Введение к работе
Подача воды в цилиндры двигателей известна ещё со времён создания и применения первых ДВС. Первоначально воду применяли только для снижения термонапряжённости деталей, для внутреннего охлаждения, например, авиационных дизелей с воздушным охлаждением, для повышения детонационной стойкости смеси, включая и газодизели со смешанным смесеобразованием. В последние годы воду начали применять для повышения экономичности двигателей, для снижения токсичности выбросов и расширения ресурсов применяемых топлив (например, широко известно применение водо-топливных эмульсий в дизелях, прежде всего судового назначения, использующих топлива утяжелённого фракционного состава). При этом особо интересно применение этого метода в дизелях, где наиболее сложную проблему составляет снижение выбросов оксидов азота и сажи.
Подача воды совместно с топливом производится в виде водо - топливной эмульсии (ВТЭ). При этом для протекания процесса в цилиндре дизеля представляется не существенным, приготовлена ли эта эмульсия заранее, в топливной ёмкости, или она готовится во время работы дизеля с помощью соответствующих средств на линии низкого давления, или же она готовится в линиях высокого давления вблизи форсунок также во время работы дизеля.
При сравнении эффективностей методов присадки воды к воздушному заряду на впуске или к топливу получено, что первый метод позволяет более существенно снизить выбросы оксидов азота, причём, объясняется это прежде всего возможностью подачи на впуске с воздухом повышенного (до 200-300% от величины цикловой подачи топлива) количества воды. В то время как подача воды с топливом обычно не превышает 30%.
Известен метод впрыскивания воды непосредственно в цилиндры дизеля с помощью специальной форсунки и специального насоса высокого давления. При оптимизации фаз подачи воды и топлива и расходе воды в пределах (25-30)% от расхода топлива достигнут эффект экономии топлива и снижения выбросов оксидов азота более высокий, чем при подаче в дизель водо-топливной эмульсии (ВТЭ) того же содержания. Однако, очевидна конструктивная сложность метода, а также его недостаток - резкое ухудшение экологических и экономических характеристик при нарушении фаз подачи компонентов и соотношения вода-топливо. Применение ВТЭ как правило приводит к существенному снижению кон-
центрации сажи в о.г. Однако, на режимах пониженных частот вращения и высоких нагрузок иногда отмечается повышение выброса оксидов азота. Часто работа на ВТЭ сопровождается повышением концентрации СО и СН в о.г. Отмечается увеличение жёсткости и шумности работы дизелей с неразделёнными камерами сгорания, а также необходимость увеличивать производительность топливной аппаратуры для сохранения исходной мощности дизеля.
Системы топливоподачи с регулированием начального давления предоставляют возможности регулирования состава ВТЭ в функции от режима работы дизеля. В них вода подаётся в необходимых количествах через специальный клапан, названный клапаном регулирования начального давления (РНД), непосредственно в линию высокого давления вблизи форсунки, которая сама является хорошим диспергатором. В связи с ростом числа выпускаемых промышленностью и находящихся в эксплуатации малоразмерных высокооборотных дизелей широкого народнохозяйственного назначения, возникают проблемы со снижением токсичности и дым-ности их выбросов, с использованием в них низкокачественных или альтернативных топлив, что и определяет актуальность работы.
Целью работы является разработка и исследование метода и средств улучшения экологических и экономических характеристик высокооборотного малоразмерного дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива, путём подачи воды в цилиндры.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней
проведена наиболее полная систематизация и критический анализ известных методов и средств подачи воды в цилиндры дизеля;
проведена систематизация основных факторов воздействия подачи воды на протекание рабочих процессов в дизеле;
разработана и экспериментально исследована система ввода воды в линии высокого давления топлива с помощью специального клапана - клапана регулирования начального давления;
получены новые количественные характеристики, отражающие влияние подачи воды в цилиндры высокооборотного малоразмерного дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива на его экономические и экологические характеристики;
разработаны рекомендации по регулированию состава ВТЭ в функции от режимов работы дизеля - как основы метода регулирования рабочего процесса дизеля изменением физико - химических свойств топлива.
Практическая ценность работы заключается в том, что
на основании проведённого теоретического анализа и выполненных экспериментапьных исследований показана возможность улучшения экономических и экологических качеств малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива;
применение разработанной топливной системы позволяет подавать в дизель до 30% воды в виде водо - топливной эмульсии с регулированием её состава в функции от режимов работы дизеля. Реализация результатов исследования.
Результаты исследования включены в отчёт по проведению Госбюджетных НИР, переданы в виде научно - технической информации в НПП "Агродизель", применяются на кафедре комбинированных ДВС при проведении учебного процесса для магистрантов и аспирантов РУДН.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно - технических конференциях кафедры и РУДН в 1998-2000 г.г.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в двух статьях.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, приложения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 90 страницах машинописного текста, 38 рисунках и 8 таблицах. Библиография состоит из 87 наименований.