Повышение топливной экономичности и снижение токсичности бензиновых двигателей добавкой водорода к бензину тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Талда, Геннадий Борисович

• Талда, Геннадий Борисович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Талда, Геннадий Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Методы снижения токсичности отработавших газов и повышения экономичности двигателей с искровым зажиганием

1.1.1. Совершенствование карбюраторов и систем зажигания

1.1.2. Рециркуляция отработавших газов

1.1.3. Применение водно-топливных эмульсий и добавок воды.II

1.1.4. Нейтрализация отработавших газов

1.1.5. Отключение части цилиндров и циклов

1.1.6. Послойное смесеобразование

1.1.7. Применение альтернативных топлив

1.2. Свойства водорода как моторного топлива

1.3. Двигатели на водородовоздушных смесях.

1.4. Двигатели на бензоводородных смесях.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ДВС НА СМЕСИ БЕНЗИНА С ВОДОРОДОМ

2.1. Основные допущения расчетной модели

2.2. Основные соотношения расчетной модели теоретического цикла.

2.3. Методика расчета равновесного состава продуктов сгорания.

2.4. Методика расчета процесса сжатия

2.5. Методика расчета процесса сгорания

2.6. Методика расчета процесса расширения

2.7. Теоретические пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей.

2.8. Анализ состава продуктов сгорания

2.9. Анализ характеристик теоретического цикла

ВЫВОДЫ.

3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА ЕЕН30В0Д0Р0ДНЫХ

ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ.

3.1. Экспериментальная установка и методика исследования

3.1.1. Схема и основные элементы экспериментальной установки.

3.1.2. Система зажигания индицируемого цилиндра

3.1.3. Индицирование двигателя

3.1.4. Отбор проб и анализ отработавших газов

3.2. Влияние добавки водорода к бензину на параметры рабочего процесса и тепловыделение

3.2.1. Влияние добавки водорода на энергоемкость свежего заряда

3.2.2. Влияние добавки водорода на процесс сгорания и идентичность последовательных циклов

3.2.3. Влияние добавки водорода на среднее индикаторное давление и КПД.

3.3. Детонационная стойкость бензоводородных топливных композиций.

3.4. Пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей

3.5. Выбор способа регулирования мощности бензоводородного двигателя.

3.5.1. Количественное регулирование мощности

3.5.2. Качественное регулирование мощности

3.5.3. Смешанное регулирование мощности

3.5.4. Сравнительный анализ различных способов регулирования мощности

3.6. Принципиальная схема системы питания бензоводородного двигателя с искровым зажиганием.

ВЫВОДЫ.

4. МЕТОДИКА. РАСЧЕТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЦИКЛА

ДВС, РАБОТАЮЩЕГО НА СМЕСИ БЕНЗИНА С ВОДОРОДОМ.

4.1. Основные допущения

4.2. Определение характеристики выгорания топлива

4.3. Учет теплоотдачи в процессах сгорания и расширения

4.4. Основные уравнения расчетной модели

4.5. Анализ результатов расчета действительных циклов. . 145 ВЫВОДЫ.

5. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ И АВТОМОБИЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА БЕНЗИНЕ И НА БЕНЗИНЕ С ДОБАВКОЙ ВОДОРОДА.

5.1. Сравнительные стендовые испытания двигателей

5.1.1. Оценка погрешностей измерений

5.1.2. Результаты сравнительных испытаний двигателя ЗМЗ-24Д.

5.1.3. Результаты сравнительных испытаний двигателя ЗИЛ-130.

5.2. Сравнительные испытания автомобиля

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение топливной экономичности и снижение токсичности бензиновых двигателей добавкой водорода к бензину»

