Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1. Перспективы применения метанола в дизелях * 11
1.2. Особенности применения метанола в качестве топлива для дизелей с использованием ДСТ 13
1.3. Анализ работ по применению метанола с ДСТ в дизелях 18
1.4. Особенности протекания рабочего процесса двигателя при работе на метаноле с использованием ДСТ 26
1.5. Особенности процессов воспламенения и горения метанола 37
1.6. Цель и задачи исследования 44
2. Теоретические предпосылки исследования рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 47
2.1. Особенности развития топливных факелов в цилиндре дизеля при работе на метаноле с ДСТ 47
2.2. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле с ДСТ 55
3. Методика исследования рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 64
3.1. Объект испытаний 64
3.2. Методика исследования рабочего процесса дизеля воздушного охлаждения при работе на метаноле с ДСТ 64
3.3. Особенности экспериментальной установки, приборов и оборудования при применении метанола с ДСТ 68
3.4. Расчет выбросов вредных газообразных веществ 77
3.5. Методика обработки результатов исследований 78
4. Исследование рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 82
4.1. Особенности распылителей, применяемых для подачи запальной порции ДТ при работе на метаноле с ДСТ 82
4.2. Исследование показателей рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от установочных углов опережения впрыскивания топлив 84
4.3. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на индикаторные показатели, показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения 99
4.4. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения 105
4.4.1. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения в зависимости от изменения нагрузки 105
4.4.2. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на показатели процесса сгорания и характеристики тепловыделения в зависимости от изменения частоты вращения 117
4.5. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели 123
4.5.1. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели в зависимости от изменения нагрузки 123
4.5.2. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на мощностные и экономические показатели в зависимости от изменения частоты вращения 130
4.6. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на экологические показатели 13 3
4.6.1. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на экологические показатели в зависимости от изменения нагрузки 133
4.6.2. Влияние применения метанола в дизеле 24 10,5/12,0 с ДСТ на экологические показатели в зависимости от изменения частоты вращения 141
Выводы и рекомендации 149
Литература
- Особенности применения метанола в качестве топлива для дизелей с использованием ДСТ
- Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле с ДСТ
- Методика исследования рабочего процесса дизеля воздушного охлаждения при работе на метаноле с ДСТ
- Исследование показателей рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от установочных углов опережения впрыскивания топлив
Введение к работе
Значимость ДВС как энергетической основы транспортных и другого вида установок определяется масштабами их применения в различных областях промышленности и сельского хозяйства. В настоящее время в качестве МТ используются в основном продукты нефтепереработки (бензин, ДТ). Однако ограниченность запасов топлив нефтяного происхождения, все возрастающее повышение цен на нефтепродукты, сложившаяся неблагоприятная экологическая обстановка в стране и в мире сделала актуальными работы, направленные на поиск и обоснование применения альтернативных возобновляемых видов топлив [167, 169, 186]. Среди них важное место занимает метиловый спирт (метанол), для производства которого в промышленных масштабах имеются сырьевые ресурсы (природный газ, уголь), в том числе возобновляемые (растительные остатки, бытовые отходы) [155,171].
В соответствии с Концепцией развития отечественного автомобилестроения на период до 2010 г., одобренной Правительством РФ, приоритетными являются исследования, направленные на применение альтернативных видов топлив (природный газ, метанол), в т.ч. в серийно выпускаемых ДВС. При этом использование альтернативных топлив требует серьезных исследований, сконцентрированных на изучении особенностей протекания рабочего процесса. Особое внимание необходимо уделять переводу на альтернативные топлива дизелей, которые широко распространены [173].
Наиболее эффективным способом применения метанола в настоящее время является подача его непосредственно в цилиндр дизеля с использованием двойной системы топливоподачи (ДСТ) [192, 193]. Воспламенение метанола при этом происходит за счет подачи запальной порции ДТ. Данный способ позволяет максимально экономить ДТ, но требует некоторых изменений и дополнений в конструкцию дизеля и может быть реализован на двигателях, уже находящихся в эксплуатации [88, 90].
