Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 11
1.1. Экологические характеристики сельскохозяйственных тракторов . 11
1.2. Мировые ресурсы энергоносителей и виды альтернативных топлив 13
1.2.1 Газовое топливо 14
1.2.2 Биотоплива 15
1.2.3 Уголь и метанол 16
1.3. Газодизель как перспективная концепция модернизации дизелей, находящихся в эксплуатации 18
1.4. Основные проблемы снижения токсичности отработавших газов газодизелей 22
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 29
Глава 2. Объект и методы исследований 32
2.1. Объект исследований 32
2.2. Измерение основных параметров 32
2.3. Специальная подготовка двигателя для испытаний на стенде . 37
2.4. Специальная подготовка трактора к эксплуатационным испытаниям 43
2.5. Методика эксплуатационной оценки свойств масел 44
2.6. Методики теоретических исследования . 45
Выводы 46
Глава 3. Теоретические исследования образования оксидов азота газодизеля и прогнозирования оптимального регулирования газодизеля трактора Т-25А 48
3.1. Физическая модель 49
3.2. Расчет образования окислов азота 53
3.3. Математическое моделирование некоторых показателей газодизеля 60
3.4. Выполнение норм на выбросы окислов азота с отработавшими газами газодизеля 69
Выводы 71
Глава 4 Экспериментальные исследования улучшения экологических характеристик газодизеля Д-120 трактора Т-25А 73
4.1. Общие задачи экспериментальных исследований 73
4.2. Исследование влияния некоторых конструктивных параметров, топливной аппаратуры и регулировок газодизеля на образование основных токсичных компонентов отработавших газов 74
4.3. Анализ особенностей образования продуктов неполного сгорания в газодизелыюм двигателе Д-120 95
4.4. Анализ возможностей улучшения токсических показателей газодизелыюго двигателя 101
4.5. Экспериментальная проверка адекватности математической модели рабочего цикла газодизеля 111
Выводы 111
Глава 5 Прогноз технико-экономических показателей модернизированного трактора Т-25А с газодизелем 114
5.1. Создание трактора макета 114
5.1.1. Принципиальная схема системы питания газодизеля 115
5.1.2. Компоновка узлов системы питания газодизеля на тракторе 122
5.2. Эксплуатационные испытания трактора 124
5.3. Оценка основных физико-химических показателей моторных масел газодизеля и прогнозирование ресурса двигателя 130
5.3.1. Анализ физико-химических показателей масла в процессе его работы в двигателе 130
5.4. Оценка экономического эффекта модернизированного трактора Т- 25А с газодизелем 135
Выводы 142
Общие выводы 144
Литература 147
Приложения 159
- Экологические характеристики сельскохозяйственных тракторов
- Математическое моделирование некоторых показателей газодизеля
- Исследование влияния некоторых конструктивных параметров, топливной аппаратуры и регулировок газодизеля на образование основных токсичных компонентов отработавших газов
- Принципиальная схема системы питания газодизеля
Введение к работе
Одной из основных тенденций развития современного общества является защита окружающей среды. Особенно это актуально для крупных мегаполисов подобно Москве и Санкт-Петербургу, где высокая концентрация промышленного обеспечения, и соответственно высокоинтенсивного сельскохозяйственного производства. С учетом климатических условий значительной территории России, многие сельскохозяйственные производства в животноводстве и растениеводстве организованы в закрытых помещениях, теплицах и фермах, с ограниченным воздухообменом. Применение в условиях даже малых тракторов класса тяги 0,6, 0,9 вызывает значительное загрязнение воздуха отработавшими газами, содержащими оксиды азота, углеводороды, сажу, бенз(а)нирен и других.
Данная проблема является актуальной и для крупных городов, где 60...80 % вредных выбросов связано с работой транспорта и коммунального хозяйства.
Трактор Т-25А широко используется в выше названных условиях. Вместе с тем, его экологические характеристики и, прежде всего выброс вредных веществ с отработавшими газами дизеля не соответствует существующим требованием ГОСТ 17.2.2.05-97 для помещений с ограниченным воздухообменом.
Показатели трактора могут быть улучшены за счет использования альтернативных топлив, например газообразных, на основе смесей пропана и бутана. Это так же улучшает технико-экономические показатели, в связи более низкой стоимостью газа по сравнению с дизельным топливом.