В В Е Д Е Н И Е Коммунистическая партия и Советское правительство постоянно уделяют большое внимание развитию и совершенствованию энергетики и транспорта страны. На ХХУ1 съезде КПСС было отмечено, что одной из главных задач на период до 1990 года является экономия всех видов энергоресурсов: на основе использования достижений науки и техники..." необходимо создавать принципиально новые виды транспортных средств, а также транспортные энергосилоБые установки, обеспечиваю1цие существенное сокращение расхода топлива и энергии" /I Наряду с проблемой повышения экономичности большое значение имеет и проблема снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. В нашей стране вопросу уменьшения загрязнения окружающей среды уделяется много внимания, о чем свидетельствует ряд постановлений ЦК КПСС и Совета Министров СССР, в том числе "Закон СССР об охране атмосферного воздуха", В свете этих проблем задача повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, которыми в настоящее время оборудована основная часть автомобильного парка страны, является актуальной. Одним из возможных путей решения этой задачи является применение новых видов топлива, среди которых валшое место занимает водород. Перспективность применения водорода для двигателей внутреннего сгорания определяется прежде всего его экологической чистотой, неограниченностью и возобновляемостью его запасов, хорошими моторными свойствами, которые открывают возможность его широкого применения в современных двигателях без коренной их перестройки.В настоящее время в нашей стране и ряде зарубежных стран проводятся широкие исследования возможности и целесообразности применения водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Поскольку применение водорода в качестве основного топлива в ближайшее время весьма проблематично, в основном из-за отсутствия экономичной технологии его производства и хранения в больших количествах на автомобиле, особое значение приобретает применение водорода в качестве дополнительного топлива, что возможно и целесообразно уже в настоящее время. Данная работа выполнялась в соответствии с планом исследований по заданию Об Государственной научно-технической программы 0.85.03. В диссертации выполнены исследования по определению минимальной добавки водорода к бензину, обеспечивающей стабильное протекание рабочего процесса при различных составах топливовоздушной смеси, определена величина добавки водорода к бензину, обеспечивающая повышение мощности и экономичности двигателя при работе на составах топливовоздушной смеси, близких к стехиометрическим, исследовано влияние способа регулирования мощности двигателя на его экономичность и токсичность отработавших газов при работе на бензоводородовоздушных смесях. На основании проведенных исследований предложен способ организации рабочего процесса двигателей с искровым зажиганием при работе на бензоводородовоздушных смесях и принципиальные схемы топливоподающей аппаратуры для его реализации, защищенные авторскими свидетельствами. Разработана методика расчета процесса сгорания в двигателе с искровым зажиганием при работе на бензоводородовоздушных смесях с использованием эмпирических зависимостей, связываюш;их параметры функции выгорания топлива, предложенной проф. Й.И.Вибе, с составом бензоводородовоздушной смеси и режимом работы двигателя.Работа выполнена на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания" Харьковского автомобильно-дорожного института им.Комсомола Украины и в отделе поршневых двигателей Ш М а ш АН УССР. Результаты выполненных исследований были использованы в Институте проблем машиностроения АН УССР г.Харьков при создании экспериментальных автомобилей, работаюхцих на бензов о дородных топливных композициях, и на Ршкском заводе микроавтобусов РАФ имени XX съезда KQCC, где изготавливается опытно-промышленный образец микроавтобуса для работы на бензоводородных топливных композициях. Опытная эксплуатация трех таксомоторов в г.Харькове и испытания экспериментального автомобиля в 1 Щ А П НАМИ показали, что в сравнении с работой на бензине выброс вредных веществ уменьшился по окиси углерода в 8,8 раза, по углеводородам 2,15 раза, по окислам азота в 7 раз. Одновременно топливная экономичность возросла на 18,6%, а экономия бензина составила 389 I. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТ/ШОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1,1. Методы снижения токсичности отработавших газов и повышения экономичности двигателей с искровым зажиганием Важнейшей задачей совершенствования двигателей с искровым зажиганием является улучшение их экономических и токсических показателей. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I -1985 годы и на период до 1990 года" поставлена задача обеспечить за пятилетку экономию 160-170 млн.т условного топлива при одновременном снижении выбросов токсичных веществ в атмосферу I С целью решения этой важнейшей задачи современности в нашей стране проводятся научно-исследовательские работы по совершенствованию автомобильных бензиновых двигателей, наиболее широко применяющихся на автомобильном транспорте. Методам исследования по снижению токсичности отработавших газов посвящены работы 2 1 2 I.I.I. Совершенствование карбюраторов и систем зажигания Проблемой уменьшения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей начали заниматься сравнительно недавно. На первом этапе снижение токсичности отработавших газов двигателей в основном было достигнуто за счет совершенствования их конструкции и подбора регулировок систем питания и зажигания. Как отмечено в работе 4 за счет этого в период с I96I г. по 1975 г. удалось уменьшить выброс углеводородов на 8 0 а окиси углерода на 70 С целью дальнейшего снижения выбросов токсихшых веществ проводятся работы по дальнейшему совершенствованию карбюраторов. В связи с тем, что наибольшая токсичность отработавших газов соответствует режимам холостого хода и принудительного холостого хода, большое внимание было уделено разработке антитоксичных II нения и сгорания, должна сказаться на мо1цности и экономичности двигателя. В работе 3/ показано, что во всех случаях применения рециркуляции отработавших газов мо1цность двигателя снилш-ется. Что же касается экономичности двигателей с системами рециркуляции отработавших газов, то данные, приводимые различными исследователями, весьма противоречивы. Так, в работе 3 показано, что у одних исследователей рециркуляция не оказывала влияния на экономичность у других приводила к повышению расхода топлива на 14 а у третьих к снижению расхода топлива на 1 8 Эти данные говорят о том, что при использовании рециркуляции отработавших газов необходимо проводить тщательные исследования по выбору системы и режимов рециркуляции. В работе 15 показано, что правильным выбором характеристик системы рециркуляции и оптимальными регулировками состава смеси и опережения зажигания можно добиться уменьшения выброса окиси азота в два раза без ухудшения эконотличности двигателя и неизменной токсичности по окиси углерода и углеводородам. I.I.3. Применение водно-топливных эмульсий и добавок воды Кроме рециркуляции отработавших газов другим эффективным средством разбавления заряда, приводящим к увеличению его теплоемкости и уменьшению скорости сгорания, а следовательно, к снюкению максимальной температуры цикла, является ввод воды в цилиндр. При этом температура в цилиндре дополнительно понюкается за счет затрат энергии на испарение воды. Одновременно охлаждение заряда вследствие испарения несколько увеличивает плотность заряда и уменьшает работу сжатия, что компенсирует потерю мощности из-за уменьшения температуры в камере сгорания. В настоящее время проводится много исследований по выявлению влияния впрыска воды на мощность, экономичность и токсичность отработавших газов двигателя. Так, в работах /2, 9/ показано, что впрыск воды может обеспечить уменьшение выброса окислов азота с отработавшими газами почти в два раза при некотором улучшении мощностных и экономических показателей двигателя. В работе 16 выполнен обзор исследований по выявлению влияния впрыска воды на показатели работы двигателя и показано, что 50%-ая добавка воды приводит к повышению октанового числа топлива на 10-12 единиц, а мощности и экономичности на 5 Однако имеются противорехшя в данных различных исследований. В одной из последних работ 17 приведены результаты исследований, проведенных на двигателе ВАЗ- 2106. По данным этих исследований 50 ая добавка воды снилсает выброс окислов азота на 25-30 а на выбросы углеводородов, мощность и экономичность двигателя практически не влияет. Не оказала добавка воды значительного влияния и на требования двигателя к октановому числу топлива (подача 30 воды повысила детонационную стойкость топлива всего на I 2 единицы). В то же время при добавлении более 50 воды визуально отмечено ее попадание в картерное масло. Более перспективно применение воды в виде водно-топливных эмульсий. В работах /18 22/ отмечается повышение октанового числа водно-бензиновых эмульсий на 5-10 единиц, уменьшение удельного расхода топлива на Ъ -8 и значительное сншкение концентрации окиси азота и окиси углерода при неизменных мощностных показателях двигателя. I.I.4. Нейтрализация отработавших газов Одним из радикальных способов уменьшения токсичности отработавших газов является их термическая и каталитическая нейтрализация. При термической нейтрализации обеспечивается окисление продуктов неполного сгорания углеводородных топлив дополнительным воздухом в термических реакторах. Как показывает опыт эксплуатации, применение термических реакторов приводит к значительному снилсению концентраций окиси углерода и углеводородов, обеспечивая соответствие двигателей современным требованиям к уровню содержания СО и СН в отработавших газах. Но следует отметить, что увеличение сопротивления выпускной системы со встроенным термическим реактором приводит к падению мощности и увеличению удельного расхода топлива, Уменьшения выброса окислов азота можно добиться применением каталитической нейтрализации, при которой происходит восстановление окиси азота в присутствии катализатора. Применяют двухсекционные каталитические нейтрализаторы, в которых обеспечивается не только восстановление окиси азота, но и окисление окиси углерода и углеводородов. Однако в диапазоне низких температур отработавших газов каталитические нейтрализаторы работают неэффективно, Поэтому для стабильной нейтрализации отработавших газов применяют комбинации термического и каталитического нейтрализаторов. Однако. существенными недостатками нейтрализации отработавших газов являются снижение мощности и экономичности двигателя, повышение его стоимости, применение дефицитных дорогостоящих материалов для катализаторов, необходимость применения неэтилированных бензинов. I.I.5. Отключение части цилиндров и циклов Метод повышения экономичности двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках путем отключения части цилиндров был предложен еще академиком Чудаковым Е.А. В последнее десятилетие в связи с обострившейся проблемой повышения экономичности и снижеНИЯ токсичности отработавших газов автомобильных двигателей нашей стране и ведущих зарубежных странах проводятся интенсивные исследования по созданию автомобилей, оборудованных двигателями с отключаемыми цилиндрами. В работах 23-27 отмечается, что отключение части цилиндров при работе на холостом ходу и малых нагрузках приводит к повышению экономичности на 1 5 3 0 снижению выброса окиси углерода и углеводородов на 20 40 при одновременном увеличении выброса окиси азота в 1,5 раза. В работе 3 описан метод отключения отдельных циклов, разработанный в КАДИ. Обеспечивая практически тот же эффект, что и метод отключения части цилиндров, он позволяет обеспечить работу двигателя на оптимальном составе смеси в широком диапазоне нагрузок, тогда как при отключении цилиндров величина отключаемой мощности может изменяться лишь в ограниченных пределах. Но существенным недостатком обоих методов является то, что метод отключения части цилиндров требует значительного изменения констрзкции двигателя, а метод отключения отдельных циклов требует применения бензовпрыскивающей аппаратуры с электронным управлением цикловой подачи. I.I.6. Послойное смесеобразование Одним из наиболее рациональных путей одновременного повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием является организация рабочего процесса с послойным смесеобразованием. Основы этого метода были разработаны еще в 30-ых годах, но широкие исследования по созданию малотоксичных и экономичных двигателей с послойным смесеобразованием были развернуты в последнее десятилетие 2,3,7,28 -35 Благодаря