Все это дает основание предполагать, что изучение рабочих процессов дизелей, предназначенных для эксплуатации, в том числе в экологически экстремальных условиях, путем экономии нефтяного моторного топлива, а также снижения токсичности и дымности ОГ за счет применения альтернативных топлив, является весьма актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение и включенной Правительством РФ в перечень критических технологий федерального уровня.
Цель исследований. Исследование рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической камерой сгорания (КС) в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Объект исследований. Дизель 24 10,5/12,0 (Д-21А1) воздушного охлаждения производства ВТЗ (г. Владимир), с полусферической КС в поршне, работающий на альтернативном топливе - метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Предмет исследования: мощностные, экономические и экологические показатели, процессы смесеобразования, сгорания и тепловыделения в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Научная новизна работы.
Результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения метанола с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку на процессы смесеобразования, сгорания и тепловыделения, мощностные и экономические показатели дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне;
Расчет геометрических параметров факелов запальной порции ДТ и метанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через много- струйную форсунку;
Расчет периода задержки воспламенения (ПЗВ) ДТ и метанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Рекомендации по применению метанола в качестве МТ в дизеле 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской и Нижегородской государственных сельскохозяйственных академиях, 4ебок-сарском институте (филиале) Московского государственного открытого университета при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании для студентов, обучающихся по специальностям 311300 (110301), 150200 (190601) и 230100 (190603).
Экономическая эффективность от снижения ущерба, наносимого токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ дизеля при работе на метаноле с ДСТ, составит не менее 40326,9 руб. на 1 двигатель в год (в ценах 2007 года), что ниже дизельной модификации на 75,5 %. При работе дизеля на метаноле с ДСТ, экономия на топливе за счет применения более дешевого вида топлива - метанола - при годовой наработке 500 моточасов составляет 14760 руб./год.
Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР ФГОУ ВПО Вятская ГСХА (г. Киров) на 2000...2005, 2006...2010 гг. (номер государственной регистрации 01.2002.06497).
На защиту выносятся следующие положения.
1. Результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения метанола с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку на процессы смесеобразования, сгорания и тепловыделения, мощностные и экономические показатели дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне;
Расчет геометрических параметров факелов запальной порции ДТ и метанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Расчет ПЗВ ДТ и метанола в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Рекомендации по применению метанола в качестве МТ в дизеле 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 51-й, 52-й и 53-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА, 2004...2006 гг. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); 4-й, 5-й и 6-й городских научных конференциях аспирантов и соискателей, 2004...2006 гг. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); XV юбилейной региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Совершенствование конструкции, теории и расчета тракторов, автомобилей и двигателей внутреннего сгорания», 2004 г. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); IV Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера», 2005 г. (Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, г. Казань); XVI региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Повышение эффективности использования автотракторной и сельскохозяйственной техники», 2005 г. (ФГОУ ВПО Пензенская ГСХА, г. Пенза); Всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в формировании специалиста», 2006 г. (4ебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. Чебоксары); Региональной научно-практической конференции вузов Приволжского региона «Инновации в образовательном процессе», 2006 г. (Чебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. Чебоксары); XIV Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения», 2006 г. (Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, г. Казань); Научно-практической конференции «Совершенствование технологий и средств механизации производства продукции растениеводства и животноводства», 2006 г. (Зональный НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, г. Киров); 17-й региональной научно-практической конференции кафедр «Тракторы и автомобили» вузов Поволжья и Предура-лья «Повышение технико-экономических и экологических показателей двигателей, тракторов, автомобилей в сельскохозяйственном производстве», 2007 г. (ФГОУ ВПО Нижегородская ГСХА, г. Н. Новгород); Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей», 2007 г. (ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», г. Санкт-Петербург-Пушкин); I Всероссийской научно-практической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение», посвященной 55-летию инженерного факультета, 2007 г. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); IX Международной научно-практической конференции (Мосоловские чтения) «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», 2007 г. (ГОУ ВПО «Марийский ГУ, аграрно-технологический институт», г. Йошкар-Ола).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 27 печатных работах, включая монографию объемом 8,06 п.л., 2 статьи в центральном журнале, входящем в перечень ВАК РФ и статьи общим объемом 9,31 п.л., в т.ч. в сборниках трудов международных и всероссийских конференций опубликовано 12 статей. Без соавторов опубликовано 4 статьи объемом 1,25 п.л.
