Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы разработки газодизельных процессов 12
1.1. Задачи, решаемые путём перевода ДВС на питание газообразным топливом 12
1.2. Проблемы перевода дизелей на газообразное топливо... 16
1.3. Системы топливоподачи газодизелей с внутренним смесеобразованием 18
1.4. Достоинства и недостатки газодизельных процессов 20
Выводы по главе 1, цели работы и задачи исследования 21
2. Основные теоретические положения разработки га зодизельного процесса с внутренним смесеобразованием на базе сжиженного нефтяного газа 24
2.1. Основные определения, принятые в работе 24
2.2. Свойства смесевых топлив на базе дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа 26
2.3. Разработка системы топливоподачи газодизеля с внутренним смесеобразованием 43
2.4. Разработка конструктивных элементов и конструкций систем топливоподачи газодизеля 52
2.5. Системы топливоподачи с регулированием начального давления топлива в линиях высокого давления 57
2.6. Разработка методов и средств повышения возможной доли сжиженного газа в смесевом топливе 61
2.7. Математическое моделирование разгонов дизеля и газодизеля 67
Выводы по главе2 73т
3. Методы исследования, стенды, приборы, погрешности измерений 76 :
3.1. Стенды для исследования топливной аппаратуры .76
3.2. Стенды для исследования дизелей и газодизелей .82
3.3. Методы статистической обработки результатов измерений. 86
3.4. Погрешности измерений 90
Выводы по главе 3 93
4. Результаты экспериментальных и расчётно- экспериментальных исследований 94
4.1. Переходные процессы в топливной аппаратуре дизеля и их влияние на энергетические качества двигателя 94
4.2. Исследования топливной аппаратуры газодизеля с внутренним смесеобразованием 99 .
4.3. Исследования газодизелей с внутренним смесеобразованием.. 101
4.3.1. Газодизель на базе дизеля Д-240 (4 Ч 11/12,5) 102
4.3.2. Газодизель на базе дизеля ЯМЗ- 238 (8 4 13/14) 109
4.3.3. Газодизель на базе дизеля RABA-MAN 112
4.4. Сравнение токсичностей выбросов дизеля и газодизеля с внутренним смесеобразованием 114
4.5. Газодизель с элементами повышения доли замещения дизельного топлива сжиженным газом .117
4.6. Результаты исследования динамических качеств дизеля и газодизелей 124
Выводы по главе 4 134
Основные результаты и выводы 136
Список литературы 138
- Системы топливоподачи газодизелей с внутренним смесеобразованием
- Свойства смесевых топлив на базе дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа
- Разработка методов и средств повышения возможной доли сжиженного газа в смесевом топливе
- Переходные процессы в топливной аппаратуре дизеля и их влияние на энергетические качества двигателя
Введение к работе
В результате роста числа легковых машин парк машин общественного транспорта несколько снижается. Однако расчет оснащенность коммунального хозяйства различными машинами, преимущественно с дизельными двигателями. К началу 2000 г. при пробега автомобилей на 2,2% (по отношению к 1994 г.) валовой выброс вредных веществ возрос на - 60% (т.е. - в 1,6 раза) при рос к- выбросов і\ (\ в 1,7 раза, СО и СИ - в - 1,6 раза. Около 40% всех выбросов вредных веществ (ВВ) приходится на иногородний транзитный транспорт, и значительной степени дизелями. Растут внутригородские перевозки малотоннажным грузовым транспортом с дизельными.
Одним из методов регулирования рабочего процесса дизеля является изменение фи-зико - химических свойств топлив, путём добавки к основному дизельному топливу различных добавок и присадок, в том числе сжиженного нефтяного газа (1 СІ і) (так называемое "физика химическое " регулирование дизеля - ФХР). Использованием ГСП в дизелях можно достичь сбалансированности ресурсом Отельных топлив.
