Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ публикаций, посвященных разработке и исследованию методов и средств совершенствования характеристик дизеля регулированием рабочего процесса 14
1.1. Работа дизеля в условиях эксплуатации и применение альтерна тивных топлив. 14
1.2. Общие проблемы с энергообеспечением 15
1.3. Перевод транспорта на газовое топливо 21
1.4. Применение диметилэфира в качестве топлива для дизелей 24
1.5. Газодизель на природном газе с внутренним смесеобразованием 28
1.6. Применение сжиженного нефтяного газа 29
1.7. Применение водорода и других альтернативных топлив 32
1.8. Продукты переработки природного или иного газа в синтетические топлива 33
1.9. Применение традиционных методов регулирования рабочего процесса дизеля 37
1.10.Анализ публикаций, подтверждающих возможность и целесооб разность применения «физико-химического» регулирования дизеля 38
Выводы по главе 1 и постановка задач исследования 45
ГЛАВА 2 Основные теоретические положения создания и приме нения метода регулирования ДВС изменением физико-химических свойств топлива 48
2.1. Основные определения и принципы регулирования ДВС изменением физико-химических свойств топлива 48
2.2. Системы топливоподачи, пригодные для реализации метода регулирования дизеля изменением физико-химических свойств топлива 52
2.3. Цели и задачи, решаемые с применением метода «физико-химического» регулирования дизеля 62
2.4. Разработка конструкции элементов системы топливоподачи для реализации метода физико - химического регулирования 76
2.5. Основные свойства альтернативных топлив, применяемых как добавка к дизельному, для реализации метода физико - химического регулирования 78
2.6. Математическая модель разгонов дизеля и дизеля с физико - химическим регулированием рабочего процесса 98
Выводы по главе 2 103
ГЛАВА 3. Экспериментальные установки, методики проведения исследований и обработка результатов 106
3.1. Объект исследования 106
3.2. Стенд для исследования топливной аппаратуры дизеля 108
3.3. Стенд для испытаний дизеля 110
3.4. Погрешности определения показателей 113
3.5. Статистическая обработка результатов повторных измерений 116
Выводы по главе 3 119
ГЛАВА 4. Исследования по дистижению целей физико - химического регулирования 120
4.1. Форсирование по мощности 120
4.2. Повышение экономичности 123
4.3. Снижение дымности выбросов 125
4.4. Расширение диапазона скоростных режимов 126
4.5. Повышение динамических качеств 129
4.6. Экономия традиционных жидких топлив 132
4.7. Снижение токсичности выбросов 133
4.8. Результаты моделирования динамических режимов 135
Общие выводы 140
Список литературы
- Работа дизеля в условиях эксплуатации и применение альтерна тивных топлив.
- Основные определения и принципы регулирования ДВС изменением физико-химических свойств топлива
- Стенд для исследования топливной аппаратуры дизеля
- Форсирование по мощности
Введение к работе
При работе дизелей в реальных условиях эксплуатации существенно ухудшаются их энергетические, экономические и экологические характеристики. Для улучшения показателей эксплуатационной экономичности и эффективности работы дизеля, для улучшения его экологических характеристик используют методы регулирования или соответствующей регулировки параметров организации его рабочего процесса. К таким параметрам относятся, например, углы опережения впрыскивания топлива и зажигания, фазы газообмена, характеристики впрыскивания топлива (одностадийное, ступенчатое, двухстадийное, двухфазное впрыскивание и т. д.), состав горючей смеси, температура охлаждающей жидкости и т. д. Рациональная регулировка (выполненная перед началом работы двигателя) или регулирование (во время его работы) этих параметров позволяет скорректировать эти характеристики двигателя, улучшить его динамические качества, снизить шумность работы и ограничить механические и термические нагрузки, снизить токсичность и дым-ность выбросов и т. д.
Однако всё же воздействие регулирования этих параметров на экологические характеристики ДВС ограничено, в связи с чем и требуется применение систем нейтрализации отработавших газов (ОГ - СНОГ). В то же время известно, что применение ряда нетрадиционных, альтернативных топлив, особенно газовых, во многих случаях связано именно с проблемой токсичности выбросов ДВС и следовательно эффективно именно для решения этих задач.
