Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и задачи исследования 13
1.1. Пути совершенствования экологических показателей дизелей 13
1.2. Используемые альтернативные топлива 14
1.2.1. Классификация традиционных и альтернативных тоготив 15
1.2.2. Кислородосодержащие топлива и присадки 30
1.3. Использование диметилового эфира (ДМЭ) в качестве альтернативного топлива для дизеля 35
1.3.1. Свойства ДМЭ 36
1.3.2. Методы производства ДМЭ 40
1.3.3. Анализ возможных типов топливных систем (ТС) для работы на ДМЭ 41
1.3.4. Сравнительное исследование рабочего процесса дизеля при работе на ДМЭ и дизтопливе 45
1.4. Методы гидродинамического расчета топливной аппаратуры (ТА) с учетом двухфазного состояния топлива 51
1.5. Выводы по главе 1 и постановка задач исследования 59
ГЛАВА 2. Основные положения методов расчета и расчетное исследование ТА 63
2.1. Дополнение методов расчета ТА 63
2.1.1. Дополнение метода гидродинамического расчета ТА, учитывающего двухфазное состояние ДМЭ (исследовательского метода) 64
2.1.2. Дополнение метода гидродинамического расчета ТА, основанного на решении волнового уравнения (инженерного метода) 74
2.1.3. Методика и программа определения параметров впрыскивания топлива по осциллограмме давления в топливопроводе 82
2.2. Результаты расчетных исследований 87
2.2.1. Результаты расчетных исследований по исследовательскому методу 87
2.2.2. Результаты параметрических исследований ТА с нагнетательным клапаном двойного действия (инженерный метод) 97
Выводы по главе 2 100
ГЛАВА 3. Объекты испытания, экспериментальные установки и методики исследований 101
3.1. Основные положения адаптации ТС дизеля для работы на ДМЭ 101
3.2. Безмоторная установка для исследования параметров топливоподачи при работе на ДМЭ и объект испытания 102
3.3. Одноцилиндровая моторная установка для исследования энергетических и экологических показателей дизеля и объект испытания 113
3.4. Методики экспериментального исследования 119
3.4.1. Методика безмоторного исследования ТС 120
3.4.2. Методика моторных исследований 124
3.5. Определение погрешностей измерений 126
Выводы по главе 3 127
ГЛАВА 4. Анализ результатов расчетно-экспериментального исследования 129
4.1. Результаты экспериментального исследования процессов на безмоторной установке (исследование ТС дизеля 14 12/12 (КамАЗ)) 129
4.2. Результаты экспериментальных исследований работы дизеля 135
4.3. Обработка результатов моторных испытаний 147
Выводы по главе 4 . 152
Общие выводы .154
Литература 156
Приложения 167
- Сравнительное исследование рабочего процесса дизеля при работе на ДМЭ и дизтопливе
- Дополнение метода гидродинамического расчета ТА, основанного на решении волнового уравнения (инженерного метода)
- Одноцилиндровая моторная установка для исследования энергетических и экологических показателей дизеля и объект испытания
- Результаты экспериментального исследования процессов на безмоторной установке (исследование ТС дизеля 14 12/12 (КамАЗ))
Введение к работе
Актуальность проблемы. Улучшение экологических показателей современного дизеля является важной задачей, решение которой может быть достигнуто применением альтернативных топлив. Одним из перспективных топлив, широко рассматриваемых в последние годы, является диметиловый эфир (ДМЭ). Топливные системы (ТС) дизелей и сами дизели требуют адаптации для обеспечения их работы на ДМЭ, что обуславливает необходимость проведения научно-исследовательских работ в этом направлении.
Цель работы. Исследование возможности улучшения экологических показателей дизеля путем перевода его на работу с ДМЭ, разработка макетного образца традиционной ТС разделенного типа и дополнение существующих методов и программ гидродинамического расчета топливной аппаратуры (ТА).
Методы исследования. Расчетно-теоретическое исследование работы ТА проведено с использованием методов и программ, разработанных в МАДИ (ГТУ) на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" и автором. Экспериментальные исследования проведены, как на безмоторном стенде, спроектированном и доработанном автором, так и на и на одноцилиндровом моторном отсеке.