Особенности применения метанола в качестве топлива для дизелей с использованием ДСТ
При работе на метаноле с использованием ДСТ необходимо учитывать отличительные свойства метанола при использовании его в качестве МТ. В таблице 1.1 приведена сравнительная характеристика МТ [48, 55,189,202].
Из таблицы 1.1 видно, что молекула метанола в своем составе содержит меньше углерода и больше кислорода. Так как углерод является основным источником горючей части, то меньшее содержание его в молекуле метанола является причиной меньшей теплотворной способности единицы массы топлива, а наличие атома кислорода требует меньшего стехиометрическо-го количества воздуха, необходимого для полного сгорания топлива. В результате различия в теплотворной способности стехиометрической смеси невелики. Повышенное содержание кислорода в метаноле препятствует возникновению условий для крекинга и способствует существенному снижению содержания сажи и твердых частиц в ОГ дизеля при работе на метаноле. Метанол не содержит серы, которая является крайне нежелательным компонентом топлива. Сера и сернистые соединения вызывают коррозию деталей, способствуют образованию нагара - все это вместе приводит к интенсивному износу ДВС [ПО, 113,210].
Поскольку основным отличительным свойством дизельных двигателей является самовоспламенение топлива в процессе сжатия, использование метанола в серийных дизелях возможно только в сочетании с другим высокоце-тановым топливом, в частности дизельным. Это требует применения специальных мер и является причиной усложнения конструкции, стоимости изготовления и эксплуатации дизеля. От величины ЦЧ зависит длительность ПЗВ, «жесткость» процесса сгорания и максимальное давление цикла, т.е. основные параметры, характеризующие рабочий процесс дизеля [5, 26, 108]. Основы метода расчета периода задержки воспламенения топлива заложены в известных работах Д.Н. Вырубова, А.И. Толстова, М.С. Ховаха, Г.М. Кам-фера, А.Н. Воинова, Ю.Б. Свиридова и др. [26, 28, 33, 68-73, 114, 115, 136, 144-146,175,177,178, 190].
При низких ЦЧ возникает чрезмерная задержка воспламенения, следовательно, возрастает «жесткость» процесса сгорания, в результате ухудшаются мощностные и экономические показатели дизеля, увеличиваются износ, шумность и токсичность ОГ [76, 84,176].
Переходя к теплофизическим свойствам метанола, влияющим на условия смесеобразования, отметим, что поверхностное натяжение и вязкость у метанола ниже, чем у ДТ, и близки к значениям для бензина. Уменьшение вязкости приводит к изменению геометрии факела распыленного топлива. При пониженной вязкости топливо проникает через зазоры в плунжерной паре ТНВД, что приводит к изменению дозировки, уменьшению цикловой подачи, снижению давления впрыскивания [18, 142]. Такое топливо может подтекать через отверстия распылителей форсунок, что неизбежно увеличивает нагарообразование. Топливо смазывает прецизионные пары ТНВД, а при уменьшении вязкости смазывающие свойства ухудшаются, что может привести к росту интенсивности их изнашивания [6, 7]. Снижение цикловой подачи вызывает падение мощности. При подтеканиях и просачиваниях увеличивается расход маловязкого топлива.