Поэтому целью работы является улучшение экологических и технико-экономических характеристик трактора Т-25А посредством разработки газодизельной модификации двигателя Д-120.
Объектом исследования является сельскохозяйственный трактор Т-25А, дизель Д-120 с серийной и экспериментальной системой питания газодизеля.
В диссертационной работе применены различные методы исследования. Теоретические исследования представлены расчетным моделированием формирования топливного факела в камере сгорания и анализа условий расслоения заряда при одновременном питании двигателя дизельным топливом через штатную систему и подачей газа во впускной трубопровод посредством оригинальной (патент № 2003119739/20(022337) от 08.07.2003 г.) системы питания. Теоретические исследования особенностей образования оксида азота в условиях неравномерного распределения топлива в заряде проводились по модели образования оксида азота по расширенному механизму Зельдовичу Я.Б. Экспериментальные исследования путей улучшения экономичности и уменьшения токсичности отработавших газон газодизеля проводились путем снятия регулировочных, нагрузочных, регуляторных характеристик и характеристик расслоения заряда. Методы математического планирования эксперимента применялись как в экспериментальных так и в теоретических исследованиях для оценки показателей двигателя в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов (n = 1400...2000 мин'1, Рс = 0,10...0,62 МПа). Прогнозирование показателей долговечности и надежности трактора проводилось на основе анализа свойств моторного масла. Расчетные исследования включали так же оценку экономического эффекта использования сжиженного газа, в том числе с учетом уменьшения ущерба для окружающей среды. Оценка показателей для разработанной модели трактора Т-25А с газодизелем проводилась в эксплуатационных испытаниях.
Научная новизна заключается в следующем:
Процесс горения расслоенного рабочего заряда и характеристики струи запальной порции дизельного топлива, объясняющий механизм образования
7 высоких концентраций оксидов азота, оксида углерода и углеводородов в газодизеле и обеспечивающий их существенное снижение.
Первая глава диссертации посвящена анализу состояния вопроса, постановке цели и основных задач исследования.
Вторая глава посвящена методике исследований.
В третьей главе проведены теоретические исследования по условиям формирования топливного факела, расслоенного заряда в цилиндре двигателя и математическому моделированию рабочего цикла газодизеля с образованием оксидов азота по механизму Зельдовича Я.Б. Представлено математическое описание изменения основных показателей газодизеля -мощностных, экономических, а также токсических показателей по СО, CnHm и NOx в функции основных регулировочных параметров. Эффективность предлагаемых решений по улучшению показателей трактора с газодизелем подтверждена расчетами по методике тринадцати ступенчатого цикла испытаний тракторных двигателей по ГОСТ 17.2.2.05-97.
В четвертой главе приводятся результаты стендовых испытаний. Анализируется влияние основных регулировочных факторов на мощностиые, экономические и токсические показатели газодизеля. Исследуется особенность образования углеводородов в газодизельном двигателе.
В пятой главе представлено обоснование конструктивных решений разработанной системы питания газодизеля и разработанной конструкторской документации одного из вариантов системы, изготовленной и установленной на тракторе. Приведены результаты эксплуатационных испытаний трактора Т-25А. В соответствии с имеющими стандартами выполнена оценка изменения физико-химических показателей моторных масел и прогнозирование ресурса двигателя. Так же представлена оценка экономической эффективности применения альтернативного топлива.
В общих выводах приводятся основные результаты работы по диссертации.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты проведенных исследований уточняют и дополняют существующие представления о механизме сгорания и образования основных токсичных веществ в газодизельном двигателе и могут быть использованы при разработке новых конструкций двигателя внутреннего сгорания такого типа. Разработана многозонная математическая модель сгорания в дизеле для газодизельного процесса, позволяющая дать количественную оценку изменения экономических и экологических характеристик (NOx) двигателя на различных режимах его работы. Показано, что для одновременного уменьшения выбросов углеводородов и оксидов азота требуется организация сложного оптимального регулирования газодизеля» предполагающего расслоение заряда, в частности, посредством одновременного регулирования подачи воздуха, газа и дизельного топлива. Проанализировано влияние основных конструктивных элементов системы питания газодизеля на его показатели. На оригинальные узлы системы питания разработана конструкторская документация. В условиях мелкосерийного производства изготовлены три комплекта узлов. Определена оптимальная степень дросселирования воздушного заряда и соотношения подач дизельного топлива и газового, обеспечивающего одновременное снижение токсичности отработавших газов по СО, CnHm, NOx и улучшение топливной экономичности. Показана реальная экономия дизельного топлива в эксплуатации около 60 % за счет замены на газообразное топливо. Реализация предлагаемых решений позволило существенно снизить токсичность газодизеля в соответствии с ГОСТ 17.2.2.05 - 97 для помещений с ограниченным воздухообменном, и в частности полностью удовлетворить нормы на выбросы NOx.
