, Omsk)
- postgraduate of the chair "Chemical technology and biotechnology" of the "OmGTU" (644050, Omsk, Mira prospect., 11; E-mail: iskander0606@ gmail.com).
Буравкин Руслан Валерьевич (Россия, Сургут) - кандидат технических наук, начальник отдела Управления внешнеэкономических связей ОАО «Сургутнефтегаз» (628415, г.Сургут, ул.Губкина, д. 13; E-mail: Buravkin_ RV@surgutneftegas.ru).
Buravkin Ruslan Valeryevich (Russia, Surgut)
- candidate of technical Sciences, head of Department of foreign economic relations of "Surgutneftegas" (628415, Surgut, Gubkin str., 13; E-mail: Buravkin_RV@surgutneftegas.ru).
и и mi mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi УДК 656.065.36
ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКИ К ОСНОВНОМУ МОТОРНОМУ ТОПЛИВУ НА ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Н.Г. Певнев, В.В. Понамарчук ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
Аннотация. Обосновывается идея о том, что применение водорода в качестве инициирующей добавки к основному топливу, приводит к улучшениюиндикаторных и эффективных показателей ДВС. Особое внимание уделено физико-химическим свойствам водорода и его роли при горении в камере сгорания. В статье проводится пример теоретического расчета отдельных индикаторных и эффективных параметров работы двигателя. Расчет произведён для бензинового четырехтактного двигателя с распределенным впрыском топлива и электронным управлением системой питания и зажигания, при различных процентных соотношениях бензина и водорода. Анализируются результаты расчетов.
Ключевые слова. Водород, инициирующая добавка, индикаторные параметры, эффективные показатели, автомобильный двигатель.
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день автомобили переживают не лучший период своей жизни. Постоянный рост цен на нефть, ужесточение экологических требований, рост аппетитов потребителей, ставят в неловкое положение основу автомобилей - ДВС. Который не смотря на ряд минусов, еще на протяжении многих десятилетий будет незаменим. Однако мы можем модернизировать, и всячески улучшать автомобильный ДВС в части получения большей эффективности и соответственно экономичности
Большинство таких технологий находиться все еще на стадии разработок, ожидая финансирования, или внедрены пока только в опытные образцы, для демонстрации своих возможностей.
Одним из перспективных направлений развития двигателестроения является не только применение альтернативных топлив таких как низшие спирты (метанол, биоэтанол, бута-нол), природный и попутный нефтяные газы, растительные масла(специально выращиваемых сельскохозяйственных культур), водорода и т. д., но и различных добавок к основному моторному топливу. В первую очередь исследования ведутся с целью замены основного вида топлива на выпускаемых автомобилях без внесения в двигатель существенных конструктивных изменений, а также с целью изучения возможностей их комбинирования и применения в качестве добавок. Одновременно оценивается и влияние такой замены на состояние окружающей среды, индикаторные и эффективные показатели работы двигателя - они как минимум не должны ухудшаться, но и для достижения экономического эффекта и целесообразности модернизации двигателя должны быть улучшены.
Практически все перечисленные выше альтернативные виды топлива в состоянии заменить какую-то часть традиционного топлива только благодаря наличию в своем составе способных к окислению элементов.
Из всех видов альтернативных топлив отдельно стоит выделить водород. Дело в том, что его добавка не только способна заменить энергоресурс части бензина или дизельного топлива. Его действие более интересно - водород обладает высокой скоростью диффузии, из чего вытекает его способность образовывать однородную смесь в камере сгорания за очень короткий промежуток времени[1]. Кроме того весьма значимым остаётся тот факт, что низшая удельная теплота сгорания
водорода примерно в 3 раза выше чем у бензина [2-4].
При горении водорода толщина зоны гашения (пристеночный слой, в котором не идут окислительные процессы) меньше примерно в 5 раз, чем у углеводородных топлив. Это доказывает высокую эффективность воздействия водорода на кинетику сгорания смеси во всем объёме [5-7]. Соответственно возрастает полнота сгорания топлива, и уменьшается эмиссия токсических веществ, что приводит к существенному снижению вредных выбросов остаточных углеводородов и сажи, а также окисей углерода и азота. Данный факт подтверждается испытаниями, проведёнными Российским федеральным ядерным центром (РФЯЦ ВНИИЭФ) совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова и ОАО «АвтоВАЗ» на моторном стенде Тольяттинского государственного университета (ТГУ) в 2004 году [3]. Испытания проводились на двигателе ВАЗ-21102 с добавками чистого водорода в бензи-но-воздушную смесь. Именно при этих испытаниях была показана возможность снижения выбросов N0^ СО без специальной обработки выхлопных газов (отсутствие каталитического нейтрализатора), повышение КПД двигателя и уменьшение расхода топлива [2].
РАСЧЕТИНДИКАТОРНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение экологических и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Теоретически определить влияние добавки водорода на индикаторные и эффективные показатели работы двигателя возможно посредствам проведения теплового расчета параметров. Это позволит с достаточной степенью точности аналитическим путем определить параметры двигателя с заданной конфигурацией, и сравнить их с аналогичным двигателем, работающим с применением инициирующей добавки.
Для решения поставленных задач необходимо произвести расчеты действующего двигателя при его работе на основном моторном топливе, а затем проводить расчеты с учетом добавки водорода к моторному топливу, с учетом различных соотношений моторное топливо - водород. В связи с этим исходные параметры двигателя будут браться из характеристик
существующего двигателя. Ниже частично приведенырасчеты параметров четырехтактного двигателя с распределенным впрыском топлива и электрон ным управлением системой питания и зажигания, предназначенного для легкового автомобиля.
Для оценки технического уровня про ектиру-емого, действующего или модернизируемого двигателя необходимо сравнить его показ ате-ли с показателями двигателя - предшествен-ника,современногоаналога ил и со среднестатистическими знач ениями этих показателей для большого числа ДВС. В первых двух случаях оценка позволяетустановить перспективность двигателя, а в третьем его место в мировом развитии моторной техники.
Принято давать оценку технического уровня двигателей по совокупности индикаторных параметров и эффектив ных показателей.
Инди каторные парам етры характеризуют рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания, к ним относят среднее индикатор ное давление, индикаторный КПД и удельный расход топлива.
Эффективными показателями называют энергетические и эконом ические характеристики двигателя,реа лизуемые при работе его спотребителем получаемой в двигателе механической работы. Этими характеристиками являются, прежде всегосреднее эффективное давление эффективный удельный расход топлива эффективный КПД. Чисть из этих показателей являются основныппи п ри выборе или сравнени и двигателей[8-10].
Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением,индикаторно ймощност ью и к.п.д.
Средним индикаторным давлением называют условное,постоянное по величине давление, п ри котором работа за один ци кл равна работе гамое . цилиндре. Среднее индикаторное давление рассчитываетсяпо формуле 1[8].
РГ=±£. (i____1_ pi__1_)1
( 1)
где рс- давление в конце такта сжатия; е- степень сжатия; Л- степень повышения давления; р-плотность топливно-воздушной смеси; пм-среднийпоказатель полииропы сжатия; п2- средний показатель полииропы расширения;
Уменьшение теоретического среднегоин-дикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного
цикла оценивается коэффициентом полноты диаграммы фии величиной среднего давления насосныхпотерь Api.
Индикаторный КПД. ni характеризует степень использования вдействительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и предста вляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесен-нойв цилиндр с топливом и определяется по формуле (2) [8].
Vi •lo а
Ни • ро • Vv
(2)
где:д| -среднее индикаторное давление;
1о - теорети чески необходимое количество воздуха необходимого для сгорания 1 кг топ лива;
а - коэффициеет избытка воздуха;
Ни - низш ая теплота сгорания то плива ;
ро - плотность заряда на впуске ;
Пу- коэффиц иент
расход топлива — отношение ра сходатоплива (на единицу расстояния или времени) к мощности ил и каяге. Используется как: характерист-жа тодливной эффективности д вигателей, а также та а не по ртных средств Е1 грузопассажирских перевозках. Единица измерения удельногорасхода топлива зависит от выбораедин иц для параметров, входящих в определение (объём или масса топлива, расстояние или время, мощность или тяга). Индикаторный удельный расход жидкого топлива определяется по уравнению 3 [8].
U = 3600
Ро Vv Vi'o-а
(3)
где ро - плотность заряда на впуске; ^-коэффициент наполнения;
-среднее индикаторноедавление; /о- теоретически необходомое количество воздуха необходимого для агорания 1 кг то-плив а;
а - коэффициентизбыткавоздуха. Среднее эффективное давление де явля-етсяодним из важнейших по казателей, характеризующих нагрузку двигателя, полноту и своевременнодть его рания топлива, степень наддува и со вершенство конструкции в цело м. Среднее эффектив ное давление рассчи-тываетсяпо формуле 4[8].
pe=pi-pm:
где pi - индикаторное давление;
(4]
рт - среднеедавлени е меха нических потерь.
Отношение эффективного давле ния ре к индикаторному давлению р(. называется меха-ническ им коэффициентом полезного действ ия определяется по формуле 5[8].
Пм = Ре / Р|
(5)
Механический КПД какаячасть
энергии, выделившейся в цилиндрах при сго--аниитоплива, |эа сходуется на внутренние потери.