Научная новизна. Проведены уточнения и дополнение двух методов и программ гидродинамического расчета для работы ТА на ДМЭ, позволяющие рассчитывать характеристики впрыскивания с учетом физических особенностей ДМЭ, а также подбирать геометрические параметры топливоподающей аппаратуры. Расчетно-теоретические исследования позволили обосновать рациональные параметры ТА. Исследованы некоторые закономерности в образовании вредных выбросов отработавших газов (ОГ) при работе дизеля на ДМЭ. Предложена
методика расчета температуры рабочего тела в цилиндре с учетом изменения его молекулярного состава в процессе сгорания.
Практическая ценность работы. Преложенные подходы к адаптации ТС для работы на ДМЭ, подтвержденные и дополненные во время безмоторных и моторных испытаний, и результаты расчетно-теоретических исследований могут быть использованы для дальнейшей разработки и совершенствования ТС, работающих на ДМЭ. Программы гидродинамического расчета ТА с учетом предложенных дополнений позволяют с достаточной для практики точностью быстро и качественно решать задачи проектирования, исследования физических явлений при работе ТА на ДМЭ. Методика и программа обработки осциллограмм давления топлива в топливопроводе могут быть использованы при испытаниях ТС дизеля, что особенно актуально при проведении моторных испытаниях дизеля в связи со сложностью замера расхода топлива.
Реализация работы. Методы и программы гидродинамического расчета ТА и обработки осциллограмм давления в топливопроводе внедрены в ГНЦ НАМИ и: используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях: 2001г. в МАДИ (ГТУ), 2003 г. в ВГУ и заслужили положительные оценки.
Основные положения выносимые на защиту.
-Дополнения методов гидродинамического расчета ТА дизеля учетом: а) изменения газовой фазы (ГФ) в надплунжерной полости ТНВД и б) конструктивных параметров клапана двойного действия.
-Методика и программа обработки осциллограммы давления в топливопроводе при работе ТА дизеля на ДМЭ.
-Методика и датчик определения остаточного давления рост на
различных режимах работы ТА.
-Методика расчета температуры рабочего тела в цилиндре с учетом изменения его молекулярного состава в процессе сгорания.
-Результаты безмоторных испытаний ТС при ее работе на ДМЭ.
-Результаты моторных испытаний одноцилиндрового отсека на ДМЭ и их сопоставление с результатами работы на дизтопливе (ДТ).
Сравнительное исследование рабочего процесса дизеля при работе на ДМЭ и дизтопливе
Природный газ. Состоит в основном из метана и небольшой примеси других газообразных компонентов.
Стоимость производства природного газа ниже. Однако, при отсутствии возможности доставки газа по трубопроводам, его транспортировка становится более дорогой, так как в этом случае его обычно перевозят в криогенных баллонах в сжиженном состоянии при температуре -162 С.
Другой вариант транспортировки и хранения ПГ возможен в сжатом состоянии. Обычно газ сжимают до 200 бар (иногда выше) и хранят на борту автомобиля в баллонах под давлением. Природный газ может сгорать очень «чисто» и, таким образом, является благоприятным топливом для общественного транспорта (такси, автобусы и др.) в городах. При использовании ПГ в городах дополнительное преимущество дают центральные станции дозаправки.
Однако, при переводе дизельных двигателей грузовых автомобилей на работу с природным газом падает КПД двигателя [86], так как природный газ является топливом для ДсИЗ. Это приводит к ряду недостатков, а именно: более низкое КПД из-за более низкой степени сжатия (из-за детонации); дроссельного регулирования на частичной нагрузке (которая является основным режимом в городах); больший объем топлива и тяжелые баллоны для хранения газообразного топлива, а также стоимость и время, расходуемое на дозаправку [86]. Физические способы повышения удельной энергии природного газа (сжижение переохлаждением или сжатием высококалорийным газом) являются неэффективными решениями [86].
Среди возможных способов перевода дизельного двигателя на работу природным газом можно выделить два основных способа: 1) газодизельный процесс, при котором воспламенение происходит от запальной дозы дизельного топлива и 2) газовый двигатель с искровым зажиганием [38, 42,43].
Оба способа конвертации имеют ряд достоинств и недостатков, как по технической стороне перевода двигателя на питание природным газом, так и по показателям по выбросам вредных веществ в ОГ и по экономичности.
