Технические науки/4. Транспорт

М.А. Береснев, А.Л. Береснев

Технологический Институт «Южного Федерального Университета»
в г. Таганроге

Управление составом бинарной топливной смеси для улучшения крутящего момента и экологических параметров двигателя внутреннего сгорания

В настоящее время одной из основных задач, стоящих перед конструкторами бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является снижение вреда, наносимого продуктами работы двигателя окружающей среде и улучшение потребительских свойств ДВС, включающих снижение расхода топлива, увеличение мощности, надежности конструкций и т.д. Однако, зачастую эти требования оказываются взаимоисключающими. Например, при увеличении мощности, увеличивается и количество отработавших газов, а, следовательно, и количество вредных выбросов. Справедливо и обратное, чем экономичней и экологичней ДВС, тем меньшая мощность оказывается в распоряжении водителя.  Для того чтобы «разорвать замкнутый круг», многие ученые исследуют характеристики ДВС при использовании альтернативных топлив и их смесей. В работе [1] было показано, что использование топлива, состоящего из смеси бензина со сжиженным газом (пропан-бутаном), названного бинарным,  имеет перспективы как по улучшению мощности и крутящего момента двигателя, так и снижения нагрузки на окружающую среду. Однако остался нерешенным вопрос определения состава бинарной топливной смеси для различных режимов работы ДВС, которые бы обеспечивали необходимые параметры в зависимости от потребностей водителя.

Поэтому целью настоящей работы было изучить мощностные и экологические параметры бензинового ДВС при подаче бинарного топлива с различным соотношением газ/бензин для выявления составов, обеспечивающих максимальные показатели крутящего момента и экологичности.

Мощность и крутящий момент при использовании бинарного топлива были определены экспериментальноДля определения крутящего момента и мощности двигателя, работающего на смеси бензина и сжиженного газа был проведен эксперимент, целью которого стало получение внешних скоростных характеристик ДВС при использовании бинарного топлива различного состав Эксперимент был реализован на базе измерительного стенда, состоящего из следующих компонентов: автомобиль ваз 2110, с установленной системой модифицированного газобалонного оборудования, форсунки которой находились под управление специального программного обеспечения (ПО) штатного блока управления двигателем; комплека для замера крутящего момента двигателя MAHA LPS3000; сканер диагностических параметров ScanDoc; ПК с ПО Quantex для записи и визуализации полученных сигналов. Для обеспечения сравнимости экспериментов бинарная смесь различных составов предварительно приводилась к единому коэффициенту избытка воздуха с помощью системы настройки топливной смеси, в качестве которой использовались программно-аппаратные комплексы Matrix и Injector Online. Финальные замеры мощности были проведены в один день для обеспечения одинаковых условий окружающей среды. В процессе замеров поддерживалась сопоставимая температура охлаждающей жидкости. Всего было исследовано 5 составов бинарной смеси с соотношениями бензин/газ (L) равными 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 и 40/60 (см. рис. 1). Дополнительно проведены замеры на бензине (L=100/0) и газе (L=0/100).

На основании полученных данных можно предложить мощностной состав бинарной смеси, зависящий от оборотов коленчатого вала:

L=

80/20,

ХХ<rpm<2000

40/60,

2000<rpm<2700

50/50,

2700<rpm<3700

60/40,

3700<rpm<MAX

Данный состав используется при 70-100% нажатии водителем на педаль газа и обеспечивает максимально возможный крутящий момент двигателя, а значит возможность для безопасного обгона или перестроения. При этом наряду с возросшим крутящим моментом, должно наблюдаться также и снижение вредных веществ в отработавших газах, поскольку во всем диапазоне оборотов часть бензина заменена более экологичной смесью пропана и бутана.

В режиме частичных нагрузок предлагается использовать менее мощностную, но еще более экологичную смесь состава L=20/80.  Небольшое количество бензина, подаваемое в фазе перекрытия клапанов необходимо для охлаждения выпускного клапана, перегревающегося при использовании чистого газа.

Рис. 1. Крутящий момент ДВС в зависимости от состава бинарного топлива

Проведенное исследование показывает преимущество бинарного топлива, состоящего из смеси бензина и сжиженного газа по мощности и крутящему моменту в режиме максимальных нагрузок как по сравнению с бензином, так и по сравнению с чистым газом во всем диапазоне оборотов вращения коленчатого вала. Кроме того, бинарное топливо обеспечивает лучшие экологические показатели по сравнению с бензином за счет замещения его части более экологичным сжиженным газом. Предложено использование бинарного топлива в режиме полных нагрузок, для которых приведен состав, обеспечивающий максимальный крутящий момент, и использование сжиженного газа в режиме частичных нагрузок, что позволяет улучшить экологические параметры ДВС.

Литература:

1.     Береснев М.А. Использование бинарного топлива для двигателя внутреннего сгорания / М.А. Береснев, А.Л. Береснев // Материалы Шестой Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы управления» и Третьей молодежной школы-семинара «Управление и обработка информации в технических системах». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – С. 398-401.