Эффективный КПД - характе ристика двигателя, отражающаястепень использования теплоты сученом все>евидов потерь как тепловых, так и механических. Представляет собой произведение индикаторного п и механического г| КПД и ра ссчитывается по формуле 6.
Пе в Г||'Пч
(6)
Эффективный удевьный расход топлива определяет экономичносчь двигателя. Эффективный удельный расход топлива девы-числяется по формул е7[8]'
Зе =
3600 7и'Ле
(7)
где НЮ - низшая теплота сгорания топлива;
Пе - эффективный КПД.
Результаты расчетов отобразим в виде графиков, где по оси абсцисс будет откладываться процентное содержание инициирующей водородной добавки по массе к основному моторному топливу, а по оси ординат будут откладываться значения индикаторных параметров и эффективных показателей.
Рисунок 1 - Зависимость индикаторного и эффективного давлений от добавки водорода
Рисунок 2 - Зависимость индикаторного и эффективногоКПД от добавки водорода
удельный 250
расход тополива,
г/кВт*ч
200
бе
0 20 40 60
% влдородной добавки до массе к основному топливу
Рисунок 3 - Зависимость индикаторного и эффективного удельных расходов топлива от
добавки водорода
Из графиков, представленных на рисунках 1-3 хорошо видно, что добавка водорода к основному моторному топливу положительно влияет на индикаторные параметры и эффективные показатели работы двигателя, а в частности увеличивает КПД, индикаторное и эффективное давление, снижает удельные расходы топливаОднако, стоит отметить, что у нас нет физической возможности заменить большое количество основного моторного топлива водородом,это обусловлено физико-химическими свойствами водорода а именно его низкой плотностью. При дальнейших расчетах необходимо принимать в качестве ограничивающего фактора количество максимально возможной добавки водорода.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В результате теплового расчета выявлено, что применение водорода в качестве инициирующей добавки к основному топливу может благоприятно отразитьсянаиндикатор-ных параметрах и эффективных показателях работы двигателя.
2. Проведенные расчеты дают возможность принципиально установить влияние инициирующей добавки, подаваемой в камеру сгорания, на индикаторные параметры и эффективные показатели работы двигателя. Однако стоит отметить, что для достижения более точных результатов необходимо скорректировать расчеты с ограничивающего фактора -количества максимально возможной добавки водорода.
3. Ввиду того что на индикаторные параметры и эффективные показатели работы двигателя тесно связаны, то при дальнейших расчетах для оценки влияния инициирующей добавки к основному моторному топливу будет необходимо и достаточно отображать только эффективные показатели работы двигателя.
4. Для получения более полной картины влияния инициирующей добавки на работу двигателя, необходимо провести расчет с использованием модели, учитывающей геометрию камеры сгорания двигателя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фомин, В.М. Водород как химический реагент для совершенствованья показателей работы автомобильного двигателя с НВБ / В.М. Фомин, A.C. Платунов // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 4(22). -С. 30-39.
2. Певнев, Н.Г. Анализ свойств водорода с целью возможности его применения в качестве добавки к основному топливу / Н.Г. Певнев, В.В. Понамарчук / Прогрессивные технологии в транспортных системах.- 2015. - С. 304-309.
3. Перетрухин, С.Ф. Бортовой генератор синтез-газа для ДВС с искровым зажиганием
/ С.Ф. Перетрухин, О.Ф. Бризицкий, В.А. Кириллов, H.A. Кузин, С.И. Козлов // Транспорт на альтернативном топливе, - 2010. - № 5(17). - С. 68-74.
4. Мацкерле Ю., Современный экономичный автомобиль / В. Б. Иванова,А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.
5. Физико-химические свойства и способы добычи водорода / В.В. Понамарчук // Фундаментальные и прикладные науки - основа современной инновационной системы: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Студентов, аспирантов, и молодых учёных 02-13 фев. 2015 г. / СибАДИ. - Омск, 2015. - С. 27-32.
6. Смоленская, Н.М. Влияние добавки водорода на процесс горения в бензиновых двигателях с искровым зажиганием / Н.М. Смоленская, В.В. Смоленский, А.П. Шайкин // Прогресс транспортных средств и систем.-2009. - С. 247-248.
7. Талда, Г.Б. Повышение топливной экономичности и снижение токсичности бензиновых двигателей добавкой водорода к бензину : автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.04.02 /Г.Б.Талда ; науч. рук.доц. А.И. Мищенко ; Харьковский автомобильно-дорожный институт - Харьков, 1984. - 213 с.
8. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей : учеб.пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. - 4-е изд., стер. - М. :Высш. шк., 2008. - 496 с.