Актуальной проблемой современности является переход энергетики на не нефтяные, альтернативные топлива. Полный перевод ДВС на питание альтернативным топливом (сжатым или сжиженным газом, спиртами, синтетическими углеводородами и проч.) сдерживается, осложняется следующими обстоятельствами: организация снабжения транспорта таким топливом, например, природным газом (ПГ), требует значительных капитальных затрат на
9 строительство газокомпрессорных станций, станций заправки; автомобильный транспорт с газовыми двигателями, двигателями на водороде теряет от 20% грузоподъёмности и более из-за повышенной массы систем хранения топлива на борту автомобиля, необходимость сохранения двигателем свойств двухтопливности (возможности сравнительно быстрого конвертирования двигателя с одного топлива на другое) снижает эффективность использования альтернативного топлива и т. д.
В то же время в настоящее время ведутся работы по применению альтернативных топлив, как жидких, так и газовых, в качестве добавки к основному жидкому топливу, с целью снижения токсичности и дымности выбросов ДВС и повышения экономичности или мощности лишь на отдельных режимах. Например, режимах максимального крутящего момента, максимальной дымности и т. д. Такой метод воздействия на протекание рабочего процесса двигателя начинают называть методом «физико-химического» регулирования (ФХР) двигателя. Или, иначе, методом регулирования рабочего процесса двигателя путём изменения физико-химических свойств топлива (а в конечном итоге - и физико - химических свойств горючей смеси).
При «физико-химическом» регулировании ставится задача усовершенствования протекания процесса сгорания при минимальном использовании добавки альтернативного топлива, газа (или в более общем случае - любого другого вещества, активирующего, улучшающего процессы смесеобразования - сгорания). Здесь не ставится в качестве основной задача экономии нефтяного топлива заменой его не нефтяным, альтернативным. Добавка газа, альтернативного топлива используется лишь на части рабочих режимов, благодаря чему масса возимого оборудования не возрастает столь существенно, заправка осуществляется либо более просто, либо значительна рея-'з, чем заправка основным топливом. Заправка может быть заменена простой заменой опустошённой ёмкости из под AT - на заполненную, именно благодаря малому её объёму, малой массе.
В двигателях с воспламенением от искры метод ФХР осуществляется сравнительно просто. Например, на всасывании в двигатель подают газ в карбюратор или за ним в количестве 10-20 % от подачи основной части топлива, причём, подачу газа ведут лишь на режимах полных нагрузок и пониженных частот вращения. Это позволяет повысить октановое число смеси, причём, только на режимах, наиболее опасных с точки зрения возможности возникновения детонации.
В дизелях метод ФХР осуществить значительно сложнее, так как речь здесь идёт о необходимости иметь высокое быстродействие системы регулирования состава топлива, компонентов топлива, которое подаётся с высокими уровнями давления. Например, известна возможность совершенствования рабочего процесса дизеля путём подачи лёгкого топлива на всасывании (обогащение воздуха на всасывании парами спирта, бензина водородом и проч.). Однако такой метод является достаточно сложным и инерционным (ввиду сочетания принципов внешнего и внутреннего смесеобразования). Более предпочтителен метод изменения физико-химических свойств топлива перед впрыскиванием его в цилиндры. Проще всего изменить свойства топлива на линии низкого давления. Но этот метод очевидно, ещё более инерционен. Возможно использование двух параллельных топливных систем, как в некоторых спирто - дизелях, что конечно чрезвычайно сложно. В последние годы для оперативного ввода в основное дизельное топливо различных добавок и присадок начинают применять системы топливоподачи с клапаном регулирования начального давления (РНД) топлива. То - есть, клапаном, через который топливо - добавка, например сжиженный нефтяной газ (ГСН), диметилэ-фир (ДМЭ), различные газы и проч. вводятся в линию высокого давления вблизи форсунки, а полученная таким образом смесь двух топлив затем впрыскивается в двигатель. Известны успешные исследования таких систем для форсирования дизеля по составу смеси, для компенсации потери мощно-
сти в высокогорье, для снижения дымности и токсичности выбросов, наконец, для экономии жидкого топлива замещением его альтернативным и т.д.