Применение газовых топлив в ДВС возможно по методам внешнего, смешанного и внутреннего смесеобразования. Для двигателей автотракторного назначения наиболее широко применяются методы организации рабочих процессов с внешним млн смешанным смесеобразованием, т.е. соответственно чисто газовых .процессов с принудительным зажиганием или газол тельных. Известно, что при существенных повышениях экологических качес/т; таких двигателей, они имеют ряд недостатков. К ним относятся ограниченные возможности форсирования- двигателей наддувом, снижение мощности двигателя - прототипа при переходе на газовое топливо, потеря приёмистости и приспособляемости, необходимость снижения степени сжатия исходных моделей дизелей с потерей экономичности и т. д. У ()((и.\шп . ІІ ІІ с (шуш(кчшим сж сеооріПімшшшм по гену такие недостатки отсутствую!. Однако, реализация таких процессов на сегодняшний день возможна лишь на крупных, преимущественно судовых или стационарных дизелях, олаюларя чему достигнут максимальный эффективный КПД порядка пі . ю ecu. превосходящий показатели экономичности любых су-щсспіуюпінч тепловых двигателей, при сохранении высоких экологических качеств. Реализация таких процессов на дизелях автотракторного назначения сложна и в определённой степени возможна лишь с использованием сжиженных нефтяных газов (ГСН). Известные методы организации таких процессов тшчеи в цилиндры заранее подготовленной смеси дизельного топлива (ДО и ГСН или путём оперативной подготовки такой сиеси в линиях высокого давления топливной системы пока не нашли практического применения, однако, ожидаемые выгоды от такой организации процессов уже достаточно очевидны. Одной из основных проблем в этой части является повышение доли -замещения .жидкого топлива газовым, а также расширение диапазона скоростных и нагрузочных режимов, на которых возможно применение ГСН в качестве частичного заместителя жидкого традиционного топлива.
Целью диссертации является разработка и исследование методов и средств усовершенствования организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием применительно к дизелям автотракторного назначення. Для достижения "указанной цели в работе решаются следующие задачи.
1. Разработать систему топливоподачи дизеля, обеспечивающую эффективное использование сжиженного нефтяного газа (ГСН - пропан) как добавки к основному дизельному топливу при значительном повышении доли замещения жидкого топлива газовым (ГС11). .
2, Разработать и исследовать методы и средства регулирования газодизеля с внутренним смесеобразованием.
Исследовать возможности совершенствования показателей работы добавки сжиженного нефтяного газа к основному топливу.
В применены преимущественно экспериментальные и расчетною методы исследования, втом числе математическое моделирование динамических режимов работы исследуемых двигателей.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методики, основанной на методах математической статистики.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней разработаны и исследованы мої оды и средства организации газодизельиого процесса с внутренним смесеобразованием при оперативной подготовке смессвого топлива перед подачей в цилиндры, применимые надвигателях автотракторного назначения. Методы и реализующие их средства включают регулирование состава смессвого топлива, добавление к нему активирующих добавок и присадок, отключение цилиндров и циклов.на режимах пониженных нагрузок, с целью повышения доли замещения дизельного топлива газовым. I (октаны возможности корректирования внешних скоростных и частичных характеристик двигателя, повышения его динамических качеств, возможности снижения дымности и токсичности выбросов, в том числе в условиях, например, в условиях высокогорья, резких неустановившихся режимов. Практическая ценность работы заключается втом, что при реализации предложенных методов организации газодизельного процесса с внутренним смесеобрпюванисм нет необходимости снижения степени сжатия дизеля, к-оїшсршроіііінпе дизеля на газодизельный процесс осуществляется пуіем модерни заинп двигателя, беї существенных сю конструктивных изменений. Реализация такого процесса позволяет сохранить высокий уровень форенровкн двигателя наддувом. При этом сохраняются высокие показатели экономичности, резко снижаются дымность и в целом токсич-иосп. выбросов, улучшаются динамические качества установки, появляются воіможтчми форсирования двигателя но составу горючей смеси, в том числе в условиях высокогорья, что обеспечивает компенсацию высокогорных потерь. Разработанная математическая модель может применяться для ускоренного определения динамических качеств двигателя с потребителем, для выявления желательного закона регулирования подачи добавки в топливо.
