64369

ПОЛІПШЕННЯ ПАЛИВНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ БЕНЗИНОВОГО ДВИГУНА З СИСТЕМОЮ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Для ефективного зниження викидів шкідливих речовин ШР з ВГ бензинових двигунів широко використовують засоби зовнішньої очистки каталітичні нейтралізатори які дають можливість звести до нуля викиди ШР в окремих режимах роботи двигуна.

Украинкский

2014-07-05

2.71 MB

3 чел.

PAGE  20

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

                                      

Цюман Микола Павлович

УДК 621.43

ПОЛІПШЕННЯ ПАЛИВНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ БЕНЗИНОВОГО ДВИГУНА З СИСТЕМОЮ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ

Спеціальність 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник –

доктор технічних наук, професор

Матейчик Василь Петрович,

Національний транспортний університет, завідуючий кафедрою «Екологія та безпека життєдіяльності».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Абрамчук Федір Іванович,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідуючий кафедрою «Двигуни внутрішнього згоряння»;

кандидат технічних наук 

Клименко Олексій Андрійович,

заступник завідуючого лабораторією дослідження використання палив та екології ДП «ДержавтотрансНДІпроект».

Захист відбудеться 26 листопада 2010 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, аудиторія 333.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий 23” жовтня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради   С.В.Ковбасенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основними джерелами енергії на автомобільному транспорті є поршневі ДВЗ, а їх паливна економічність і рівень забруднення навколишнього середовища являються основними характеристиками транспортних засобів.

Подальший розвиток автомобільних двигунів тісно пов'язаний з проблемою підвищення паливної економічності і зниження токсичності відпрацьованих газів (ВГ).

Для ефективного зниження викидів шкідливих речовин (ШР) з ВГ бензинових двигунів широко використовують засоби зовнішньої очистки – каталітичні нейтралізатори, які дають можливість звести до нуля викиди ШР в окремих режимах роботи двигуна. Однак, внаслідок збільшення опору випускної системи при використанні систем нейтралізації ВГ, зменшується максимальна потужність і погіршується паливна економічність двигуна.

Одним із ефективних способів поліпшення паливної економічності бензинових двигунів з системою нейтралізації ВГ є рециркуляція ВГ. Тому, актуальною задачею є проведення комплексних досліджень щодо впливу параметрів бензинового двигуна з системою нейтралізації ВГ, зокрема ступеня рециркуляції ВГ (СРВГ) і кута випередження запалювання (КВЗ), на паливну економічність, та вибору їх доцільних значень, чому і присвячена дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно плану наукових робіт Національного транспортного університету (НТУ): на 2006 - 2008 роки за темою "Покращення показників дорожніх транспортних засобів удосконаленням двигунів та їх систем", державна реєстрація №0107U002832; на 2009 рік за темою "Поліпшення показників колісних транспортних засобів удосконаленням систем регулювання та використанням альтернативних палив", державна реєстрація №0109U002212; на 2010 рік за темою "Поліпшення паливної економічності та екологічних показників двигунів та транспортних засобів удосконаленням систем регулювання та використанням альтернативних палив", державна реєстрація №0110U000128.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є поліпшення паливної економічності бензинового двигуна з системою нейтралізації ВГ раціональним вибором регулювальних параметрів, зокрема ступеня рециркуляції ВГ і КВЗ.

Для досягнення мети вирішуються такі задачі:

1. Розробка методики оцінювання впливу параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність бензинового двигуна і автомобіля.

2. Розробка математичної моделі системи «двигун-нейтралізатор» для оцінки впливу регулювальних параметрів на паливну економічність двигуна.

3. Експериментальна перевірка адекватності математичної моделі та окремих залежностей, що описують термодинамічні параметри робочого тіла у впускній і випускній системах, параметри процесу згоряння і викиди ШР.

4. Розробка схеми системи випуску двигуна з нейтралізацією та рециркуляцією ВГ.

5. Теоретичне і експериментальне дослідження впливу СРВГ і КВЗ на паливну економічність бензинового двигуна і автомобіля та визначення їх доцільних значень.

6. Розробка рекомендацій щодо вибору доцільних значень регулювальних параметрів системи «двигун-нейтралізатор» для поліпшення паливної економічності бензинових двигунів.

Об'єкт дослідження – вплив регулювальних параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність бензинових двигунів.

Предмет дослідження – визначення доцільних значень СРВГ і КВЗ для покращення паливної економічності бензинових двигунів.

Методи дослідження. Для визначення доцільних значень СРВГ і КВЗ та їх впливу на паливну економічність бензинового двигуна з системою нейтралізації ВГ використано розрахунково-експериментальний метод.

Експериментальним методом визначено вплив СРВГ при корекції КВЗ на індикаторні, ефективні і екологічні показники двигуна VW BBY; отримано поліноміальні залежності термодинамічних параметрів робочого тіла у впускному і випускному колекторах, параметрів процесу згоряння і викидів ШР від частоти обертання колінчастого вала, наповнення циліндра і СРВГ.

Розрахунковим методом, із застосуванням математичної моделі системи «двигун-нейтралізатор», визначено доцільні значення СРВГ і КВЗ, що забезпечують мінімальну питому витрату палива в експлуатаційних режимах роботи двигуна VW BBY, та їх вплив на механічні втрати і їх складові, зокрема насосні втрати і втрати на тертя в КШМ; вплив СРВГ і КВЗ на паливну економічність автомобіля Scoda Fabia, на якому встановлюється двигун VW BBY, в їздовому циклі згідно Правил ЄЕК ООН № 83-04.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено модель функціонування системи «двигун-нейтралізатор», що дозволяє оцінити вплив СРВГ і КВЗ на паливну економічність двигуна з врахуванням особливостей основних процесів системи, зворотних зв’язків та зв’язків з навколишнім середовищем.

Уточнено закон згоряння, який  враховує зміну параметрів згоряння в залежності від режиму роботи двигуна і СРВГ.

Отримано закономірності впливу СРВГ і КВЗ на складові механічних втрат, паливну економічність і екологічні показники бензинових двигунів.