В диссертации проводится обоснование целесообразности применения метода ФХР - «физико-химического» регулирования дизеля добавкой к дизельному топливу ГСН, ДМЭ, лёгких синтетических парафиновых углеводородов (ЛСПУ), спирта, легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ). Формулируются основные теоретические положения процессов «физико-химического» регулирования, приводятся результаты экспериментального исследования метода. В работе разрабатываются принципы создания конструкций систем для такого регулирования. Проводится оценка эффективности воздействия такого метода на показатели экономичности, эффективности, снижение токсичности и дымности выбросов дизелей.
Актуальность темы диссертации. Истощение мировых нефтяных запасов, а также возрастающие требования к экологическим качествам дизелей ставят перед человечеством задачи поиска альтернативных (не нефтяных) топлив для энергетики и особенно для транспорта. В качестве перспективных в настоящее время рассматриваются такие топлива, как природный газ, сжиженный нефтяной газ, спирты, жидкие продукты синтеза из газа или угля и т. д., а в более далёкой перспективе - водород. Переход на альтернативные топлива осложняется не только необходимостью соответствующих конструктивных изменений в двигателях, но и созданием необходимой инфраструктуры -систем производства нового топлива, его транспортировки, хранения на заправках и на борту автомобиля. Важным моментом в процессе перехода с одного топлива на другое является необходимая переподготовка автохозяйств, водителей, служб контроля и технического обслуживания и т.д. Т. е. необходим уже сейчас набор определённого опыта. В то же время уже известны методы и средства использования альтернативных топлив, как частичных заменителей традиционных, как добавок к основному топливу для повышения экологических качеств двигателей, улучшения его мощностных, экономиче-
12 ских характеристик и т.д. Т. е. определённое развитие начинает получать метод регулирования рабочего процесса дизеля изменением физико - химических свойств топлив. Исследования в этом направлении находятся в достаточно начальной стадии, а целесообразность их развития очевидна с указанных выше точек зрения, в чём и заключается актуальность темы.
Целью работы является разработка основных положений метода «физико-химического регулирования» дизеля, т. е. регулирования его рабочего процесса изменением физико - химических свойств топлива, путём оперативной (т. е. во время работы дизеля) добавки к основному дизельному топливу различных альтернативных топлив, причём, в регулируемых количествах.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи: разработка основных принципов регулирования дизеля изменением физико-химических свойств топлива; разработка и исследование системы топ-ливоподачи, реализующей принципы «физико-химического» регулирования дизеля; экспериментальное исследование возможностей метода «физико-химического» регулирования и разработка рекомендаций к его применению.
Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчётно - экспериментальные методы исследования, в том числе моделирование динамических режимов работы дизеля.
Достоверность результатов экспериментальных и расчётно - экспериментальных исследований подтверждается достаточное точностью применённого оборудования и измерительной аппаратуры, сходимостью результатов расчёта и эксперимента, обработкой результатов многократных измерений с использованием методов математической статистики.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней проведена систематизация целей и задач применения метода «физико - химического» регулирования рабочего процесса дизеля, разработаны принципы практической реализации метода на существующих дизелях, подобрана топливная ап-
»
13 паратура, с использованием которой возможна реализация метода, получены количественные показатели, подтверждающие эффективность метода как в части энергетических, так и в части экономических и экологических качеств дизеля.
Практическая ценность работы заключается в следующем. При реализации метода в эксплуатации появляется возможность улучшить мощност-ные, экономические и экологических показатели дизеля, реализовать метода проведения технического обслуживания дизеля без вывода его из эксплуатации, путём его сравнительно простой модернизации. Работа с альтернативными топливами даёт возможность накопить опыт практической эксплуатации машин на таких топливах, не дожидаясь долговременных результатов создания новой инфраструктуры.
Реализация результатов работы. Материалы исследования включены в отчёты по проведению Госбюджетной работы кафедры РУДН, а также используются в учебном процессе, в том числе при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на международные научно - технических конференциях во Владимирском техническом университете, на научно - технических конференциях инженерного факультета РУДН в 2003,2004 и 2005 г.г.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы 3 работы. Ещё одна работа находится в печати.
Работа дизеля в условиях эксплуатации и применение альтерна тивных топлив.
С ужесточением норм на токсичность и дымность выбросов даже при работе дизеля на установившихся режимах (УР) возникают проблемы, требующие сложных технических решений для улучшения этих показателей за счёт ли внутрицилиндровых процессов, или за счёт очистки выбросов вне двигателя. При этом возрастает значение показателя экономичности, как из -за необходимости экономии топлив, так и из - за необходимости уменьшения выбросов «парниковых» газов [1,15,17,105,106,122,124].