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Талда, Геннадий Борисович

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета действительного цикла ДВС, позволяющая дать качественную и количественную оценку параметров бензоводородного двигателя.

2. Разработана программа для реализации предложенной методики на ЭВМ БЭСМ - 6.

3. На основе экспериментальных данных получены эмпирические зависимости, связывающие параметры функций выгорания топлива, предложенной проф. И.И.Вибе, с составом бензоводородовоздушной смеси и режимом работы двигателя.

4. Предложенная методика и эмпирические зависимости для расчета характеристик выгорания топлива дают возможность расчетным путем определить показатели двигателя как при работе с различными добавками водорода на режимах максимальных нагрузок, так и при работе по нагрузочным характеристикам, что позволит сократить объем трудоемких экспериментальных исследований.

5. Расчет действительного цикла при различных добавках водорода к бензину показал, что основной причиной уменьшения индикаторного КПД двигателя при увеличении массовой доли водорода от 0,03 до 0,10 является значительный рост относительных потерь тепла на диссоциацию продуктов сгорания.

5. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И АВТОМОБИЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА БЕНЗИНЕ И НА БЕНЗИНЕ С ДОБАВКОЙ ВОДОРОДА

5.1. Сравнительные стендовые испытания двигателя

Для оценки предложенного метода повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием были проведены сравнительные стендовые испытания серийного двигателя ЗМЗ-24Д при работе на бензине и на бензоводо-родных топливных композициях. Для проведения исследований был создан стенд, оборудованный основными агрегатами, обеспечивающими работу двигателя на различных режимах, и контрольно-измерительными приборами и устройствами в соответствии с ГОСТ 14846-69.