Практичне значення одержаних результатів. Математична модель  та програма для проведення розрахункових досліджень щодо оцінки впливу регулювальних параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність бензинових двигунів.

Числові значення коефіцієнтів поліноміальних залежностей термодинамічних параметрів робочого тіла у впускному і випускному колекторах, параметрів процесу згоряння і викидів ШР двигуна VW BBY від частоти обертання колінчастого вала, наповнення циліндра і СРВГ.

Схема системи випуску двигуна з нейтралізацією та рециркуляцією ВГ, в якій управління рециркуляцією ВГ здійснюється за критерієм мінімальної питомої витрати палива.

Результати оцінки впливу СРВГ і КВЗ на процес згоряння, складові механічних втрат, паливну економічність бензинових двигунів.

Програма для обробки експериментальних індикаторних діаграм та визначення індикаторних показників циклу і характеристик тепловиділення з використанням середовища MathCAD.

Рекомендації щодо вибору доцільних значень регулювальних параметрів системи «двигун-нейтралізатор».

Результати роботи прийняті до використання в ДП "ДержавтотрансНДІпроект" Міністерства транспорту і зв’язку України (м. Київ).

Особистий внесок здобувача. Здобувачем уточнено математичну модель розрахунку робочих процесів двигуна VW BBY щодо визначення доцільних значень параметрів системи «двигун-нейтралізатор» [1, 2, 4, 15, 19]; на основі уточненої математичної моделі розроблено програму в середовищі Fortran 6.6.0. для дослідження впливу параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність двигуна VW BBY [8, 9, 11]; проведено розрахункові дослідження на математичній моделі щодо впливу параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність і складові механічних втрат двигуна VW BBY та визначення їх доцільних значень [7, 14, 16, 18, 20]; проведено дослідження на математичній моделі щодо впливу параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на паливну економічність автомобіля Scoda Fabia з двигуном VW BBY в їздовому циклі згідно з Правилами ЄЕК ООН № 83-04 [20]; розроблено програму в середовищі MathCAD для обробки експериментальних індикаторних діаграм та визначення індикаторних показників циклу і характеристик тепловиділення [10, 12]; здобувачем проведено експериментальні стендові дослідження бензинового двигуна VW BBY з нейтралізацією і рециркуляцією ВГ [3, 5, 6, 13, 17].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи були представлені та схвалені на 62–66-й наукових конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ в 2006–2010 рр. (м. Київ); на  Міжнародній науково-технічній конференції "3-и Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе" в ГТУ МАДИ” в 2007 р. (м. Москва); на Міжнародних науково-технічних конференціях "Покращення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів і машин" в Національному транспортному університеті в 2007 і 2009 рр. (м. Київ); на XIXXX Міжнародних конференціях ”Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdów samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. Zarządzanie i marketing w motoryzacji” в Жешувській політехніці в 2008–2009 рр. (м. Жешув, Польща); на ХІІ Міжнародній науково-технічній конференції "Автомобільний транспорт: проблеми та перспективи" в 2009 р. (м. Севастополь); на Науковій конференції професорсько-викладацького складу і наукових співробітників «Університетська наука – 2010» в Східноукраїнському національному університеті ім. В. Даля в 2010 р. (м. Луганськ); на 8-й Міжнародній науково-технічній конференції «Наука – образованию, производству, экономике» в БНТУ в 2010  р. (м. Мінськ).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 20 робіт, у тому числі: 7 – у спеціалізованих наукових збірниках, включених до переліку ВАК України, 7 – у матеріалах наукових конференцій, 1 - патент на корисну модель, 5 – свідоцтво на інтелектуальну власність. П’ять робіт опубліковано без співавторів.

Обсяг і структура дисертації. Робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 266 сторінок, включаючи 121 сторінку основного тексту, 12 таблиць, 69 рисунків, 21 додаток та список використаних джерел із 126 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано вибір теми, її актуальність, сформульовано мету, задачі, наукову новизну та практичне значення дослідження, визначено об'єкт і предмет дослідження.

У першому розділі виконано аналіз особливостей роботи бензинових двигунів з системою нейтралізації ВГ та методів дослідження їх робочих процесів. Аналіз сучасних тенденцій розвитку бензинових двигунів свідчить, що прогнозований мінімум питомої ефективної витрати палива на сьогодні ще не досягнуто. З іншого боку подальший розвиток ДВЗ неможливий без зниження їх шкідливого впливу на довкілля, що стимулюється посиленням норм токсичності.

Основною причиною погіршення паливної економічності ДВЗ при застосуванні нейтралізації ВГ є підвищення насосних втрат внаслідок більшого протитиску системи випуску. Одним із способів зменшення насосних втрат є рециркуляція ВГ, яка також є відомим методом зниження викидів оксидів азоту. Однак при застосуванні рециркуляції ВГ збільшується тривалість процесу згоряння, що погіршує індикаторні показники циклу. Тому, з метою усунення цього негативного впливу, доцільно узгоджувати регулювальні параметри системи запалювання.

Виконаний аналіз свідчить про можливість покращення паливної економічності бензинового двигуна із системою нейтралізації ВГ застосуванням рециркуляції ВГ при оптимізації КВЗ. З цією метою необхідно проведення досліджень ДВЗ з нейтралізацією і рециркуляцією ВГ для встановлення залежностей впливу на робочий процес СРВГ і КВЗ та встановлення їх доцільних значень.

За результатами аналізу методів моделювання робочих процесів ДВЗ за основу прийнята методика з використанням рівнянь об’ємного балансу, яка дозволяє розраховувати параметри робочого тіла в циліндрі на всіх тактах робочого циклу і визначати індикаторні та ефективні показники двигуна, враховуючи режим роботи, конструктивні і регулювальні параметри двигуна та систем впуску і випуску, наявність систем нейтралізації і рециркуляції ВГ.

Другий розділ присвячений розробці методики оцінювання впливу регулювальних параметрів бензинового двигуна з системою нейтралізації та рециркуляції ВГ на паливну економічність та визначення їх доцільних значень.