Новизна технического решения работы подтверждена положительным решением о выдаче патента на полезную модель "Система питания двигателя внутреннего сгорания" по заявке № 2003119739/20(022337) от 08.07.2003 г.
Результаты исследования использованы при выполнении конвертации дизельного двигателя Д-120 в газодизельный. Разработана конструкторская документация на систему питания газодизеля при работе с качественным регулированием. Работоспособность системы проверена в полевых условиях в ФГНУ "Росипформагротех".
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на семинаре "Чтения академика В.Н. Болтинского" 29 - 30.01.01 и 21 — 22.01.03, проходившего на кафедре "Тракторы и автомобили" МГАУ им. В.П. Горячкина, заседаниях кафедры "Тракторы и автомобили" МГАУ им. В.П. Горячкина 1999 - 2002, и XXXIX международной научно - технической конференции ассоциации автомобильных инженеров России "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров" 25 - 26.09.02 в МГТУ "МАМИ".
По теме диссертационной работы опубликовано девять печатных работ.
На защиту выносится: результаты теоретических исследований по моделированию рабочего процесса газодизеля и механизма образования оксидов азота в условиях расслоения заряда в цилиндре двигателя; результаты экспериментальных исследований условий образования основных токсичных компонентов СО, CnHm и NOx, и возможности их уменьшения в газодизельной .модификации двигателя Д-120; рекомендации по оптимальной конструкции системы питания газодизеля реализующего смешанный способ регулирования; система питания газодизеля, защищенная патентом; результаты испытаний моторных масел, указывающих на возможности увеличения ресурса газодизеля; - результаты эксплуатационных испытаний трактора Т-25А с газодизельной модификацией двигателя Д-120.
Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 159 страниц машинописного текста, 52 рисунка, 21 таблицу и 11 страниц приложений. Список литературы включает 131 наименование работ.
Хочется поблагодарить научного консультанта Рыбакова Константина Васильевича за помощь, оказанную при выполнении этапов диссертационной работы.
Экологические характеристики сельскохозяйственных тракторов
В третьей главе проведены теоретические исследования по условиям формирования топливного факела, расслоенного заряда в цилиндре двигателя и математическому моделированию рабочего цикла газодизеля с образованием оксидов азота по механизму Зельдовича Я.Б. Представлено математическое описание изменения основных показателей газодизеля -мощностных, экономических, а также токсических показателей по СО, CnHm и NOx в функции основных регулировочных параметров. Эффективность предлагаемых решений по улучшению показателей трактора с газодизелем подтверждена расчетами по методике тринадцати ступенчатого цикла испытаний тракторных двигателей по ГОСТ 17.2.2.05-97.
В четвертой главе приводятся результаты стендовых испытаний. Анализируется влияние основных регулировочных факторов на мощностиые, экономические и токсические показатели газодизеля. Исследуется особенность образования углеводородов в газодизельном двигателе.
В пятой главе представлено обоснование конструктивных решений разработанной системы питания газодизеля и разработанной конструкторской документации одного из вариантов системы, изготовленной и установленной на тракторе. Приведены результаты эксплуатационных испытаний трактора Т-25А. В соответствии с имеющими стандартами выполнена оценка изменения физико-химических показателей моторных масел и прогнозирование ресурса двигателя. Так же представлена оценка экономической эффективности применения альтернативного топлива.
