Поліпшення екологічних показників автомобілів та розширення паливної бази автомобільного транспорту шляхом застосування біоетанолу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний транспортний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПОЛІПШЕННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ АВТОМОБІЛІВ ТА РОЗШИРЕННЯ ПАЛИВНОЇ БАЗИ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ ШЛЯХОМ ЗАСТОСУВАННЯ БІОЕТАНОЛУ

Устименко Віктор Сергійович

УДК 629.113

Спеціальність 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в державному підприємстві “Державний автотранспортний науково-дослідний і проектний інститут” (ДП “ДержавтотрансНДІпроект”)

Міністерства транспорту і зв'язку України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Гутаревич Юрій Феодосійович,

Національний транспортний університет,

завідуючий кафедрою “Двигуни і теплотехніка”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Дикий Микола Олександрович,

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”.

професор кафедри “Теоретична та промислова теплотехніка”;

кандидат технічних наук, доцент

Ільченко Андрій Володимирович,

Житомирський державний технологічний університет,

доцент кафедри “Автомобілі і механіка технічних систем”.

Провідна установа: Національний аграрний університет

Кабінету Міністрів України, кафедри “Трактори і автомобілі” та

“Експлуатація машин та інженерний менеджмент”, м.Київ

Захист відбудеться “27” жовтня 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м.Київ-10, вул. Суворова,1, аудиторія 333.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м.Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий “26” вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Матейчик В.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Автомобільний транспорт відіграє значну роль в економіці України та в житті громадян. Разом з тим він є найбільшим споживачем моторних палив нафтового походження, штучним джерелом забруднення атмосферного повітря приблизно такої ж потужності, як енергетична галузь або сумарно всі інші галузі господарства, та одним з основних джерел викидів „парникових газів”.

Згідно з Законом України „Про деякі питання ввезення на митну територію України транспортних засобів” з 2006 р. введено екологічні норми Євро-2 для всіх імпортованих та нових вітчизняних легкових автомобілів, автобусів і сідельних тягачів. Дотримання жорстких екологічних вимог до колісних транспортних засобів (КТЗ) і двигунів, що запроваджено в Україні та в інших країнах-учасницях Женевської Угоди 1958 р., потребує використання моторних палив відповідної якості, без чого реалізація високих екологічних показників сучасних КТЗ неможлива.

П'ятий рік поспіль у світі загострюються проблеми, пов'язані із суттєвим подорожчанням нафти, вартість якої з 2002 р. зросла майже в 4 рази, що дає підстави вважати це проявом глобального вичерпання запасів нафти в умовах зростаючого попиту на нафтопродукти.

З урахуванням наявної в Україні сировинної бази (меляса, кукурудза, зернові) одним з основних альтернативних палив може стати біоетанол.. Однак, деякі властивості біоетанолу не дозволяють застосовувати його як повний замінник бензину без зміни конструкції та регулювань двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) і КТЗ в цілому. Тому на першому етапі буде доцільним широко запровадити сумішеві бензини, придатні для КТЗ, що перебувають в експлуатації, з добавками біоетанолу, етил-трет-бутилового ефіру (ЕТБЕ) - продукту переробки біоетанолу та інших сполук.

Заходи з розширення використання біопалив згідно з Директивою 2003/30/ЕС “Щодо сприяння використанню біологічних та інших відновлюваних палив для транспорту” слід розглядати з урахуванням жорстких екологічних вимог до КТЗ, які потребують застосування біопалив високої якості. З урахуванням цього актуальність роботи визначають проведені дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згідно з планами науково-дослідних робіт ДП “ДержавтотрансНДІпроект” 1998-2006 рр., зокрема, за договорами з УкрНДІНП “Масма” Мінпаливенерго України від 20.03.1998 №168/П “Проведення стендових та експлуатаційних випробувань сумішевого бензину з кисневмісною добавкою” та із Мінприроди України від 14.09.2004 № 19/1180/20/1-12120/Бп “Проведення наукових досліджень для оцінки ефективності впровадження технологій, що забезпечують запобігання виникнення та зниження забруднення атмосферного повітря пересувними джерелами” за бюджетною програмою “Розробка та впровадження заходів і механізмів формування умов екологічно-збалансованого (сталого) розвитку”, КПКВ 2401180.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розширення паливної бази автомобільного транспорту та поліпшення екологічних показників КТЗ шляхом застосування добавок біоетанолу до бензину. Для досягнення цієї мети в роботі вирішено такі задачі:

Розроблення загальної методики дослідження та проведення теоретичного дослідження впливу спиртових добавок до бензину (на прикладі біоетанолу) на показники роботи ДВЗ з іскровим запалюванням.

Уточнення математичної моделі руху КТЗ за європейським міським їздовим циклом UDC (далі - їздовий цикл) для оцінювання впливу добавок спиртових сполук до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ.

Проведення комплексу експериментальних стендових та дорожніх випробувань ДВЗ і КТЗ при використанні сумішевих бензинів з добавками біоетанолу та інших сполук, а також експлуатаційних випробувань підконтрольних груп КТЗ при роботі на базовому та сумішевому бензинах.

Перевірка адекватності математичних моделей ДВЗ та руху КТЗ за їздовим циклом при використанні сумішевого бензину з добавками біоетанолу.

Проведення розрахункового дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ.

Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження є вплив добавок спиртових сполук до бензину (на прикладі біоетанолу) на показники роботи ДВЗ і КТЗ.

Предмет дослідження. Предметом дослідження є екологічні, енергетичні показники та енергоефективність ДВЗ і КТЗ при використанні сумішевого бензину з добавками спиртових сполук (на прикладі біоетанолу).

Методи дослідження. Теоретичним методом досліджувався вплив спиртових добавок (на прикладі біоетанолу) до бензину на основні показники роботи ДВЗ з іскровим запалюванням. Розрахунками за допомогою уточненої математичної моделі досліджувався вплив добавок біоетанолу до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ при русі за їздовим циклом.