В связи с этим в большинстве опубликованных работ, посвященных использованию метанола в дизелях, для обеспечения работоспособности деталей топливной аппаратуры рекомендуется в метанол добавлять 1.. .2 % касторового масла, которое хорошо растворяется в спиртах [61, 123, 141]. Теплоемкость метанола в жидкой фазе выше, а в газовой ниже, чем у ДТ. Теплопроводность как в жидкой, так и в газовой фазах выше, чем у ДТ, выше также и коэффициент диффузии. При равных температурах существенно выше давление насыщенных паров.
На основании приведенных сведений можно ожидать улучшения качества распыливания топлива, ускорения прогрева и испарения капель метанола в КС при работе с ДСТ. Следует, однако, иметь в виду различия в теплоте парообразования и полной энтальпии. Так, в случае метанола теплота парообразования при нормальном давлении почти в 4,5 раза, а полная энтальпия -почти в 4 раза выше, чем у ДТ. Применительно к одинаковому содержанию энергии теплота испарения метанола в 10 раз выше, чем у ДТ. Снижение температуры стехиометрической смеси у метанола, по различным оценкам, составляет 122...200С, а для используемых МТ - 17...30С [200, 201]. Известно, что в условиях дизельного процесса при недостаточно интенсивном тепломассообмене понижение температуры в отдельных зонах объема заряда, занимаемого факелом, даже в случае ДТ достигает 150...200С. Высокая теплота парообразования метанола в условиях ограниченного подвода теплоты от заряда и окружающих деталей может, следовательно, затруднить его испарение и воспламенение. Видимо, именно существенным локальным снижением температуры заряда вследствие больших затрат теплоты на испарение объясняется значительно большее увеличение ПЗВ при подаче спирта в цилиндр в смеси с ДТ по сравнению с подачей его через впускную систему дизеля [209].
Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле с ДСТ
Известно, что наибольшее влияние на изменение показателей рабочего процесса оказывает ПЗВ, который характеризует протекание процесса испарения топлива до начала горения [3, 72].
Медленное окисление углеводородов в газовой среде, которое имеет место в цилиндре дизеля в течение ПЗВ, является сложным и многостадийным процессом, в ходе которого при нагреве и испарении топлива получаются крайне неустойчивые промежуточные образования молекулярного и радикального типов, взаимодействие которых определяет ход реакции. О характере этих превращений и элементарных актах, протекающих в ходе реакций окисления, приходится судить в большинстве случаев лишь по косвенным данным, так как прямые экспериментальные сведения об их природе в силу быстротечности процессов в цилиндре дизеля, а также недостаточной устойчивости промежуточных продуктов к настоящему времени получены в весьма ограниченном объеме.
На основании работ ученых отечественной школы физической химии, разработавших теорию цепных реакций окислительных процессов, можно сформулировать следующую модель многостадийного начального окисления (самовоспламенения) топлива в цилиндре дизеля. После начала впрыскивания, в течение ПЗВ, топливо испаряется и по схеме неразветвленной цепной реакции образуются продукты неполного окисления - альдегиды, в частности формальдегид, что сопровождается люминесцентным свечением всего заряда. Далее процесс развивается по схеме вырожденной цепной реакции с образованием перекисей и радикалов, которые дают вторичное холодное пламя, распространяющееся по объему заряда.
После накопления необходимого количества активных центров реакции с одновременным выделением тепла наступает тепловое самоускорение реакции, приводящее к взрывному сгоранию с горячим желтым пламенем в зоне реакции горючей смеси. Такой механизм окисления углеводородов может иметь место при повышенных давлениях (2-3 МПа) и при температурах 500-700 С, что соответствует условиям воспламенения смеси в цилиндре дизеля. Конкретный кинетический механизм может существенно отличаться в зависимости от химического и группового состава входящих в топливо углеводородов.
