Введение к работе
Актуальность темы исследований. Россия является одним из крупнейших государств-экспортёров нефти, несмотря на это многие научные и производственные учреждения активно проявляют интерес к вопросам производства и потребления экологически чистых биоэнергоносителей, получаемых на основе возобновляемого растительного сырья. Одним из альтернативных моторных топлив является дизельное смесевое рапсово-минеральное топливо, состоящее из минерального дизельного топлива (ДТ) и рапсового масла (РМ). Физические и эксплуатационные свойства такого топлива с содержанием РМ не более 25% обеспечивают нормальную работу топливной аппаратуры, однако с повышением содержания РМ более 25% процесс впрыскивания дизельного смесевого топлива (ДСТ) нарушается, что связанно с существенными отличиями аналогичных свойств ДТ от ДСТ. Поэтому теоретическая и экспериментальная оценка влияния смесевого рапсово-минерального топлива с повышенным содержанием РМ на параметры топливоподачи дизеля, а также улучшение этих параметров, является актуальной научной и практически значимой задачей.
Степень разработанности темы. В настоящее время для работы тракторного дизеля на смесевых рапсово-минеральных топливах разработаны различные топливные системы, содержащие смесители, нагреватели, корректоры и другие дополнительные элементы. Однако, в большинстве случаев, такие системы не обеспечивают нормативные параметры топливоподачи при изменении вязкостно-температурных характеристик ДСТ. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (№ГР 01.200.600147).
Актуальность темы исследований подтверждена поручением президента Российской Федерации №2097 от 14.12.2006 г. по ускоренному развитию производства и потребления биотоплива, распоряжением Правительства РФ №1-Р от 08.01.2009 г. «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года».
Задачи исследований:
-
-
Установить степень влияния физических свойств смесевого рапсово-минерального топлива на параметры топливоподачи дизеля.
-
Уточнить математическую модель процесса топливоподачи при работе дизеля на смесевом рапсово-минеральном топливе.
-
Модернизировать ТНВД для сравнительных исследований насосных секций при работе на минеральном и смесевом топливах, разработать новое устройство для определения среднего эффективного проходного сечения, экспериментально исследовать влияние смесевого рапсово-минерального топлива на параметры топливоподачи, мощностные и топливно-экономические показатели тракторного дизеля.
-
Разработать и исследовать конструкцию устройства, улучшающего параметры топливоподачи при работе дизеля на смесевом рапсово-минеральном топливе, определить экономическую эффективность от его применения.
Объект исследований – процесс топливоподачи дизеля с.–х. трактора тягового класса 14 кН при использовании смесевого рапсово-минерального топлива.
Предмет исследований – параметры топливоподачи дизеля Д-243 (объёмная цикловая подача топлива, давление топлива на выходе из штуцера топливного насоса высокого давления (или на входе в нагнетательный топливопровод), давление топлива на входе в штуцер форсунки (или на выходе из нагнетательного топливопровода), время и скорость прохождения волны давления топлива по нагнетательному топливопроводу, среднее эффективное проходное сечение форсунок и нагнетательных топливопроводов), оснащённого насосом 4УТНМ, при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе, получаемом перемешиванием рапсового масла и минерального ДТ в объёмных соотношениях 10%РМ+90%ДТ; 25%РМ+75%ДТ; 37%РМ+63%ДТ; 50%РМ+50%ДТ; 63%РМ+37%ДТ; 75%РМ+25%ДТ; 90%РМ+10%ДТ.
Научную новизну работы представляют:
математическая модель рабочего процесса топливоподачи дизеля в зависимости от объёмного содержания рапсового масла в смесевом рапсово-минеральном топливе и физических свойств минерального и растительного компонентов;
комплексная оценка параметров топливоподачи дизеля при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе различного состава;
конструкция устройства для корректирования цикловой подачи топлива по вязкостно-температурной характеристике;
конструкция рядного топливного насоса высокого давления (ТНВД) для сравнительных исследований агрегатов топливной аппаратуры при одновременной работе на минеральном и смесевом рапсово-минеральном топливе;
способ и устройство для определения среднего эффективного проходного сечения форсунок и нагнетательных топливопроводов.