Експериментальним методом досліджувалися при використанні базового та сумішевого бензинів: ДВЗ МеМЗ-245 як споживач палива, повітря та джерело енергії і шкідливих викидів; паливна економічність КТЗ ЗАЗ_1102 при його русі за їздовим циклом на тяговому роликовому стенді; екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ під час стендових і дорожніх випробувань; експлуатаційні показники КТЗ та надійність роботи ДВЗ під час експлуатаційних випробувань; детонаційна стійкість сумішевих бензинів з добавками біоетанолу та інших сполук.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну складають:

Результати теоретичного дослідження впливу величини добавки біоетанолу до бензину, які показали, що добавка біоетанолу до 10 % за об'ємом не приводить до значної зміни показників ДВЗ з іскровим запалюванням.

Уточнена математична модель руху КТЗ за їздовим циклом, яка дозволила оцінювати вплив добавок спиртових сполук до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ.

Результати розрахункового дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину, які показали, що застосування добавок біоетанолу дозволяє підвищити в умовах експлуатації енергоефективність КТЗ, зменшити витрату базового бензину та значно знизити викиди продуктів неповного згоряння палива (монооксиду вуглецю та вуглеводнів) з відпрацьованими газами (ВГ), при цьому викиди оксидів азоту залежать від завантаження ДВЗ і при експлуатації у міських умовах не повинні бути більшими, ніж на бензині, що дозволяє очікувати зниження сумарних шкідливих викидів.

Практичне значення одержаних результатів. Практичну цінність одержаних результатів становлять:

Числові значення екологічних, енергетичних показників та енергоефективності ДВЗ і КТЗ при роботі на сумішевих бензинах з добавками біоетанолу та інших сполук.

Результати експлуатаційних випробувань підконтрольних груп КТЗ при використанні базового та сумішевого бензину з добавкою біоетанолу з оцінюванням її впливу на експлуатаційні показники КТЗ і надійність роботи ДВЗ, за якими встановлено відсутність суттєвої зміни динамічних показників КТЗ і об'ємної витрати палива при роботі на сумішевому бензині в умовах міста та визначено, що фізико-хімічні властивості сумішевого бензину із добавкою біоетанолу залишаються незмінними тривалий час при дотриманні відповідних умов зберігання..

Результати експериментального дослідження, які дозволили обгрунтувати нормативне обмеження вмісту біоетанолу в сумішевому бензині з урахуванням експлуатаційних показників КТЗ.

Результати оцінювання детонаційної стійкості сумішевих бензинів з добавками біоетанолу та інших сполук під час лабораторних та моторних випробувань.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем розроблено загальну методику досліджень та проведено теоретичні дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину на показники роботи ДВЗ, уточнено математичну модель визначення показників КТЗ під час руху за режимами їздового циклу, проведено розрахункові дослідження на моделі, розроблено методику і проведено експериментальні стендові випробування ДВЗ і КТЗ, дорожні випробування КТЗ та експлуатаційні випробування підконтрольних груп КТЗ. Здобувач брав участь у розробленні оптимізованих рецептур сумішевих бензинів з добавками біоетанолу та інших сполук.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були представлені і доповідалися на 42-ій та 50-ій міжнародних науково-технічних конференціях “Автомобіль і довкілля” (ФДУП “НДЦВАМТ”, Російська Федерація, м. Дмитрів, 2003 і 2005), на міжнародній науково-технічній конференції “Удосконалення конструктивних і експлуатаційних показників автомобілів і машин” (НТУ, 2003), на міжнародних науково-практичних конференціях ДП “ДержавтотрансНДІпроект” в 2003-2005, на міжнародному симпозіумі “Якість та довкілля - 2004” (м. Київ), на щорічних наукових конференціях НТУ в 2001, 2003, 2004, на міжнародному семінарі в рамках проекту Європейської Комісії “Стратегія розширення біопалива на Східноєвропейському ринку” (м. Київ, 2005), на 5-му та 6-му міжнародних бізнес-форумах “Світ зріджених та стиснених газів” (м. Київ, 2005-2006).

Результати досліджень використано як обгрунтування Закону України “Про внесення змін до деяких законів України щодо стимулювання виробництва бензинів моторних сумішевих” від 23.02.2006 №3502-IV та пріоритетних завдань і напрямків реалізації Галузевої програми енергозбереження та впровадження альтернативних видів палива на транспорті на 2006-2010 роки, затвердженої наказом Мінтрансзв'язку України від 09.02.2006 №114, враховано при розробленні ГСТУ 320.00149943.015-2000 “Бензини моторні сумішеві. Технічні умови”, використано Державним департаментом автомобільного транспорту України Мінтрансзвязку України, Департаментом з питань нафтової, газової та нафтопереробної промисловості Мінпаливенерго України, Департаментом екологічної безпеки та поводження з небезпечними речовинами та відходами Мінприроди України, нафтохімічним заводом “Галол” (м. Дрогобич), що підтверджено довідками про використання .

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано в 14 статтях, 8 з яких у фахових виданнях, та в 2 тезах доповідей, отримано патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, який налічує 102 найменування, та додатків. Роботу викладено на 171 сторінці (з них 153 сторінки основного тексту, 41 рисунок, 22 таблиці).

Основний зміст

біоетанол бензин двигун

У вступі охарактеризовано автомобільний транспорт як одне з основних джерел шкідливих викидів і „парникових газів” та найбільший споживач моторних палив нафтового походження, показано актуальність досліджень, направлених на покращення екологічних показників і енергозабезпечення КТЗ використанням альтернативних палив, зокрема, добавок біоетанолу до бензинів, визначено мету, задачі, об'єкт і предмет дослідження, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено дані про їх апробацію та публікації.

Перший розділ. У першому розділі проведено аналіз шляхів розширення паливної бази автомобільного транспорту застосуванням альтернативних палив, наведено характеристики відомих альтернативних палив, оцінено потенціальну можливість розширення їх використання, наведено дані раніше проведених досліджень. Показано, що спиртові палива є одними з найбільш перспективних замінників палив нафтового походження. Наведено дані щодо можливості покращення екологічних показників КТЗ при їх застосуванні. Обгрунтовано доцільність запровадження на першому етапі сумішевих бензинів, придатних для КТЗ, що перебувають в експлуатації, з добавками біоетанолу та продуктів його переробки.

Другий розділ присвячено теоретичному дослідженню впливу добавок спиртових сполук до бензину (на прикладі біоетанолу) на показники ДВЗ та КТЗ. Ці дослідження є складовою загальної методики, блок-схему якої показано на рис.1.