Основными факторами, определяющими продолжительность ПЗВ, являются структурный состав топлива и термодинамические параметры воздушного заряда. Продолжительность периода ПЗВ мало зависит от параметров процесса впрыскивания, так как в струе топлива всегда будут находиться капли различных размеров, в том числе капли оптимального размера для данных условий смесеобразования. В большей степени на ПЗВ могут влиять направление и дальнобойность струй топлива, которые могут попадать в зоны с различными температурами и на различные участки поверхности КС.
Скорость протекания подготовительных процессов обусловливается быстротой нагревания и испарения доли топлива, а также склонностью топлива к образованию активных центров. При этом первая составляющая характеризует физические параметры среды - давление и температуру. Вторая - химические процессы, происходящие в течение ПЗВ. Очевидно, что применение ДТ и метанола определенным образом повлияет на характер и скорость протекания предпламенных процессов, определяющих величину ПЗВ, и, следовательно, на параметры динамики тепловыделения.
Впрыскивание запальной порции ДТ и метанола в сжатую воздушную среду будет сопровождаться нагреванием и испарением частиц ДТ и метанола, взаимной диффузией паров. Однако вследствие большей теплоты парооб разования метанола, чем ДТ (1104 и 250 кДж/кг соответственно), он характеризуется более низким значением ЦЧ и более высокой температурой самовоспламенения и высоким значением энергии активации. Для разрыва химических связей в молекуле метанола требуется энергия в 2,5...3 раза большая, чем для ДТ. Поэтому при испарение частиц метанола будет происходить понижение температуры заряда. Воспламенение может быть достигнуто только тепловым потоком и только за счет воспламенения частиц ДТ. Часть ДТ, поступающая за ПЗВ, расходует свою энергию на разложение молекулы метанола на активные радикалы.
Таким образом, при работе дизеля на метаноле происходит увеличение ПЗВ. Это обстоятельство повлечет увеличение доли топлива, впрыснутого за этот период, и, соответственно, увеличение доли тепла, выделившегося в результате быстрого сгорания, в результате происходит увеличение скорости тепловыделения [194].
Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле с ДСТ
Стендовые испытания дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с использованием ДСТ проводились в несколько этапов. Общая структурная схема исследования рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с использованием ДСТ представлена на рисунке 3.1. В основу методики исследований положен сравнительный метод [94].
На первом этапе предусматривалось проведение регулировочных характеристик, получение эффективных показателей, определение параметров рабочего процесса путем индицирования, токсичности и дымности ОГ на различных нагрузочных и скоростных режимах при работе на ДТ.
На втором этапе предусматривалась, помимо подачи ДТ, подача метанола, как через штатную форсунку, так и через дополнительную форсунку. Определение оптимальных регулировок по трем параметрам: - установочному углу опережения впрыскивания ДТ и метанола; - диаметру сопловых отверстий распылителя; - минимальному количеству запальной порции ДТ.
Получение эффективных показателей, определение параметров рабочего процесса путем индицирования, токсичности и дымности ОГ дизеля на различных скоростных и нагрузочных режимах при работе на метаноле с ДСТ. Одновременно со снятием характеристик проводилось индицирование и газовый анализ, а также отбор проб для определения дымности ОГ.
На третьем этапе предусматривался расчет факелов запальной порции ДТ и метанола, расчет ПЗВ при работе на метаноле с ДСТ. Учитывая требования ГОСТа 18509-88, основными режимами исследований являлись: номинальный режим (п= 1800 мин 1) и режим соответствующий максимальному крутящему моменту (п = 1400 мин"1).
Разработка модификации дизеля для работы на метаноле с использованием ДСТ предусматривала в первую очередь сохранение мощностных и экономических показателей, присущих серийному дизелю.
При индицировании рабочего процесса дизеля при работе на метаноле с использованием ДСТ необходимым условием являлось сохранение одинаковых значений ре для каждого исследуемого скоростного и нагрузочного режимов. Величина ре определялась косвенным путем из показаний весового механизма загрузочного устройства. Все характеристики снимались при оптимальных значениях установочных УОВТ. Одновременно со снятием характеристик проводилось индицирование рабочего процесса и газовый анализ ОГ, а также отбор проб для определения дымности ОГ.