Достоинством первого способа является относительная простота переоборудования дизельного двигателя на газовое топливо, т.к. все основные детали дизеля остаются без изменения, добавляются лишь элементы, необходимые для сохранения и подачи газа [38, 42, 43], в то время, как при конвертации дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием необходимы определенные доработки (доработка поршней для снижения степени сжатия с 16-18 до 12-14, доработка отверстий под форсунку в головке цилиндров с целью установления свечи зажигания, установка распределителя вместо топливного насоса (в случае использования микропроцессорного зажигания отпадает необходимость в приводе распределителя) и установка во впускную систему смесителя с дроссельной заслонкой) [38]. Кроме того, при конвертации в газодизель сохраняется возможность при необходимости работать только на дизельном топливе [42].
По надежности работы лучшим можно считать газовый двигатель, в то время, как газодизель уступает по этому показателю и дизельному и газовому двигателям [38, 43]. Снижение надежности работы газодизеля связано с добавлением второй системы питания и с возможностью коксования распылителей форсунок из-за существенного уменьшения охлаждающего эффекта потока топлива [43] (малая подача запальной порции.имеет место при.высоких нагрузках и высоких передаваемых к распылителю тепловых потоках, в то время, как температура носка распылителя не должна превышать 180 С [43, 64]). При работе на газовом двигателе с искровым зажиганием возможны затруднения в пуске двигателя из-за осаждения воды на свечах в процессе воспламенения (после нескольких вспышек), шунтирующей искровой промежуток [43].
Недостатком применения (при любом способе перевода двигателя на природный газ) является снижение сертификационной грузоподъемности автомобиля на 9-й4 % за счет массы газобаллонного и дополнительного оборудования [51].
Сравнение концентраций вредных выбросов с ОГ дизельного, газового двигателей и газодизеля приведены в табл. 1.5. [38].
Видно (табл. 1.5), что концентрации СН и СО газодизеля значительно превышают аналогичные показатели дизельного двигателя. Это можно объяснить неполным сгоранием метана при бедных метановоздушных смесях на режимах средних, малых нагрузках и режимах холостого хода.
Выбросы NOx и, особенно твердых частиц, в газодизеле ниже, чем в дизеле. Концентрацию СН и СО в выбросах газодизеля можно снизить, используя различного рода нейтрализаторы. Однако из-за отсутствия надежно работающих фильтров частиц нейтрализаторы могут терять эффективность [38].
Экологические показатели газодизеля по сравнению с дизелем не имеют существенных улучшений. Поэтому для газодизеля целесообразнее вести смешанное регулирование (вместо качественного), которое позволяет избежать большого обеднения смеси и связанного с ним значительного выброса СН при соответствующем ухудшении экономичности [42].
Дополнение метода гидродинамического расчета ТА, основанного на решении волнового уравнения (инженерного метода)
Расчет процесса топливоподачи является важным этапом при разработке и исследовании топливных систем дизелей, особенно при использовании новых топлив, которые могут обладать некоторыми отличными от дизтоплива свойствами, оказывающими влияние на процессы, протекающие в ТА. Основная задача расчета процесса впрыскивания предусматривает определение действительного количества топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за цикл, а также характер его распределения по времени и давления впрыскивания.
Существуют отработанные и доказавшие свою работоспособность методики и программы расчета процесса впрыскивания топлива, в частности для случая использования ТС традиционного типа.
Вероятность точного определения основных параметров процесса впрыскивания зависит от адекватности используемых уравнений физическим явлениям, протекающим в ТС, и от методики учета конструктивных параметров ТА при составлении расчетной схемы. Выбор того или иного метода расчета определяется особенностями системы и требованиями к точности расчета. Последнее обстоятельство оценивается путем сравнения расчетно-теоретических данных с результатами экспериментального исследования по заранее определенным критериям достоверности сопоставления расчетных и экспериментальных данных.
Исторически методы расчета основывались, либо на статических, либо на динамических теориях. Статическая теория [35, 58, 68], учитывая сжимаемость топлива, пренебрегала волновыми явлениями, протекающими в системе. Поэтому в системах с топливопроводами не имела хороших совпадений расчетных и экспериментальных данных. Динамические теории процесса топливоподачи учитывают и математически описывают неустановившееся движение топлива в элементах ТС. Значительная часть методов, основанных на динамической теории процесса впрыскивания, основана на решении волнового уравнения при граничных и начальных условиях, определяемых конструктивными параметрами и режимом работы ТС.