1	Аналіз досліджень використання альтернативних палив для розширення паливно-енергетичної бази автомобільного транспорту
2	Аналіз досліджень використання спиртових сполук як добавок до моторних палив нафтового походження
3	Теоретичне дослідження впливу добавок спиртових сполук до бензину (на прикладі біоетанолу) на показники двигуна
4	Уточнення математичної моделі руху КТЗ для дослідження впливу добавок спиртових сполук на його екологічні, енергетичні показники та енергоефективність
5	Експериментальні дослідження ДВЗ на бензині з добавкою біоетанолу
6	Стендові випробування КТЗ на бензині з добавкою біоетанолу
7	Перевірка адекватності математичної моделі руху КТЗ за їздовим циклом
8	Дорожні та експлуатаційні випробування КТЗ на сумішевому бензині
9	Розрахункове дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність КТЗ в умовах експлуатації

Рис. 1. Блок-схема загальної методики проведення досліджень

В теоретичних дослідженнях впливу величини добавок спиртових сполук (далі - спирту) на показники роботи ДВЗ було враховано основні відмінності їх фізико-хімічних властивостей від бензину, зокрема, нижчої теплоти згоряння hн , густини  , теплоти випаровування Qвип , наявність у спирті кисню та інші відмінності.

Вплив цих відмінностей оцінювався відносною зміною показників роботи ДВЗ на сумішевому бензині з різним вмістом біоетанолу порівняно з базовим бензином. Склад паливоповітряної суміші на базовому бензині приймався стехіометричним. Як приклад, відносна зміна індикаторного крутного моменту оцінювалася за залежністю:

(1)

де = ? - відносна зміна нижчої теплоти згоряння бензину внаслідок добавки спирту до бензину; = ? - те ж для коефіцієнта наповнення; = ? - те ж для теоретично необхідної кількості повітря для згоряння 1 кг бензину, де , , - відповідні показники на базовому бензині, а , , - на сумішевому.

Зміна екологічних показників двигуна при переході на сумішевий бензин обумовлена, насамперед, зміною складу паливоповітряної суміші, тому при визначенні концентрацій монооксиду та діоксиду вуглецю (СО і CO2), а також вуглеводнів CmHn у ВГ враховувалася зміна в результаті добавки кисневмісних сполук. Концентрації цих речовин у ВГ відносно відповідних концентрацій при  = 1,0 визначалися за відомими емпіричними залежностями. Як приклад для СО:

; (2)

де - концентрація СО у ВГ при  = 1,0.

За результатами теоретичних досліджень отримано залежності відносних змін основних показників роботи ДВЗ та показників палива від вмісту біоетанолу в сумішевому бензині: - коефіцієнта надміру повітря = ?, питомої витрати палива = ?, та і , абсолютної зміни температури на впуску та інші показники, які показано на рис. 2-5.

При цьому відносну зміну показано на рис.4 для двох випадків: коли враховується зміна параметрів роботи ДВЗ на сумішевому бензині (крива 3) та коли враховується лише зміна (крива 1). Зоною між кривими 1 і 3 обмежено можливе збільшення при переході на сумішевий бензин залежно від особливостей конструкції ДВЗ, зокрема, системи живлення та умов експлуатації. При вмісті біоетанолу 6 % об. збільшення складає для першого випадку - 2,6 %, для другого - 0,8 %.

В цілому теоретичними дослідженнями показано, що використання сумішевого бензину призведе до зростання , при цьому енергоефективність залишиться незмінною при роботі на збіднених паливоповітряних сумішах і покращиться в режимах, де використовуються збагачені паливоповітряні суміші - холостий хід та режим повного навантаження. Енергетичні показники ДВЗ залишаться майже незмінними. Слід очікувати зниження концентрацій продуктів неповного згоряння палива у ВГ СО і CmHn та незначного збільшення СО2. Концентрація оксидів азоту NOx у ВГ залежить від багатьох факторів, які важко врахувати теоретично, тому її зміну слід визначати експериментально. Але наявна тенденція зростання NOx .

В третьому розділі наведено уточнену математичну модель руху КТЗ за європейським міським їздовим циклом UDC. За основу прийнято модель, розроблену на кафедрі “Двигуни і теплотехніка” НТУ. Математична модель включає диференціальні рівняння руху КТЗ та алгебраїчні рівняння, які описують ДВЗ, як споживач палива, джерело енергії та шкідливих викидів. Вплив спиртових сполук враховано при визначенні витрати палива та концентрацій шкідливих речовин (ШР) у ВГ.

При використанні бензину з добавкою спиртових сполук, якщо не враховувати можливі зміни коефіцієнта надміру повітря б, коефіцієнта наповнення зV і теоретично необхідної кількості повітря l0, витрата сумішевого бензину визначається так:

(3)

де - годинна витрата бензину без добавки спиртових сполук;

- нижча теплота згоряння сумішевого бензину.

Якщо враховувати можливу зміну б, зV і l0 витрата палива визначається:

(4)

Концентрації ШР залежно від об'ємного вмісту біоетанолу в бензині rc визначали за залежностями:

(5)

(6)

(7)

де - коефіцієнт надміру повітря на базовому бензині.

Концентрацію оксидів азоту визначали аналогічно, але з врахуванням впливу зміни температури на впуску:

(8)

де - відносна зміна температури на впуску.

Концентрацію ШР, витрати палива і повітря на базовому бензині було визначено експериментально і описано поліноміальними залежностями від розрідження у впускному трубопроводі ДВЗ і частоти обертання nд. Необхідні крутний момент Мк і частоту обертання nд під час руху КТЗ за режимами їздового цикла визначали, виходячи з рівнянь тягового балансу КТЗ. Як приклад, для випадку розгону КТЗ з блокованим зчепленням визначали з рівняння:

(9)

де - радіус кочення колеса, м; rд - динамічний радіус колеса, м; - механічний ККД трансмісії; - коефіцієнт, який враховує маси КТЗ, які обертаються; Ga - маса КТЗ, кг; ? прискорення КТЗ, м ?с2; - експериментальний коефіцієнт неусталеного режиму; Ui і Up - передаточні числа коробки передач та головної передачі; - сила опору коченню; - сила опору підйому (спуску); - сила опору повітря (kF - фактор опору повітря, Н с2?м2); визначали з рівняння:

 (10)

Залежно від швидкості КТЗ V і передачі, що використовували, визначали :

(11)

За розрахованими Мк і визначали розрідження у впускному трубопроводі . З використанням і розраховували концентрації ШР у ВГ, витрати палива і повітря на базовому бензині. На сумішевому бензині ці показники визначали за залежностями 3-8. За визначеними концентраціями ШР та витратами палива і повітря розраховували за відомими залежностями масові викиди ШР в окремих режимах цикла та в циклі в цілому.