В общих выводах приводятся основные результаты работы по диссертации. Практическая ценность работы состоит в том, что результаты проведенных исследований уточняют и дополняют существующие представления о механизме сгорания и образования основных токсичных веществ в газодизельном двигателе и могут быть использованы при разработке новых конструкций двигателя внутреннего сгорания такого типа. Разработана многозонная математическая модель сгорания в дизеле для газодизельного процесса, позволяющая дать количественную оценку изменения экономических и экологических характеристик (NOx) двигателя на различных режимах его работы. Показано, что для одновременного уменьшения выбросов углеводородов и оксидов азота требуется организация сложного оптимального регулирования газодизеля» предполагающего расслоение заряда, в частности, посредством одновременного регулирования подачи воздуха, газа и дизельного топлива. Проанализировано влияние основных конструктивных элементов системы питания газодизеля на его показатели. На оригинальные узлы системы питания разработана конструкторская документация. В условиях мелкосерийного производства изготовлены три комплекта узлов. Определена оптимальная степень дросселирования воздушного заряда и соотношения подач дизельного топлива и газового, обеспечивающего одновременное снижение токсичности отработавших газов по СО, CnHm, NOx и улучшение топливной экономичности. Показана реальная экономия дизельного топлива в эксплуатации около 60 % за счет замены на газообразное топливо. Реализация предлагаемых решений позволило существенно снизить токсичность газодизеля в соответствии с ГОСТ 17.2.2.05 - 97 для помещений с ограниченным воздухообменном, и в частности полностью удовлетворить нормы на выбросы NOx.
Новизна технического решения работы подтверждена положительным решением о выдаче патента на полезную модель "Система питания двигателя внутреннего сгорания" по заявке № 2003119739/20(022337) от 08.07.2003 г. Результаты исследования использованы при выполнении конвертации дизельного двигателя Д-120 в газодизельный. Разработана конструкторская документация на систему питания газодизеля при работе с качественным регулированием. Работоспособность системы проверена в полевых условиях в ФГНУ "Росипформагротех".
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на семинаре "Чтения академика В.Н. Болтинского" 29 - 30.01.01 и 21 — 22.01.03, проходившего на кафедре "Тракторы и автомобили" МГАУ им. В.П. Горячкина, заседаниях кафедры "Тракторы и автомобили" МГАУ им. В.П. Горячкина 1999 - 2002, и XXXIX международной научно - технической конференции ассоциации автомобильных инженеров России "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров" 25 - 26.09.02 в МГТУ "МАМИ".
Математическое моделирование некоторых показателей газодизеля
Теоретические исследования предполагали проведение: 1) расчета по математической модели образования оксида азота в двигателе с расслоением заряда с целью анализа механизма образования N0 в камерах сгорания дизеля и газодизеля; 2) параметрического анализа расчетной модели с целью комплексного снижения токсичности отработавших газов по СО, CnIIm, NOx за счет оптимизации регулирования двигателя; 3) расчет токсических показателей газодизеля по 13-ступенчатому циклу согласно ПОСТ 17,2.2.05-97.
Цель расчетного исследования — проанализировать влияние различных факторов на показатели действительного цикла газодизеля и процесс образования оксида азота (NO).
Газодизель со смесью пропана и бутана в качестве топлива и воспламенением от небольшой порции впрыскиваемого дизельного топлива, которая в свою очередь воспламеняется от сжатия, как в дизельном процессе, можно отнести к двигателям с двухтопливным зарядом.
В этом случае физическая расчетная модель может быть представлена как исходная модель с равномерно распределенным газовоздушным зарядом, но необходимо учитывать наличие второго топлива, причем неравномерно распределенного по массе всего заряда.
Существуют расчетные программы отдельно - с моделью равномерно распределенного заряда (модель А.Л. Максимова [67]) и с учетом расслоения топливного заряда в цилиндре двигателя [100]. В настоящей главе ставится задача рассмотреть физическую модель с двухтопливным неравномерно распределенным зарядом в цилиндре.
За основу расчета была принята программа А.Л. Максимова. Эта программа, доработанная в дальнейшем [100] с учетом расслоения топлива по массе заряда, позволяет рассчитать параметры рабочего процесса, если известна доля топлива в каждой зоне заряда. Таким образом, решение поставленной задачи сводится к аналитическому определению состава, так называемого, суммарного углеводородного топлива, состоящего из смеси двух топлив, и функции его расслоения.
Применение двухтопливной модели позволяет также провести расчетное исследование влияния различных добавок к основному топливу и альтернативных видов топлив.