Так, в работе [25] в основу расчета положена теория гидравлического удара, разработанная Н.Е. Жуковским [24]. Согласно этой теории поток считается одномерным, а топливо - невязкой жидкостью. Наиболее законченный вид эта теория получила в работах И.В. Астахова [4, 6].
Для обеспечения повышенной точности методы расчета, процесса топливоподачи в дальнейшем были учтены: гидравлическое сопротивление топливопроводов [34], разрывы сплошности в конце впрыскивания [5, 29], остаточные свободные объемы [13], а также зависимости: сжимаемости топлива от давления [13, 67]; суммарного проходного сечения распылителя от противодавления [3]; эффективного сечения сопловых отверстий распылителя от подъема иглы и кавитационных явлений [52, 64]; зависимость силы, действующей на конус иглы, от ее подъема; податливости конечных объемов от давления топлива и ряд других факторов [3].
Большое влияние на процесс топливоподачи оказывает газовая фаза (ГФ). Образование ГФ происходит при снижении давления до давления насыщенных паров, когда исчезает сила, удерживающая жидкость в неразрывном состоянии. Наступает явление кавитации. Изучение и разработка методов описания ГФ, изучение и разработка методов корректного описания подачи двухфазного топлива имеет большое практическое значение.
Выделение ГФ происходит: при движении струи топлива из окна гильзы плунжера в каналах ТНВД; во время обратного хода плунжера в надшгунжерной полости, вследствие колебательных явлений в каналах насоса и т.д. В ЛВД ГФ образуется в зонах пониженного давления (в топливопроводе [3, 13], штуцере насоса [3, 66] или форсунки [3, 66]). Вне зависимости от места возникновения при низких остаточных давлениях р0 ГФ охватывает все объемы ЛВД [13].
Существующие методы расчета двухфазного состояния топлива отличаются методом учета ГФ и, соответственно, способом задания начальных и граничных условий (ГУ). ГУ в гидродинамическом расчете обычно формулируются с использованием уравнений объемного (при допущении о постоянстве плотности) или массового баланса (при изменяемой плотности) и уравнений динамического равновесия при движении механических элементов. В большинстве методов гидродинамического расчета обычно принимается общие допущения об одномерности и изотермичности процесса. В работах ИВ. Астахова и Л.Н. Голубкова разработана методика гидродинамического расчета процесса впрыскивания с упрощенным методом расчета ГФ (с учетом остаточных свободных объемов в линии нагнетания), в основу которой положены следующие допущения [3, 2.1]: 1. Принимается, что скорость растворения воздуха и конденсации паров топлива, находящихся в кавернах, бесконечно велика, т.е. не учитывается влияние воздуха и паров топлива, выделенных при образовании разрывов сплошности. 2. В местах разрыва сплошности избыточное давление, как в жидкой, так и в парообразной фазах, равно нулю. 3. Остаточные свободные объемы распределяются равномерно по всей линии нагнетания. Первое допущение позволяет значительно упростить расчет, так как дает возможность не рассматривать движение жидкости, как движение двухфазной среды (хотя смесь топлива с воздухом сама по себе есть двухфазная среда).
Одноцилиндровая моторная установка для исследования энергетических и экологических показателей дизеля и объект испытания
Управление скоростным режимом двигателя производится с пульта управления путем изменения величины тока возбуждения динамо-машины. Электрическая схема стенда позволяет плавно регулировать частоту вращения коленчатого вала двигателя. Управление стендом осуществлялось с пульта управления, расположенного в изолированном отсеке. Экспериментальная установка оснащена всеми устройствами и системами необходимыми для проведения исследований на двигателе. К системам обеспечения работы и средствам контроля работы дизеля относятся системы водяного охлаждения, смазки, питания дизеля топливом, воздухоснабжения, аварийной остановки и т.д.
Установка оборудована также следующими устройствами и приборами: весовым устройством для измерения крутящего момента; устройством для измерения расхода дизельного топлива и воздуха; устройством для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя; приборами для измерения давлений и температур, устройством для индицирования двигателя, датчиками и приборами для регистрации и записи давления топлива в топливопроводе и подъема иглы распылителя форсунки; устройствами для измерения вредных выбросов в ОГ и рядом других устройств.