Основной особенностью работы автотракторных ДВС в условиях эксплуатации является то, что двигатели до 95% всего рабочего времени работают на неустановившихся режимах. В таких условиях происходит снижение зарядки цилиндров воздухом, нарушаются процессы теплообмена с окружающей средой, нарушается процесс подачи и распыливания топлива, взаимодействие факела топлива с вихревым движением заряда в цилиндре и т. д. Всё это приводит к нарушениям в протекании рабочих процессов в дизеле и к потере его экономических, энергетических и экологических качеств. В результате дымность ОГ может возрастать на (20-40)%, расход топлива - увеличиваться на (10 - 20) %, а мощность двигателя - снижаться на (8 - 25) %. Последние исследования показали, что наряду с увеличением выброса сажи и ТЧ в этих условиях происходит резкое увеличение выброса углеводородов, в том числе канцерогенных, носителями которых, как известно, являются частички сажи. Кроме того, в настоящее время происходит пересмотр индексов токсичности для ряда компонентов ОГ. Если ранее считалось, что сажа в чис том виде практически не токсична, а её вредность определяется лишь адсорбированными на её поверхности частицами канцерогенных углеводородов, то сейчас доказано, что даже чистая сажа способна ускорять развитие раковых заболеваний, если организм инфицирован раковыми клетками. В этих условиях особенно остро встаёт вопрос о снижении токсичности и дымности, выбросов сажи и других вредных веществ с отработавшими газами дизелей.
Важной проблемой современности является также проблема замены нефтяных топлив, в связи с истощающимися запасами нефти и т.д., что требует применения в энергетике альтернативных топлив, причём, предпочтительно экологически чистых.
В 2004 г.общее мировое потребление первичной энергии в качестве топлива составило 10,22 млрд. т. в нефтяном эквиваленте [69]. Пять стран мира (США, Китай, Россия, Япония и Индия) потребляют 51,6% всего объёма первичной энергии. Удельная доля атомной энергетики составляет 6,2%, гидроэнергия - 6,1%, минеральные источники энергии - 87,7%. Доля ГСН (или СУГ) составляет 2,1% от мирового потребления энергии (рис. 1.1).
Учитывая мировые ресурсы, можно оценить, какие топлива будут в перспективе определяющими [115,116] (рис. 1.2).Видно, что перспектива сохраняется за газовыми ископаемыми топливами. Это определяется как энергетическими, таки экологическими выигрышами. Например, дизельное топливо в 2011 г. будет содержать 10 ррт серы, а газ содержит 1 - 2 ррт (правда, пахучие присадки доводят её содержание до 10 ррт).
На рис. 1.3. приведены прогнозы ОПЕК [15] о сроках истощения нефтяных и газовых запасов в разных странах. Видно, что уже в ближайшие 20-30
Таким образом, актуальной становится проблема перевода энергетических установок, а особенно транспорта, на газовые топлива или топлива, получаемые из газа.
Производство из природного газа синтетического дизельного топлива (которое лучше нефтяного) пока дороже процесса сжижения природного газа (применение сжиженного газа полезно для повышения наполнения и повышения мощности газового двигателя). Анализ общей экономичности цепочек сочетаний топлива и энергетических установок (М-К - от мотора до колёс) показывает, что наиболее экономичен дизель в составе гибридной установки (0,186). Обычный бензиновый двигатель имеет М-К = 0,124 (восьмое место). Природный газ с внутренним смесеобразованием приближает к.п.д. цепочки к дизельному) [115]. Получаемый из газа Н2 (500 млрд Нм в год) используется для улучшения дизельного топлива (для повышения теплоты сгорания). Процесс связан с потреблением энергии и выбросами СОг.
Основные определения и принципы регулирования ДВС изменением физико-химических свойств топлива
Известны методы регулирования мощности, развиваемой двигателем, к которым относятся следующие: путём изменения подачи топлива (цикловой подачи и т. д.) перемещением рейки ТНВД или другого органа регулирования топливоподачи, путём изменения количества горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя (например, изменением положения дроссельной заслонки), совместно изменением количества горючей смеси и впрыскиваемого топлива (например, в газодизеле со смешанным смесеобразованием), путём включения - выключения части цилиндров двигателя, в определённых специфических условиях, возможно регулирование мощности изменением расхода воздуха, в особых случаях, например, при проведении диагностирования, возможно регулирование мощности изменением противодавления выпуску и т.
