CC BY
103
Таблица 1
Характеристики станций АИС
г. Таганрог г. Ейск
Координаты (широта и долгота) 47.14° N, 38.54° E 46.41° N, 38.17° E
Высота над уровнем моря, м 50 4
Доступность 98 % 99,4%
Расстояние приема в морских милях 19.16 (37.2макс.) 26.95 (73.85 макс.)
Статистика данных (судов в зоне охвата / получено записей в час) 43 / 344 83 /1141
Зона охвата (км2) 984 2829
Реализованные решения применены на сайте администрации морского порта г. Таганрог (www.ampt.ru), где любой желающий в режиме он-лайн может наблюдать расположение судов не только в пределах порта, но и во всем Таганрогском .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Маринич AM., Процент ИТ., Резников В.Ю. и др. Судовая автоматическая идентификационная система. - М: Судостроение, 2004.
2. Интернет: http://www.marinetraffic.com/ais/ru/.
3. Бойченко ММ., Молчанов AM. Автоматические идентификационные системы: опыт эксплуатации приемников / Труды “IX Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов "информационные технологии, системный анализ и управление”. - Таганрог: Йзд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - С. 101-107.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Н.И. Витиска.
Бойченко Михаил Михайлович - Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге; e-mail: [email protected]; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44; тел.: 88634371773; кафедра систем автоматического управления; доцент.
Молчанов Артем Юрьевич - e-mail: [email protected]; кафедра систем автоматического управления; доцент.
Boychenko Mihail Mihajlovich - Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia; phone: +78634371773; the department of automatic control systems; associate professor.
Moltchanov Artem Yur’evich - e-mail: [email protected]; the department of automatic control systems; associate professor.
УДК 621.43: 629.113
Н.К. Полуянович, АЛ. Притула
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДАПТИВНОГО УСТРОЙСТВА ОЗОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДВС
Приводятся обобщенные результаты экспериментальных исследований, нацеленных на преобразование кислорода в озон. Выявлена и оптимизирована зависимость горения топлива с кислородом и озоном. Осуществлен анализ результатов исследований концентрации отработанных газов, с использованием озонатора и без него и зависимости мощ-
пости ДВС от используемого окислителя. Проведены химические расчеты описывающие качество горения топлива с применением разных окислителей. Полученные в ходе математического расчета результаты, свидетельствуют об адекватности разработанного .
, , .
N.K. Poluyanovich, A.N. Pritula DESIGNING OF THE ADAPTIVE DEVICE OF OZONIZATION OF AIR OF SYSTEM TOPLIVOPODACHI DVS
The article summarizes the results of experimental studies aimed to convert oxygen into ozone. Identified and optimized combustion dependence fuel with oxygen and ozone. The analysis of the results of research concentration of exhaust gases, with and without the ozone generator and dependence power from internal combustion engines used oxidant. Conducted chemical calculations describing quality of fuel combustion with various oxidants. Received during the mathematical calculation results indicate the adequacy of the developed a prototype.
Ozone synthesis, the pulse converter, ozonator.
Введение. Стремительный рост автотранспортных средств неизбежно приводит к все увеличивающемуся уровню загрязнения окружающей среды. Работа посвящена разработке способа борьбы с вредными выбросами выхлопных газов автомобилей путем добавления сильного окислителя - озона в топливо-воздушную смесь во впускном тракте двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [1].
Преимуществом использования озона в системе топливоподачи ДВС является то, что он представляет собой экологически чистый окислитель. Производство озона не приводит к загрязнению окружающей среды, и он не дает нежелательных . , содержания токсичных веществ в отработавших газах является актуальной. Устройство системы синтеза озона. Поступающий кислород в составе воздуха во время работы двигателя внутреннего сгорания проходит через озонатор (рис. 2) [2, 3]. Озонатор представляет собой трубу в двумя сетками (рис. 1), на которые подается высокое напряжение, несколько десятков кВ [5, 7].
Рис. 1. Структурная схема озонаторной установки
Под действием электрического поля высокого напряжения, часть молекул кислорода расщепляются на отдельные атомы, в дальнейшем они стремятся присоединиться к не разделившимся молекулам кислорода, в результате чего образуются молекулы озона, которые затем поступают в камеру сгорания двигателя [1].
