РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ВИБОРУ РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ДВИГУНІВ АВТОМОБІЛІВ ПРИ ПЕРЕВЕДЕННІ З БЕНЗИНУ НА СТИСНУТИЙ ПРИРОДНИЙ ГАЗ
2.1. Загальна структура методики
Для того, щоб вирішити ряд поставлених задач і досягнути кінцевої мети було розроблено загальну методику (рис. 2.1) визначення впливу регулювальних параметрів на основні показники роботи двигуна та їх оптимальних значень, згідно з якою планувалися і координувалися усі необхідні дії аналітичного і експериментального характеру. Дана методика дає можливість визначити доцільні значення установочного кута випередження запалювання та складу робочої суміші для карбюраторних двигунів з іскровим запалюванням при зміні виду палива з бензину на природний газ на основі всебічного аналізу основних показників роботи двигуна, а саме - енергетичних, екологічних, паливної економічності та показників, які можуть впливати на довговічність двигуна.
Над дослідженням залежностей енергетичних, екологічних, експлуатаційних характеристик роботи та паливної економічності бензинових і газових двигунів з іскровим запалюванням від різних регулювальних параметрів працювало та працює багато вчених і спеціалістів науково-дослідних та навчальних закладів. Як показує проведений у розділі 1 огляд літератури, науковцями вже досить досконально досліджено характер впливу відомих регулювальних параметрів на основні показники роботи різних типів двигунів, проте в експлуатації ще існують деякі проблеми, пов'язані з вибором доцільних значень таких регулювальних параметрів як установочний кут випередження запалювання та склад робочої суміші. Особливо це стосується випадків дообладнання серійних бензинових двигунів з іскровим запалюванням без їх конструктивних змін газовою апаратурою для живлення природним газом та збереження можливості використання ними бензину в якості палива (блок 1, рис. 2.1).
Рис. 2.1. Структурна блок-схема методики вибору доцільних регулювальних параметрів двигунів автомобілів при переведенні з бензину на стиснутий природний газ.
Рис. 2.1 (продовження).
Вміст у відпрацьованих газах шкідливих елементів суттєво залежить від вибраних для даного типу двигуна регулювальних параметрів - таких як склад суміші та кут випередження запалювання, якими найчастіше користуються для встановлення заданих показників токсичності. Як показують дослідження [3, 92], газовий двигун у цьому відношенні має значні межі для оптимізації робочого процесу. Межі спалахування паливо-повітряної суміші газового палива зміщені в сторону бідних сумішей, тобто робоча область газового двигуна лежить в зоні малих концентрацій СО, в якій також можливе ефективне регулювання вмісту шкідливих викидів зміною кута випередження запалювання. Тут особливо важливо відзначити, що оптимальний кут випередження запалювання на газовому паливі в режимі максимальної економічності (чому відповідає коефіцієнт надлишку повітря ??1,3) дещо більший, ніж на бензині в тому ж режимі (при цьому коефіцієнт надлишку повітря складає 1,1).
З цього можна зробити висновок, що при роботі двигуна на газовому паливі значення кута випередження запалювання повинне бути збільшене до оптимального (блок 2, рис. 2.1).
Щоб вирішити цю задачу згідно розробленої методики, за допомогою математичної моделі, яка описує роботу двигуна як джерела енергії, споживача палива і джерела шкідливих викидів, та які представлені як залежності від розрідження у впускному колекторі і частоти обертання колінчастого валу, пропонується представити названі характеристики як залежності ще від одного з регулювальних параметрів, а саме від кута випередження запалювання, що був визначений саме пріоритетним регулювальним параметром (блок 3, рис. 2.1).
Наступним кроком методики є аналіз існуючих їздових циклів і вибір типу їздового циклу для руху автомобіля згідно з розробленою математичною моделлю (блок 4, рис. 2.1). Зараз відомо багато різновидів їздових циклів. Деякі з них були отримані для різних типів автомобілів (з різною вантажопідйомністю чи пасажиромісткістю), для різних режимів експлуатації (міський чи позаміський), з різною метою (для визначення різних параметрів автомобіля). Приймаючи до уваги вищесказане, пропонується, згідно з уточненою математичною моделлю, проводити випробування двигуна вантажного автомобіля за міським їздовим циклом на дорозі для автотранспортних засобів повною масою більше 3.5 т, крім автобусів [94], який складається зі сталих, ряду швидкісних і навантажувальних режимів. Слід відмітити, що цей цикл об'єктивно відображає експлуатаційні умови в нашій країні та найкраще підходить для дослідження екологічних і економічних показників автомобілів та імітування руху АТЗ на математичній моделі з метою комплексної оцінки екологічної безпеки транспортних засобів та впливу певних параметрів на експлуатаційні показники вантажних автомобілів. Більш детально даний етап буде розглянуто в підрозділі 2.2.
Згідно з наступним кроком методики було проведено ряд експериментальних досліджень бензинового двигуна із заміром показників його паливної економічності і токсичності, щоб отримати необхідні дані для математичної моделі (блок 5, рис. 2.1). Об'єктом дослідження був двигун 8Ч 10/9,5 (ЗИЛ-508.10). На ньому було визначено навантажувальні характеристики при частотах обертання колінчастого валу 1200, 2000 та 2800 хв-1, характеристика активного холостого ходу, характеристика примусового холостого ходу і регулювальна характеристика за кутом випередження запалювання.
Далі, згідно методики (блок 6, рис. 2.1), було здійснено індиціювання робочого процесу бензинового двигуна на характерних режимах, щоб отримати значення максимального тиску PZ, максимальної швидкості його наростання dp/d? в циліндрі і розрахувати максимальні температури ТZ робочого процесу на цих режимах, та які прийняті як максимально дозволені для даного типу двигуна. Тобто, рекомендовані для експлуатації регулювальні параметри газового двигуна повинні з