Конечно, во всех этих случаях происходит изменение параметров и показателей протекания рабочих процессов в ДВС, но назначение перечисленных методов - это всё же регулирование мощности.
К методам регулирования протекания рабочего процесса_следует отнести такие воздействия на работу двигателя, которые при неизменной мощности двигателя приводят к повышению топливной экономичности, или снижению токсичности, снижению дымности, уменьшению шумности, механической и термической напряжённости деталей, увеличению надёжности и долговечности или комплекса показателей и т. д. К таким методам, причём, традиционным, следует отнести воздействие на угол опережения впрыскивания топлива или зажигания, на фазы газообмена, на давление наддувочного воздуха и / или его температуру, на давление впрыскивания топлива и характеристики топливоподачи, на тепловое состояние охлаждающей жидкости и масла, на тепловое состояние заряда в цилиндре (например, применением свечей накаливания) и т. д. При этом, можно говорить о регулировке_и о регулировании (более общий термин, включающий в себя и понятие «управления», в том числе автоматического, например, по заданной программе). Под регулировкой будем понимать установку (т. е. как бы в статике) на двигателе рациональных или оптимальных (для выбранного критерия оптимальности) для всех возможных режимов работы двигателя фаз газообмена, углов опережения впрыскивания или зажигания, температуры воды и/или масла, давления начала подъёма иглы форсунки и т. д. (Решение такой задачи достигается применением например, метода многопараметровой оптимизации). В этих случаях все перечисленные параметры устанавливаются постоянными, не зависящими от режима работы.
Регулирование рабочего процесса, как динамический процесс, протекающий во времени, в функции от режимных параметров (n, hp), теплового состояния двигателя, параметров окружающей среды и т. д. или в соответствии с заданной программой может осуществляться изменением 0, фаз газообмена, степени сжатия є, регулированием наддува, охлаждением или нагреванием надувочного воздуха, изменением характеристик впрыскивания, в частности, регулированием начального давления топлива (давления топлива в линиях высокого давления (ЛВД) перед очередным циклом впрыскивания), присадкой к воздушному заряду ОГ (рециркуляция) или обогащением воздуха на впуске парами бензина, спирта, горючим газом, кислородом и т. д. В настоящее время установилось мнение считать двигатель с системой нейтрализации ОГ (каталитические и другие нейтрализаторы, сажевые фильтры и т. д.) как единую систему, требующую оптимальной (рациональной) регулировки или регулирования и по токсичности, и по экономичности и т. д. Т. е. к числу регулируемых параметров могут быть отнесены, например, противодавление выпуску (при наличии сажевого фильтра), которое должно быть пониженным для улучшения протекания процесса в цилиндре, но в то же время вынужденно повышается для повышения эффективности фильтра (а регулируется, например, регенерацией фильтра). (Как правило, для двигателя без систем нейтрализации противодавление выпуску должно просто минимизироваться). Итак, во всех перечисленных случаях устанавливаются или изменяются некоторые «конструктивные», регулировочные параметры, либо изменяются, устанавливаются физико-химические свойства свежего заряда.
