Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследования
Анализ основных направлений улучшения экологических показателей транспортных дизелей 10
Токсичные компоненты ОГ дизеля, их характеристики и воздействие на окружающую среду 17
Теоретические предпосылки применения систем рециркуляции ОГ 22
Анализ существующих систем рециркуляции ОГ 33
Цели и задачи исследования 43
Комплекс моделей влияния рециркуляции отработавших газов на рабочий процесс и параметры токсичности дизеля
Оценка влияния рециркуляции ОГ на рабочий процесс дизеля 44
Анализ механизмов образования токсичных компонентов в цилиндре дизеля 48
Моделирование процессов образования токсичных компонентов в цилиндре дизеля 57
Модели расчёта образования токсичных компонентов с учетом влияния рециркуляции ОГ 65
5 Модель системы очистки и рециркуляции выхлопных газов дизельного двигателя 68
Программа, методика экспериментальных исследований и применяемое оборудование
1 Объект исследований 74
2 Методика исследований рабочего процесса дизеля 75
3 Экспериментальная установка, приборы и оборудование 78
4 Обработка результатов измерений. Ошибки измерений 84
Результаты экспериментальных исследований
1 Исследование технико-экономических и экологических параметров дизеля в условиях нагрузочной характеристики 87
2 Исследование технико-экономических и экологических параметров дизеля в условиях скоростной характеристики 95
3 Исследование влияния рециркуляции ОГ на рабочий процесс дизеля 98
4 Оптимизированные режимы работы системы рециркуляции ОГ 103
Практическая реализация и экономическая эффективность результатов исследований 105
Общие выводы 108
Список использованной литературы
- Анализ основных направлений улучшения экологических показателей транспортных дизелей
- Оценка влияния рециркуляции ОГ на рабочий процесс дизеля
- Методика исследований рабочего процесса дизеля
- Исследование технико-экономических и экологических параметров дизеля в условиях нагрузочной характеристики
Введение к работе
Согласно программы развития отечественной автомобильной промышленности, одобренной Правительством РФ 21 марта 2002 года, с 2004 года заводы-изготовители будут вынуждены прекратить производство автомобилей с двигателями, не соответствующими нормам Евро-2. Более жёсткий стандарт Евро-3 вступит в силу с 2007 года, а очередь Евро-4 наступит с 2010 года. Всё это ставит перед отечественными изготовителями проблему серьёзного совершенствования систем питания и выпуска отработавших газов двигателя. При этом внесение кардинальных изменений в конструкцию двигателей нежелательно, так как это приведёт к необходимости переоснащення производства и удорожанию продукции. Опасные последствия загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта, с которыми крупные города мира столкнулись 30-40 лет назад, представляют предмет серьёзной озабоченности в Российской Федерации.
Автомобилями и тракторами, оборудованными ДВС, в мире ежегодно выбрасывается в атмосферу до 300 млн. т оксида углерода, 2-2,5 млн. т углеводородов, 6-9 млн. т оксида азота, до 190 тыс. т соединений серы, до 100 тыс. тони сажи.
По данным Министерства транспорта РФ автомобильный парк в России к началу 2003 года составил 27,06 млн. транспортных средств, в том числе 20,12 млн. легковых автомобилей, 4,57 млн. грузовых автомобилей, 0,65 млн. автобусов и 1,72 млн. прицепов и полуприцепов. Величина ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного комплекса РФ составляет 3,4 млрд. долларов США или около 1,5 % валового национального продукта России.
Устойчивый рост числа автомобилей, несмотря на ужесточение экологических норм как в Российской Федерации, так и в мире, ведёт к
увеличению числа выбросов токсичных веществ, что подтверждается данными таблицы 1.
Таблица 1 - Динамика и прогноз роста выбросов вредных веществ дизельными двигателями. [16]
Осознавая важность решения экологических проблем автотранспорта, отечественные производители двигателей для легковых и грузовых автомобилей по мере сил продолжают совершенствовать конструкцию и улучшать экологические показатели своей продукции.
Двигатели Заволжского моторного завода, начиная с семейства ЗМЗ-402 рабочим объёмом 2,245 л, уже оснащаются системой рециркуляции ОГ. [92, 98] Наиболее совершенный двигатель ЗМЗ-4062.10 уже отвечает требованиям Евро-2. Однако, на грузовых автомобилях Горьковского автозавода эксплуатируются двигатели марки 44 10,5/12 (44 10,5/12), не имеющие систем снижения токсичности, обеспечивающих выполнение современных норм и ограничений.
Наиболее массовые 2,9- и 2,445-литровые бензиновые двигатели Ульяновского моторного завода соответственно УМЗ-4218.10 и УМЗ-4178 на сегодняшний день отвечают нормам Евро-0, работая к тому же, на экологически опасном бензине А-76. Лучшие экологические параметры имеет выпускаемая в ограниченном количестве модель УМЗ-4213.10, которая оборудована системой впрыска топлива. [89]
В настоящее время ярославская компания «Автодизель» может выпускать силовые установки в экологическом исполнении Евро-0, Евро-1 (ЯМЗ-7601) и Евро-2 (ЯМЗ-236НЕ2, ЯМЗ-236БЕ2, ЯМЗ-530). В середине
2000 года предприятие выпустило первую промышленную партию двигателей Евро-3.
Камский автозавод выпускает и поставляет массовые модели турбодизелей КамАЗ-740.П-240 и КамАЗ-740.13-260, удовлетворяющие нормам Евро-1. Разработан также 380-сильный дизель Евро-2. Создание моторов, удовлетворяющих нормам Евро-3, находится в начальной стадии.