Для більш грунтовного оцінювання споживання енергії та впливу на створення “парникових газів” моторних палив різних за походженням і з різними фізико-хімічними властивостями було запропоновано включити до математичної моделі оцінку витрати енергії та масових викидів СО2 з ВГ під час руху КТЗ за міським їздовим циклом з урахуванням життєвого циклу палива, що споживає КТЗ. Було виведено залежності питомої витрати енергії (енергоефективності) і масових викидів СО2 за їздовий цикл, якими врахували витрату енергії і викиди СО2 під час видобування викопних енергоносіїв або вирощування рослинної сировини, виконання технологічних процесів з переробки сировини і виробництва палив, транспортування тощо. Ці залежності мають такий вигляд:

- питома витрата енергії за їздовий цикл при роботі КТЗ на базовому бензині:

 (12)

- питома витрата енергії за їздовий цикл на сумішевому бензині:

(13)

- масові викиди СО2 за їздовий цикл на базовому бензині:

(14)

- масові викиди СО2 за їздовий цикл на сумішевому бензині:

(15)

де , - масові витрати відповідно базового і сумішевого бензинів за їздовий цикл, г/цикл; - масові викиди СО2 з ВГ за їздовий цикл, г/цикл; , - коефіцієнти, якими враховано витрати енергії на виробництво базового бензину і біоетанолу в розрахунку на один МДж палива; , - коефіцієнти, якими враховано масові викиди СО2 під час виробництва базового бензину і біоетанолу в розрахунку на один МДж палива.

Для проведення розрахунків було використано дані результатів досліджень, проведених у 2003 р. у Шефілдському університеті (Англія), щодо усередненої кількості енергії, потрібної для виробництва бензину - 1,19 МДж/ МДж; біоетанолу з цукрового буряку - 0,496 МДж/ МДж; та з зернових - 0,464 МДж/ МДж; а також щодо усереднених викидів СО2 під час виробництва бензину - 81 г/ МДж; біоетанолу з буряку - 40 г/ МДж, та з зернових - 29 г/ МДж. За цими даними для розрахунків обрано значення коефіцієнтів: =0,48; =1,19; =35 г/ МДж; =81 г/ МДж.

В четвертому розділі розкрито мету, програму, методику та наведено результати експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження включали визначення фізико-хімічних властивостей базового і сумішевого бензинів, стендові випробування ДВЗ та КТЗ, а також дорожні і експлуатаційні випробування КТЗ на цих бензинах. Об'єктами експериментальних досліджень були сумішеві бензини з різним вмістом біоетанолу, двигуни МеМЗ-245 та С30NE, автомобілі ЗАЗ-1102 “Таврія”, ГАЗ-24-01, ЗІЛ, автобуси ЛАЗ-695-НГ, РАФ-2203, для живлення яких використовували базові та сумішеві бензини.

Для експериментальних досліджень застосовували дослідні зразки біоетанолу (колишня назва ВКД), на який пізніше було розроблено ТУ У 30183376.001-2000 “Біоетанол. Технічні умови”. Під час дослідження властивостей бензоетанольних сумішей було виявлено і досліджено синергетичний вплив біоетанолу та композиційних добавок з вмістом біоетанолу на детонаційну стійкість бензинів з різним вихідним октановим числом і встановлено, що додавання до бензину 50…60 % за об'ємом біоетанолу забезпечує 75…90 % від максимального підвищення октанового числа суміші, тобто на 15…25 октанових одиниць (о.о.), як це показано на рис. 6 для бензину А-80. Добавка лише 5...6 % об. біоетанолу дозволяє підвищити октанове число бензину А-92 на 2-3 о.о. (рис. 7) та на 3-4 о.о. - А-80.

Вплив добавки біоетанолу (до 100 %) до бензину А-80 на детонаційну стійкість суміші (з ефектом синергізму)



Залежність детонаційної стійкості сумішевого бензину на основі А-92 від вмісту біоетанолу (до 12 % об.)

Дослідження динамічних показників КТЗ РАФ-2203, які оцінювали часом розгону і вибігу КТЗ на стенді тягових якостей мод. 4819 при використанні базового і сумішевого бензинів показали, що ці показники при використанні сумішевого бензину (25 % об. А-92, 69 % об. А-76, 6 % об. біоетанолу) не змінилися, відхилення часу розгону і вибігу було в межах похибки експерименту. Результати випробувань наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Результати випробувань КТЗ РАФ-2203 на тяговому стенді

№ заміру	А-92	Сумішевий бензин	розг., %	виб., %
	Час розгону, с	Час вибігу, с	Час розгону, с	Час вибігу, с
1	3,5	7,5	3,5	7,6
2	3,4	7,4	3,5	7,5
3	3,5	7,4	3,5	7,5
4	3,4	7,4	3,5	7,5
5	3,4	7,6	3,5	7,6
Cер.знач	3,44	7,46	3,50	7,54	+1,7	+1,1

Вплив застосування сумішевого бензину в умовах експлуатації на паливну економічність автомобіля оцінювали під час дорожніх випробувань КТЗ РАФ-2203 за міським маршрутом довжиною 7,56 км у восьми заїздах. На маршруті було визначено шість проміжних пунктів, де фіксували витрату бензину і час руху з початку руху. Час руху в заїздах і середню швидкість руху КТЗ витримували приблизно однаковими у всіх заїздах. В результаті статистичної обробки експериментальних даних зафіксовано збільшення витрати сумішевого бензину в порівнянні з базовим на 0,13 %.

Експлуатаційні випробування КТЗ на сумішевому бензині показали, що його фізико-хімічні властивості за правильних умов зберігання залишаються незмінними тривалий час. Результати експлуатаційних випробувань дозволили обгрунтувати нормативне обмеження вмісту біоетанолу в сумішевому бензині з урахуванням експлуатаційних показників КТЗ.