Расход дизтоплива определяется весовым способом (AGm, г) за определенный промежуток времени (т, с). Измерение расхода ДМЭ не проводилось в связи с небольшим его количеством и практической сложностью его замера. Частоты вращения коленчатого вала двигателя на установившемся режиме измеряется с помощью электронного тахометра типа ХР1506А фирмы TESLA. Индицирование двигателя осуществлялось при помощи датчика фирмы AVL, и записывалось на сменный носитель цифрового анализатора HSP6501 фирмы AVL. Перемещение иглы распылителя форсунки также записывалось на сменный носитель анализатора AVL. Моторная установка оснащена стационарным многокомпонентным газоанализатором типа АСГА-Т (замеры СО, СН, СО2), Beckman 955 (NO) и дымомером типа 410 D2 фирмы AVL (определение дыма осуществляется по методу просвечивания ОГ с поглощением светого потока), а также приборами для измерения температур и давлений. Регистрация давлений осуществлялась: датчиком в топливопроводе высокого давления (перед форсункой) с помощью цифрового анализатора HSP6501 фирмы AVL; в линии подаче ДМЭ от баллона к ТНВД - тремя образцовыми манометрами. Регистрация температур в линии подачи ДМЭ производилась пятью хромель-капелевыми термопарами и термопреобразователем типа ТРМОН-40. Кроме того, проводилось измерение температуры воды (хромел ь-капелевой термопарой), температуры ОГ - храмель-алюмелевой термопарой, температуры масла — термометром сопротивления ТСМ. В конструкции одноцилиндровой установки предусмотрена-также возможность подачи паров топлива, отводимого от форсунки и картера ТНВД, во впускную трубу, моделируя, таким образом, рециркуляцию ОГ. Для установки датчиков давления рабочего процесса в головке цилиндров выполнена дополнительное отверстие, а на носке коленчатого вала крепится датчик угловых меток, по которым определяется угловое расположение процесса сгорания и его жесткость. Канал измерения давления составлен из датчиков давления типа 250 QPclk, усилителя типа 3059 фирмы AVL и осциллографа фирмы Тектроникс (США). Температурный режим датчиков давления стабилизируется системой охлаждения пьезокварцевых датчиков фирмы AVL. При испытании на ДМЭ использовался ТНВД с диаметром плунжера /и=10дш и ходом Ип=\0мм. Профиль кулачка тангенциальный с радиусом закругления 7,2 мм. Двойной нагнетательный клапан отрегулирован (на ДТ) на давление открытия 1,1 МПа (прямой клапан) и давление открытия обратного клапана 4,5 МПа. Форсунка укомплектована четырехструнным распылителем с эффективным проходным сечением 0,36 мм . Давление начала подъема иглы составляло 18,0 МПа. При работе на дизельном топливе использовался ТНВД с серийным трубчатым корректирующим нагнетательным клапаном и плунжером с dn -10 мм и hn =\1мм. Форсунка отрегулирована на давление открытия иглы 20,0 МПа и укомплектована четырехструнным распылителем с эффективным проходным сечением 0,195 мм . Методика проведения экспериментальных исследований предусматривала проведение испытаний в два этапа: первый этап — исследование топливной аппаратуры на безмоторной установке; второй этап — исследование изменения экономических и: экологических показателей дизеля при переходе с ДТ на ДМЭ. Испытания ТА по первому этапу были проведены в лаборатории топливной аппаратуры ПЛТД кафедры "Теплотехники и АТД" МАДИ (ГТУ). В процессе экспериментального исследования на безмоторной установке замерялись следующие параметры: 1. Положение рейки топливного насоса фиксировалось при помощи микрометрического винта с ценой деления 0,01 мм. Для компенсации зазоров рейка прижималась к микрометрическому винту пружиной. 2. Частота вращения кулачкового вала ТНВД устанавливалась по тахометру Т9/229 фирмы SMITHS (пределы измерения которого составляют 0... 