9. Eriksson, L. Spark Advance Modeling and Control / L. Eriksson // Doctoral thesis. -1999. - 207 с.
10. Heywood, J.B. Combustion and its modelling in spark-ignition engine /J.B. Heywood // International symposium COMODIA. - 1994. -930 c.
INFLUENCE OF HYDROGEN ADDITIVE TO FUEL, ON INDICATOR AND EFFECTIVE PARAMETERSAUTOMOBILE ICE
N.G. Pevnev, V.V. Ponamarchuk
Abstract. The idea that use of hydrogen as the initiating component to the main fuel, leads to increase in indicator and effective indices of ICE is justified. Special attention is paid to physical and chemical properties of hydrogen and its role when burning in the combustion chamber. In article the example of theoretical calculation of parameters of a working body and calculation of separate indicator and effective parameters is carried out. Calculation is made for the petrol four-stroke engine with the distributed injection of fuel and electronic control by a feed system and ignitions, in case of different percentage ratios of gasoline and hydrogen. Results of calculations are analyzed.
Keywords: Hydrogen, the initiating additive, indicator parameters, effective parameters, automobile ICE.
REFERENCES
1. Fomin V. M., Platunov A. S. Hydrogen as a chemical reagent for improving the performance of automotive engine with direct injection of gasoline [Transport on alternative fuel]. 2011, no 4(22), pp. 30-39.
2. Pevnev N. G., Ponamarchuk V. V. Analysis of the properties of hydrogen to its use as an additive to the main fuel [Progressive technologies in transport systems]. 2015, pp. 304-309.
3. Peretrukhin F. S., Brizitsky A. F., Kirillov V. A., Kozlov S. I. Board generator synthesis gas for the internal combustion engine with spark ignition [The alternative fuel Transport]. 2010, no 5(17), pp. 68-74.
4. Mackerle Y. Modern economical car. Moscow, Mashinostroenie, 1987. 320 p.
5. Ponamarchuk V. V. Physico-chemical properties and methods of hydrogen production [Fundamental and applied science - the Foundation of modern innovation system]. Materials of Intern. scientific.-tech. Conf. Students, postgraduates, and young scientists, 2015, - pp. 27-32.
6. Smolenskaya N. M. The influence of additives of hydrogen on the combustion process in petrol engines with spark ignition [Progress vehicles and systems].2009,pp. 247-248.
7. Talda, G. B. Improving fuel economy and reducing the toxicity of gasoline engines by the addition of hydrogen to gasoline.Kharkov, 1984. - 213 p.
8. Kolchin A. I.,Demidov V. P. Calculation of automobile and tractor engines [Manual for schools]. Moscow. : Higherschool, 2008. 496 p.
9. Eriksson, L., Spark Advance Modeling and Control [Doctoral thesis]. 1999. 207 p.
10. Heywood, J. B. Combustion and its modelling in spark-ignition engine [International symposium COMODIA]. 1994. 930 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Певнев Николай Гаврилович (Омск, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация и ремонт автомобилей», ФГБОУ ВО «СибАДИ». (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: pevnev_ng@sibadi. org).
Pevnev Nikolai Gavrilovich (Omsk, Russia) -Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the department «Maintenance and repair of vehicles», Siberian State Automobile and Highway Academy. (644080, Omsk, pr. Mira, 5,e-mail: pevnev_ng@sibadi.org).
Понамарчук Владимир Викторович (Омск, Россия) - аспирант кафедры «Эксплуатация и ремонт автомобилей», ФГБОУ ВО «СибАДИ». (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: skif9210@mail.ru).
Vladimir V. Ponamarchuk (Omsk, Russia) -postgraduate student department of «Maintenance and repair of vehicles», Siberian State Automobile and Highway Academy. (644080, Omsk, pr. Mira, 5,e-mail: skif9210@mail.ru).
УДК 656.13
ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ ПРОСТОЯ ПОД ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫМИ РАБОТАМИ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СОВОКУПНОСТИ МАЛЫХ НЕНАСЫЩЕННЫХ СИСТЕМ ПЕРЕВОЗОК СТРОИТЕЛЬНЫХ ГРУЗОВ АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
Е.С. Федосеенкова, Е.Е. Витвицкий ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
Аннотация. Исследовано влияние времени простоя при выполнении погрузки-разгрузки на результаты работы групп автотранспортных средств в совокупности малых ненасыщенных автотранспортных систем перевозок грузов. Решение задачи представлено на примере перевозок кирпича на поддонах от завода-изготовителя в городе подвижным составом общего пользования. Установлены зависимости результатов работы групп автотранспортных средств в совокупности малых автотранспортных систем, выполнена их проверка на адекватность исследуемому процессу.