Стенд для исследования топливной аппаратуры дизеля
Стенд предназначен для проведения испытаний, с целью подбора конструктивных признаков, отладки и регулировки системы топливоподачи. Схема стенда приведена на рис. 3.1. На стенде установлен топливный насос высокого давления (ТНВД) 15 с подкачивающим насосом, трубопроводами высокого давления. Все трубопроводы, кроме одного, имеют слив топлива в ёмкость 14, а один связан через узел 5 (содержащий клапан регулирования начального давления), с форсункой 4, помещённой над ёмкостью 3 с измерителем расхода. Дизельное топливо хранится в ёмкости 14, а добавки (ГСН, ЛСПУ, ДМЭ или ЛВЖ) - в ёмкости 9 - измерителе расхода. Последняя закрыта герметически и находится под регулируемым давлением от баллона со сжатым азотом (2 - 2,5) МПа. В системе может быть предусмотрен дополнительный насос для повышения давления топлива перед клапаном РНД 5. При работе ТНВД топливо подаётся к форсунке 4, а расход определяется по расходомеру у ёмкости 3. При необходимости исследования системы с РНД подают к узлу 5 дизельное топливо. Производительность системы с РНД определяют по расходомеру 3. Меняя подключаемую к узлу 5 ёмкость, подают через РНД ГСН, ЛВЖ и т.д. В этом случае измеряют расход ГСН или ЛВЖ по расходомеру 10. Обычным расходомером на входе в подкачивающий насос определяют расход основного топлива. При впрыскивании дизельного топлива в смеси с легко испаряющейся добавкой, последняя выделяется из смеси уже в факеле, превращаясь в газ, и удаляется соответствующим отсосом из ёмкости 3 во внерабочую зону. Таким образом, при исследовании системы с РНД на топливном стенде расход топлива дизельного и добавки ГСН или ЛВЖ измеряются разными измерителями, а общий расход получается суммированием. Теплота сгорания смесевого топлива приводится к теплоте сгорания дизельного.
Для измерения расхода легко испаряющихся жидкостей, таких, как ГСН, ЛВЖ, ДМЭ, применён переносной расходомер объёмного типа, показанный на рис. 3.2. Работа с расходомером происходит следующим образом. Заправка ёмкости 1 производится через открытый вентиль 7 при открытом вентиле 5 (выход паров в атмосферу) и закрытом вентиле 8. После заполнения баллона 1, что контролируется по прозрачному измерителю 4, вентили 7 и 5 закрываются. Выход вентиля 8 подключается ко входу в клапан РНД топливной системы на топливном стенде или соответственно на стенде с дизелем.
Вентиль 5 устанавливается в положение, когда его вход связан с источником повышенного давления - баллоном со сжатым инертным газом (N2). Давление в баллоне 1 контролируется манометром 2. Измерительные объёмы Vi, V2, V3 с разными объёмами используются в соответствии с нагрузочным и скоростным режимами дизеля (или топливной аппаратуры).
Давление на выпуске регистрируется манометром 21. Термометры 22 регистрируют температуры масла, охлаждающей жидкости, отработавших газов и воздуха на входе в дизель. Испытуемый дизель обозначен номером 23. Манометры 24 контролируют давления масла и охлаждающей жидкости. Измеритель и регистратор частоты 25 связан с датчиком частоты вращения вала 26. При работе дизеля на установившемся режиме крутящий момент фиксируется весовым устройством 2 ВКМ-115 с одновременной регистрацией тока (милливольтметр М105, класс точности 0,5) и напряжений (вольтметр М106, класс точности 0,5) в главной цепи генератора.
Расход воздуха измеряется с помощью диафрагмы 16, перепад давлений на которой определяют дифференциальным манометром 15 с ценой деления 1 мм вод. ст. Расход топлива определяется объемным способом, основу которого составляют стеклянные мерные емкости 12 разного объема, соединенные между собой узкими шейками. Расход сжиженного газа определяется также объемным способом с помощью мерного устройства (GpHa- 3,4), представленного на рис. 3.2. Частота вращения коленчатого вала двигателя при работе на установившихся режимах измеряется с помощью электронного тахометра 25 ТЭСА. Атмосферное давление определяется по барометру-анероиду класса точности 1 с ценой деления 0,5 мм рт. ст. Температура машинного отделения определяется по показаниям ртутного термометра марки ТЛ-4-2 со шкалой от 5С и ценой деления 0,1 С. Для измерения содержания сажи в отработавших газах используется комплексный сажемер фирмы БОШ (19, 20). Техническое состояние дизеля и топливной аппаратуры в период проведения эксперимента контролировалось путем снятия внешних характеристик. Характеристики снимались при этом с положением рейки на упоре номинальной подачи в диапазоне скоростных режимов от nmjn до пном. До проведения эксперимента проверялось состояние датчиков и регистрирующей и измерительной аппаратур.
Форсирование по мощности
Т.е. увеличена подача дизельного топлива в двигателе с ФХР от уровня регулировки малодымного (гдмд) до уровня регулировки форсированного (гдф). Следует отметить, что коэффициент приспособляемости дизеля в штатном исполнении (без наддува) составлял 1,12. При форсировании дизеля наддувом (дн) ВСХ также спрямляется и коэффициент приспособляемости снижается до 1,06. При форсировании дизеля применением ФХР коэффициент приспособляемости также умень шается до 1,06. А при применении корректирования ВСХ он возрастает до 1,19.