4200 мин 1, цена деления тахометра 10 мин"1), входящему в комплект стенда, и контролировалась дополнительно путем регистрации импульсов давлений на компьютере. 3. Средняя цикловая подача топлива (ДТ) определялась объемным способом с помощью мензурок (рабочим объемом 0.,.135 мм и ценой деления 0,5 мм3) и устройства для автоматического отсчета заданного числа впрысков (является принадлежностью стенда "Хартридж"). При малых цикловых подачах использовались мензурки с рабочим объемом 20 мм3 и ценой деления 0,1 мм3. 4. Для обработки сигналов термопар использовался цифровой измерительный термопреобразователь "Термопик-РТС" с диапазоном измерения от -50С до + 750С, ценой деления 0,1 С и гарантированной точностью 0,5%. 5. Давление топлива (ДМЭ) в линии низкого давления регистрировалось в трех точках: на входе в топливоподкачивающии насос 6, на выходе из дросселя 2 в образцовыми манометрами За и Зв класса точности 0,4 с ценой деления 0,1 кг/см и диапазоном измерения 0...16 кг/см ; на входе в ТНВД 4 - образцовым манометром 36 класса точности 0,4 с ценой деления 0,2 кг/см2 и диапазоном измерения 0...25 кг/см (см. рис. 3.1). Давление топлива в ЛВД перед форсункой регистрировалось пьезоэлектрическим датчиком Т6000 с диапазоном измерения 0...600 МПа.
Сигналы, регистрируемые датчиком, по экранированным кабелям поступали на усилитель заряда ЦФК 717. Получаемый на выходе усилителя сигнал подавался на шлейф платы аналого-цифровых преобразователей ЛА-2МЗ производства ЗАО «Руднев&Шиляев» (сопряженную с персональным компьютером посредством стандартной шины ISA-16) и персонального компьютера типа IBM PC AT. Для обработки полученных данных использовалась программа Ladsk.exe, поставляемая вместе с платой ЛА-2МЗ. Функциональная схема платы ЛА-2МЗ представлена на рис. 3.8. Схема регистрации быстропротекающих процессов в макетном образце ТС представлена на рис. 3.9.
Измерительные устройства тарировали обычными статическими методами с использованием контрольно-измерительных приборов высокого класса точности. Тарировка пьезодатчиков давления проводилась на тарировочном прессе поршенькового типа при полностью собранной схеме (соответствующей используемой при испытаниях).
Результаты экспериментального исследования процессов на безмоторной установке (исследование ТС дизеля 14 12/12 (КамАЗ))
Сопоставление по выбросам NO проводилось с двумя нагрузочными характеристиками дизеля, работающего на ДТ. Из рис. 4.6 видно, что при оптимальном пор, УОВ (ДТ-1) уменьшение выбросов NO при переходе на ДМЭ составило 36-60%, причем важно, что большее снижение получено при больших pi. После уменьшения УОВ, которое привело к существенному увеличению дымления (см. ДТ-2 на рис. 4.6), выбросы NO оказались близки к показателям, полученным при работе на ДМЭ. Однако, если, в свою очередь, перейти на работу с более поздним углом при использовании ДМЭ (рис. 4.7), то можно получить выигрыш и по максимуму выбросов NO примерно в 2,3 раза по сравнению с ДТ-2 и более, чем в 4 раза по сравнению с ДТ-1. Эти результаты корреспондируются с данными работы [79] (получено уменьшение в 2,5 раза), с данными НИИД [60] (уменьшение выбросов NOx в 2-3 раза на наиболее нагруженных режимах) и с результатами, приведенными, например, в работах [93, 96], и объясняются в основном меньшей максимальной температурой цикла (см. рис. 4.9).
Разница в степени уменьшения выбросов NOx связана с уровнем доводки рабочего процесса, как на ДТ, так и на ДМЭ, а также с выбором УОВ. Известно, что образование NOx имеет чисто термическую природу [10], то-есть определяются температурой пламени, которая в свою очередь связана с максимальной температурой цикла tmax (см. в табл. 4.3 характеристики ДТ-1 и ДМЭ-нагр.). Зависимость NO от tmax четко прослеживается и при анализе регулировочной характеристики по УОВ, приведенной на рис. 4.7 (см. также табл. 4.3).