Новизна технических решений подтверждена:
патентом РФ на изобретение № 2453724 «Топливный насос высокого давления для сравнительных испытаний плунжерных пар на двух видах моторного топлива»;
патентом РФ на полезную модель №122708 «Корректор цикловой подачи топлива»;
заявкой на изобретение № 2011147399 «Способ определения эффективного проходного сечения форсунок и нагнетательных топливопроводов»;
заявкой на изобретение № 2011147616 «Устройство для определения эффективного проходного сечения форсунок и нагнетательных топливопроводов».
Теоретическая и практическая значимость работы.
Использование РМ в качестве биологического компонента ДСТ в соотношении более 25% негативно сказывается на параметрах топливоподачи дизеля. Однако нагрев смесевого топлива в интервале температур от 30 до 80С и использование предлагаемого устройства корректирования цикловой подачи топлива по вязкостно-температурной характеристике позволяют свести к минимуму это отрицательное влияние. При этом возможно применение ДСТ с содержанием РМ до 75% при нагреве топлива до температуры 80С. При работе ТНВД на смесевом топливе такого состава не происходит значительного изменения параметров топливоподачи по сравнению с работой на минеральном ДТ.
Использование устройства для определения среднего эффективного проходного сечения форсунок и нагнетательных топливопроводов позволяет повысить точность подбора агрегатов топливной аппаратуры при их настройке, а предлагаемая конструкция ТНВД обеспечивает выполнение сравнительных исследований параметров топливоподачи одновременно попарных насосных секций, две из которых работают на минеральном ДТ и две на ДСТ.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории двигателя внутреннего сгорания и эксплуатации МТП, а также уточнённой математической модели процесса топливоподачи дизеля при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных методик и разработанных частных методик исследований. За метод исследований принят метод сравнительных исследований агрегатов топливной аппаратуры и дизеля в условиях безмоторных и моторных испытаний по параметрам топливоподачи, мощностным и топливно-экономическим показателям двигателя.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- математическая модель, описывающая процесс топливоподачи дизеля с учётом состава компонентов и изменения физических свойств смесевого рапсово-минерального топлива;
- количественная оценка параметров топливоподачи дизеля при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе различного состава;
- устройство, улучшающее параметры топливоподачи при работе дизеля на смесевом рапсово-минеральном топливе;
- конструкция ТНВД для сравнительных исследований насосных секций по параметрам топливоподачи;
- способ и устройство для определения среднего эффективного проходного сечения форсунок и нагнетательных топливопроводов.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными натурными исследованиями агрегатов топливной аппаратуры и дизеля Д–243 (4Ч 11/12,5) по оценке влияния свойств смесевого рапсово-минерального топлива и минерального ДТ на параметры топливоподачи и показатели дизеля, сходимостью результатов расчетов параметров топливоподачи с результатами экспериментальных исследований (погрешность не более 3-5%).
Разработанное устройство, улучшающее параметры топливоподачи при работе дизеля на смесевом топливе, встраиваемое в штатный центробежный регулятор частоты вращения, принято к внедрению ООО «Приморье» Мелекесского района Ульяновской области и ОАО «Мелекесскремтехпред» Ульяновской области.
Основные положения диссертации и её результаты доложены и одобрены на Всероссийских и региональных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенской ГСХА» (2009-2012гг.), ФГБОУ ВПО «Ульяновской ГСХА» (2009-2010гг.), Технологического института – филиала ФГБОУ ВПО «Ульяновской ГСХА» (2009 – 2012гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, в том числе 5 статей в изданиях, указанных в «Перечне…ВАК», получены патент на изобретение и патент на полезную модель, без соавторов опубликованы 3 статьи. Общий объем публикаций оставляет 3,5 п.л., из них 1,8 п.л. принадлежит автору.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 149 наименований и приложения на 22 с. Работа изложена на 167 с., содержит 69 рис. и 15 табл.
Похожие диссертации на УЛУЧШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА СМЕСЕВОМ РАПСОВО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
-