В основі методики лежить модель функціонування системи «двигун-нейтралізатор» (рис. 1), яка поєднує основні процеси системи з врахуванням входів і виходів, що управляються зворотними зв’язками для отримання найкращих вихідних показників, та зв’язки з навколишнім середовищем. Показниками ефективності функціонування системи є питома ефективна витрата палива ge і ефективність нейтралізації шкідливих компонентів ВГ EH, які є обмеженнями, що накладені споживачем на основні процеси системи.

З використанням моделі функціонування системи «двигун-нейтралізатор» розроблено математичну модель, в основі якої лежить метод моделювання робочого процесу ДВЗ, що був запропонований професором М.М.Глаголєвим та допрацьований професором В.Г.Дяченком, заснований на рівняннях об’ємного балансу

,                              (1)

адіабати

Рис. 1.  Модель функціонування системи «двигун-нейтралізатор»:

ро, То – тиск і температура навколишнього середовища; nд – частота обертання колінчастого вала двигуна; φдр – ступінь відкриття дросельної заслінки; tвпр – тривалість впорскування; fВГ – прохідний переріз клапана рециркуляції; ДД – датчик детонації.

,                                                        (2)

та руху газового потоку

,                              (3)

де dVП, dVS, dVB, dVM, dVХ, dVТелементарні зміни об’єму, обумовлені відповідно переміщенням поршня, поступанням свіжого заряду, виходом робочого тіла в випускний трубопровід, зміною кількості речовини і температури в хімічних реакціях, теплообміном, м3; k - показник адіабати; p – тиск робочого тіла, Па; Vоб’єм робочого тіла, м3; dVелементарна зміна об’єму робочого тіла, м3; dp – елементарна зміна тиску робочого тіла, Па; ω0 – швидкість стаціонарного газового потоку у впускному чи випускному трубопроводі при даному перепаді тисків, м/с; ωі – швидкість нестаціонарного газового потоку в кінці каналу у розрахунковий момент часу, м/с; ωі-1 – швидкість нестаціонарного газового потоку в кінці каналу у попередній момент часу, м/с; dt – елементарний проміжок часу, с; l – довжина каналу, м.

З використанням основних рівнянь моделюються процеси, що протікають в системі «двигун-нейтралізатор».

При моделюванні основного процесу рівня А розраховуються параметри робочого тіла в циліндрі по куту повороту кривошипа. Процес згоряння описується за допомогою уточненого рівняння Вібе

,                                 (4)

де m - показник характеру згоряння; φпг - кут повороту кривошипа, що відповідає початку згоряння, град п.к.в.; φz - тривалість згоряння, град п.к.в.

Показник характеру m і тривалість згоряння φz описано поліноміальними залежностями від частоти обертання nд, наповнення циліндру ηv і СРВГ RВГ.

При моделюванні входу і виходу процесу рівня А з використанням рівнянь (2) і (3) та залежностей температури газу у впускному і випускному трубопроводах від частоти обертання, наповнення циліндру і СРВГ розраховуються параметри робочого тіла на початку і в кінці трубопроводів.

Теплова енергія, виділена в навколишнє середовище внаслідок процесів теплообміну і тертя, врахована відповідними зв’язками.

При моделюванні процесів рівня С визначаються концентрації основних ШР перед нейтралізатором в залежності частоти обертання, наповнення циліндру і СРВГ. З врахуванням ефективності нейтралізації визначаються концентрації основних ШР після нейтралізатора.

При моделюванні зворотних зв’язків процесу рівня А розраховуються значення КВЗ та СРВГ. КВЗ в математичній моделі визначається за допомогою спеціального алгоритму, який враховує реальну швидкість наростання тиску під час згоряння, обмежену детонацією. Контрольним параметром в алгоритмі є кут повороту колінчастого валу, що відповідає максимальному тиску, визначений шляхом обробки експериментальних індикаторних діаграм в залежності від частоти обертання, наповнення циліндру і СРВГ.

Для прогнозування паливної економічності та екологічних показників автомобіля з досліджуваним двигуном в експлуатаційних умовах, визначались витрата палива і викиди ШР в окремих режимах їздового циклу (Правила ЄЕК ООН № 83-04) за значеннями крутного моменту, частоти обертання колінчастого вала та тривалості роботи двигуна на відповідних режимах.

Програму для оцінки впливу системи нейтралізації з рециркуляцією ВГ на індикаторні, ефективні і екологічні показники бензинового двигуна з складено алгоритмічною мовою Fortran 6.6.0. і захищено свідоцтвом про реєстрацію авторського права на твір (№ 31962).

В третьому розділі наведено мету і програму експериментальних досліджень та необхідне обладнання для проведення стендових досліджень двигуна VW BBY і методику обробки результатів експериментів.

Метою експериментальних досліджень є визначення впливу СРВГ на величину насосних втрат, показники процесу згоряння, термодинамічні параметри робочого тіла у впускній і випускній системах, опір випускної системи, індикаторні, ефективні та екологічні показники бензинового двигуна VW BBY з системою нейтралізації ВГ в різних швидкісних і навантажувальних режимах та величин корекції КВЗ для компенсації збільшення тривалості згоряння при застосуванні рециркуляції ВГ.

Програма експериментальних досліджень включала:

1. Визначення серії навантажувальних характеристик для швидкісних режимів             n = 1200; 1700; 2400; 3100; 3800; 4500; 5000 хв-1 при роботі двигуна зі штатним регулюванням СРВГ і без рециркуляції ВГ.

2. Визначення регулювальних характеристик за СРВГ. Характеристики визначалися на режимах роботи з частотою обертання n = 2400; 3800 хв-1 при середніх і високих навантаженнях двигуна.

3. Визначення серії індикаторних діаграм двигуна на всіх швидкісних і навантажувальних режимах при зміні СРВГ.

4. Визначення характеристики механічних втрат шляхом прокручування колінчастого вала електричною машиною при повністю відкритій та прикритій дросельній заслінці.