При стендових випробуваннях двигуна МеМЗ-245 було визначено серію навантажувальних характеристик в пґяти швидкісних режимах та швидкісні характеристики самостійного та примусового холостого ходу. Як приклад на рис. 8 показано навантажувальні характеристики ДВЗ при nд=3000 хв-1. В результаті стендових випробувань отримано дані для опису двигуна як джерела енергії, шкідливих викидів та споживача палива.

Характеристики було визначено на базовому бензині А-95 та сумішевому, (93,1 % об. А-95, 5 % об. біоетанолу, 1,9 % об. стабілізатора). Як видно з характеристик, параметри, які можуть вплинути на показники роботи ДВЗ (кут випередження запалювання ?, розрідження у впускному трубопроводі Дpк, годинна витрата повітря Gпов) на обох паливах були практично однаковими.

Потужність двигуна Ne при переході з А-95 на сумішевий бензин незначно зменшилася (на 1,8 %) з 24,31 кВт до 23,87 кВт, що можна пояснити значним збідненням паливоповітряної суміші на сумішевому бензині (коефіцієнт надміру повітря б при повному навантаженні зріс з 0,977 до 1,037).

Температура відпрацьованих газів Твг дещо знизилася на сумішевому бензині, що в певній мірі підтверджує теоретичний висновок про можливість зниження температури свіжого заряду. Годинна Gп та питома ge витрати палива при переході на сумішевий бензин незначно зросли.

В режимі повного навантаження питома витрата палива становила: для базового бензину 280,95 г/кВт.год, для сумішевого - 287,49 г/кВт.год, тобто збільшення складає 2,3 %. Це практично співпадає з теоретично визначеним зростанням питомої витрати палива при використанні сумішевого бензину (крива 1, рис. 4) для випадку, коли регулювання ДВЗ залишаються незмінними.

Зміна хімічного складу бензину та складу паливоповітряної суміші стали причиною зміни складу ВГ. В навантажувальних режимах, в яких ДВЗ працює на дещо збагачених або близьких до стехіометричного складах паливоповітряної суміші при використанні базового бензину перехід на сумішевий бензин призвів до значного зниження вмісту у ВГ СО, CmHn та зростання NOx. При повному навантаженні, де паливоповітряна суміш на базовому бензині збагачена, вміст СО зменшився з 3,28 % до 1,99 % (на 39 %), CmHn - з 750 млн-1 до 645 млн-1 (на 14 %), вміст NOx зріс з 2150 млн-1 до 2750 млн-1 ( на 27,9 %), вміст СО2 зріс з 12,8 % до 13,1 % (на 2,3 %).

Це підтверджує висновки теоретичних досліджень про характер зміни концентрації шкідливих речовин в відпрацьованих газах при добавках до бензину спиртових сполук, а для концентрацій СО і CmHn експериментально отримані числові значення близькі до розрахованих теоретично (рис. 5).

Збіднення паливоповітряної суміші при переході на сумішевий бензин має місце майже в усіх навантажувальних часткових режимах (рис. 8), але в зв'язку з тим, що в цих режимах двигун на базовому бензині працює на значно збідненій суміші (б ? 1,2) подальше збіднення суміші практично не призвело до зміни концентрацій ШР, хоча концентрації CmHn знизилися, що вказує на покращення протікання робочого процесу. Різниця в концентраціях NOx із зниженням навантаження зменшується і в зоні малих навантажень концентрація NOx для обох бензинів практично однакова.



а б

Навантажувальні характеристики двигуна МеМЗ-245

Таким чином, проведені експериментальні дослідження ДВЗ МеМЗ-245 підтвердили результати теоретичних досліджень, що при переході на сумішевий бензин питома витрата палива зростає в порівнянні з базовим бензином, концентрації СО і CmHn у ВГ знижуються, NOx при бідних паливоповітряних сумішах практично не змінюються, а при збагачених - зростають.

Для перевірки адекватності уточненої математичної моделі були проведені стендові випробування автомобіля ЗАЗ-1102 „Таврія” за режимами європейського їздового циклу. Як оціночний показник застосовувалася витрата палива: базового бензину А-92 і сумішевого (94 % об. А-92 та 6 % об. біоетанолу) за цикл. Результати експериментальних досліджень за серією випробувань з 8 послідовних елементарних циклів наведено в таблиці 2.

Середньоквадратична та найбільш вірогідна похибка для випадку роботи на базовому бензині А-92 відповідно складали д = ±0,166 мл, с = ±0,11 мл, на сумішевому бензині - д = ±0,106 мл, с = ±0,07 мл. Таким чином, витрата А-92 за один елементарний їздовий цикл дорівнювала 79,74±0,11 мл/цикл або 60,12±0,08 г/цикл, сумішевого бензину 80,95±0,07 мл/цикл або 61,28±0,05 г/цикл, тобто масова витрата сумішевого бензину збільшилася на 1,5 % у порівнянні з бензином А-92.

Таблиця 2

Результати стендових випробувань автомобіля ЗАЗ-1102 „Таврія” за європейським міським їздовим циклом на базовому та сумішевому бензині

Бензин	№№ елементарного їздового циклу	Витрата палива за елементарний цикл, мл	Відхилення від середнього значення	Е2
Сумішевий, густина при 200С r = 0,757 г/см3	1	81,5	-0,55	0,3025
	2	80,7	0,25	0,0625
	3	81,0	-0,05	0,0025
	4	80,8	0,15	0,0225
	5	81,3	-0,35	0,1225
	6	80,7	0,25	0,0625
	7	80,9	0,05	0,0025
	8	80,7	0,25	0,0625
	Середнє значення	80,95		?=0,64
Базовий А-92, густина при 200С r = 0,754 г/см3	1	80,4	-0,66	0,4356
	2	79,9	-0,16	0,0256
	3	79,6	0,14	0,0196
	4	79,0	0,74	0,5476
	5	80,4	-0,66	0,4356
	6	79,6	0,14	0,0296
	7	79,5	0,24	0,0576
	8	79,8	0,06	0,0036
	Середнє значення	79,74		?=1,548

В п'ятому розділі наведено результати перевірки достовірності теоретичних висновків щодо зміни показників роботи ДВЗ при використанні бензинів з добавками спиртових сполук, перевірки адекватності математичної моделі, результати розрахункового дослідження впливу добавок біоетанолу на показники роботи КТЗ та охарактеризовані напрями подальших досліджень, необхідних для розширення паливної бази автомобільного транспорту шляхом застосування біоетанолу.