Сравнивая выбросы СО по нагрузочным характеристикам ДТ-1 и ДМЭ (рис. 4.6) видно, что переход на ДМЭ приводит к увеличению выбросов СО. При изменении УОВ (ДТ-2) выбросы оксида углерода превысили эти показатели, полученные на ДМЭ, однако при поздних УОВ выбросы СО при работе на ДМЭ существенно возрастают, достигая 1200 млн"1 (рис. 4.7). В большинстве известных нам работ подтверждается факт существенного увеличения выбросов СО при переходе с ДТ на ДМЭ [60, 79 (увеличение в 3,8 раза), 93]. Несмотря на то, что природа образования СО достаточно сложная вследствие многообразия реагирующих углеводородов, можно выделить два основных механизма образования СО [41,65]. Во-первых, вследствие недогорания переобедненных (за пределами воспламеняемости) то пли во воздушных смесей. Этот механизм преобладает на малых нагрузках. Во-вторых, на средних и больших нагрузках причиной образования СО в основном является неполнота сгорания переобогащенных топливом зон топливовоздушной смеси. Таким образом, источники образования СО на средних и больших нагрузках те же, что и у сажи [41]. Можно высказать гипотезу о том, что вследствие отсутствия сажи при сгорании ДМЭ, следует ожидать, что преимущественным процессом при недостатке внешнего окислителя будет образование в переобогащенных зонах оксида углерода, который не может быть окислен связанным внутренним кислородом, содержащимся в молекулах ДМЭ.
Такая гипотеза объясняет и то, что на больших нагрузках выбросы СО при изменении УОВ изменяются так же, как и выбросы сажи при работе на ДТ - растут с уменьшением УОВ (рис. 4.7). Полученная зависимость СО от УОВ (в исследованном диапазоне) согласуется с результатами, приведенными в работе [93], в которой показано также, что при увеличении коэффициента избытка воздуха и числа распыливающих отверстий вследствие уменьшения переобогащенных топливом (ДМЭ) зон выбросы СО снижаются и их зависимость от УОВ уменьшается. Снизить выбросы СО можно также оптимизацией величины вихревого отношения и увеличением давления наддува [93]. Таким образом, нежелательное возрастание образования СО на средних и больших нагрузках при переходе на ДМЭ, усугубляемое использованием поздних УОВ, можно компенсировать оптимизацией смесеобразования в направлении уменьшения переобогащенных зон и организацией более глубокого окисления СО до ССЬ [96] или существенно уменьшить использованием окислительного нейтрализатора (уменьшение в 10 раз [79]).
Одним из преимуществ ДМЭ, обусловленных его молекулярным составом (СН3-0-СН3), является меньшее относительное количество углерода, так как для ДТ отношение С/Н = 6,8, а для ДМЭ — 4,0. Это приводит к уменьшению выбросов СО2. При. условии полного сгорания, принимая низшую теплоту сгорания ДМЭ Ни =27.6 МДжІкг, и содержание углерода в ДТ и ДМЭ - 86% и 52,2% соответственно, можно теоретически посчитать количество выбросов диоксида углерода СОг, которое при переходе с ДТ на ДМЭ уменьшится на 6,51%. Как показано на рис. 4.8 выбросы С02 при работе дизеля на ДТ выше во всем исследованном по нагрузке диапазоне (на 25...32 %), Большие расхождения (по сравнению с теоретическими) по выбросам COi свидетельствуют о недостаточной доводке рабочего процесса (в сравнении с ДТ) при работе дизеля на ДМЭ.
Сопоставление выбросов углеводородов при работе на ДТ и ДМЭ (рис. 4.6) и зависимость СН от УОВ (рис. 4.7) показывают, что при переходе на ДМЭ выбросы СН увеличиваются (рис. 4.6). Однако, на больших нагрузках наблюдается заметное уменьшение выбросов СН при работе на поздних углах (рис. 4.7). Так при УОВ 4.9 выбросы углеводородов составили всего 74 млн"1. Отсутствие в ОГ сажи и возможность установки окислительных нейтрализаторов позволяет считать целесообразным работу дизеля на ДМЭ на сравнительно малых УОВ. Это позволит снизить прежде всего выбросы оксидов азота, а также уменьшить на больших нагрузках выбросы СН и обеспечить повышенную температуру ОГ, необходимую для работы окислительного нейтрализатора.