Стендові випробування двигуна VW BBY проведено на гальмівному стенді SAK–670. Під час випробувань визначено: ефективний крутний момент, частоту обертання колінчастого вала, витрати палива та повітря, КВЗ, тиск у впускному і випускному трубопроводі, ступінь відкриття дросельної заслінки, температури повітря у впускному колекторі, охолоджуючої рідини і ВГ, тиск оливи, концентрації ШР до і після нейтралізаторів, також проведено індицирування робочого процесу двигуна. Вимірювання більшості параметрів було здійснено за допомогою спеціального адаптеру, підключеного до діагностичної лінії системи управління двигуном та ноутбука. Тиск в циліндрі вимірювався тензометричним датчиком, сигнал від якого перетворювався в цифровий за допомогою USB-осцилографа.

Програму для обробки експериментальних індикаторних діаграм з метою розрахунку індикаторних показників циклу і характеристик тепловиділення розроблено в середовищі Mathcad (свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 32176).

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень впливу СРВГ і КВЗ на паливну економічність, екологічні та індикаторні показники двигуна VW BBY.

На рис. 2 зображено навантажувальну характеристику двигуна при  n = 2400 хв-1. З характеристики видно, що при застосуванні рециркуляції ВГ зменшується коефіцієнт наповнення циліндрів ηv внаслідок заміщення частини повітря ВГ і зростає температура повітря у впускному колекторі tвп внаслідок підігріву свіжого повітря продуктами згоряння. Підігріта газова суміш має більший тиск, тому розрідження у впускному колекторі Δрк зменшується. Склад паливоповітряної суміші практично не змінюється при застосуванні рециркуляції ВГ, тому годинна витрата палива Gпал зменшується пропорційно зменшенню годинної витрати повітря Gпов.

При застосуванні рециркуляції ВГ КВЗ θ автоматично збільшується системою управління для компенсації зростання тривалості згоряння. При малих і максимальних навантаженнях рециркуляція ВГ відсутня, а в зоні середніх навантажень складає близько 13 %. Питома ефективна витрата палива ge в зоні середніх навантажень при роботі двигуна з рециркуляцією зменшується в середньому на 6,7 %.

Концентрація CCO до нейтралізаторів практично не залежить від рециркуляції ВГ. Дещо підвищується CCmHn до нейтралізаторів при застосуванні рециркуляції. Це пояснюється погіршенням сумішоутворення і, як наслідок, утворення менш гомогенної суміші з появою зон, в яких практично відсутній кисень. CNOx з рециркуляцією ВГ значно знижується. При ступені рециркуляції ВГ 13 % CNOx зменшується на 25 %. Ефективність нейтралізації від СРВГ не залежить і концентрації основних ШР після нейтралізаторів практично однакові при роботі з рециркуляцією і без неї.

Аналіз зміни ступеня рециркуляції RВГ і концентрації CNOx до нейтралізаторів свідчить, що найбільший RВГ встановлюється системою управління двигуном при найбільшій CNOx, тобто в штатній системі управління значення RВГ оптимізовані саме для максимального зниження CNOx до нейтралізаторів.

З метою визначення доцільних значень RВГ і θ в різних швидкісних і навантажувальних режимах роботи двигуна, було отримано регулювальні характеристики за СРВГ для частот обертання n = 2400 хв-1 і n = 3800 хв-1 при середніх і високих навантаженнях двигуна.

Як приклад, на рис. 3 зображено регулювальну характеристику за СРВГ для режиму  n = 2400 хв-1, φдр = 17,8 %, як одного із основних при експлуатації двигуна VW BBY. З характеристики видно, що при збільшенні RВГ температура tвп і θ зростають практично лінійно. Водночас розрідження у впускному колекторі Δрк, тиск у випускному колекторі рТ, температура ВГ tВГ і коефіцієнт наповнення циліндрів повітрям ηv майже лінійно зменшуються. Коефіцієнти витрати  попереднього µ1 і основного µ2 нейтралізаторів при збільшенні RВГ незначно знижуються. Ефективна потужність Ne до величини RВГ = 7,5 % збільшується на 3,8 %, внаслідок зменшення насосних втрат і оптимізації КВЗ, а при подальшому збільшенні RВГ знижується в результаті погіршення робочого процесу. 

Питома ефективна витрата палива ge має найменше значення 274 г/(кВт·год) при СРВГ 9 %. Відсоток зменшення порівняно зі значенням ge без рециркуляції складає       8,1 %. Таким чином, для режиму n = 2400 хв-1, φдр = 17,8 % оптимальний RВГ для отримання найкращої паливної економічності складає 9 %.

Концентрація CNOx до нейтралізаторів при оптимальному СРВГ зменшується на 41%, а концентрація CCmHn зростає на 20%. Концентрація CCO залишається практично незмінною.

Ефективність нейтралізації ВГ по СО, СmНn, і NOx практично не залежить від СРВГ і складає ECO90 %, ECmHn93 %, ENOx99 %.

За результатами навантажувальних і регулювальних характеристик отримано поліноміальні залежності температури у впускному TS і випускному TT колекторах, коефіцієнтів витрати µ1 і µ2, концентрацій CCO, CCmHn і CNOx до нейтралізаторів від режиму роботи і СРВГ.

Метою індицирування робочого процесу в циліндрі двигуна є визначення впливу СРВГ на індикаторні показники циклу і встановлення закономірностей процесу згоряння для уточнення математичної моделі робочого процесу.

На рис. 4 зображено індикаторні діаграми робочого процесу і процесів газообміну двигуна для режиму n = 2400 хв-1, φдр = 14,55 % при роботі без рециркуляції ВГ та з доцільним СРВГ. Доцільний СРВГ для цього режиму складає 17 %.

Рис. 4. Індикаторні діаграми двигуна VW BBY

Із діаграм видно, що при збільшенні СРВГ до доцільного значення збільшується тиск на лінії стискання та розширення, а значення максимального тиску зменшується на 7 %. Внаслідок цього робота циклу залишається майже такою, як і без рециркуляції ВГ. Із діаграм процесів газообміну видно, що при збільшенні СРВГ тиск на лінії впуску зростає, внаслідок збільшення температури свіжого заряду, а на лінії випуску зменшується, внаслідок виходу частини ВГ з випускного колектору у впускний. Це свідчить про зменшення втрат потужності на здійснення процесів газообміну. Характер процесів газообміну при застосуванні рециркуляції ВГ не змінюється.