Материалы исследования включены в отчёты по проведению госбюджетом НІII . переданы Ярославскому моторному заводу и Ногинскому заводу топливной аппаратуры, а также Центральному научно - исследовательскому автомобильному и автомоторному институту (НАМИ) в рамках совместных научно - исследовательских работ, применяются в учебном процессе Россмпскої о университета дружбы пародов, втом числе при под-гоювке мшмсісрскпх и кандидатских диссертаций. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Всесоюзных науч.- - техн. конференциях в МВТУ им. Н. Э. Баумана в 1987 г., во Владимирском техн. университете в 1990 г., в ЦНИИМФе, Ленинград, и 1990 г., на научно - технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов п 1987, 1989, 1990, 1995 и 2002 г\г. Но результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликовано 19 работ.
Системы топливоподачи газодизелей с внутренним смесеобразованием
Один in возможных видов альтернативных топлив - сжиженный нефтяной газ (ГСП) - пропан-бутан, особенно перспективен для регионов, где имсіоіся псі очники его получения или соответствующее снабжение, Очевидно, чзо с гочки зрения истощения нефтяных запасов, уменьшение ресурсов дизельного топлива будет сопровождаться уменьшением ресурсов ГСМ. Однако, опыт использования ГСМ перспективен, так как применим ;іля дальнейшем) перехода на перспективное -экологически чистое топливо димешл ншр ДМ ) [18, 76]. Использованием ГСП можно достичь сбаланепрованиости ресурсов дизельных топлив. Его применение целесообразно также и целях снижения токсичности и дымности выбросов [9, И, 16, 1«. 21.22. 24.44, 45, 51,69, 70, 80, 85,89, ГСМ может использоваться в качестве топлива для газодизелей со смешанным смесеобразованием (внешним по газу if внутренним - по запальному дшельночу топливу). Однако, реализация такого процесса связана со значительным усложнением системы топливоподачи и регулирования лнзе.зя При іакоч процессе значительно снижается дымность ОГ, однако, част повышаются выбросы оксидов азота. Кроме того, возникают проблемы повышенного выброса углеводородов и окиси углерода (на режимах малых нагрузок и холостых ходов), бездетонанионного сгорания, а также организации рабочего процесса дизелей с наддувом. Необходимость быстрой Koiiitepiaiiiut двигателя на чистое дизельное топливо требует дополни ie.ii.noi о челожнення системы питания. большая часть этих проблем устраняется при организации рабочего процесса газодизеля с внутренним смесеобразованием. Для автотракторных дизелей это может, быть впрыск в цилиндры смеси ДТ с ГСН, полученной например, в ЛНД топливной системы [69, 70]. Очевидно, что такой способ приведёт к значительному усложнению конструкции двигателя (бак высокого давления, трубопроводы повышенной прочности для подачи смеси топлив к насосу и т. д.). а также к повышению эксплуатационных расходов. Допустимо смешение топлив в ЛНД (подача в дизельное топливо ГСН от специальною насоса [114, 124]) или непосредственно в ЛВД (подача ГСП от специального ТНВД) [17, 18]. Применение этих способов ограничивается возможной нестабильностью процессов топливоподачи из-за парообразования » ЛПД, а также усложнением системы из-за необходимости второю, причём, специального ТНВД.