Результати розрахунків витрати палива КТЗ в русі за їздовим циклом близькі до експериментальних. Отримана в експериментальних дослідженнях витрата базового бензину автомобілем ЗАЗ-1102 „Таврія” за один елементарний їздовий цикл складає 60,12 г/цикл, розрахована на математичній моделі, витрата складає 60,47 г/цикл, тобто різниця становить лише 0,6 %.

Порівняння паливної економічності автомобіля ЗАЗ-1102 „Таврія” за роботи на сумішевому бензині з добавкою 6 % об. біоетанолу показує, що експериментально визначена витрата сумішевого бензину становить 61,28 г/цикл, розрахована на математичній моделі для випадку, коли не вносяться зміни в регулювання та конструкцію ДВЗ, дорівнює 62,23 г/цикл, тобто різниця складає 1,6 %. Це підтверджує адекватність уточненої математичної моделі, що дозволяє використовувати її для теоретичного дослідження показників КТЗ на сумішевому бензині.

Розрахунки на математичній моделі показують, що на витрату палива КТЗ, викиди ШР в русі за їздовим циклом значний вплив має ваговий стан КТЗ, тому дослідження виконували для завантаження Gвп = 75 кг та Gвп = 175 кг. Для прикладу вплив біоетанолу на викиди СО, Nox та витрату енергії (енергоефективність) при різному завантаженні показано відповідно на рис.9 а, 9 б і 10. Показники КТЗ визначали як з врахуванням зміни лише нижчої теплоти згоряння (без змін конструкції і регулювань ДВЗ), так і теоретично значення показників, які можна досягти шляхом внесення відповідних змін в регулювання і конструкцію ДВЗ.



Залежності масових викидів СО (а) і NОx (б) ЗАЗ-1102 на сумішевому бензині від вмісту біоетанолу, розраховані на математичній моделі для руху за їздовим циклом: 1, 4 - без змін регулювань і конструкції ДВЗ, Gвп = 175 кг; 2, 5 - без змін регулювань і конструкції ДВЗ, Gвп = 75 кг; 3 - теоретично можливе, Gвп = 175 кг



Залежності витрати енергії КТЗ ЗАЗ-1102 на сумішевому бензині від вмісту біоетанолу, розраховані на математичній моделі для руху за їздовим циклом без урахування ПЖЦ бензину і біоетанолу (а) та з урахуванням ПЖЦ (б): 1, 4 - без змін регулювань і конструкції ДВЗ, Gвп = 175 кг; 2, 5 - теоретично можливе, Gвп = 175 кг; 3, 6 - без змін регулювань і конструкції ДВЗ, Gвп = 75 кг

Розрахунки на математичній моделі показали, що при добавці до бензину 6 % об. біоетанолу витрата сумішевого бензину становить 102,9 %, викиди CO -88,7 %, викиди CmHn - 89 % у порівнянні з базовим бензином. Викиди NOx залежать від завантаження КТЗ і, відповідно, ДВЗ. При повному завантаженні викиди NOx складають 106 %, при частковому - 96 % у порівнянні з базовим бензином.

З використанням результатів теоретичних та експериментальних досліджень було розроблено і випробувано чотири рецептури сумішевих бензинів, на яких були проведені випробування ДВЗ з системою розподіленого впорскування бензину С30NE та карбюраторного ДВЗ МеМЗ-245. Для ДВЗ МеМЗ-245 випробування показали, що ефективна потужність двигуна при переході на сумішевий бензин практично не змінюється, спостерігається незначне зростання масової витрати сумішевого бензину, має місце зниження концентрацій продуктів неповного згоряння у ВГ, концентрація NOх в зоні повних навантажень зростає. Для ДВЗ С30NE, який обладнано системою управління із зворотним зв'язком, що підтримує склад суміші, близький до стехіометричного, концентрації ШР у ВГ практично не змінюються. Сумішеві бензини, на яких проводилися дослідження, не розшаровувалися і були рекомендованими для перевірки в умовах експлуатації.

Значний вплив добавки біоетанолу на октанове число сумішевого бензину дозволив за результатами досліджень, лабораторних аналізів, експлуатаційних, дорожніх і стендових випробувань розробити рецептури сумішевих бензинів оптимізованого складу, які повністю відповідали вимогам до бензинів А-92 і А-95 за детонаційною стійкістю, фізико-хімічними та експлуатаційними властивостями. Це також дозволило обгрунтувати створення нових конкурентноспроможних композиційних добавок для широкого застосування як високооктанових компонентів під час виробництва бензинів, враховуючи більш високу ефективність у порівнянні з чистими оксигенатами такими, як біоетанол та ефіри (МТБЕ, ЕТБЕ).

Висновки

1. У зв'язку з дефіцитом палив нафтового походження велика увага приділяється альтернативним паливам, насамперед, паливам з відновлюваної сировини. До таких палив відноситься біоетанол та сполуки на його основі. Застосування біоетанолу для живлення двигунів КТЗ дозволить розширити паливну базу автомобільного транспорту. Біоетанол як моторне паливо має як позитивні так і негативні властивості, тому на першому етапі його доцільно використовувати як добавку до бензину. Дослідження впливу добавок біоетанолу до бензину на показники роботи ДВЗ та КТЗ і складають суть даної дисертаційної роботи.

2. Проведені теоретичні дослідження показали, що добавка біоетанолу до бензину впливає на параметри робочого процесу ДВЗ, зокрема, на теоретично необхідну кількість повітря для згоряння одиниці маси такого сумішевого бензину та коефіцієнт надміру повітря. При добавці 6 % об. перший параметр зменшується на 2,58 %, другий - збільшується на 2,37 %.

3. Проведені з використанням теоретичних залежностей розрахунки показують, що робота ДВЗ на бензині з добавками біоетанолу супроводжується зростанням питомої витрати палива в масових одиницях. Величина цього зростання залежить від багатьох факторів. При вмісті спирту 6 % об. зростання питомої витрати палива знаходиться в межах 0,8...2,6 %.