Із характеристик тепловиділення двигуна (рис. 5) видно, що при доцільному СРВГ тривалість згоряння зростає з 39 до 61 град п.к.в. Зростання тривалості згоряння відбувається за рахунок збільшення всіх трьох фаз згоряння. Збільшення КВЗ з 21 до 34 град п.к.в. компенсує зростання тривалості згоряння для забезпечення ефективного використання хімічної енергії палива. При цьому при застосуванні рециркуляції ВГ до приходу поршня у ВМТ виділяється 20 % теплоти циклу, тоді як без рециркуляції – лише близько 10 %. Це компенсує зменшення загальної теплоти циклу, внаслідок зменшення циклової кількості палива, збільшенням ефективності використання теплоти.

Дослідження нерівномірності робочих циклів було проведено за допомогою аналізу послідовності циклів. Результати дослідження свідчать, що при застосуванні рециркуляції ВГ нерівномірність циклів δ зростає з 36,7 % до 44,7 %.

За результатами індицирування циліндру двигуна VW BBY отримано поліноміальні залежності характеру m і тривалості φz згоряння та кута повороту кривошипа при максимальному тиску φpmax від режиму роботи і СРВГ.

Розроблено схему системи випуску двигуна з нейтралізацією та рециркуляцією ВГ, в основу якої поставлено задачу поліпшення паливної економічності двигуна з впорскуванням бензину і нейтралізацією ВГ шляхом оптимізації управління рециркуляцією ВГ, що зменшує насосні втрати і механічні втрати в цілому. Управління клапаном рециркуляції ВГ здійснюється електронним блоком шляхом аналізу даних про режим роботи двигуна, вміст кисню у ВГ, тиску і температури у впускному колекторі та тиску у випускному колекторі перед нейтралізатором (патент на корисну модель № 34283).

П’ятий розділ присвячений розрахунковим дослідженням з використанням уточненої математичної моделі робочого процесу двигуна VW BBY впливу СРВГ і КВЗ на паливну економічність, екологічні показники та складові механічних втрат, перевірці адекватності моделі та розробці рекомендацій по вибору доцільних регулювальних параметрів бензинового двигуна з нейтралізацією і рециркуляцією ВГ.

За допомогою критерія Фішера підтверджено адекватність поліноміальних моделей, які описують температуру робочого тіла у впускному і випускному колекторах, коефіцієнти витрати каталітичних нейтралізаторів, показники процесу згоряння та екологічні показники двигуна.

Порівнянням розрахункових та експериментальних індикаторних діаграм підтверджено адекватність математичної моделі робочого процесу в циліндрі двигуна. Максимальне відхилення дійсних значень тиску робочого тіла в циліндрі і середнього тиску насосних втрат від розрахункових не перевищує 10 %.

Адекватність математичного моделювання сумарних механічних втрат підтверджено за результатами порівняльної оцінки моменту механічних втрат, визначеного за результатами індицирування, і розрахунковими даними. Максимальне відхилення розрахункових результатів від експериментальних складає 7 % з прикритою дросельною заслінкою та 9 % з відкритою.

Порівнянням значень тиску у випускному колекторі перед першим нейтралізатором, отриманих розрахунковим і експериментальним методами підтверджено адекватність математичної моделі, що описує процеси у випускному колекторі двигуна. Результати порівняння показують, що математична модель з достатньою адекватністю описує характер зміни тиску.

Максимальні відхилення розрахункових ефективних показників двигуна від експериментальних не перевищують 10 %. Відхилення мають постійний рівномірний характер, тому при порівнянні показників двигуна з різними ступенями рециркуляції ВГ можуть бути враховані відповідною поправкою.

Під час проведення стендових випробувань двигуна корекція КВЗ здійснювалась системою управління двигуном по сигналу ДД автоматично при зміні СРВГ. Обґрунтування доцільності такої корекції було здійснено теоретично з використанням математичної моделі системи «двигун-нейтралізатор».

Як видно із рис. 6, при збільшенні RВГ за постійного  мінімальна ge отримується при RВГ = 2,5 %, відсоток зменшення складає 0,03 %.  При одночасній зміні RВГ і θ мінімум ge досягається при      RВГ = 20 % і θ = 31 град п.к.в., зменшуючись порівняно із роботою без рециркуляції ВГ на 4,2%. Штатний СРВГ для цього режиму складає 13 %, а КВЗ – 28 град п.к.в. В порівнянні зі штатним регулювання рециркуляції ВГ за критерієм мінімальної витрати палива дозволяє зменшити ge на 1,9 %. Питомі викиди ШР незначно вищі при роботі без зміни θ, що пов’язано із більшою витратою палива.

Таким чином, результати теоретичного дослідження впливу θ на показники роботи двигуна свідчать, що застосування рециркуляції ВГ для покращення паливної економічності бензинового двигуна без корекції КВЗ малоефективне. Рециркуляція ВГ в цьому випадку призводить, в основному, до зменшення викидів ШР і практично не впливає на витрату палива при RВГ до 5 %. Для ефективного зниження витрати палива при застосуванні рециркуляції ВГ необхідна корекція КВЗ.

Визначення доцільних значень СРВГ в усіх швидкісних і навантажувальних режимах роботи двигуна було проведено розрахунковим методом з використанням математичної моделі розрахунку робочого процесу.

З використанням штатних і рекомендованих значень СРВГ проведено дослідження на математичній моделі складових механічних втрат двигуна в залежності від рециркуляції ВГ і навантаження.

Наприклад, при n = 2400 хв-1 (рис. 7) штатна система рециркуляції ВГ порівняно із роботою двигуна без рециркуляції ВГ забезпечує зменшення pнп в середньому на 3 %, pм – на 1,3 % і ηv – на 0,015 одиниці та підвищення pтр на 1 %.

Доцільне регулювання СРВГ порівняно зі штатним забезпечує  зменшення pнп в середньому на 13 %, pм – на 5,4 % і ηv – на 0,015 одиниці та підвищення pтр на 2 %.