Рис. 2. Адаптивная система озонирования воздуха для двигателя внутреннего сгорания: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - электронный блок управления двигателем; 5 - форсунка; 6 - топливная рампа; 7 - регулятор давления топлива; 8 - впускной трубопровод; 9 - датчик положения дроссельной заслонки; 10 - датчик массового расхода воздуха;
11 - датчик кислорода; 12 - датчик температуры двигателя; 13 - датчик-распределитель системы зажигания; 14 - регулятор холостого хода;
15 - аккумуляторная батарея; 16 - выключатель зажигания; 17 - датчик влажности окружающего воздуха; 18 - электронный блок управления озонатором; 19 - озонатор; 20 - датчик оборотов коленчатого вала, 21 - преобразователь напряжения, 22 - реле управления
Расчет горения топливно-воздушной смеси. Рассчитаем количество озона, необходимого для полного сгорания топлива за один оборот коленчатого вала для двигателя с объемом 1,5 л. Объем одного цилиндра равен 0,375 л.
За один оборот коленчатого вала совершается два такта, т.е. необходимо затратить 0,75 л топливо-воздушной смеси (рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма работы ДВС за один оборот коленчатого вала
Для лучшего горения топливо-воздушной смеси используют стехиометрический состав смеси: 1 кг топлива (бензина) к 14,7 кг воздуха [5, 6].
Переводим соотношение стехиометрического состава смеси из килограмм в литры, зная, что 1 кг бензина=1,333 л, 1 кг воздуха = 800 л воздуха:
л_ 1-1,333 _ 1,333 л (1)
_ 14,7-800 _11760 л’
где Л - стехиометрический состав смеси в литрах.
Считаем соотношение бензин/воздух на 1 л бензина (делим дробь на 1,333):
Л_ 1,333 л _ 1 л (2)
_ 11760 л_ 8822 л'
, - , 8523 .
считаем потребление топливо-воздушной смеси за оборот коленчатого вала:
Vp _ 0,750 —— _ 0,000085005 л, (3)
8823
Vp - 1 .
Va _ 0,750-8822 _ 0,749915 л, (4)
8823
Va - 1 .
Переводим литры в граммы и получаем:
mp _ 0,000085005 л ^0,0638 г, (5)
mp - 1 .
та _ 0,749915 969,640 г, (6)
ma - 1 .
Рассмотрим горение бензина с кислородом и озоном. Бензин представляет
( 5 - 10), -
янное процентное соотношение углеводородов, поэтому выберем гептан, как углеводород со средним октановым числом, для дальнейших расчетов.
Сравним горение гептана с кислородом и озоном.
1. :
3CH + 33а ^ 21CO + 24HO.
2. Горение с озоном:
3C7Я16 + 22O3 ^ 21CO2 + 24H2O.
(7)
(8)
Молярная масса гептана:
М(С7Я16) = 7-12,011+16-1,008 = 100,205 г/мель. (9)
Количество и масса вещества [2]:
К3(С7Н16 )) = Змоль.
ш(ъ((Н16))^300,615 г.
Рассчитаем количество кислорода для полного сгорания 0,0638 г бензина:
33(02)-22,4 = 739,2 л, (12)
где 22,4 - это объем 1-го моля газа при нормальных условиях.
0,0638 :
300,615 г 0,0638 г
(10)
(11)
739,2 л Т]о
(13)
отсюда получим:
r¡o = 0,156882 л.
Для сгорания 0,0638 г бензина необходимо затратить 0,156882 л кислорода.
Рассчитаем количество воздуха для полного сгорания 0,0638 г бензина:
0,156882
Га =-----------100 = 0,748924 л.
20,9476 (14)
0,0638 0,748924 .
0,0638 :
22(O3 )• 22,4 = 492,8 л, (15)
где 22,4 - это объем 1-го моля газа при нормальных условиях:
300,615 г 0,0638 г
498,8 л roz
:
(16)
(17)
цог = 0,104804 л.
Для сгорания 0,0638 г бензина необходимо затратить 0,104804 л озона.
По результатам расчетов составим таблицу сравнения горения топлива с традиционной воздушной смесью (кислородом) и озонированной воздушной смесью
( . 1).
1
Сравнительная таблица результатов расчета.
Критерий сравнения Вид окислителя в воздушной смеси
кислород озон
Объем потребленной воздушной смеси (л) 0,156882 0,104804
Количество сгоревшего бензина (г) 0,0638 0,0638
Вывод. Из результатов расч ета сведенных в табл. 1, видно, что объем озонированной смеси меньше, чем объем традиционной воздушной смеси для сгорания одного и того же количества бензина, следовательно, количество озона в камере сгорания ДВС больше, чем кислорода, поэтому происходит лучшее сгорание топлива и полное сгорание вредных веществ.
