Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ВПУСКА НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Жолобов Л.А. 1 Суворов Е.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»
В статье описываются испытания двигателя с установленными на нем штатной и модернизированной впускными системами, с целью оценки экологических показателей. Проведены испытания двигателя. Определены экологические параметры работы двигателя со штатной и модернизированной впускными системами. Параметры определялись как для всего двигателя в целом, так и для каждого цилиндра в отдельности. По полученным данным построены зависимости экологических показателей от угла открытия дроссельной заслонки, для штатной и модернизированной впускных систем. Дан сравнительный анализ экологических показателей штатной и модернизированной впускных систем. Анализ изменения СО и СН показал, что на модернизированной впускной системе уровень СО снижается на 33,3%, а уровень СН на 6,2%. По цилиндрам сохраняется та же зависимость. Таким образом, применение модернизированной впускной системы позволяет улучшить экологические показатели ДВС.
впускная система
дроссельный узел
модернизированная система
газоанализатор
экологические показатели.
1. Вихерт М.М., Грудский Ю.Г. Конструирование впускных систем быстроходных дизелей. – М. : Машиностроение, 1982.
2. Драганов Б.Х., Рудык Э.Г. Исследование структуры воздушного потока в тангенциальном впускном канале дизельного двигателя // Науч. тр. УСХА. – 1987. – Вып. 54.
3. Драганов Б.Х., Круглов М.Г., Обухова В.С. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания : монография. – Киев : Вища школа, 1987.
4. Жолобов Л.А., Дыдыкин А.М. Математическое моделирование процессов газообмена ДВС : монография. – Н. Новгород : НГСХА, 2007.
5. Дыдыкин А.М., Жолобов Л.А. Газодинамические исследования ДВС методами численного моделирования // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2008. – № 4. – С. 29-31.
6. Прицкер Д.М., Турьян В.А. Аэромеханика. – М. : Оборонгиз, 1960.
7. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания : учебник для вузов. – М. : Высшая школа, 1975.
8. Свиридов Ю.Б. Особенности газодинамических процессов в двигателе при дросселировании наполнения // Труды ЦНИТА. – 1969. – Вып. 40.

После проведения испытаний двигателя в режиме прокрутки были проведены моторные испытании, в ходе которых определялись экологических показатели работы двигателя со штатной и модернизированной впускными системами. В ходе испытаний были определены показатели токсичности отработавших газов при работе двигателя со штатной и модернизированной системами впуска.

Для определения экологических показателей двигателя в режиме дросселирования, со штатной системой впуска и с модернизированной системой впуска, выпускная система двигателя была также доработана. В выпускные патрубки цилиндров, а также в общий выпускной трубопровод были врезаны пробоотборные штуцера (рис. 1).

Рис. 1. Дополнительные штуцера.

Рис. 2. Шестипозиционный переключатель.

Штуцера были соединены с шестипозиционным переключателем (рис. 2), к выходу которого был подключен газоанализатор «Инфракар – М», при помощи которого были выполнены замеры токсичности отработавщих газов двигателя, работающего в режиме дросселирования.

Испытания впускной системы двигателя состояли из двух частей. В первой части определялись исходные показатели серийного двигателя. Испытания проводились при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя и при разных углах открытия дроссельной заслонки. Запись параметров производилась при частотах вращения 1000, 2000 и 3000 мин-1 и при углах открытия дроссельной заслонки 15, 30 и 45°.

Методика проведения испытаний заключалась в следующем.

До начала эксперимента шланги, соединяющие выпускные патрубки и общий выпускной трубопровод с газоанализатором, были продуты чистым воздухом и проверены на герметичность, это было сделано для исключения возможности появления подсосов воздуха в пробы уходящих газов и, как результат, появления неверных данных. Газоанализатор включался в работу до начала эксперимента и предварительно калибровался по чистому воздуху. После окончания подготовительных мероприятий установленный на стенде двигатель запускался и по датчику положения устанавливался угол открытия дроссельной заслонки 15°. После этого двигатель выводился на частоту вращения 1000 мин-1. Далее датчик давления присоединялся к штуцеру, врезанному в общий впускной коллектор, а на штуцера, врезанные во впускные патрубки цилиндров, устанавливались специальные заглушки. Специальные заглушки устанавливались для исключения возможности подсоса воздуха в двигатель из атмосферы, помимо ДМРВ. Газоанализатор «Инфракар – М» при помощи шестипозиционного переключателя соединялся с общим выпускным трубопроводом. Далее датчик давления присоединялся к штуцеру, врезанному во впускной патрубок первого цилиндра, при этом на остальные штуцера устанавливались заглушки. Газоанализатор при помощи шестипозиционного переключателя соединялся с выпускным патрубком первого цилиндра. Производилась фиксация параметров для первого цилиндра. Далее выше описанные операции производились для остальных цилиндров ДВС.

После записи параметров для всех четырех цилиндров угол открытия дроссельной заслонки изменялся, газоанализатор присоединялся к общему выпускному трубопроводу, и эксперимент повторялся вновь для каждого цилиндра. После записи данных для углов открытия дроссельной заслонки 15, 30 и 45° частота вращения коленчатого вала изменялась, дроссельная заслонка возвращалась в исходное положение. Таким образом, в результате проведенных экспериментов было получено 45 электронных файлов с данными.

Для дальнейшей работы была разработана специальная форма файла в программе Exсel. Форма представляет собой таблицу с автоматически сортирующимися ячейками.