Несмотря на существенные различия в организации процесса смесеобразования и сгорания в обычном дизеле, газодизелс, или бензиновом двигателе, собственно механизм образования оксида азота при горении в разных двигателях одинаков. Наиболее ранние опыты по анализу механизма образования оксида азота при сгорании в сосуде постоянного объема приведены в работах Зельдовича Я.Б., Садовиикова П.Я. и Франк-Коменецкого Р.А. [3, 4, 5], Воинова А.Н. [6, 7], Звонова А.Н. [8, 9, 10]. В трудах было показано, что образование оксида азота происходит через цепной механизм и определяется концентрациями компонентов азота и кислорода, температуры и времени реакции.
Расчетная модель действительного цикла построена при следующих допущениях: 1) Вся рабочая смесь разделена на равные по массе порции. Предполагается последовательное воспламенение и выгорания порции, начиная с первой. Каждая из порций в соответствующий момент цикла мгновенно заменяется на продукты сгорания, их состав и температура соответствуют количеству теплоты, выделившейся к этому моменту цикла с учетом изменения объема камеры сгорания; 2) В различные моменты времени в каждой порции рассчитывается равновесный состав продуктов сгорания: СО, С02, Н20, Н2, Н, ОН, О, 02, N2; 3) Тепломассообмен между порциями отсутствует, за исключением псевдотспломассообмена при выравнивании расслоения на линии расширения; 4) Теплообмен между стенками камеры сгорания и зарядом отсутствует. Допускается применение уравнения состояния идеального газа; 5) Текущее давление во всех порциях одинаково; 6) Текущая температура внутри порции одинакова, но меняется от порции к порции и во времени; моделируется Махо-эффект.
На основании этих допущений рассчитывается термодинамический цикл. Цикл состоит из следующих расчетных участков: сжатие по политропе от момента - 180 градусов поворота коленчатого вала (пкв) до заданного момента начала участка сгорания; сгорание, мгновенный переход свежей смеси в продукты сгорания в порции (зоне) заряда до наступления термодинамического равновесия в зоне. Массовые порции заряда вступают в реакцию последовательно, согласно заданному закону сгорания массы топлива заданного в виде математической кривой. Количество выделяющейся активной теплоты рассчитывается с учетом диссоциации и потерь в стенки. Функция активной теплоты сглажена по углу пкв; расширение продуктов сгорания происходит с рекомбинацией их состава. Процесс приближается к идеальному при увеличении количества порций заряда. Отвод теплоты по изохоре.
Исследование влияния некоторых конструктивных параметров, топливной аппаратуры и регулировок газодизеля на образование основных токсичных компонентов отработавших газов
При проведении экспериментальных исследований были поставлены следующие задачи: 1. Определение работоспособности, разрабатываемой стендовой системы питания газодизеля при качественном способе регулирования мощности, на различных скоростных и нагрузочных режимах работы. 2. Оценка влияния основных регулировочных параметров на показатели газодизеля: величины запальной дозы дизельного топлива, давления начала впрыска топлива форсункой, типа форсунки - 4-х сопловой или 3-х сопловой, установочного угла опережения начала.подачи топлива насосом. 3. Определение показателей газодизеля при рекомендуемых регулировках по нагрузочным характеристикам на частотах вращения 1400, 1600, 1800 и 2000 мин"1 и по скоростным характеристикам с номинальной подачей доли дизельного топлива и газа. 4. Исследование возможностей улучшения показателей газодизеля за счет смешанного способа регулирования мощности при дросселировании воздушного заряда на впуске по нагрузочным характеристикам на номинальной частоте вращения. 5. На первом этапе методика испытаний предусматривала исследование работы газодизеля на номинальной частоте вращения 2000 мин 1, характеристикам постоянной мощности и последующая проверка предлагаемых рекомендаций по нагрузочным характеристикам в широком диапазоне скоростных режимов n = 1400.,.2000 мин"1. 6. Оценка суммарных токсических характеристик трактора Т-25А с газодизелем Д-120. 7. Экспериментальная проверка адекватности разработанной модели рабочего цикла и механизма образования оксидов азота.
