Представлены схемы управления адаптивной системой озонирования воздуха для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Проведено испытание системы при различных режимах работы двигателя. Выполнен анализ результатов исследований концентрации отработанных газов автомобиля, с использованием озонатора и без него.
Ключевые слова: озонатор, импульсный источник, адаптивная система, экология.
Введение. Загрязнение атмосферы, вызванное выхлопами автотранспортных средств, оказывает неблагоприятное воздействие и на здоровье и самочувствие людей. В этой связи возникает задача обеспечения более полного сжигания топлива в камере сгорания с целью повышения КПД ДВС и предотвращения загрязнения окружающей среды. Так как установка катализаторов в старые автомобили дорога и использование традиционных топливовоздушных смесей не достаточно эффективна, то в топливовоздушную смесь необходимо добавить более сильный окислитель — озон, он полностью реагирует с топливом [1]. Существуют аналогичные системы озонирования воздуха: «Магнито-электрический озонатор воздуха», вихревой озонатор воздуха «Крона», разрабатываемые КБ «Нитрон».
Задача. Обеспечить более полного сжигания топлива в камере сгорания с целью предотвращения загрязнения окружающей среды.
Система управления импульсным источником. Схема управляемого импульсного источника электропитания частотно–регулируемого озонатора приведена на рисунке 1 [2]. В процессе проведенных эксплуатационных испытаний системы были выявлены такие недостатки как:
низкий КПД;
большие масса–габаритные размеры;
большое потребление электроэнергии.
Данные обстоятельства потребовали модернизации системы управления, касающейся схемы обработки сигнала оборотов двигателя и выходного каскада устройства. Так в предыдущей схеме управления озонатором информация поступала от датчика оборотов двигателя, что требовало более сложного алгоритма обработки, так как сигнал имел высокую частоту, но такая точность не является необходимой, поэтому в измененной схеме информация об оборотах двигателя поступает от низковольтной части системы зажигания двигателя (рисунок 2).
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная предыдущей версии системы
Рис. 2. Схема обработки сигнала оборотов двигателя
Выходной каскад устройства озонирования имел сложную схему регулировки напряжения и частоты [3], реализованную на силовых транзисторах VT5, VT6, VT7, что приводило к нечеткой работе системы и перегреву элементов (рисунок 1).
Описываемая в настоящей работе схема (рисунок 3) реализована на одном транзисторе VT3, что существенно упростило алгоритм регулирования. Введение диодов VD1 и VD2, позволило защитить транзистор от всплесков напряжения. Изменение алгоритма заключается в том, что нет необходимости изменять частоту управляющего сигнала, а напряжение регулируется ШИМ–сигналом, импульсы которого, после повышающего трансформатора, сглаживаются конденсаторами умножителя напряжения.
Рис. 3. Выходной каскад устройства озонирования воздуха для ДВС
Реализован и собран новый опытный образец, имеющий меньшие масса–габаритные размеры (рисунок 4) и представлен вариант установки на автомобиль ВАЗ 2109 с объемом двигателя 1,5л, имеющий инжекторную систему (рисунок 5).
Рис. 4. Внешний вид системы озонирования воздуха: 1 — преобразователь напряжения; 2 — Озонатор; 3 — Электронный блок управления.
Рис. 5. Вариант установки модернизированной системы озонирования воздуха
Экспериментальные исследования. В таблице 1 представлены экпериментальные данные содержания CH (углеводорода), CO (угарного газа), CO2 (углекислого газа), двигателя объемом 1,5л автомобиля ВАЗ 2109, в отработанных газах. Мощность потребляемая устройством для преобразования озона равна 60Вт.
Таблица 1
Временные диаграммы выхлопных газов
|
Значение |
XX |
2000 об/мин |
3000 об/мин |
|
|
С озонатором |
||
|
CO ( %) |
0,46 |
0,39 |
0,14 |
|
CH (ppm) |
200 |
50 |
75 |
|
CO2 ( %) |
13,44 |
13,56 |
12,36 |
|
|
Без озонатора |
||
|
CO ( %) |
0,2 |
0,23 |
0,11 |
|
CH (ppm) |
175 |
40 |
50 |
|
CO2 ( %) |
13,12 |
13,46 |
12,52 |
Видно, что на всех оборотах двигателя количество вредных выбросов с применением озонатора значительно меньше, следовательно, топливо с озоном сгорает полнее.
Процентное соотношение результатов показано на рисунке 5. На ХХ значение СН снизилось на 12,5 %, а СО, на 57 %, при 2000 об/мин СН снизилось на 20 %, а СО, на 42 %, а на 3000 об/мин СН снизилось на 33 %, а СО, на 22 %. В среднем выброс СН снизился на 21,8, а СО на 40,3 %.
Рис. 5. Зависимости значения СН и СО от оборотов двигателя
Заключение
Структурные и схемные изменения системы управления импульсным источником электропитания частотно–регулируемого озонатора для озонирования воздуха позволили получить следующие результаты:
увеличился КПД устройства, так как уменьшилось число силовых элементов (VT5–7), а соответственно и потери энергии на переключение, при том что рабочее напряжение и потребляемый ток остались прежними;
уменьшение масса–габаритных размеров, за счет уменьшения силовых компонентов (транзисторов);
Литература:
Притула А.Н., Полуянович Н.К. «Управляемый импульсный источник электропитания частотно–регулируемого озонатора». «Молодой ученый.–2011»–№ 12(35). г. Чита — 259 с.
Притула А.Н., Полуянович Н.К. «Исследование кинетических процессов электросинтеза озона в решении энергетических задач озонатора». Известия высших учебных заведений. Электромеханика. усл. печ. л. 8,83. г. Новочеркасск. Тираж 300 экз. № 4, 2012г.
http://newte4.wordpress.com — новые энергетические технологии. Дудышев В.Д.