Соиапме тодіпеля с ннутренннм смесеобразованием но газу для ав-іоіракі орного нашаченмя сі ад о возможным после появления ряда топливных спічем, кшорые позволяют впрыскивать в дизель смесь основного топлива с .шпанками газа как в газовой, так и в жидкой фазах. Разработке и иее.те.юклнню іакпч систем топливоподачи посвящены работы [18, 21, 45, 51. 55. &L HU. N2. 8-І. 87, 95, 99, 100, 10!, 102, 104, 126]. В простейшем ва-рнате юп.пншая аппаратура конструктивно не меняется, но снабжается несколькими баками, содержащими заранее приготовленные смеси (или эмульсии) л тельного топлива с соответствующими добавками ГСН. В других случаях юплшшля аннараїлра содержит переключаемые подводы на всасывании в ПИЩ различных добавок и присадок. Иногда возможно применение топливной аппаратуры с раздельной подачей разных компонентов разными секциями ТНВД и смешиванием компонентов в линии высокого давления. шестым мегод подачи в дизель смеси ДТ с ГСН после ввода ГСН в ЛВД через специальный клапан регулирования начального давления (РНД) может реалиювываться с помощью различных конструкций системы [80, 82, 87. 99. 101. КМ]. Однако характеристики расхода ГСН через клапан РНД существенно зависят от свойств штатной топливной аппаратуры, а именно, пі характеристик изменения остаточных.давлений в ЛВД в зависимое! и от скоростных и нагрузочных режимов работы системы (особенно, если речь идёт о модернизации существующей аппаратуры). Поэтому определенную проблему составляет регулирование или настройка топливной системы на желательный расход ГСН. При этом, важное значение имеютфнчико химические свойства смесевого топлива, полученного добавкой к основному ДТ сжиженного газа [34,68, 70].
Многие вилы систем топливоподачи с РНД оказались применимы для подачи в линии высокого давления топлива различных газов, в том числе ГСП. К таким системам относятся системы с вводом добавки в ЛВД от до-полни іельиі.іх насосов, от аккумуляторов, ог распредели і слей давления, через специальные клапаны регулирования начального давления (клапаны РНД). Регулирование (повышение, стабилизация, изменение в зависимости от режима) начального давления, т. с. давления топлива в ЛВД перед очередным циклом впрыскивания, осуществляется вводом соответствующей добавки, например, ГСП, в ЛВД через специальный невозвратный клапан -клапан регулирования начального давления. Клапан РНД работает благодаря перепаду давления между ЛВД и линией низкого давления (ЛНД) подачи добавки. При -пом перепад давления возникает благодаря волне разрежения, котрая формируется в ЛВД во время посадки нагнетательного клапана Т!ШД в седло (нагнетательный клапан ТНВД имеет соответствующий раируючный объём). Количество добавки, вводимой в ЛВД, завиєш как 01 собственной характеристики изменения остаточного давления в ЛВД топливной системы, так и от метода регулирования расхода добавки, а именно: повышение и регулирование давления в ЛНД, регулирование усилия открытия клапана РНД (например, с помощью электромагнитного устройства), регулирования степени разгрузки ЛВД при посадке нагнетательного клапана и т. д. При работе на альтернативных, причём, низкоце-тановых тонливлх, например, спиртах, применялся метод регулирования днчели и coo use і спіснію расхода спирта, путём отключения - включения часш цилиндров или циклов [2, 77, 116], реализуемый с помощью систем отключения циклов її цилиндров (СОЦЦ). Принципиально можно предположи п. применимость такого метода и системы для регулирования ГСМ газодизелем; с целью повышения доли замещения ДТ газовым.