З використанням математичної моделі робочих процесів системи «двигун-нейтралізатор» і матриць доцільних та штатних значень СРВГ було розраховано витрату палива і масові викиди ШР у ВГ автомобілем при застосуванні рециркуляції ВГ і без неї в їздовому циклі згідно з Правилами ЄЕК ООН № 83-04 (рис. 8). При доцільному регулюванні рециркуляції ВГ: gпал знижується на 6,12 %, gCO знижується на 6,5 %, gCH зростають на 51,5 %, gNOx знижуються на 61,2 %, gΣCO знижуються на 37 %. При штатному регулюванні рециркуляції ВГ: gпал знижується на 2,7 %, gCO знижується на 3,2 %, gCH зростають на  13,2  %, gNOx знижуються на 51 %, gΣCO знижуються на 29 %.

Раціональне регулювання системи рециркуляції ВГ порівняно зі штатним дозволяє додатково поліпшити паливну економічність автомобіля в їздовому циклі на 3,5 %.

За результатами експериментальних і розрахункових досліджень були отримані доцільні значення СРВГ і КВЗ для двигуна VW BBY в усіх режимах його роботи, що являють собою достатньо складні поверхні. Як приклад, на рис. 9 зображено усереднений характер зміни СРВГ і КВЗ в окремих швидкісних режимах. Двигун VW BBY було обладнано штатною системою рециркуляції ВГ, характеристики якої, разом з відповідними значеннями КВЗ, також зображені на рис. 9.

Із характеристик видно, що доцільні СРВГ мають максимальні значення, які вищі за штатні СРВГ, та зміщені в бік менших частот обертання і навантажень двигуна. Така розбіжність пояснюється тим, що штатна система рециркуляції оптимізована для максимального зниження концентрацій NOx, а доцільне регулювання здійснюється з метою отримання найкращої паливної економічності. Доцільні значення СРВГ не перевищують максимально можливих на відповідних режимах роботи двигуна.

ВИСНОВКИ

1. Ефективним способом зниження токсичності ВГ ДВЗ є застосування каталітичної нейтралізації, основним недоліком якої є негативний вплив на паливну економічність двигуна внаслідок підвищення насосних втрат. Одним із способів зменшення насосних втрат ДВЗ є рециркуляція ВГ. Однак для поліпшення паливної економічності бензинового двигуна при застосуванні рециркуляції ВГ необхідне корегування кута випередження запалювання.

2. Розроблено методику оцінювання впливу регулювальних параметрів  бензинового двигуна з системою нейтралізації та рециркуляції ВГ на паливну економічність та визначення їх доцільних значень. Основою методики є модель функціонування системи «двигун-нейтралізатор», яка поєднує основні процеси системи з врахуванням входів і виходів, що управляються зворотними зв’язками для отримання найкращих вихідних показників, та зв’язки з навколишнім середовищем.

3. Розроблено математичну модель системи «двигун-нейтралізатор», що являє собою систему диференціальних рівнянь руху газового потоку, об’ємного балансу і адіабати з врахуванням закономірностей впливу режиму роботи двигуна, ступеня рециркуляції ВГ і кута випередження запалювання на параметри стану робочого тіла в циліндрі, впускному і випускному колекторах, характер і тривалість згоряння і викиди основних ШР. Адекватність моделі підтверджено порівнянням розрахункових та експериментальних показників двигуна.

4. Визначено вплив ступеня рециркуляції ВГ на характер і тривалість процесу згоряння в усіх швидкісних і навантажувальних режимах роботи бензинового двигуна VW BBY. Уточнено закон згоряння, який враховує залежності параметрів процесу згоряння від режиму роботи і ступеня рециркуляції ВГ.

5. Показано, що застосування рециркуляції ВГ суттєво збільшує тривалість згоряння, що потребує корегування кута випередження запалювання. Зокрема, для режиму n = 2400 хв-1, φдр = 14,55 % при ступені рециркуляції ВГ 17 % тривалість згоряння зростає з 39 до 61 град п.к.в. в порівнянні з тривалістю згоряння без рециркуляції ВГ. Для досягнення мінімальної питомої ефективної витрати палива кут випередження запалювання повинен бути збільшений з 21 до 34 град п.к.в.

6. Визначено доцільні значення ступеня рециркуляції ВГ і кута випередження запалювання в усіх режимах роботи двигуна VW BBY за критерієм мінімальної питомої ефективної витрати палива. Порівняно зі штатними рекомендовані максимальні значення ступеня рециркуляції ВГ зміщені в бік менших частот обертання і навантажень двигуна, що дозволяє покращити ефективні показники та паливну економічність двигуна. Зокрема, для режиму n = 2400 хв-1, φдр = 20 % доцільно збільшення ступеня рециркуляції ВГ з 13 до 20 %,  кута випередження запалювання з 28 до 31 град п.к.в., що дозволяє зменшити середній тиск механічних втрат  на 5,4 % та підвищити  паливну економічність на  1,9 %.

7. Оцінено паливну економічність автомобіля з досліджуваним двигуном в режимах їздового циклу згідно з Правилами ЄЕК ООН № 83-04. Показано, що при штатному регулюванні системи рециркуляції ВГ витрата палива автомобілем за цикл зменшується на 2,7 % порівняно із витратою палива при роботі двигуна без рециркуляції ВГ. Застосування доцільних значень ступеня рециркуляції ВГ і кута випередження запалювання дозволяє додатково поліпшити паливну економічність автомобіля в їздовому циклі на 3,5 %.

8. Результати роботи прийняті до використання в ДП «ДержавтотрансНДІпроект» Міністерства транспорту і зв’язку України (м. Київ).

 

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Матейчик В.П. До визначення складових механічних втрат двигуна внутрішнього згоряння / В.П.Матейчик, В.В.Яновський, М.П.Цюман // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ, 2005. –  № 10. – С. 130–135.

2. Матейчик В.П. Особливості визначення складових механічних втрат двигуна внутрішнього згоряння / В.П.Матейчик, М.П.Цюман // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ, 2006. – № 13, ч. 1. – С. 51–55.