4. Проведені з використанням відомих експериментальних залежностей розрахунки показують, що добавка біоетанолу до бензину призведе до зниження вмісту у ВГ ДВЗ СО та CmHn . Вміст NOx може незначно зрости, але питання щодо його зміни може бути вирішене лише експериментальним шляхом. Для випадку роботи двигуна на стехіометричній паливоповітряній суміші на базовому бензині при переході на бензин із добавкою спирту 6 % об можна очікувати зниження вмісту CO на 47 %, CmHn - на 13 % та зростання NOx на 11 %. Величина зміни вмісту названих компонентів залежить від складу паливоповітряної суміші.

5. Експериментальні дослідження показали, що в умовах експлуатації фізико-хімічні властивості бензинів із добавками біоетанолу за правильних умов зберігання залишаються незмінними тривалий час. Під час експлуатації автомобілів в умовах міста не встановлено суттєвої різниці у витратах товарного й сумішевого бензинів з добавкою біоетанолу 6 % об. Динамічні показники КТЗ при застосуванні сумішевого бензину такі ж, як і на товарному бензині.

6. Стендові випробування двигуна МеМЗ-245 показали, що при використанні бензину із вмістом БІОЕТАНОЛУ 5 % об. потужність ДВЗ при частоті обертання 3000 хв-1 зменшилась лише на 1,8 % внаслідок збіднення паливо повітряної суміші. У режимі повного навантаження питома витрата палива при використанні сумішевого бензину зросла на 2,3 %, концентрації СО та CmHn у ВГ знижуються відповідно на 39 % та 14 %, а NOx - зростають на 27,9 %. На часткових навантажувальних режимах, де ДВЗ працює на збіднених сумішах, при переході на сумішевий бензин також спостерігається зростання питомої витрати палива при практично незмінних концентраціях NOx і зменшенні концентрацій CmHn у ВГ.

7. Стендові випробування автомобіля ЗАЗ-1102 „Таврія” за міським їздовим циклом показали, що при переході на бензин із добавкою біоетанолу 6 % об. витрата палива зростає в порівнянні з базовим бензином на 1,9 %.

8. Розрахунки на математичній моделі (адекватність якої доведена експериментом), що описує рух автомобіля ЗАЗ-1102 „Таврія” за міським їздовим циклом показали, що при добавці до бензину спиртових сполук 6 % об. витрата сумішевого бензину складає 102,9 %, викиди CO - 88,7 %, викиди CmHn - 89 % в порівнянні з товарним бензином. Викиди NOx залежать від завантаження автомобіля й, відповідно, ДВЗ. При повному завантаженні викиди NOx 106 %, при частковому завантаженні - 96 % в порівнянні з товарним бензином. З урахуванням повного життєвого циклу палив енергоефективність КТЗ на сумішевому бензині із добавкою біоетанолу 6 % об. поліпшується в умовах експлуатації на 3,6 % (без змін регулювань і конструкції ДВЗ), теоретично можливе поліпшення - 5,6 %, викиди СО2 не зростають і мають тенденцію до зменшення.

9. Висновки та результати досліджень прийняті до використання Державним департаментом автомобільного транспорту України, Департаментом з питань нафтової, газової та нафтопереробної промисловості Мінпаливенерго України, Департаментом екологічної безпеки та поводження з небезпечними речовинами та відходами Мінприроди України та нафтохімічним заводом “Галол” (м. Дрогобич).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Редзюк А.М., Рубцов В.О., Устименко В.С., Михненко Є.О., Олійников О.П. Проблеми та перспективи застосування сумішних бензинів з високооктановою кисневмісною добавкою як автомобільного палива // Автошляховик України. Окр. вип. Вісник Центрального наукового центру ТАУ.- Вип. 2.-1999.-С.25-27.

2. Гутаревич Ю.Ф., Мержиєвська Л.П., Устименко В.С. Дослідження впливу регулювань на економічність і токсичність відпрацювавших газів автомобіля розрахунковим методом // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів.- Вип. 11.- К..-2001.-С.45-50.

3. Редзюк А.М., Устименко В.С., Клименко О.А Гутаревич Ю.Ф. Вплив високооктанової кисневмісної добавки до бензину на паливну економічність та екологічні показники автомобілів // Автошляховик України. Окр. вип. Вісник Північного наукового центру ТАУ.- Вип. 6.-2003.-С.34-35.

4. Редзюк А.М., Устименко В.С., Бейко О.А. Нормування вмісту високооктанових кисневмісних компонентів в автомобільних бензинах // Автошляховик України.-2003.- №4.-С.6-8.

5. Устименко В.С., Ковальов С.О. Бейко О.А. Перспективи і проблеми розширення використання біопалив автомобільним транспортом України // Автошляховик України.-2003.- №2.-С.7.

6. Гутаревич Ю.Ф., Устименко В.С. Теоретичне дослідження екологічних показників та паливної економічності автомобільного двигуна при використанні сумішевого бензину // Вісник НТУ.- К..-2002.-№7.-С.64-68.

7. Гутаревич Ю.Ф., Устименко В.С. Математична модель для визначення впливу добавки спиртових сполук до бензину на показники роботи автомобіля // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів.- Вип. 16.- К..-2003.-С.86-90.

8. Устименко В.С., Ковальов С.О. Альтернативні види палива - екологія, енергозабезпеченість // Автошляховик України.-2004.- №1.-С.5.

9. Редзюк А.М., Бейко О.А., Устименко В.С. Анализ нормативных требований к моторным топливам // Энергетическая политика Украины.-2003.- №7-8.-С.61-65.

10. Устименко В.С. Показники роботи двигунів з іскровим запалюванням на сумішевих бензинах // 59 наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів НТУ. Тези доповідей.- К.: НТУ.-2003.-С.14.

11. Устименко В.С. Вплив добавки ВКД до бензину на паливну економічність і шкідливі викиди автомобіля в русі за їздовим циклом // 60 наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів НТУ. Тези доповідей.- К.: НТУ.-2004.-С.18.

12. Редзюк А.М., Устименко В.С., Бейко О.А. Топливо по-европейски. О необходимости введения европейских стандартов на моторные топлива в связи с переходом Украины на экологические нормы Евро-2 // Энергетическая политика Украины.-2005.-№10(62).-С.56-59.