На двигатель была установлена разработанная топливная аппаратура, описание которой приведено в третьем разделе. Установленная топливная аппаратура автоматически поддерживала необходимый состав бензоводородовоздушной смеси в зависимости от режима работы двигателя при питании его бензоводородными топливными композициями. При работе на бензине топливная аппаратура обеспечивала подачу бензовоздушной смеси в соответствии с характеристикой серийного карбюратора К-126Г.

Сравнительную оценку производили по экономичности и токсичности отработавших газов при работе по нагрузочным и внешней скоростной характеристикам.

5.I.I. Оценка погрешностей измерений

При замерах, выполняемых в процессе испытаний двигателя, всегда возникают как систематические погрешности, вызванные ограниченной точностью приборов, их установкой и действием внешних факторов, так и случайные погрешности, вызванные большим числом случайных причин, действие которых на каждое измерение различно и не может быть заранее учтено.

Математическая теория случайных явлений позволяет уменьшить влияние этих погрешностей на окончательный результат измерений путем многократных измерений. Обработку результатов измерений и оцеку погрешностей выполняли по методикам, изложенным в работах 136,137 /.

Для параметров, определяемых прямыми измерениями, выполняли четыре замера, а затем вычисляли среднее значение измеряемой величины

- Л *

5.1)

N L=< и где а - среднее значение измеряемой величины; hi - количество измерений; 0L'l- численное значение отдельного измерения. Погрешность отдельных измерений

Adj. — CL-CLl.

Среднеквадратичная погрешность результата серии измерений определяется по соотношению I/ (5e2)

Абсолютная погрешность результата измерений определяется по соотношению

5.3) где - коэффициент Стьюдента, определяемый в зависимости от заданной надежности dH и числа выполненных измерений.

Относительная погрешность результата измерений определяется по формуле

Путем прямых измерений определяли следующие величики: ft - частоту вращения коленчатого вала частотомером Ф5035, мин"-'-;

Т - время расхода заданной дозы бензина автоматическим расходомером топлива Д - I, с; Pgec - нагрузку на весовом устройстве электрического тормоза, кгс; h. g - избыточное давление воздуха перед мерным устройством нормальной диафрагмой), мм вод.ст.; Ц - перепад давлений на диафрагме, мм вод.ст.; tig - избыточное давление водорода перед ротамемром, кгс; Тн& - температуру воздуха перед мерным устройством, К;

- температуру водорода перед ротаметром, К; 60 - атмосферное давление, мм рт.ст.

Значительное число параметров, характеризующих работу двигателя, определяется путем косвенных измерений. Абсолютную погрешность результата серии косвенных измерений можно определить по соотношению: (5.5) где d£f & , — >•••> " частные произврдные, вычисляемые при да. д& дс р средних значениях величин 0L , о , с, определяемых серией прямых измерений;

ДС1, лй, дС,., - абсолютные погрешности величин, определяемых серией прямых измерений, при одном и том же значении надежности.

Соотношение (5.5) для абсолютной погрешности искомой величины определяется конкретным видом функциональной зависимости этой величины от параметров, определяемых прямыми измерениями.

Формулы для подсчета параметров, определяемых путем косвенных измерений, и соотношения для вычисления абсолютной и относительной погрешностей результатов косвенных измерений сведены в табл. 5.1. Результаты определения погрешностей измеряемых величин, полученные при надежности сСч= 0,98 и коэффициенте Стью-дента ^ = 4,54, представлены в табл. 5.2. Погрешность измерения массового расхода водорода вычислена из предположения, что максимальная относительная погрешность измерения объемного расхода водорода ротаметром при его индивидуальной тарировке составляет 0,4% / 138 /. Как видно из табл. 5.2, погрешности измерений не превышают допускаемых по ГОСТ 14846 -69.

5.1.2.Результаты сравнительных испытаний двигателя ЗМЗ-24Д

При проведении сравнительных испытаний были определены внешняя скоростная характеристика и нагрузочные характеристики двигателя при наиболее распространенных в условиях эксплуатации значениях частоты вращения коленчатого вала R = 1500, 2000 и 2500 мин""'". Сравнение топливной экономичности двигателя при работе на бензине и на бензоводородных топливных композициях производили по условному расходу бензина, т.е. расходу бензина в сумме с расходом водорода, условно пересчитанным на бензин с учетом теплоты сгорания (см. табл. 5.1).

Внешняя скоростная характеристика двигателя представлена на

- 182 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполненными теоретическими и экспериментальными исследованиями установлена возможность и целесообразность перевода двигателей с искровым зажиганием на питание бензином с добавкой водорода. Практическая эффективность работы на бензоводородных топливных композициях заключается в существенном улучшении экономичности двигателя и снижении токсичности отработавших газов.

2. Расчетное исследование теоретического цикла двигателя показало, что механизм влияния добавки водорода к бензину на процесс сгорания проявляется в увеличении концентрации активных частиц в зоне продуктов сгорания. Установлено, что КПД теоретического цикла практически не зависит от состава бензоводородных топливных композиций, но значительно возрастает с обеднением смеси.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при работе на бензоводородовоздушных смесях, близких к стехиометри-ческим, максимальная мощность и экономичность двигателя достигаются при 3#-ой добавке водорода. Это дает возможность при работе на стехиометрической бензоводородовоздушной смеси получить практически ту же мощность двигателя, что и при работе на обогащенной бензовоздушной смеси.

4. Экспериментальными исследованиями определены пределы обеднения бензоводородовоздушных смесей в зависимости от величины добавки водорода из условия низкой токсичности отработавших газов по углеводородам.