3. Експериментальні дослідження двигуна з системою нейтралізації відпрацьованих газів при живленні різними видами палив / А.В.Гунько, О.О.Алтухов, В.В.Мержиєвська, М.П.Цюман, Д.В.Савенок // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ, 2007. – № 14. – С. 132–137.

4. Цюман М.П. Методика визначення показників бензинового двигуна з системою нейтралізації відпрацьованих газів на різних режимах роботи / М.П.Цюман // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ, 2007. – № 15, ч. 1. – С. 129–133.

5. Матейчик В.П. Дослідження впливу способів впуску свіжого заряду і очистки продуктів згоряння на вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах бензинових двигунів / В.П.Матейчик, А.Г.Говорун, М.П.Цюман // Автошляховик України. Окремий випуск. – К.: 2008. – № 11. – С. 115–117.

6. Матейчик В.П. Вплив рециркуляції відпрацьованих газів на показники бензинового двигуна з системою нейтралізації / В.П.Матейчик, М.П.Цюман, А.Б.Сінкевич // Автошляховик України. Окремий випуск. – К.: 2009. – № 12. – С. 137–141.

7. Матейчик В.П. Визначення оптимальних параметрів електронної системи управління впорскуванням, запалюванням і нейтралізацією відпрацьованих газів бензинового двигуна / В.П.Матейчик, М.П.Цюман // Проблеми транспорту: зб. наук. пр. – К.: НТУ, 2009. – Вип. 6. – С. 165–168.

8. Свідоцтво про внесення суб'єкта підприємницької діяльності до Реєстру виробників та розповсюджувачів програмного забезпечення В № 00685 Україна. Математична модель для дослідження індикаторних та ефективних показників двигунів внутрішнього згоряння / Ю.Ф.Гутаревич, В.П.Матейчик, М.П.Цюман, В.В.Яновський (Україна). – зареєстр. 13.12.2006.

9. Свідоцтво про внесення суб'єкта підприємницької діяльності до Реєстру виробників та розповсюджувачів програмного забезпечення ВР № 01059 Україна. Математична модель розрахунку робочого процесу двигуна з іскровим запалюванням, електронним управлінням та системою нейтралізації і рециркуляції відпрацьованих газів / В.П.Матейчик, М.П.Цюман, С.А.Левківський,  А.Б.Сінкевич (Україна). – зареєстр. 16.04.2009.

10. Свідоцтво про внесення суб'єкта підприємницької діяльності до Реєстру виробників та розповсюджувачів програмного забезпечення ВР № 01152 Україна. Програма розрахунку індикаторних показників циклу і характеристик тепловиділення за експериментальними індикаторними діаграмами двигуна внутрішнього згоряння / В.П.Матейчик, М.П.Цюман (Україна). – зареєстр. 22.12.2009.

11. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 31962 Україна. Комп’ютерна програма «Математична модель розрахунку робочого процесу двигуна з іскровим запалюванням, електронним управлінням та системою нейтралізації і рециркуляції відпрацьованих газів» / В.П.Матейчик, М.П.Цюман (Україна). – № 32115; заявл. 07.12.2009; зареєстр. 05.02.2010.

12. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 32176 Україна. Науковий твір «Розрахунок індикаторних показників циклу і характеристик тепловиділення за експериментальними індикаторними діаграмами двигуна внутрішнього згоряння» / В.П.Матейчик, М.П.Цюман (Україна). – № 32325; заявл. 24.12.2009; зареєстр. 24.02.2010.

13. Пат. № 34283 Україна. МПК (2006) F02D 9/00. Система випуску двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням і електронним керуванням з нейтралізацією і рециркуляцією відпрацьованих газів / Матейчик В.П., Цюман М.П.; власник Національний транспортний університет. – № u200801512; заявл. 05.02.2008; опубл. 11.08.2008, Бюл. № 15.

14. Цюман М.П. Дослідження впливу режимів роботи ДВЗ на зміну складових механічних втрат / М.П.Цюман // 62 наукова конференція професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ: тези доповідей. – К.: НТУ, 2006. – С. 24.

15. Матейчик В.П. Особенности моделирования рабочего процесса двигателя с нейтрализатором / В.П.Матейчик, Н.П.Цюман // Научно-техническая конференція 3-и Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: тезисы докладов. – М.: МАДИ (ГТУ), 2007. – С. 43–46.

16. Цюман М.П. Дослідження впливу параметрів системи «двигун-нейтралізатор» на зміну складових механічних втрат ДВЗ / М.П.Цюман // 63 наукова конференція професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ: тези доповідей. – К.: НТУ, 2007. – С. 23–24.

17. Цюман М. Дослідження впливу рециркуляції відпрацьованих газів на показники двигуна з нейтралізацією шкідливих викидів / М.Цюман // Materiały XIX konferencji międzynarodowej ”Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdów samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. Zarządzanie i marketing w motoryzacji”. – Rzeszów: Politehnika Rzeszowska, 2008. – С. 101–104.

18. Цюман М.П. Обґрунтування вибору конструктивних і регулювальних параметрів системи випуску двигуна з іскровим запалюванням і електронним керуванням з нейтралізацією і рециркуляцією ВГ / М.П.Цюман // 65 наукова конференція професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ: тези доповідей. – К.: НТУ, 2009. – С. 25.

19. Матейчик В. Математичне моделювання процесу згоряння бензинового двигуна з електронним управлінням системами живлення та запалювання / В.Матейчик, В.Яновський, М.Цюман // Materiały XX konferencji międzynarodowej ”Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdów samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. Zarządzanie i marketing w motoryzacji”. – Rzeszów: Politehnika Rzeszowska, 2009. – С. 171–176.

20. Цюман М.П. До визначення оптимальних параметрів управління бензинового двигуна з електронним керуванням впорскуванням, запалюванням, нейтралізацією і рециркуляцією ВГ / М.П.Цюман // 66 наукова конференція професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів НТУ: тези доповідей. – К.: НТУ, 2010. – С. 27.

АНОТАЦІЯ

Цюман М.П. Поліпшення паливної економічності бензинового двигуна з системою нейтралізації відпрацьованих газів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки. – Національний транспортний університет. – Київ, 2010.