В спец. форме были определены ячейки, в которые вписываются показания газоанализатора «Инфракар – М». Таким образом, была получена единая форма файла, в которой содержатся все данные проведенного эксперимента. Было получено 45 комплексных файлов с данными для штатной системы.

Вторая часть испытаний проводилась с установленной на двигатель модернизированной впускной системой (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид двигателя с установленной модернизированной впускной системой.

Модернизация впускной системы двигателя заключается в установке между дроссельной заслонкой и впускным коллектором дополнительного патрубка. Внутренний диаметр патрубка соответствует диаметру дроссельной заслонки. Такой внутренний  диаметр патрубка выбран из условия обеспечения минимального аэродинамического сопротивления предлагаемой впускной системы. Длина дополнительного патрубка выбрана из условия обеспечения перекрытия зоны высокой турбулентности за дроссельной заслонкой, возникающей при дросселировании воздушного потока. Методика проведения испытаний во второй части эксперимента была аналогична методике первой части.

При проведении испытаний при помощи газоанализатора «Инфракар – М» были определены экологические показатели СО и СН работы двигателя со штатной и модернизированной системами впуска (табл. 1).

Таблица 1 – Экологические показатели работы двигателя со штатной и модернизированной впускными системами

Частота, мин-1

1000

2000

3000

Угол, °

15

30

45

15

30

45

15

30

45

Общий  трубопровод

СО, %

Штатная система

2,70

4,28

4,02

1,98

2,33

2,68

2,77

2,79

2,83

Модерн.система

2,78

4,28

4,51

1,80

2,56

2,67

2,06

2,14

2,29

СН, ppm

Штатная система

153

183

191

217

246

255

155

155

160

Модерн.система

122

171

196

245

249

259

152

152

153

1й- цилиндр

СО, %

Штатная система

2,67

4,33

4,25

2,08

2,38

2,10

3,79

3,66

3,62

Модерн.система

2,72

4,35

4,41

1,77

2,83

2,70

3,05

3,30

3,24

СН, ppm

Штатная система

220

307

312

334

364

381

181

218

211

Модерн.система

240

285

266

397

460

464

173

198

207

2й- цилиндр

СО, %

Штатная система

2,56

4,23

3,93

1,58

2,22

2,74

1,64

2,19

2,39

Модерн.система

2,72

4,33

4,42

1,67

2,33

2,65

1,11

1,35

1,37

СН, ppm

Штатная система

228

220

208

271

364

360

172

231

245

Модерн.система

179

217

225

286

329

366

169

203

223

3й- цилиндр

СО, %

Штатная система

2,92

4,52

4,08

1,66

1,98

2,53

1,78

2,06

2,37

Модерн.система

2,85

4,59

4,72

1,56

2,05

2,42

1,20

1,30

1,44

СН, ppm

Штатная система

212

258

233

296

385

364

159

197

215

Модерн.система

212

237

237

303

349

394

161

186

199

4й- цилиндр

СО, %

Штатная система

2,71

4,31

3,94

2,56

3,06

3,23

3,56

4,08

4,06

Модерн.система

2,79

4,21

4,45

2,30

3,15

3,16

2,85

2,92

3,15

СН, ppm

Штатная система

220

245

250

338

461

444

151

185

181

Модерн.система

265

241

249

372

394

473

136

161

166

По результатам замеров токсичности уходящих газов были построены графики зависимости СО (рис. 4) и СН (рис. 5) от угла поворота дроссельной заслонки при разных частотах вращения коленчатого вала для штатной и модернизированной систем впуска.

Рис. 4. Зависимость СО от угла открытия дроссельной заслонки при частоте вращения коленчатого вала ДВС 3000 мин-1штатной и модернизированной впускных систем:

а – штатная впускная система; б – модернизированная впускная система (цифрами обозначены номера цилиндров).

Рис. 5. Зависимость СН от угла открытия дроссельной заслонки при частоте вращения коленчатого вала ДВС 3000 мин-1 штатной и модернизированной впускных систем:

а – штатная впускная система; б – модернизированная впускная система (цифрами обозначены номера цилиндров).

Анализ графиков изменения СО и СН показал, что на модернизированной впускной системе уровень СО снижается на 33,3%, а уровень СН на 6,2%.

По цилиндрам сохраняется та же зависимость:

- по первому цилиндру уровень СО падает на 12,16%, СН на 2,38%;

- по второму цилиндру уровень СО падает на 40%, СН на 10%;

- по третьему цилиндру уровень СО падает на 39,58%, СН на 9,09%;

- по четвёртому цилиндру уровень СО падает на 23,17%, СН на 8,33%.

Процент вычислен при открытии дроссельной заслонки 45° и частоты вращения коленчатого вала двигателя 3000мин-1.

В результате установлено, что применение модернизированной системы впуска на двигателе, работающем в режиме дросселирования, приводит к снижению токсичности отработавщих газов ДВС.

Рецензенты:

Гоц Александр Николаевич, д.т.н. профессор кафедры тепловых двигателей и энергетических установок Владимирского государственного университета Министерства образования и науки, г. Владимир.

Кульчицкий Алексей Рэмович, д.т.н., профессор, заместитель главного конструктора ООО «ВМТЗ», г. Владимир.


Библиографическая ссылка

Жолобов Л.А., Суворов Е.А. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ВПУСКА НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8444 (дата обращения: 26.05.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252