5. На основе проведенных исследований разработан принципиально новый способ организации рабочего процесса двигателя при работе на бензоводородных топливных композициях и схемы системы питания для его реализации, защищенные авторскими свидетельствами и патентом США.

6. Установлено, что бензоводородные топливные композиции имеют более высокую детонационную стойкость, чем бензин. Это позволит повысить степень сжатия двигателей, работающих на низкооктановых бензинах, при переводе их на питание бензоводородными топливными композициями.

7. Разработана методика расчета действительного цикла двигателя, работающего на бензоводородных топливных композициях, и программа для ее реализации на ЭВМ. Предложенная методика и эмпирические зависимости для расчета характеристики выгорания топлива позволяют расчетным путем определить параметры рабочего процесса при переводе двигателей на питание бензоводородными топливными композициями и сократить объем трудоемких экспериментальных исследований.

8. Перевод бензинового двигателя на питание бензоводородны-ми топливными композициями по разработанному способу приводит к повышению эффективного КПД на 8 -12 % при работе по внешней скоростной характеристики. Одновременно с этим выбросы СО и СН уменьшаются в 2 - 3 раза, а выбросы окислов азота увеличиваются на 30-40%. При работе по нагрузочным характеристикам эффективный КПД увеличивается на 8-40% , а токсичность отработавших газов существенно снижается. Окись углерода практически отсутствует в отработавших газах при нагрузках, меньших 90% максимальной, а выбросы углеводородов уменьшаются в 2- 3 раза по всей нагрузочной характеристике. Выбросы окислов азота уменьшаются в 1,5-4 раза в диапазоне нагрузок 40 -60% максимальной и практически отсутствуют при нагрузках меньших 40% максимальной.

9. Сравнительные испытания автомобиля ГАЗ-24 в ЦНИАП НАМИ на стенде с беговыми барабанами по ездовым циклам показали, что ' в сравнении с работой на бензине выброс вредных веществ уменьшился по СО в 8,8 раза, по СН в 2,15 раза, а по МОх в 7 раз. Топливнал экономичность повысилась на 21,4%, а экономия бензина составила 57 %.

10. Испытания экспериментального автомобиля на дорогах, имитирующих городское движение, в ЦНИАП НАМИ и опытная эксплуатация трех таксомоторов в г.Харькове показали, что в сравнении с серийным автомобилем топливная экономичность повысилась на 18,6% , а экономия бензина составила 38%.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ

По результатам диссертационного исследования для использования в моторостроении рекомендуются:

- способ работы двигателя внутреннего сгорания на бензоводородных топливных композициях (авт. свид-во № 1002632);

- принципиальные схемы системы питания для двигателя внутреннего сгорания, работающего на бензоводородных топливных композициях (авт. свид-ва №Р 1002632, 1002643, 1002644, 1002645);

- метод расчета процесса сгорания в ДВС, работающих на бензоводородных топливных композициях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Талда, Геннадий Борисович, 1984 год

1. КПСС. Съезд, 26-й. Москва. 1981. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания.-2-е изд., перераб. М.: "Машиностроение", 1981. - 160 с.

3. Филиппов А.З. Токсичность отработавших газов тепловых двигателей. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. - 160 с.

4. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Пер. с пол. Т.А.Бабковой М.: Транспорт, 1981. - 198 с.

5. Грунауэр А.А., Канило П.М., Коссов Е.Е., Долгих И.Д. Снижение токсичности и повышение экономичности транспортных энергоустановок / Под. ред. А.А.Грунауэра. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1981. - 144 с.

6. Борьба с загрязнением .окружающей среды на автомобильном транспорте / Дробот В.В., Косицын П.В., Лукьяненко А.П., Могила В.П. Киев: Техника, 1979. - 215 с.

7. Двигатели внутреннего сгорания. ( Итоги науки и техники ). Т.2. Бензиновые автомобильные двигатели с послойным распределением топлива в заряде / Л.И.Вашохин, И.В.Маркова, Э.Б.Тарнополь-ская. М.: ВИНИТИ, 1977. - 161 с.

8. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. М.: Транспорт, 1968. - 128с.

9. Воинов A.H. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях.-2-е изд., перераб. и доп. М.: "Машиностроение", 1977. - 277 с.

10. Куров Б.А., Шатров Е.В. Снижение токсичности и улучшение топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей.

11. В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств: Сб. докладов всесоюзной конференции. Харьков, 1977; T.I, с. 435 - 442.

12. Ефремов П.К. К вопросу о дополнительном питании тепловых двигателей водой. В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств: Сб.докладов всесоюзной конференции. Харьков, 1977, T.I, с.221 -261.

13. Черняк Б.Я., Чумаков B.JI., Капустин А.Н. Об эффективности присадки воды к горючей смеси в бензиновом двигателе. В кн.: Всесоюзная научная конференция: "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания" (тезисы докладов). -Москва, 1982, с.II -12.

14. Борисов Ю.А., Никитин И.М., Простов В.Н. Детонационная стойкость альтернативных энергоносителей для ДВС. В кн.: Всесоюзная научная конференция: "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания" (тезисы докладов). - Москва, 1982, с.15-16.

15. Ефремов П.К. Работа двигателей на бензоводных растворах. В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств: Сб.докладов всесоюзной конференции. -Харьков, 1977, T.I, с.262 - 285.

16. Зленко М.А., Лукшо В.А. Исследование работы карбюраторного двигателя с отключением цилиндров. В кн.: Всесоюзная научная конференция: "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания" (тезисы докладов). - Москва, 1982, с.25.