Дисертація присвячена поліпшенню паливної економічності бензинового двигуна з системою нейтралізації відпрацьованих газів раціональним вибором регулювальних параметрів, зокрема ступеня рециркуляції відпрацьованих газів і кута випередження запалювання.

Розроблено математичну модель системи «двигун-нейтралізатор», що являє собою систему диференціальних рівнянь руху газового потоку, об’ємного балансу і адіабати з врахуванням впливу режиму роботи двигуна і ступеня рециркуляції відпрацьованих газів на параметри стану робочого тіла в циліндрі, впускному і випускному колекторах, характер і тривалість згоряння і викиди основних шкідливих речовин.

Проведено стендові експериментальні дослідження двигуна VW BBY щодо визначення впливу ступеня рециркуляції відпрацьованих газів і кута випередження запалювання на паливну економічність, екологічні та індикаторні показники.

Визначено доцільні значення ступеня рециркуляції відпрацьованих газів і кута випередження запалювання в усьому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів роботи двигуна за критерієм мінімальної питомої ефективної витрати палива.

Оцінено поліпшення паливної економічності автомобіля в їздовому циклі при раціональному регулюванні ступеня рециркуляції відпрацьованих газів і кута випередження запалювання.

Ключові слова: бензиновий двигун, система нейтралізації, ступінь рециркуляції відпрацьованих газів, кут випередження запалювання, тривалість згоряння, математична модель, індикаторні показники, паливна економічність, екологічні показники.

АННОТАЦИЯ

Цюман Н.П. Улучшение топливной экономичности бензинового двигателя с системой нейтрализации отработавших газов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 – двигатели и энергетические установки. – Национальный транспортный университет. – Киев, 2010.

Диссертация посвящена улучшению топливной экономичности бензинового двигателя с системой нейтрализации отработавших газов рациональным выбором регулировочных параметров, в частности степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания.

Для решения поставленной задачи разработана методика оценки влияния регулировочных параметров бензинового двигателя с системой нейтрализации и рециркуляции отработавших газов на топливную экономичность и определения их целесообразных значений. Основой методики является модель функционирования системы «двигатель-нейтрализатор», которая объединяет основные процессы системы с учетом входов и выходов, которые управляются обратными связями для получения наилучших выходных показателей, и связи с окружающей средой.

С использованием модели функционирования системы  «двигатель-нейтрализатор» разработана математическая модель рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, представляющая собой систему дифференциальных уравнений движения газового потока, объемного баланса и адиабаты с учетом закономерностей влияния режима работы двигателя и степени рециркуляции отработавших газов на параметры состояния рабочего тела в цилиндре, впускном и выпускном коллекторах, характер и продолжительность сгорания и выбросы основных вредных веществ. Адекватность модели подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных показателей двигателя.

Проведены стендовые экспериментальные исследования двигателя VW BBY относительно определения влияния степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания на топливную экономичность, экологические и индикаторные показатели. В результате экспериментальных исследований определено, что оптимизация степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания по сравнению с работой без рециркуляции в отдельных режимах работы двигателя приводит к улучшению топливной экономичности до 8,1 %. При этом эффективность нейтрализации основных вредных веществ практически не зависит от этих регулировочных параметров.

Индицирование цилиндра двигателя при работе с оптимальными степенью рециркуляции отработавших газов и углом опережения зажигания показало, что максимальное давление цикла незначительно уменьшается. При этом возрастает длительность сгорания, однако количество сгоревшего топлива до верхней мертвой точки больше, что обеспечивает большую эффективность использования теплоты цикла.

Определены целесообразные значения степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя по критерию минимального удельного эффективного расхода топлива. При этом показано, что работа существующих систем рециркуляции отработавших газов оптимизирована для максимального снижения выбросов оксидов азота, в то время как рекомендуемые значения степени рециркуляции призваны максимально улучшить топливную экономичность. Поэтому, рекомендованные значения степени рециркуляции отработавших газов по сравнению со штатными смещены в сторону меньших частот вращения и нагрузок двигателя.

Оценено улучшение топливной экономичности автомобиля в ездовом цикле в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 83-04 при рациональном регулировании степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания. Показано, что при штатном регулировании системы рециркуляции отработавших газов расход топлива автомобилем за цикл уменьшается на 2,7 % по сравнению с расходом топлива при работе двигателя без рециркуляции отработавших газов. Применение  целесообразных значений степени рециркуляции отработавших газов и угла опережения зажигания позволяет дополнительно улучшить топливную экономичность автомобиля в ездовом цикле на 3,5 %.

Ключевые слова: бензиновый двигатель, система нейтрализации, степень рециркуляции отработавших газов, угол опережения зажигания, продолжительность сгорания, математическая модель, индикаторные показатели, топливная экономичность, экологические показатели.

SUMMARY

Tsiuman M.P. Improvement of fuel economy petrol engine with exhaust gas neutralization system. – Manuscript.

The dissertation for reception of scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.05.03 – engines and power plants. – National Transport University. Kyiv, 2010.

The dissertation is dedicated to improving fuel economy petrol engine with a system of exhaust gases neutralization by rational choice adjusting parameters, such as degree of exhaust gases recirculation and ignition timing.

The mathematical model of the "engine-neutralizer", which is a system of differential equations of motion of the gas flow, balance of volume and adiabat, taking into account influence of mode of engine and the degree of exhaust gases recirculation for parameters of the working substance in the cylinder, intake and exhaust collectors, characteristics and duration of combustion and emissions of major pollutants.

The experimental researches of engine VW BBY for the influence of the degree of exhaust gases recirculation and ignition timing on fuel economy, ecological and indicator indexes are performed.

The reasonable values degree of exhaust gases recirculation and ignition timing for all range of velocity and load modes of engine by criterion of minimal specific effective fuel consumption are determined.

The improvement of fuel economy of vehicle in the driving cycle by rational regulation degree of exhaust gases recirculation and ignition timing is determined.

Key words: petrol engine, neutralization system, the degree of exhaust gases recirculation, ignition timing, combustion duration, mathematical model, indicator indexes, fuel economy, ecological indexes.