Свойства смесевых топлив на базе дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа
Рабочий процесс в газодизеле может быть организован по принципам (шутрсиисго смесеобразования или смешанного смесеобразования. В первом случае должно быть обеспечено самовоспламенение в цилиндре чистого газа или соответствующего смесевого топлива, которые подаются в цилиндры вблизи ЕЗМТ (то есть сжатию в цилиндре подвергается свежий воздушный заряд без топлива). Во втором случае газ подаётся в цилиндры по принципу внешнего смесеобразования, то есть вблизи НМТ. В цилиндре сжпмаоїея і орючая газовоздушная смесь, а запальное ДТ. в гом числе с присадками, подаётся по принципу внутреннего смесеобразования. Воспламенение газовоздушной смеси происходит после самовоспламенения горючей смеси, состоящей из запальной порции ДТ с воздухом. "Фюим) химическое " регулирование (ФХР) двигателя (дизеля) - это регулирование его рабочего процесса, путём изменения физико - химических свойств топлива. (Иногда под этот термин подводят и понятие "регулировки", то есть подбор физико - химического состава топлива, ра-шюпллышго для данного двигателя и данных условий эксплуатации, а еле- довате.іьно бет изменения этого состава во время работы двигателя). В длиной рабою пол регулированием понимается изменение физико-химического сое шип юшпша во время работы двигателя, в соответствии с его скоростным, нагрузочным режимами, тепловым состоянием и т.д. Одним in средств реализации ФХР является добавка к ДТ сжиженного нефтяного газа (причём, в количествах, изменяемых по желательному закону в соответствии с режимными параметрами двигателя и т.д.).
При реализации метода ФХР максимальное замещение ДТ газовым не явдяеіея самоцелью, Физико - химические свойства меняются для достижения ряда других целей. Например, снижения дымности в режимах максимальных нагрузок, в резко неустановившихся режимах, форсирования процесса по составу горючей смеси, корректирования внешних скоростных характеристик (ПСХ) двигателя, характеристик предела дымления, абсолютных внешних скоростных характеристик (АВСХ) и т.д.
Двигатель может быть выполнен как гаюдтсчь без возможности перевода (мннн ршнроытня) его для работы только на дизельном топливе, а може) быть выполнен с возможностью оперативного перевода его (ш/« аертириаашш) с газодизельного процесса на дизельный и обратно. Первый принцип реализуется как правило в крупных судовых или стационарных двигателях 1 і горой —в автотракторных двигателях.
Н шшаертируемых автотракторных гтадтежк со смешанным c\te-ceoOpasocaiitu M как правило, используется штатная дизельная топливная аппаратура как для работы на чистом дизельном топливе, так и для подачи запальной порции ДТ. При-работе на полных нагрузках по газодизельному процессу т-за необходимости охлаждения распьиштелеи форсунок запальная порция ДТ редко может быть снижена менее чем до 20% от номинальной. О [сюда при возможности замещения 80% ДТ газовым на полных нагрузкам среднее эксплуатационное замещение ДТ газом редко превыша-ст 35-40% (что зависит также от циклограммы возможных режимов работы установки). От такого недостатка избавлены газодизели, оснащенные форсунками с охлаждаемыми распылителями. Однако такое решение является дороіим и редко применяемым в автотракторных дизелях.
Газодшели с внутренним смесеобразованием, то есть с впрыскиванием в цилиндры газа или смесевого топлива (ДТ+ГСН) недостатком, связанным с возможным перегревом распылителей форсунок, не обладают. Доля замещения газовым топлипом дизельного определяется в этом случае возможное 1ыо организации самого рабочего процесса (в частности, воспламеняемостью смесевого топлива), а также вероятностным распределением -эксплуатационных режимов работы двигателя (циклограммой годового распределения режимов). Акппширующие (иысокоцетшшпые) присадки сущеаиаешш увеличивают Оостижгшую долю замещения J [Т газовым.
Сжиженные нефтяные газы (ГСН) - это лёгкие углеводороды, которые при давлениях I - 2 МПа и нормальной температуре находятся в жидком состоянии. Основные компоненты ГСН - пропан, бутан и пропилен. Пропан и пропилен обеспечивают оптимальное давление насыщенных паров в газовом баллоне. Ьутановая составляющая (нормальный бутан, изобутан, изобуїилеп и др. изомеры) является наиболее энергоёмким компонентом ГСП. Кроме того, ГСН содержит метан, этан, этилен, пентаны и др. газы, суммарное количество которых не должно превышать 6%. Благодаря этану, имеющему высокое давление насыщенных паров, в баллоне даже при низких температурах окружающего воздуха поддерживается достаточно высокое давление. В рассматриваемом п работе случае ГСП и хранится, и ис-пользуется п жидком состоянии. ГСН в жидком состоянии обладает высоким коэффициентом объемного расширения. Поэтому в баллоне он находится с обязательной воздушной подушкой для компенсации этого расширения. (При полном заполнении баллона ГСН нагревание на I градус приводит к росту давления на 0,7 МПа). Основные физико - химические свойства ГСП приведены в таблице 2.1. [73].