17. Энергетика мира: Переводы докладов XI конгресса МИРЭК / Под ред. П.С.Непорожнего. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 216 с.

18. Кохама С. Жидкий водород как новое автомобильное топливо; ВЦП. -№Г-08452. 25 е., ил.+ фотокоп. ориг. (8с).- Косоку доро то дзидося, 1979, т.22, № 8, с.21 -28.

19. Смаль Ф.В., Арсенов Е.Е. Перспективные топлива для автомобилей. М.: Транспорт, 1979. - 151 с.

20. Матюхин Л.М. Возможные пути комплексного решения проблем топливоснабжения и снижения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей. В кн.: Эффективность ДВС. - М.: Издание ВЗМИ, 1981, с.86 - 96.

21. Фурухама С. Двигатели на водородном топливе, ВЦП. № В -32960. - 24 е., ил. -Дзидося гидзюцу, 1976, т.30, № 7, с.574 -580.

22. G-upta. C.R Hydzoyen ai auiornattve engine fuet-J. last. Eng. (India), IncL. Develop and Gen. Eng., Ш15, voL 55, Va, р.зз-зЬ.42. binkd J. Wychojerc poixre? -fin са.гь. Шегпаtlve5 to the conventionat engine.— „ftoad &Ttack,"1. Wk, voi 85, p. 63-67.

23. WCe^nei K. Watszutoff ah wez^ietzci^ fur

24. Jakzieucje . pie Tecknik," ^77, 32, л/г, а.

25. Fine<jo£d i В., Van Want W-Ъ. Engine pezfazmance with (jaMiCine and kydzogen a comparative 6tudy.~ Ргос. of the VCtefci Wyeteojen Елег^ Сonf., 1-5 mazch.1976, Miami Beach, Ffoeida, voL 15, p. 685-696.

26. Fuiuhama St ate of the Art and Futme Tzend of Wyohogen Fueled Engines. - J$A£ Reirieur, 1961,iJ4, p. 53-68.

27. Хмыров В.И., Лавров Б.Е. Водородный двигатель. Алма-Ата: Наука, Каз.ССР, 1981. - III с.

28. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей.- 4-е изд., перераб. и доп. М.: "Машиностроение", 1983. - 375 с.

29. Ленин И.М. и др. Автомобильные и тракторные двигатели. 4.1. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: "Высшая школа", 1976.-368с.

30. Архангельский В.М. и др. Автомобильные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: "Машиностроение", 1977. - 591 с.

31. Gifc&on Graeme Adaption o-f Automotive engines to h^d?o<jen fueP. „ SAE - Aust-zafoi " -1978. 38, M, p. \kU-\k7.

32. De Воег P.C.T., McLean W. 3. and Homan H. Pe?jo?mance and emii-jioni of hydzogen fueled intezn at combustion engi-ne-s. Inte7natConaC Jouznaf of Hydzogen Ene^, <976, voL 1, p. 155-172.

33. Wart P. The Hydwgen Merchants.-Accent, faMe/ vslritez 4979-80, p. 2-7.

34. Пай Д.Р. Двигатели внутреннего сгорания. T.I. 2-е изд. перераб. и доп. - М.- Л.: Оборонгиз, 1940. - 262 с.54. £i?en Я. The EiLen сom&uitLon аусЕе. A newmethod to utiEiiing gaseui juet.- The AutomoMe1. Engineer, Ш7, л/9.

35. Варшавский И.Л., Макаров А.А., Мищенко А.И., Талда Г.Б. Анализ работы поршневого двигателя на водороде. Известия ВУЗов, Машиностроение, 1977, № 10, с.110-114.

36. Варшавский И.Л., Мищенко А.И., Талда Г.Б. Детонационная стойкость водородовоздушных смесей. Автомобильная промышленность.1977, № 10, с.7 -8.

37. Mac Cazley С. A. and Van Vaut v/.ъ. Eiedzonic

38. Juel injection techi^uei Joz hydzojjen wwezed i.e. encjinei1.t. J. Hyd*ogen Eneigy, <980, vo 1.5, p. 419-203.

39. Watson H.C, Milkim E.E., Deilande6 J.V. Rendernent Sr pollution dei moteuzi a atfumacje commands сomom-mant de I'hydzoyene ou de methane.—Sciences et Technique*, W5 , fJ56, p. 25-3?.

40. Wat60n H.C, Milkim E.E. Some pzo&femi and Benejiti jzorn hydzogen jueled *>patk Engine.— Ргос.

41. Е^с/гег W. J.D. fluzirey and Aiieament of Con-tempovazy U.{>. Hydzocjen Fueled Internal Combustion

42. E ncjine PtocjecU.— Tniezioc. Ёпегэд Convez-s. Eng. Con-f. JQih , hleuf Уогк, D.C. Pzoceedingi, 1975, p. ЩЗ-Н55.

43. Кохама С. Характеристики двигателей на жидком водороде и особенности выпускных газов; ВЦП. № В- 2I97I. - 31 е., ил. -Рготай когаку, 1978, т.14, № 8, с. 417-427.

44. Fuzuhama /3., Adiuma Н. Hydzogen Injection

45. Two -$t?oke ppazk Ignition Engcne. Wazld Hydzogen Епегду

46. Conference, ?-ndt luzich, 1978, Pzoceedtnp, p. №31-187Q.

47. Fuiuhama. g., HLiuma M. and Enomato У. Development of о liquid kyotzogen саг. — Int. Uydzogen tnezyy,

48. Hoffman K.C. Meta£ hydzidei a-s a jouzce of fue£ fozpzapuhion. S№ Тгапз., 1969, bl690232, p. 981-986.

49. Мищенко А.И., Черкашин Ю.В. К вопросу выбора типа гидрида для автомобильного аккумулятора водорода. Автомобильная промышленность, 1980, № 9, с.5-7.

