Influence of technology level of fuel on the efficiency of operation of internal combustion engines of motor-and-tractor vehicles

Full Text

Введение Количественный рост машинно-тракторного парка, повышение уровня производства с.-х. продукции и объемов механизированных работ в растениеводстве сопровождаются увеличением расхода топливно-энергетических ресурсов. Потребление топлива в с.-х. производстве возросло почти вдвое за последние 15 лет. Мировая практика подтверждает, что рост объемов с.-х. продукции на 1% требует увеличения топливно-энергетических затрат на 2,5%. Очевидно, что дальнейшее увеличение валового потребления энергии - объективная закономерность. Поэтому проблема энергосбережения в с.-х. производстве актуальна. К приоритетным направлениям машинно-технологической модернизации аграрной отрасли относится повышение эффективности автотракторной техники на основе оценки и реализации технологического уровня применяемого топлива [1]. Цель исследования Цель экспериментальных исследований - определение влияния энергоинформационного поля, создаваемого генератором тяжелых частиц Козырева (ГТЧК), на топливно-экологические характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Материалы и методы ГТЧК представляет собой центробежно-вихревой генератор, формирующий в процессе работы поток частиц в вертикальном направлении (рис. 1). Поток частиц оказывает воздействие на любые устройства в поле его влияния. Гармонизируются процессы горения, повышается их эффективность, улучшаются свойства и полнота сгорания топлива, снижаются выбросы вредных веществ. Эти свойства ГТЧК позволяют использовать его в различных целях [2, 3]. Предварительные экспериментальные исследования проведены на автоматизированной системе стендовых испытаний, разработанной кафедрой транспортных систем автомобильно-дорожного факультета СПбГАСУ [4, 5]. В состав системы входят: - устройство управления и регистрации параметров работы ДВС, сопряженное с электронным блоком управления двигателя («Январь 5.1»); - бензиновый ДВС ВАЗ-21214-10; - нагружающее устройство (дисковый гидротормоз); - газоанализатор Tecnotest 488; - дополнительное регистрационное оборудование. В качестве топлива при проведении экспериментальных исследований использовали бензин марки АИ-95-К5. Воздействие на ДВС и применяемое топливо осуществляли с помощью ГТЧК (модель 003). Параметры работы двигателя учитывали на основе показаний, регистрируемых электронным блоком управления, сопряженным с компьютером устройства управления ДВС. Содержание отдельных компонентов отработавших газов (ОГ) определяли с помощью газоанализатора в точке, расположенной в выпускной системе после каталитического нейтрализатора. Во время испытаний температура окружающего воздуха в помещении составляла 20-22 °C. Программа исследований предусматривала проведение следующих мероприятий: 1) прогрев двигателя; 2) испытания двигателя с регистрацией показателей его работы при различных частотах вращения коленчатого вала без нагрузки и под нагрузкой без воздействия ГТЧК на топливо и двигатель; 3) воздействие ГТЧК на неработающий двигатель и используемое топливо в течение 60 мин; 4) прогрев двигателя; 5) испытания двигателя с регистрацией показателей его работы при различных частотах вращения коленчатого вала под нагрузкой с сохранением воздействия ГТЧК на двигатель. Испытания проводили с 10-кратной повторностью. Результаты и их обсуждение Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 1, 2. Принятые обозначения: FREQ - показания датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; JAIR - массовый расход воздуха, кг/ч; JGBC - количество топлива, впрыскиваемое в цилиндр двигателя за 1 такт, мг/такт; JQT - расход топлива, л/ч; THR - открытие дроссельной заслонки, %; INJ - длительность впрыска, мс; TWAT - температура охлаждающей жидкости, °С; CO - объемное содержание СО в ОГ, %; СО2 - объемное содержание СО2 в ОГ, %; СH - объемное содержание СН в ОГ, %; O2 - объемное содержание О2 в ОГ, %; NОx - объемное содержание NОx в ОГ, %. Результаты воздействия генератора тяжелых частиц Козырева на топливно-экологические характеристики ДВС представлены в табл. 3. Таблица 1 Результаты стендовых испытаний ДВС без воздействия ГТЧК на топливо и двигатель Параметр