Экспериментальное исследование. На рис. 4 представлены временные диаграммы содержания СН (углеводорода), СО (угарного газа), С02 (углекислого газа), 02 (кислорода) в отработанных газах. Мощность потребляемая устройством для преобразования озона равна 60 Вт. Данные содержания СН, СО, С02, 02 в отработанных газах в результате экспериментального исследования двигателя автомобиля ВАЗ 2107 на холостом ходу (XX) показывают, что без применения озонатора (данные слева) количество СО составляет 6,4 % и СН 335 ррт. При включении озонатора (данные справа) СО снизилось до 4,48 % и СН до 235 ррт.
, 2000 / . Без применения озонатора количество СО составляет 9,83 % и СН 410 ррт. При включении озонатора СО снизилось до 8,69 % и СН до 290 ррт.
В обоих экспериментах количества СН и СО снижаются примерно на 30 %, Для снижения вредных веществ на 100 % необходимо увеличить мощность уста-3,3 200 .
( . 5) , -
ментах значение СН снизилось на 30 %, а СО, в первом случае (при XX) на 30 %, во втором (при 2000 об/мин) на 22 %. Для снижения вредных веществ на 100 % необходимо увеличить мощность установки в 3,3 раза и она составит 200 Вт.
со,%
СН.ррт 235
С02,%
' 02,% 2,50 ЬатЬ 0,976
' М,тіп-1 О
Рис.4. Временные диаграммы выхлопных газов автомобиля на холостом ходу (XX)
1000 2000 3000 1000 2000 3000
—без озонатора с озонатором
. 5.
со,%
СН.ррт
С02.%
02.%
Ктіп-І
«N1 СМ
Определение количество синтеза озона. Рассчитаем объем озона, которое
60 (800 / ). ,
оборот коленчатого вала потребляется 0,1568816 л кислорода:
Р = 60 Вт. (6)
:
п = 800 об /мин. (7)
:
Е = Р-60 = 4,5 Дэю (8)
п
Энергия вырабатываемая устройством.
4,5 :
22,4 V
-----:------= — . (9)
495000 4,5
:
V = 22,4 - 4,5 = 0,0002 л . (10)
495000
Для 2000 об/мин проводятся аналогичные расчеты.
Выводы:
1. Разработана электрическая схема импульсного преобразователя напряжения.
2.
в зависимости от оборотов двигателя автомобиля.
3. Проведены исследования по анализу выхлопных газов и выявлено, что значительно снижен выброс вредных веществ в атмосферу (СО, СН). Проведенные экспериментальные исследования показали, что использование альтернативного топлива (озона), в виде окислителя, улучшает техникоэкономические характеристики работы ДВС. Анализ полученных зависимостей, позволяет сделать следующие выводы:
1. Увеличение уровня CO2 указывает на лучшее сгорание топливной смеси.
2.
.
3. Снижение содержания CH, свободного радикала бензина, говорит о том,
( ).
4. Использование разработанной установки озонирования воздуха поступающего в ДВС, мощностью 60 Вт, позволило значительно снизить вы-
O .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. При myna AM., Полуянович Н.К. Разработка и исследование системы топливоподачи на базе озонатора. Сборник трудов II Международной научно-практической конференции молодых ученых. - Томск, 2010. - С. 233.
2. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и
. - .: , 2006. - 440 .
3. . ., . . : .
- М.: ЗАО «ОСИ «За рулем», 2004. - 384 с.
4. Журнал Радио № 12 2002 год. ЭЛЕКТРОНИКА ЗА РУЛЕМ.
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Озон - химические реакции озона.
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Кислород - химические реакции кислорода.
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Озонатор - принцип работы озонатора.
8. http://www.ion.moris.ru/Lus_chi/lus_chi.html - K.cnhf Люстра Чежевского.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор A.C. Кужаров.
Полуянович Николай Константинович - Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге; e-mail: [email protected]; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский 44; тел.: 88634610421; +79185693365; кафедра элек-; . . .; .
Притула Артем Николаевич - e-mail: [email protected]; тел.: +79281925228; student.
Poluyanovich Nikolay Konstantinovich - Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia; phones: +78634610421; +79185693365; the department of electrical engineering and mechatronics; cand. of eng. sc.; associate professor.
Pritula Artem Nikolaevich - e-mail: [email protected]; phone: +79281925228; студент.