50. Стечкин Б.С., Генкин К.И., Золотаревский B.C., Сковоро-динский И.В. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя. М.: Издательство АН СССР, I960. 199 с.

51. B^eihecm R.F., Соtiill Н., and Ruре У. PaztLa? KycLiogen injection into cntezna^ com&u6tion Gnginei-effectan emUsiom and fuel! economy. — Fi^t -symposium an louf portion pourez ajitemi development, Ann кг&ог, Michigan, October Ik-19, 1973, p. 198-^03.

52. Joseph J- Uudzogen ftaoitez ■ A neur wayhigh ^ue^ ?- „Today 4 Tzampozt," 191U, voi.l,rJ G, p. 15- 18.

53. FinefjoM. T.0. Hydzogen-. pzimaztj oz tupptemzntояуjuet foi auto mature engines 3 A £ PzepzLnt, -19? 6, fJ 760605, p. M3.

54. Hoehn F. W. and Dou/dy м .W. Fea sibtfity dzmonstzo.-tion oj- a zoad veckicte jueled with kydzoqen-emichedпазо^пе. -9— Intez60c . Convezs. Eng. Conf.fan Fzancuco, Cadj. 1974, p. 356-964.

55. Menazd W. A., Maynihaf P.y. and. flupe У.Н- ^ur

56. Potential joz ComBuition Aiiczaj-t vrken pou/ezed Hydzogzn emiched gasotine. - P гос. of the -1st Wozid Hydzogen Conf., i-3 m azch, <576, Miami Beach,

57. FCozida, vat Ш, рараг 5C-59, p. /-28.

58. Butban E.t. л/А^А to teit kydwcjen enziched juet. - AvLat тек and £paee Tecknot., i9?5, /03, rltf, p. 46-48.

59. Wycteogien in gasoline ftooiti mite age.- С hem. and Eng. tfe uT6t 4975, 53, л/*5, p. 19.

60. Stocky J.F., VandezSzug T.G. An examination of the pezfozman се о/ dpasA ignitionengines using hydzogen iupptemented juefa. - £AE P?epzi.nt 1975, fJ75002?, p. M3.

61. Hoehn F. W., BaLitey R.L. and Dowdy m.W. Advances in uttzatean cambuit'Lon technology uiin(j kydzo-gen-enziched gCLiotine. Recazd fQth Intewoc. En^zgy Convex. £nj. Conf., tewaik, ЪеС., -1975, p. «56

62. Lucai G.G., RLckazds W.L. The. hydrogen petzot engine-the means to give good, pazt-toad th&zmatefficiency. £AE Techn. Pap. £ег., /382, ^820345, Hp.

63. Wattingen U., Jozdan W. Wauezitojj ah lUiatk-zafUtoH. WJ nacfmten, 88, №, 6.5.

64. Ve?6e5se*un^ de* Wizkun^gzadei und del pchaditoj-jemiiiionen von Ottornotozen dLuzch. Woutzz-iloff dh lu.wX'hUza.jtitojJ.- fair Mge tza.тр., 1975, г/г, 4. зг-ъъ.

65. May H., HattLagen U., Jozdcm. W. rh.zzmodLyn<imUche un.tez6nch.unQ dei Ottomotazen Pzoie6iei mit \x/a.44Wtaf Mi iamUkzaJ-Utotf. - мтг} <д?б , 37, tlk, 4. ik9-M.

66. May H., Gunririe* D. MocjCichteLten dez Vezdei-^егиад ггоп Afega-semdi-SLonen иnd егсег^еуегбгаис/? &&L vJau&nLojf ЬепгСн- rnLtckSetzLeS - мтъ f 49Ыf kz, tik, 6.i25-izo.

67. Васknez H. Hydrogen •• a ft/e£ intern joz tomoz~ ZOLW. bleuT Еаегэд Сая-Зеггг. TecknoC. and Commez. Pzoc. Int. conf, вегйя, 6-/0 aptfe, vof. 2,

68. Шатров Е.В., Раменский А.Ю., Кузнецов В.М. Исследование мощностных, экономических и токсических характеристик двигателя, работающего на бензоводородных смесях. Автомобильная промышленность, 1979, № II, с. 3-5.

69. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей/ Под ред. проф. В.М.Кудрявцева. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: "Высшая школа", 1975. - 656 с.

70. Техническая термодинамика: Для втузов / Под ред. В.И.Крутова. М.: "Высшая школа", 1971. - 472 с.

71. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: Справочник / Под ред. В.П.Глушко. М.: ВИНИТИ, 1971, T.I. - 266 с.

72. Максимов А.Л. Исследование динамики образования окиси азота в двигателе с искровым зажиганием. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1979.

73. Подгорный А.Н., Мищенко А.И., Талда Г.Б. Водород перспективное топливо для снижения токсичности автомобильнвх двигателей. В кн.: Проблемы машиностроения: Сб. научных трудов.

74. Вып. 20. Киев: "Наукова думка", 1983, с. 20-24.

75. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.- Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 288 с.

76. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях: Пер. с англ. М.: "Машиностроение", 1969. 248 с.

77. Бартльме Ф. Газодинамика горения: Пер. с нем. М.: Энер-гоиздат, 1981. 280 с.

78. Генкин К.И. Газовые двигатели. М.: "Машиностроение", 1977. - 193 с.