13. Редзюк А.М., Бейко О.А., Устименко В.С. Вплив якості моторних палив на екологічні показники КТЗ, удосконалення нормативних вимог до моторних палив // Автомобільний транспорт України: стан, проблеми, перспективи розвитку: Монографія / Держ. автотрансп. наук.-досл. і проект. інст. / За заг. ред. А.М. Редзюка.- К.: ДП “ДержавтотрансНДІпроект”, 2005.-С.314-329.

14. Гутаревич Ю.Ф., Устименко В.С., Бейко О.А., Клименко О.А., Корпач А.А. Перспективы применения биотоплив для автотранспорта Украины. Результаты исследований экологических и экономических показателей АТС и ДВС на смесевых бензинах с оксигенами // Мат. конф. ААИ.- Вып. 10.- Дмитров (Россия).-2003.-С.67-72.

15. Устименко В.С., Бейко О.А. Дослідження властивостей сумішевих бензинів з кисневмісними та іншими компонентами // Перевізник.-2005.-№15.-С.23-24.

16. Редзюк А.М., Устименко В.С. Биологические виды топлив. Анализ проекта Программы развития производства биодизеля (биодизельного топлива) на период до 2010 г. // Энергетическая политика Украины.-2005.-№10(62).-С.60-64.

17. Пат. України №4706 „Пристрій для визначення октанового числа бензинів”. Автори: Бейко О.А., Редзюк А.М., Рубцов В.О., Бейко Ю.О., Устименко В.С., Клименко О.А. // Бюл. изобретений №6, 15.06.2004.

АНОТАЦІЯ

Устименко В.С. Поліпшення екологічних показників автомобілів та розширення паливної бази автомобільного транспорту шляхом застосування біоетанолу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Національний транспортний університет, Київ, 2006.

Роботу присвячено дослідженню впливу добавок біоетанолу до бензину на екологічні, енергетичні показники та енергоефективність колісних транспортних засобів (КТЗ). Проведено теоретичне дослідження впливу добавок спиртових сполук до бензину (на прикладі біоетанолу) на показники роботи двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), уточнено математичну модель руху КТЗ за міським їздовим циклом для оцінювання впливу добавок спиртових сполук на показники КТЗ та перевірено її адекватність.

Експериментально досліджено властивості бензоетанольних сумішей, виявлено ефект синергізму під час впливу біоетанолу (БЕ) та композиційних добавок на його основі на детонаційну стійкість бензинів, проведено комплекс стендових та дорожніх випробувань ДВЗ і КТЗ, експлуатаційні випробування підконтрольних груп КТЗ при роботі на базовому і сумішевому бензинах, а також розрахункове дослідження впливу добавок БЕ на показники КТЗ.

Доведено перспективність застосування добавок БЕ та композиційних добавок на його основі до бензину для розширення паливної бази автомобільного транспорту, що дозволяє зменшити викиди продуктів неповного згоряння палив за майже незмінними енергетичними показниками і паливній економічності КТЗ, а з урахуванням повного життєвого циклу палив підвищити енергоефективність КТЗ в умовах експлуатації.

Ключові слова: колісний транспортний засіб, двигун внутрішнього згоряння, біоетанол, композиційні добавки, синергізм, сумішевий бензин, їздовий цикл, математична модель, шкідливі викиди, енергоефективність.

АННОТАЦИЯ

Устименко В.С. Улучшение экологических показателей автомобилей и расширение топливной базы автомобильного транспорта путем использования биоэтанола. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - Эксплуатация и ремонт средств транспорта - Национальный транспортный университет, Киев, 2006.

Диссертация посвящена исследованию влияния добавок биоэтанола к бензину на экологические, энергетические показатели и энергоэффективность колесных транспортных средств (КТС), находящихся в эксплуатации.

Проведены теоретические исследования влияния добавок спиртовых соединений к бензину (на примере биоэтанола) на показатели работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с икровым зажиганием.

Для объективной оценки энергопотребления автомобильным транспортом при использовании разных видов моторных топлив и его влияния на изменение климата вследствие “парникового эффекта” предложено оценивать энергоеффективность ДВС и КТС, а также выбросы “парникових газов”, с учетом полного жизненного цикла топлив. Выведены зависимости энергоеффективности ДВС и КТС, а также массовых выбросов диоксида углерода СО2 с отработавшими газами, учитывающие, соответственно, расход энергии и выбросы СО2 при добыче и производстве топлив.

Для оценки влияния добавок спиртовых соединений на показатели КТС уточнена математическая модель движения КТС по европейскому городскому ездовому циклу UDC, разработанная ранее на кафедре “Двигатели и теплотехника” НТУ, и проверена адекватность уточненной математической модели.

Проведены экспериментальные исследования свойств бензоэтанольних смесей, позволившие установить эффект синергизма при воздействии биоэтанола (БЭ) и композиционных добавок на его основе на детонационную стойкость бензинов. Установлено, что добавка БЭ 50...60 % по объему обеспечивает 75...90 % от максимального повышения октанового числа смеси, то есть на 15...25 октанових единиц (о.е.) для бензинов А-80 и А-95. Добавка всего лишь 5...6 % об. БЭ позволяет повысить октановое число бензина А-92 на 2-3 о.е. и А-80 на 3-4 о.е.

Проведен комплекс экспериментальных стендовых и дорожных испытаний ДВС и КТС, эксплуатационные испытания подконтрольных групп КТС при работе на базовом и смесевом бензинах с добавками БЭ и других компонентов, а также расчетное исследование влияния добавок БЭ на экологические, энергетические показатели и энергоэффективность КТС.

Обоснована перспективность применения добавок БЭ и композиционных добавок на его основе к бензину для расширения топливной базы автомобильного транспорта, что позволит уменьшить выбросы продуктов неполного сгорания топлива при почти неизменных энергетических показателях и топливной экономичности КТЗ, а с учетом полного жизненного цикла топлива повысить енергоефективність КТЗ в условиях эксплуатации.

Ключевые слова: колесное транспортное средство, двигатель внутреннего сгорания, биоэтанол, композиционные добавки, синергизм, смесевой бензин, ездовой цикл, математическая модель, вредные выбросы, энергоефективность.

Размещено на Allbest.ru

...