Значение Нагрузка, кг·м 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 FREQ, мин-1 800 1800 2240 2480 2880 840 1240 2080 2520 3200 JAIR, кг/ч 17,1 24,7 31,5 33,1 40,9 11,7 14 25,1 24,4 31,8 JGBC, мг/такт 165,33 115,33 116,67 110,67 113,33 116,67 98,67 98,81 80 80 JQT, л/ч 1,4 2,2 2,8 2,9 3,5 1 11,3 10 2,1 2,7 THR, % 3 2 3 4 5 0 2 1 4 6 INJ, мс 3,6 2,69 2,81 2,73 2,81 3 2,58 2,48 2,06 2,06 TWAT, °С 93 95 101 99 99 97 93 97 95 97 CO, % 0 0,04 0 0 0 0 0 0 0 0 СО2, % 12,4 14,2 13,4 13,5 13,5 12,4 14,1 13,6 13,6 13,7 СH, % 26 77 49 38 30 75 36 24 32 28 O2, % 2,86 2,59 2,73 2,73 2,73 3,13 3,27 3,27 3,27 3,27 NОx, % 1,16 1,122 1,14 1,139 1,139 1,172 1,16 1,166 1,166 1,166 Таблица 2 Результаты стендовых испытаний ДВС после воздействия ГТЧК на топливо и двигатель с сохранением воздействия ГТЧК на двигатель в процессе испытаний Параметр Значение Нагрузка, кг·м 1 1 1 1 1 1 1 FREQ, мин-1 960 1960 2280 2480 2800 2200 1560 JAIR, кг/ч 18,4 23,4 27,3 30,4 35,1 24 29,6 JGBC, мг/такт 165,33 96 99,33 100,67 101,33 90 170,67 JQT, л/ч 1,7 2 2,4 2,6 3 2,1 2,8 THR, % 0 3 4 5 6 3 6 INJ, мс 3,65 2,35 2,39 2,46 2,46 2,2 3,74 TWAT, °С 90 93 91 97 95 93 97 CO, % 0,26 0,1 0,08 0,06 0 0 0 СО2, % 5,2 13,1 13,3 13,3 13,5 13,8 13 СH, % 1562 100 96 81 65 62 46 O2, % 1,77 2,04 2,04 2,04 2,18 2,18 2,32 NОx, % 1,029 1,1 1,099 1,1 1,109 1,107 1,122 Таблица 3 Влияние ГТЧК на топливно-экологические характеристики ДВС при экспериментальных исследованиях Параметр Значение Без ГТЧК После ГТЧК Без ГТЧК После ГТЧК Без ГТЧК После ГТЧК Без ГТЧК После ГТЧК Без ГТЧК После ГТЧК Нагрузка, кг·м 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 FREQ, мин-1 1040 1040 1800 1840 2240 2200 2480 2520 2880 2800 JAIR, кг/ч 18,4 14,6 24,7 21 31,5 24,9 33,1 27,6 40,9 33,9 JGBC, мг/такт 150 123,3 115,3 98,67 116,7 95,33 110,7 94,67 113,3 98,67 JQT, л/ч 1,7 1,4 2,2 1,9 2,8 2,2 2,9 2,5 3,5 2,9 THR, % 0 3 2 5 3 5 4 6 5 7 INJ, мс 3,4 2,85 2,69 2,41 2,81 2,34 2,73 2,41 2,81 2,42 TWAT, °С 90 90 95 91 101 91 99 99 99 95 CO, % 0,09 0,03 0,04 0,11 0 0,11 0 0,08 0 0,02 СО2, % 13,8 13,1 14,2 13,8 13,4 13,5 13,5 13,7 13,5 13,8 СH, % 87 88 77 87 49 77 38 65 30 44 O2, % 2,73 1,36 2,59 1,36 2,73 1,36 2,73 1,36 2,73 1,5 NОx, % 1,13 1,067 1,122 1,061 1,14 1,062 1,139 1,063 1,139 1,073 На основании полученных данных построены графики, показывающие влияние ГТЧК на топливно-экономические (рис. 2) и экологические (рис. 3) показатели работы ДВС. Выводы Приведенные экспериментальные данные по влиянию ГТЧК на объекты позволяют сформулировать промежуточные выводы и наметить пути дальнейших исследований в рассматриваемой предметной области. Наблюдается изменение параметров, характеризующих расход топлива, и экологических показателей в зависимости от воздействия ГТЧК на двигатель и используемое топливо (см. рис. 2, 3). Полученные результаты предварительных экспериментальных исследований указывают на снижение расхода топлива и изменение содержания вредных компонентов в ОГ: - снижение температуры ДВС при тех же нагрузках (в пределах 20%); - снижение расхода топлива (в пределах 20%); - снижение концентрации кислорода в ОГ (в пределах 50%); - снижение концентрации окиси азота в ОГ (в пределах 10%). Изменение параметров работы ДВС после воздействия ГТЧК может происходить как в результате комплексного влияния на топливо и системы двигателя, так и в результате влияния на единичный фактор, который служит первопричиной последующего изменения параметров. Для углубленного изучения механизма воздействия ГТЧК на работу ДВС, а также оценки качественных и количественных характеристик изменения показателей его работы, разработки рекомендаций по калибровке электронных систем управления двигателей и обоснованию способов управления ГТЧК необходимо продолжить комплексные исследования с учетом всех системообразующих факторов.

About the authors

M. A Kerimov

Saint-Petersburg State Agrarian University

Email: martan-rs@yandex.ru
DSc in Engineering Saint Petersburg - Pushkin, Russia

R. N Safiullin

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Email: safravi@mail.ru
DSc in Engineering Saint Petersburg, Russia

A. V Marusin

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Engineer Saint Petersburg, Russia

References

Supplementary files