Разработка методов и средств повышения возможной доли сжиженного газа в смесевом топливе
Повышение допустимой доли ГСН в смесевом топливе возможно добавкой к ГСП высокоцстановых присадок. Такое решение исследовано в работах J68. 69, 70] п здесь не рассматривается. В данной работе для увеличения процента возможного замещения ДТ газовым предложено использовать метод отключения цилиндров (циклов), для чего создана система отключения цилиндров и циклов (СОЦЦ).
С точки зрения возможности протекания процессов воспламенения -сгорания смесевого топлива, содержащего низкоцетановый ГСН, очевидно, что лишь при повышенных нагрузках и следовательно температурах в цилиндре можно обеспечить организацию рабочего процесса. При работе двигателя на частичных режимах, когда тепловое .состояние двигателя понижается, не представляется возможным подавать повышенное количество ГСН в топливо и в цилиндры. Если же отключить часть цилиндров, то оставшиеся її работе цилиндры работают на режимах повышенных нагрузок, что позволяет увеличить расход ГСН через них. Для обеспечения такого режима работы нужно применить систему отключения цилиндров или циклов (СОЦЦ). Гё схема и принцип её работы приведены на рис. 2.24.
Система представляет собой сочетание узла клапана РИД с электромагнитным узлом удержания клапана РНД в открытом состоянии. То есть, когда клапан РИД откроется, благодаря волновому процессу в ЛВД, электромагнитный привод призван удержать клапан в открытом положении, чтобы он не закрылся волной давления и чтобы новая подача топлива насосом высокого давления стравилась в линию низкого давления. Цилиндр будет выключен. При снижении частоты вращения регулятор увеличит подачу топлива в работающие цилиндры. Одновременно с тгим в соответствии с параметрами системы с РНД увеличится и подача ГСП в ЛВД и в цилиндры двигателя.
В отличие от узла РНД, приведённого на рис. 2.20, узел СОЦЦ содержит удлиненный корпус 9. Узел содержит крышку 10, магнитную пластину 11, снялишую со штоком 12. В корпусе 9 расположен электромагнит 13. При подаче напряжения на электромагнит 13 пластина 11 притягивается магнитом 13, а шток 12 нажимает на клапан РНД 8. Но клапан не может бып оікрі.іі, пока на пего со стороны ЛВД действует высокое или повышенное давление. Когда же к клапану РНД подойдёт волна разрежения, сформированная при отсечке подачи топлива посадкой нагнетательного клапана ТІ 1ВД на седло, тогда клапан РНД откроется. Далее электромагнит будет удерживать его в открытом положении, так как перепад давления на клапане мри стравливании топлива через него при нагнетательном ходе плунжера не столь велик, чтобы преодолеть силу удержания клапана магнитом. Закрытие клапана РНД произойдёт лишь после того, как напряжение будет снято с катушки 13.