Для дизельного варианта исследования проводились традиционным методом - от холостого хода до полной нагрузки, определяемой предельной тепловой напряженностью. В качестве фактора, отграничивающего повышение нагрузки принята температура головки цилиндра между клапанами на уровне 513 К. Как показала практика превышение этой температуры привело к нарушению геометрии цилиндро-поршневой группы и заклиниванию или прогоранию поршня [81]. Методика испытаний газодизеля предполагала повышение нагрузки за счет увеличения подачи пропап-бутановой смеси. Максимально возможная нагрузка при работе газодизеля ограничивалась указанным выше уровнем температуры головки цилиндра, жесткостью сгорания, проявляющейся звонкими металлическими стуками, подобными детонации в карбюраторном двигателе.
Вторым этапом исследования являлось изучение причин повышенной концентрации углеводородов и оксидов углерода в ОГ двигателя. Проведенный расчетный анализ динамики развития факела дизельного топлива позволил установить принципиально возможные причины высокой концентрации CnHm и СО в ОГ и определить основные направления возможностей улучшения токсичности двигателя.
Исследование влияния некоторых конструктивных параметров, топливной аппаратуры и регулировок газодизеля на образование основных токсичных компонентов отработавших газов
Оценка влияния запальной дозы дизельного топлива проведена на номинальной частоте вращения для двух типов форсунок 4-х сопловых и 3-х сопловых и при двух постоянных нагрузках Ne = 18,8 кВт и 10,5 кВт, то есть примерно 85 % и 45 % полной нагрузки (рисунки 4.1, 4.2). Проанализирована возможность уменьшения расхода дизельного топлива от 2,5 до 0,6 кг/ч, что соответствует 45...20 % номинального расхода топлива. Установлено, что это обеспечивает экономию порядка 55...90 % дизельного топлива. Однако с уменьшением доли дизельного топлива экономичность двигателя падает. Оценка экономичности проводилась по величине суммарного удельного расхода дизельного топлива и газа, приведенного к единицам дизельного топлива с учетом теплоты сгорания пропан бутановой смеси. Как видно из рисунка 4.1 при работе на высоких нагрузках и подачах дизельного топлива 1,6...2,5 кг/ч величина удельного расхода топлива достаточно стабильна и соответствует 267...274г/кВтч. При уменьшении подачи дизельного топлива с 1,4 до 0,68 кг/ч. наблюдается прогрессивный рост удельного расхода топлива, достигается 320...330 г/кВт-ч, то есть отмечается снижение экономичности на 20...25 %. Работа двигателя при подачах менее 1,0 кг/ч характеризуется высокой нестабильностью, проявляющейся в колебаниях нагрузки порядка 10... 12 %.
При уменьшении нагрузки влияние величины запальной дозы дизельного топлива усиливается. На режиме 45 % полной нагрузки значения удельного расхода топлива 320...340 г/кВт-ч. наблюдается лишь при подачах дизельного топлива более 2,0 кг/ч. При уменьшении расхода дизельного топлива до 0,6 кг/час удельный расход возрастает примерно до 480...500 г/кВт-ч. то есть примерно на 50...55 %.
Таким образом, с точки зрения приемлемой топливной экономичности и устойчивости работы двигателя на малых нагрузках целесообразно регулировать запальную дозу дизельного топлива на уровне 2,0 кг/ч., то есть 30. ..35 % номинального расхода дизельного топлива.
Принципиальная схема системы питания газодизеля
Улучшение показателей тракторных двигателей, уже находящихся в настоящее время в эксплуатации, может быть достигнуто посредством их оснащения газовыми системами питания, обеспечивающими работу тракторов, как только на дизельном, так и на смеси дизельного и газообразного топлива. Такое решение требует небольших дополнительйых затрат, может проводиться непосредственно в хозяйствах или небольших мастерских, существенно расширяет возможности использования различных видов газообразного топлива, имеющегося в хозяйстве - природного, нефтяного или биогаза; значительно уменьшает вредное воздействие токсичных компонентов на человека и производимую им сельскохозяйственную продукцию.
Целью настоящего этапа работы является реализация рекомендаций теоретических и экспериментальных исследований и разработка системы питания газодизельной модификации трактора Т-25А, обеспечивающего значительную экономию нефтяного топлива за счет частичной замены газообразным топливом - сжиженным нефтяным газом, а также существенное снижение суммарной токсичности отработавших газов.
