Повышение эффективности использования КПГ на автомобилях КамАЗ с интеллектуальной системой подачи топлива

ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 13
1.1 Анализ применения газовых топлив в России 13
1.1 Анализ способов переоборудования мобильной сельскохозяйственной техники на сжатый метан 16
1.2 Перспективы переоборудования дизельных двигателей в АПК на газомоторное топливо 19
1.2.1 Анализ систем газовых двигателей 23
1.3 Анализ характеристик компримированного природного газа 31
1.4 Выводы. Цель и задачи исследования 37
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОПЛИВОПОДАЧИ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 38
2.1 Гипотеза исследований 38
2.2 Анализ термодинамики цикла ДВС 39
2.3 Экспериментальная система топливоподачи газового двигателя 43
2.4 Математическое моделирование терморегулирования топлива в газовых двигателях 48
2.5 Выводы 54
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 55
3.1 Программа экспериментальных исследований 55
3.2 Методика проведения стендовых исследований 56
3.2.2 Определение зависимости рабочих параметров от мощности ДВС 59
3.2.3 Определение токсичности отработавших газов газового двигателя 64
3.3 Методика эксплуатационных испытаний 71
3.4 Оптимизация параметров терморегулятора топлива 71
4 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫВОДЫ 75
4.1 Результаты стендовых испытаний 75
4.2 Результаты оптимизации конструктивных параметров регулятора 82
4.3 Анализ результатов эксплуатационных испытаний 88
4.4 Выводы 89
4.5 Интеграция цифровых технологий в систему топливоподачи автомобиля КамАЗ: внедрение системы EGR 90
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 92
5.1 Затраты на переоборудование системы топливоподачи 92
5.2 Снижение затрат на топливо 93
5.3 Годовой экономический эффект и срок окупаемости 94
5.4 Выводы 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
ПРИЛОЖЕНИЯ 110

Весь текст будет доступен после покупки

Объем диссертационной работы составляет 120 страниц машинописного текста. В основной части работы, занимающей 108 страниц, автор раскрывает графическое содержание с использованием 37 рисунков и 23 таблиц. Список литературы включает 116 наименований, среди которых 10 написаны на иностранных языках.
Ключевые слова: сельское хозяйство, газ, топливная экономичность, снижение токсичности, отработавшие газы.
Цель работы. Улучшение экологических и экономических показателей газовых двигателей, установленных на сельскохозяйственной технике.
Объект исследований: процесс терморегулирования в системе топливоподачи газовых двигателей, и сама система.
Предмет исследований:
Исследованы закономерности изменения рабочих характеристик газовых двигателей в зависимости от температуры компонентов топлива в системе подачи. В результате теоретических и экспериментальных исследований были выявлены взаимосвязи показателей эффективности функционирования системы подачи топлива для газовых двигателей. Сформулированы оптимальные параметры работы указанной системы, а также доказана экономическая целесообразность ее использования.

Весь текст будет доступен после покупки

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ применения газовых топлив в России


В начале XX века в России началось масштабное применение газа в качестве моторного топлива для внутренних сгорающих двигателей автотранспорта, что было вызвано стремлением государства расширить сырьевую базу топлива и создать альтернативу нефтяным топливам. В НАМИ были разработаны легковые автомобили, работающие на древесных поленьях и природном газе, которые были запущены в производство. В то время одной из основных проблем была недоступность газовых заправок, и поэтому было принято решение строить АГНКС. В 1950-е годы начался массовый выпуск транспортных средств, работающих как на сжатом природном, так и на сжиженном нефтяном газе. В дальнейшем правительство стратегически поддерживало использование газа в качестве моторного топлива, продолжая развивать инфраструктуру и стимулируя выпуск автомобилей с ГБО. Стали активно внедряться программы перевода транспорта на компримированный природный газ в 21 веке, что привело к значительному росту спроса на такие виды топлива. Правительство продолжало поддерживать эту тенденцию, устанавливая цены и стимулируя владельцев автомобилей к переходу на КПГ.
За границей перевод транспортных средств на альтернативные виды топлива, в том числе и на КПГ начался в конце 80-х, начале 90-х годов. В США в 1992 году принят Закон «Об энергетической политике» (Energy Policy Act), который был направлен на снижение энергетической зависимости США от других посредством экономии нефтяных топлив и их замены альтернативными топливами (рисунок 1.1), производимыми из собственного сырья [3].
Компримированный природный газ возможно получать из газовых скважин, в результате переработки нефти и путем выделения фракции газового конденсата или нефтяного попутного газа. По ряду своих преимуществ КПГ может заменить нефтяные топлива, но и некоторые из них превосходит [4].