При проведении стендовых испытаний, монтаже оборудования и приборов, отборе проб ОГ и их анализе учитывались требования следующих ГОСТов: ГОСТ 10578-96 «Насосы топливные дизелей. Общие технические условия»; ГОСТ 10579-88 «Форсунки дизелей. Общие технические условия»; ГОСТ 15888-90 «Аппаратура дизелей топливная. Термины и определения»;
ГОСТ 17.2.1.02-76 «Охрана природы. Атмосфера. Выбросы двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин. Термины и определения»; ГОСТ 17.2.2.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений»; ГОСТ 17.2.1.03-84 «Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения»; ГОСТ 17.2.2.02-98 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин»; ГОСТ 17.2.2.05-97 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами тракторных и комбайновых дизелей»; ГОСТ - 18509-88 (СТ СЭВ 2560-80) «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний»; ГОСТ Р 17.2.2.07-2000 «Охрана природы. Атмосфера. Поршневые двигатели внутреннего сгорания для малогабаритных тракторов и средств малой механизации. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами и дымности отработавших газов»; ГОСТ Р ИСО 8178-7-99 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами» [34-47].Обработка индикаторных диаграмм рабочего процесса дизеля при работе на различных режимах осуществлялась с помощью ЭВМ по методике ЦНИДИ-ЦНИИМ [83].
Отбор и анализ проб ОГ производился с помощью автоматической системы газового анализа АСГА-Т с соблюдением всех требований инструкции по эксплуатации [156-158].
После установки двигателя на стенд, была произведена его обкатка продолжительностью 60 мото-часов на режимах, согласно технической документации завода-изготовителя. Перед началом проведения испытаний двигатель прогревался до температуры масла в поддоне в пределах 85...95С. Температура окружающего воздуха и топлива во время опытов не превышала значений, указанных в технической документации завода-изготовителя.
Исследование показателей рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от установочных углов опережения впрыскивания топлив
В соответствии с целью, задачами и методикой исследований были проведены стендовые испытания [93, 94]. Исследования показали, что наилучшие результаты по расходу топлива получаются при одновременной подаче запальной порции ДТ и метанола. Величина запальной порции ДТ при работе на метаноле с ДСТ определялась путем уменьшения подачи ДТ до начала появления пропусков воспламенения, после чего она несколько увеличивалась до достижения устойчивой работы дизеля. В дальнейшем цикловая подача запального топлива фиксировалась и оставалась постоянной, а изменение нагрузочного режима велось только путем изменения подачи метанола. На рисунке 4.1 представлены графики изменения экономических показателей дизеля 24 10,5/12,0 при различных установочных УОВТ на номинальном режиме работы [62].
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ 0М = 34, можно отметить следующее. Минимальное значение ge при подаче метанола на установочном УОВТ 0М = 34 наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ 0ДТ = 34 (gey = 502 г/(кВт-ч). При изменении угла впрыскивания ДТ 0ДТ в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ 0ДТ = 38 и 0М = 34 значение составляет ge = 510 г/(кВт-ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 42 и 0М = 34 значение gel = 532 г/(кВт-ч), т.е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 34 и 0М = 34) составляет 30 г/(кВт-ч), или 5,6%. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 30 и 0М = 34 значение составляет ge = 506 г/(кВт-ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 26 и 0М = 34 значение возрастает до ge = 520 г/(кВт-ч), т.е. увеличение gey от полученного при оптимальных значениях углов впрыскивания топлива (0ДТ = 34 и0м = 34) составляет уже 18 г/(кВт-ч), или 3,5 %.