79. Федчук В.И. Исследование сгорания метано-водородной смеси в поршневом ДВС. Двигателестроение, 1979,№12, с. 24-26.

80. Стефановский Б.С., Скобцев Е.А., Кореи Е.К. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: "Машиностроение", 1972. - 368 с.

81. ГОСТ 14846 69. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1970. - 37 с.

82. Исследование рабочего процесса двигателя ГАЗ- 24 при работе на бензоводородовоздушных смесях: Отчет / ХАДИ; Руководитель работы И.И.Тимченко. 148-78; № ГР 78067073; Инв. №

83. Б 815475. Харьков, 1979. - 50 е.- Ответственный исполнитель Г.Б.Талда.

84. Мищенко А.И., Талда Г.Б., Куценко А.С. Исследованиепараметров рабочего процесса ДВС на смеси бензина с водородом. В кн.: Всесоюзная научная конференция "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания (тезисы докладов). М., 1982, с. 26.

85. Морозов К.А., Черняк Б.Я., Синельников Н.И. Особенности рабочих процессов высокооборотных карбюраторных двигателей.-М.: "Машиностроение", 1971. 99 с.

86. Исследование эффективных показателей двигателя ГАЗ 24 "Волга" при работе на бензоводородовоздушных смесях: Отчет / ХАДЙ; Руководитель работы И.И.Тимченко. - 38-77; № ГР 77064150. - Харьков, 1978. - 45 с. - Ответственный исполнитель Г.Б.Талда.

87. Исследование рабочего процесса поршневого ДВС при работе на водородовоздушных смесях: Отчет / ХАДЙ; Руководитель работы Ю.З.Кирий. 38 - 74; № ГР 74037897; Инв. № Б 584813. - Харьков, 1976. - 96 с. - Ответственный исполнитель Г.Б.Талда.

88. Иост В. Взрывы и горение в газах. М.: Изд-во иностр. лит., 1952. - 687 с.

89. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах: Пер. с англ. 2-е изд. - М.: "Мир", 1968. - 589 с.

90. Подгорный А.Н., Варшавский И.Л., Мищенко А.И., Талда Г.Б. Применение водорода в качестве топлива для тепловых двигателей. В кн.: Атомно-водородная энергетика и технология: Сб. статей. Вып.2. М.: Атомиздат, 1979, с. 197 - 205.

91. А.с. 1002632 СССР. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания / Мищенко А.И., Талда Г.Б., Байков В.А., Белогуб А.В. Заявл. II.06.81.33004048/25-06; Опубл. в Б.И., 1983, № 9.

92. А.с. 1002643 СССР. . Двигатель внутреннего сгорания / Мищенко А.И., Талда Г.Б., Белогуб А.В. Заявл. 01.09.80.2981402/25-06; Опубл. в Б.И., 1983, № 9.

93. А.с. 1002644 СССР. . Система питания двигателя внутреннего сгорания / Мищенко А.И., Талда Г.Б., Белогуб А.В. Заявл. 10.06.81. № 3299282/25-06;Опубл. в Б.И., 1983, № 9.

94. А.с. 1002645 СССР. . Карбюратор для двигателя внутреннего сгорания / Мищенко А.И., Талда Г.Б., Белогуб А.В.и др. -Заявл. 10.08.81. № 3345570/25-06; Опубл. в Б.И., 1983, № 9.

95. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. Киев - Москва: Машгиз, 1950. - 480 с.

96. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Москва -Свердловск: Машгиз, 1962. - 271 с.

97. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. Л.: "Машиностроение", 1972. - 167 с.

98. Лернер М.О. Регулирование процесса горения в двигателях с искровым зажиганием. М.: "Наука", 1972, - 295 с.

99. Иноземцев Н.В., Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. - 344 с.

100. Сороко-Новицкий В.И. Динамика процесса сгорания и влияние его на мощность и экономичность двигателя. М.: Машгиз, 1946. - 176 с.

101. Сороко-Новицкий В.И. Аналитический расчет процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием. Сб. Сгорание в транспортных поршневых двигателях. - М.: Изд-во АН СССР, 1951,с. 78-101.

102. Генкин К.И. Рабочий процесс и сгорание в двигателе с искровым зажиганием. Сб. Сгорание в транспортных поршневых двигателях. - М.: Изд-во АН СССР, 1951, с. 102-133.

103. Генкин К.И. Анализ и расчет влияния сгорания на рабочий процесс в двигателе с искровым зажиганием. Сб. Поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Изд-во АН СССР, 1956, O.I36-I58.

104. Черняк Б.Я., Ефремов В.Д. Математическая модель процесса тепловыделения в двигателях внутреннего сгорания. Труды МАДЙ, вып. 96. - М.: Издание МАДИ, 1975,с. 45-50.

105. Дьяченко Н.Х., Костин А.К., Пугачев Б.П. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания / Под ред. Н.Х. Дьяченко. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: "Машиностроение", 1974. - 552 с.

106. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапря-женность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие. -Л.: "Машиностроение", 1979. 222 с.

107. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: "Машиностроение", 1977. - 216 с.

108. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 10 с.

109. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: "Наука", 1970. - 104 с.

110. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества.-3-е изд., перераб. и доп.- М.-Л. ^'Машиностроение", 1975. 776 с.

111. Мищенко А.И., Талда Г.Б., Белогуб А.В., Журман В.П. Автомобиль ГАЗ-24 "Волга", работающий на бензоводородном топливе. В кн.: Проблемы машиностроения: Сб. научных трудов. Вып. 20. -Киев: "Наукова думка", 1983, с. 44 46.