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана оригинальная конструкция системы питания газодизеля, на которую получен патент на полезную модель "Система питания двигателя внутреннего сгорания" по заявке № 2003 И9739/20(022337) от 08.07.2003 г.
Система включает серийно выпускаемые узлы, агрегаты, детали газобаллонных автомобилей, а также оригинальные узлы, разработанные и испытанные в процессе выполнения работ.
Дизельное топливо, хранящееся в топливной баке 1 поступает через фильтр грубой очистки 2 , топливоподкачивающий насос 3, фильтр 4 тонкой очистки к насосным секциям 5 топливного насоса высокого давления и далее через трубопровод высокого давления 6 впрыскивается форсунками в цилиндр двигателя. Количество подаваемого топлива определяется взаимным положением плунжера 7, совершающего возвратно-поступательное движение и дозатора топлива 8 управляемого всережимным регулятором частоты вращения.
Газообразное топливо, содержащееся в баллоне 9 для хранения газа, поступает в магистраль подачи газа через механический магистральный вентиль 10, редуктор высокого давления 11, фильтр 12, подогреватель-испаритель 13 газа, двухступенчатый газовый редуктор 14 низкого давления электромагнитный клапан 15, втулку 16 дозатора 17 газообразного топлива, канал 18 подачи газа к газовоздушному смесителю 19 с дроссельной заслонкой 20, имеющей пневматический привод в виде исполнительного диафрагменного механизма 21 и каналов 22 и 23, связанных соответственно с узким сечением смесителя 19 и втулкой 16 газового дозатора 17. Канал 24 передает разрежение от смесителя 19 на отпирающую диафрагму редуктора 14.
Подача дизельного и газообразного топлива регулируется автоматическим всережимным регулятором частоты вращения. Скоростной режим работы регулятора зависит от соотношения сил, действующий на основной рычаг регулятора 25 со стороны пружины регулятора 26, натяжение которой определяется положением рычага управлением 27, центробежных сил грузов механического чувствительного элемента 28, связанного с кулачковым валов 29 топливного насоса, усилия пружины 30, обеспечивающей кинематическую связь рычагов 31 и 25, газовых сил разрежения, передаваемых из диффузора смесителя 19 по каналу 18 на дозатор 17, тягу 32 и рычаг 25, и усилия пружины корректора 33 подачи дизельного топлива,
Основной рычаг регулятора 25 постоянно связан с газовым дозатором 17 через тягу 32. Взаимодействие рычага 25 регулятора с рычагом 31 дозатора 8 дизельного топлива зависит от состояния электромагнита 35 и связанного с ним подвижного, упора-ограничителя 36 с пружиной 37. Перевод двигателя с режима работы только на дизельном топливе на режим одновременной подачи дизельного и газообразного топлива определяется положением выключателя 40 в электрической цепи управления магнитным клапаном 15, открывающим подачу газообразного топлива к газовому дозатору и электромагнитом 35, перемещающим подвижный упор-ограничитель 36 и уменьшающим подачу дизельного топлива до уровня "запальной" дозы.
Система работает следующим образом. Запуск двигателя и работа на холостом ходу осуществляется только на дизельном топливе. При этом контакты выключателя 40 разомкнуты, что исключает поступление электрического сигнала от источника питания 41 к электромагнитному клапану 15 и электромагниту 35, и препятствует подаче газа от редуктора 14 низкого давления к газовому дозатору 17. Пружина 37 подвижного упора-ограничителя 36 перемещает рычаг 38 в одно из возможных крайних положений, выводя его из взаимодействия с рычагом 31 и исключая возможность ограничения подачи дизельного топлива. При уменьшении нагрузки и повышении частоты вращения центробежные силы, действующие на чувствительный элемент 28 увеличивают и преодолевая усилие пружины перемещают рычаг регулятора 25, телескопическую тягу 34, рычаг 31 и дозатор 8 для уменьшения подачи дизельного топлива, при повышении нагрузки и уменьшении частоты вращения уменьшается воздействие центробежных сил грузов чувствительного элемента 28 на рычаг 25 регулятора, который под действием пружины 26 поворачивается для увеличения подачи дизельного топлива. При этом пружина 30 обеспечивает неразрывность кинематической связи между рычагами 25 и 31 через телескопическую тягу 34 и перемещает рычаг 31 и дозатор 8, увеличивая подачу дизельного топлива.