Схемы осциллограмм, объясняющих работу СОЦЦ, показаны на рис. 2.25. Осциллограммы изменения давления P,j, (давления у форсунки) 1 и 2 показывают работу системы тошшвоподачи без отключения цилиндра. При этом клапан РНД работает, как это было показано ранее, как клапан подачи ГСП в ЛВД. В момент р[ клапан начинает открываться (осциллограмма їй-,,,,,,), а в момент ф: - начинает закрываться, пропуская в ЛВД ГСП. Затем процесс повторяется в моменты ф.і и ф . Осциллограммы І1И показывают подъём иглы форсунки в циклах I и 2. Если в какой-то момент после начала открытия иглы форсунки подать на катушку напряжение U, то подъём клапана РНД {hVtpiu) произойдёт, но клапан будет открыт, пока подаётся напряжение U на катушку электромагнита отключателя цилиндра; В этом случае после первого цикла топливоподачи (никл Г) новый цикл впрыскивания не состоится (пунктирная линия 2 изменения Рф), так топливо, подаваемое плунжером насоса высокого давления стравливается в ЛНД. Игла форсунки не поднимается (пунктирная линия h „=0). И лишь после снятия напряжения U и систем будет готова к новым циклам впрыскивания емесеного топлива в цилиндр. Следовательно, в этом случае ци-линдр всегда работает с повышенной нагрузкой, а следовательно и расход ГСН через него будет повышенным. Такое решение позволит увеличить процент замещения дизельного топлива газовым без ущерба для организации рабочего процесса в цилиндре.
Недостатком системы подачи ГСН (даже в смеси с дизельным топливом) через штатную форсунку является возможность утечек газа через неплотности форсунки в надигольную полость, а оттуда - в топливный бак и п окружающую среду. Для устранения этого недостатка было предложено подвод ГСП и ЛВД выполнить через надигольную полость (рис, 2.26). В этом случае смесеиое топливо, просочившееся в надигольную полость, непрерывно отбирается через клапан РНД и поступает под иглу и впрыскивается в цилиндр. На схеме обозначено: 1 - ТНВД, 2 - нагнетательный клапан ТНВД с разгру зочным пояском, 3 -ЛВД, 4 - форсунка закрытого типа, 5 -- бак с ДТ. 6 - подкачивающий насос, 7 - фильтр топлива, 8 - линия отсечки полачи, 9 - бак с ГСН, 10 - измерение давления ГСН, 11 - запорный вентиль, 12 фильтр ГСН с аварийным автоматическим электромагнитным клапаном, 13 - дополнительный подкачивающий насос, 14 - иадигольная полость (замкнутая), 15 - распылитель форсунки, .16 - линия подачи ГСН пол иглу, 17 - клапан РНД (условно показан шариковым), 18 - игла форсунки. 19 - пружина иглы форсунки, 20 - канал связи надигольной полости с клапаном РНД. В системе могут быть предусмотрены ресивер для инертного газа повышенного давления 21, и регулятор дополнительного давления 22.
Переходные процессы в топливной аппаратуре дизеля и их влияние на энергетические качества двигателя
Мерное устройство позволяет измерять расход газа, находящегося под давлением, то есть в сжиженном состоянии. Расходомер содержит стальной баллон 1, мерные ёмкости 3 разных объёмов (V, V2, V3) и прозрачную трубку 4, соединённые между собой и размещенные в корпусе б. В стальном баллоне имеется запорный вентиль 7 с фильтром. Мерные ёмкости выполнены в виде сварной толстостенной трубы переменного сечения и соединены с прозрачной трубкой 4, на которой нанесены метки для измерения объёма расходуемого ГСН. Прозрачная трубка 4 выполнена из толстостенного плексигласа и помещена в специальный металлический взры-вобезопасный кожух с вертикальным узким окном для визуального определения положения уровня ГСН в мерной трубке 4, Металлический кожух закрыт сверху и снизу крышками со штуцерами. Верхняя крышка связана с манометром 2, по которому контролируется давление внутри расходомера. Заправка мерного устройства газом производится следующим образом. Перед началом испытаний закрывают трёхходовые краны 5, а к запорному вентилю 7 подсоединяют шлангом баллон со сжиженным газом. Затем открывают кран 5, расположенный в верхней части баллона I, и жидкая фаза ГСМ поступает в расходомер, заполняя объёмы баллона 1, мерных ёмкостей 3 и прозрачной трубки 4, так как они представляют