Рисунок 1.1 — Структура распределения альтернативных топлив по программе Energy Policy Act (в бензиновом двигателе)
Исследование показывает, что примерно 30% замещения традиционных нефтяных топлив в транспорте приходится на компрессированный природный газ. Европейская программа «CIVITAS», запущенная в начале 2000-х годов, была задумана для улучшения экологии в городах Евросоюза путем внедрения передовых технологий транспорта и оптимизации городского транспортного движения. Газовые двигатели нашли широкое применение в городских автобусах и коммунальной технике, что способствует улучшению качества воздуха в городах.
В России месторождения природного газа характеризуются почти одинаковым составом в различных регионах. Газ в основном состоит из метана СН4 (от 82% до 98%) с небольшим содержанием этилена С2Н6 (до 6%), пропана С3Н8 (до 1,5%) и бутана С4Н10 (до 1%). Добыча газа на месторождениях, где также присутствует нефть, может привести к разным показателям содержания газов: варьируется доля метана (от 40% до 82%), пропана и бутана (от 4% до 20%). [5].
Метан (СН4) демонстрирует высокую критическую температуру -82°С, что затрудняет его перевод в жидкую фракцию при повышенном давлении, поскольку он остается в газообразном состоянии. Для превращения метана в жидкость необходимо его охладить до температуры ниже критической точки.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Пепина, Л.А.Загрязнение атмосферного воздуха автомобильно-дорожным комплексом/ Л.А. Пепина, А.Н. Созонтова А.Н. //Alfabuild. 2017. №1(1). – С.99- 110.
2. Вырубов, Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И., Круглов М.Г., Леонов О.Б., Меднов А.А., Мизернюк Г.Н., Орлин А.С., Роганов С.Г.; Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. / Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбини- рованных двигателей. /– https://bookmix.ru/book.phtml?id=2580465. – 372 с.
3. Лукшо, В.А. Комплексный метод повышения энергоэффективности газо- вых двигателей с высокой степенью сжатия и укороченными тактами впуска и выпуска : диссертация ... доктора технических наук : 05.04.02 / Лукшо Владислав Анатольевич; [Место защиты: Центр. науч.-исслед. автомобил. и автомотор. ин-т "НАМИ"]. – Москва, 2015. – 369 с. : ил.
4. Коровин, Н.В. Общая химия : учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / Н.В.Коровин. - 14-е изд., перераб. –М. : Издательский центр«Академия», 2013 – 496 с.
5. Смидович, Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник / Е. В. Смидович. — Изд. 3-е, перераб. и доп. — Москва : Альянс, 2017. — 328 с.
6. Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Ч.I. Топливо: учебное пособие / СПбГТУРП. – СПб., 2011. – 84 с.: ил.15.
7. Гюльмалиев, А.М. Классификация горючих ископаемых по структурно- химическим показателям и основные пути использования ископаемых углей / А. М. Гюльмалиев, Г. С. Головин, С. Г. Гагарин. - Москва : Трек, 2007. – 149 с.
8. Экспертно-аналитический доклад. Газомоторное топливо: произойдет ли реальное изменение баланса на внутреннем рынке // Фонд национальной энерге- тической безопасности, Москва, 2015. – 48 с.

Весь текст будет доступен после покупки