Возможности форсирования двигателя определяются по экспериментальным нагрузочным характеристикам дизеля в исходном состоянии и дизеля с реализацией метода ФХР (рис. 4.2.). При подаче в топливо и в дизель ГСН происходит снижение дымности ОГ и следовательно появляется возможность форсировать двигатель по мощности. Точка абсолютной внешней скоростной характеристики смещается в сторону повышенных мощностей, двигатель способен работать с возрастанием мощности при существенно более низких а (до а=0,9, в то время как на ДТ дизель теряет мощность уже при а =1,1).
Возможность работать с повышенными максимальными давлениями позволяет достигнуть на номинальном режиме мощности около 205 кВт без превышения предела дымления дизеля, равного 35%. В данном исследовании не накладывалось ограничения на жёсткость работы двигателя при применении ФХР. Это было связано с тем, что угол опережения впрыскивания при применении ФХР целесообразно не менять, т.к. при нагрузках, ниже 80% не предполагается применение подачи ГСН, т.е. двигатель будет работать на чистом дизельном топливе, а следовательно целесообразно сохранить его «дизельные» регулировки. Очевидно, что более высокие результаты можно получить при использовании специальных регулировок для дизеля и дизеля с ФХР.
Следует отметить, что если дизель и дизель с ФХР имеют одинаковые номинальные моменты (что достигается смещением рейки дизеля с ФХР в положение около 81% от номинала), то со снижением частоты вращения развиваемый момент и мощность газодизеля снижаются относительно момента и мощности дизеля. Очевидно, это связано с тем, что со снижением частоты доля (X) ГСН в смесевом топливе снижается. Расходы дизельного, газового и смесевого топлив приведены на рис. 4.3. Здесь же приведены доли ГСН (X) в суммарной подаче смесевого топлива.
Экономичность двигателя оценивалась в единицах топлива, приведённого к дизельному по теплоте сгорания и плотности. Экономичность дизеля с ФХР несколько ниже, чем дизеля, если первый форсирован по мощности и практически такая же при одинаковых номинальных Ме. Протекание характеристики X можно считать желательной, т.к. повышенный расход ГСН (порядка 35% для форсированного двигателя) имеет место при повышенных мощностях, повышенных частотах вращения и повышенных тепловых состояниях двигателя. Со снижением частоты вращения и следовательно теплового состояния камеры сгорания доля ГСН уменьшается до 20%. Отметим, что такое изменение характеристики X не является оптимальным, оптимизация не проводилась, так как в настоящий момент не предполагалось создавать систему автоматического регулирования расхода ГСН для оптимизации тех или иных показателей работы.
В случаях, когда характеристики дизеля корректировались для получения более высокого коэффициента приспособляемости при неизменном номинальном моменте, это корректирование выполнено изменением положения рейки (в пределах 95 - 100%, что вряд ли целесообразно) и расхода ГСН. Т.е. на исходном номинальном режиме доля ГСН в смесевом топливе была уменьшена до 7%. А затем по мере снижения частоты вращения уве личивалась до 20%. (Эти операции выполнены вручную, без применения какой - либо автоматики. Последнее является целью последующих работ).
Экономичность двигателя с ФХР существенно возрастает на пониженных скоростных режимах (при полных нагрузках). При этом конечно возрастает и жёсткость процесса. Возможно, что уменьшением динамичности цикла дизеля с ФХР, уменьшением угла опережения впрыскивания топлива можно «смягчить» процесс, но скорее всего при этом произойдёт и потеря экономичности. Увеличение удельных расходов топлива дизеля с наддувом на низких частотах вращения и полных нагрузках, как известно связано с характеристикой турбокомпрессора, что приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и следовательно и к.п.д. Можно предположить, что применением высокоцетановых присадок (по методу ФХР) в какой-то степени можно искать компромисс между жёсткостью процесса и его экономичностью.
Похожие диссертации на Повышение энергетических, экономических и экологических качеств дизеля 8Ч13/14 регулированием физико-химических свойств топлива