собой сообщающиеся сосуды. Для более полного заполнения мерного устройства газом, вентиль 5 в верхней части расходомера необходимо открыть таким образом, чтобы удалить газовую фазу, так как при заполнении устройства газ испаряется и создаётся противодавление, что снижает полноту заполнения ёмкости жидкой фазой. При этом газовая фаза удаляется в атмосферу. После полной заправки вентиль закрывают и отсоединяют баллон с ГСН. В том случае, когда давление в мерном устройстве недостаточно для обеспечения требуемого расхода ГСН в процессе испытаний, через кран 5 в верхней части баллона 1 подают в измерительное устройство нейтральный газ (азот) с повышенным давлением (устройство обеспечивает безопасную работу до давлений порядка 4 МПа, а испытания опрессовкой устройства проведены до давления 7 МПа). Замер количества ГСН, подаваемого из измерительного устройства, производят следующим образом. Открывают кран 5 и включают устройство в работу. Определяют время исте-чения ГСН из измерителя и величину израсходованного ГСН по меткам на трубке 4. При проведении испытаний контролируют величину давления в мерном устройстве и температуру ГСН. Стенд для испытания топливной системы с подачей ГСН через клапан РНД показан на рис. 3.3. Для исследований использован топливный стенд типа КИ-92ІМ ГОСНИТИ, Испытательный стенд был дооборудован устройствами для подачи ГСН в ЛВД и для удаления испарившегося газа из мерного устройства после распылива-ния смесевого топлива форсункой (что необходимо для обеспечения нормальных условий работы обслуживающего персонала, поскольку при испытаниях топливной аппаратуры сгорания газа не происходит). Так как подача ГСН в ЛВД осуществляется через обратный клапан 5 (клапан РНД) то подача и дозирование газа происходят в зависимости от режима работы топливной системы, самопроизвольно, в зависимости от величины остаточного давления и волновых процессов в ЛВД. Для определения расхода газа в общем объёме цикловой подачи смесевого топлива используется мерное устройство 10, (показанное на рис, 3.2.), которое соединено с баллоном для ГСН и через фильтр 7-е клапаном РНД 5, подключённым к форсунке 4. Чтобы при распыливании газотопливной смеси предотвратить утечки газа в атмосферу, используется специальная ёмкость 3 (прозрачный цилиндр), размещённый вместе с фильтром 7 на кронштейне, закреплённом на боковой стенке стенда. В крышке ёмкости имеется отверстие и кронштейн для установки форсунки 4, а также два штуцера, один из которых гибким шлангом соединён с источником сжатого инертного газа (N2 или СОг), причем, давление в нём устанавливается компрессором 1, а другой через гибкий шланг сообщен с атмосферой (вис помещения). Замер давления в ЛВД производится датчиком давления 6 (пьезокварцевым, с собственной частотой 1500 гц), а подъём иглы форсунки - датчиком 8 (ёмкостного типа). Сигналы от этих датчиков поступают на электронный осциллограф 16. Частота вращения кулачкового вала ТНВД замеряется цифровым тахометром 12, зубчатый диск которого закреплён на валу ТНВД. Расход топлива (объёмный) определяют при помощи мерной ёмкости 14. Топливо от подкачивающего насоса может подаваться в ТНВД через фильтр П. Замер расхода смесевого топлива через форсунку осуществляется не в мерные колбы стенда, а в отдельную ёмкость 3.
Оптимизация конструктивных параметров системы и клапана РНД определяет возможность получения желательной характеристики изменения концентрации добавки, а в конечном итоге - ГСН в смесевом топливе. Следовательно, для каждого типа топливной аппаратуры необходима индивидуальная наладка элементов ТС. Исследования рабочего процесса газодизеля с внутренним смесеобразованием проведены на дизелях типа Д-240 (4411,5/12), ЯМЗ-238 (8413/14) и 248,5/11. При любых видах испытаний очевидно требование к стабильности и достоверности параметров и показателей работы дизеля при установившихся режимах. Поэтому перед и после проведения исследований проводится проверка исходной регулировки двигателя и его систем, то есть контролируются паспортные данные двигателя при УР.