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ 0М = 38, можно отметить следующее. Минимальное значение ge при подаче метанола при угле 0М = 38 наблюдается при впрыскивании ДТ 0ДТ = 38 и имеет значение ge = 505 г/(кВт-ч). При изменении угла впрыскивания 0ДТ в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. При увеличении угла подачи ДТ до значения 0ДТ = 42 и 0М = 38 величина ge = 515 г/(кВгч)ч, т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 38 и 0М = 38) составляет 10 г/(кВт-ч). При уменьшении угла подачи ДТ 0ДТ = 34 и 0М = 38 значение ge = 506 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 38 и 0М = 38) составляет лишь 1 г/(кВт-ч).
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ 0М = 30, можно отметить следующее. Минимальное значение ge при подаче метанола при установочном УОВТ 0М = 30 наблюдается при угле впрыскивания ДТ 0ДТ = 34 и составляет ge = 508 г/(кВт-ч). При изменении установочного УОВТ 0ДТ в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ 0ДТ = 38 и 0М = ЗО значение составляет ge = 511 г/(кВт-ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ 0ДТ = 42 и 0М = 30 значение g = 528 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 30 и 0М = 34) составляет 20 г/(кВт-ч), или 3,8 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 30 и 0М = 30 значение составляет gC = 513 г/(кВт-ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 26 и 0М = 30 значение возрастает до ge = 532 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 34 и 0М = 30) составляет уже 24 г/(кВт-ч), или 4,5 %.
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ 0М = 26, можно отметить следующее. Минимальное значение gei при подаче метанола при установочном УОВТ 0М = 26 наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ 0ДТ = 34 и имеет значение g = 524 г/(кВгч). При изменении угла впрыскивания ДТ 0ДТ в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ 0ДТ = 38 и 0М = 26 значение составляет ge = 528 г/(кВт-ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ 0ДТ = 42 и 0М = 26 значение gel = 557 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 34 и 0М = 26) составляет 33 г/(кВт-ч), или 5,9 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 30 и 0М = 26 значение составляет gei = 533 г/(кВт-ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 26 и 0М = 26 значение возрастает до ge = 550 г/(кВт-ч), т. е. увеличение gei от полученного при оптимальных значениях при углах (0ДТ = 34 и 0M = 26) составляет уже 26 г/(кВт-ч), или 4,7 %.
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ 0М = 22, можно отметить следующее. Минимальное значение ge при подаче метанола при установочном УОВТ 0М = 22 наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ 0ДТ = 38 и имеет значение ge = 551 г/(кВт-ч). При изменении угла впрыскивания ДТ 0ДТ в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ 0ДТ = 42 и 0М = 22 значение составляет ge = 577 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 38 и 0М = 22) составляет 26 г/(кВт-ч), или 4,5 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 34 и 0М = 22 значение составляет ge = 552 г/(кВт-ч). При уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 30 и 0М = 22 значение возрастает до ge = 560 г/(кВт-ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до 0ДТ = 26 и 0М = 22 значение возрастает до gC = 580 г/(кВт-ч), т. е. увеличение ge от полученного при оптимальных значениях углов (0ДТ = 38 и0м = 22) составляет уже 29 г/(кВт-ч), или 5 %.
Анализируя изменения показателей экономичности в зависимости от изменения установочных углов впрыскивания топлива при работе дизеля на метаноле с ДСТ, можно сделать следующие выводы. Оптимальными по суммарному удельному эффективному расходу топлива являются следующие значения установочных УОВТ: 0ДТ = 34 и 0М = 34. При этих значениях углов значение составляет ge = 502 г/(кВт-ч). При изменении угла впрыскивания 0М в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Сравнивая минимальные значения ge при различных углах впрыскивания метанола 0М получается, что при угле впрыскивания 0М = 38 минимальное значение составляет ge = 505 г/(кВт-ч) и достигается при впрыскивании ДТ 0ДТ = 38. Увеличение ge;r по сравнению с полученным при оптимальных значениях углов (0ДТ = 34 и 0М = 34) составляет 3 г/(кВт-ч).