Карбюраторный ЗиЛ-508.10, по сей день выпускающийся на ЗиЛе, не отвечает нормам Евро-0. Па автомобилях серии «Бычок» устанавливается 4,75-литровый 109-сильный турбодизель Минского моторного завода (ММЗ) Д-245.12 или 136-сильный двигатель ММЗ Д-245.9 (Евро-1). В настоящее время ММЗ также работает над созданием и освоением производства дизелей, соответствующих стандартам Евро-2 и Евро-3. [70]
Таким образом, актуальность решения экологических проблем автотранспорта приобретает всё большее значение, и задача научно-исследовательских организаций - совершенствовать имеющиеся способы повышения экологической безопасности и разрабатывать новые направления в этой сфере.
Цель исследований - улучшение экологических показателей транспортного дизеля путём научного обоснования, разработки системы рециркуляции ОГ, оптимизация её параметров и режимов работы.
Объект исследований - Объектом исследований являлся транспортный дизель 44 10,5/12.
Предмет исследований - Экологические, экономические и мощностные характеристики и определяющие их режимы работы системы рециркуляции ОГ.
Методы исследований. В основу методики исследований положено сочетание теоретического анализа физико-химических процессов, протекающих в цилиндре двигателя, экспериментальных и расчётных исследований. Методы исследования - расчётно-экспериментальные,
основанные на современных исследовательских методиках с использованием вычислительной техники. Научная новизна.
Методика совершенствования системы рециркуляции ОГ регулированием количества и температуры рециркулируемых ОГ на различных режимах работы.
Комплекс математических моделей, позволяющих оценить влияние рецир?суляции ОГ на рабочий процесс дизеля и его технико-экономические и экологические показатели.
Полезная модель «Система очистки и рециркуляции выхлопных газов дизельного двигателя», защищенная свидетельством РФ.
Алгоритм вычисления экологических и экономических показателей дизеля при регулировании параметров системы рециркуляции ОГ.
Практическая значимость работы.
Характеристики работы системы рециркуляции ОГ, обеспечивающие улучшение экологических показателей транспортного дизеля 44 10,5/12 на различных скоростных и нагрузочных режимах.
Модернизированная система питания и выпуска ОГ с рециркуляцией, защищенная патентом на полезную модель, обеспечивающая снижение токсичности отработавших газов дизеля.
Комплекс конструкторско-технических разработок, прошедший опытную проверку рекомендован к внедрению на автотранспортных предприятиях.
Реализация результатов работы. Создана лабораторная установка для изучения влияния рециркуляции ОГ на показатели работы дизеля. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «ДВС и теплотехника» Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, кафедры «Устройство автомобилей» в ГОУ «Автотранспортный и электромеханический колледж» г. Санкт-Петербурга. Работа рекомендована к внедрению в производство.
д) конструктивные мероприятия, направленные на улучшение экологических показателей;
с) правильная эксплуатация, своевременное и качественное техническое обслуживание силовых установок с ДВС;
ж) использование нетрадиционных схем двигателей.
Совершенствование системы впуска предполагает следующие мероприятия:
применение наддува и управление температурой наддувочного воздуха
увлажнение впускного воздуха;
рециркуляция ОГ (с предварительной очисткой, охлаждением, конвертацией);
применение кавитационных гомогенизаторов дизельного топлива
турбулизация заряда с целью получения гомогенного смесеобразования
- очистка картерных газов, поступающих на впуск и т.д.
Кавитационные гидродинамические гомогенизаторы хорошо
зарекомендовали себя при эксплуатации дизелей на тяжёлых сортах топлива [21].
Гомогенное смесеобразование топлива с воздухом (технология HCCI или двухступенчатый впрыск) [125] также является путём комплексного решения вопроса одновременного снижения выбросов сажи и оксидов азота дизелями.
Применение раздельной системы топливоподачи позволяет снизить концентрацию окислов азота в отработавших газах дизеля на 60...70% на режиме 0,3 Ne и выше, получить экономию топлива до 5...6% на режимах, близких к номинальным, снизить дымность выхлопа на 10...30% [129,125].
Анализ основных направлений улучшения экологических показателей транспортных дизелей
Проблеме загрязнения окружающей среды выбросами автомобильного транспорта уделяется большое внимание, особенно в последнее время. Основоположниками теории снижения токсичности двигателя являются Зельдович Я. Б., Звонов В.А., Смайлис В.И., Варшавский И.Л., Малов Р.В., Теренченко А.С., Жегалин О.И., и др. [8, 27, 29 - 34, 55, 66, 116, 121, 122]
В настоящее время проблемами экологизации автотранспорта успешно занимаются Ложкин В.Н., Денисов В.Н., Рогалёв В.А., Лиханов В.А., Сайкин А.М, Марков В.А., Кульчицкий А.Р., Патрахальцев Н.Н., Горбунов В.В. и др. [16, 24, 44, 45, 49, 50, 55 - 59] Токсичность ДВС непосредственно связана с организацией рабочего процесса двигателя, и вопросы её снижения с точки зрения организации рабочего процесса подробно рассмотрены в работах Вибе И.И., Ленина И.Г., Ховаха М.С., Тареева В.М., Пиколаенко А.В., Колчина А.И. и др. [40, 70, 71, 72, 73, 74, 125]
Для удобства проведения анализа методы и способы снижения токсичности дизелей условно разделим на следующие направления: а) мероприятия, связанные с совершенствованием системы питания воздухом дизеля и изменением параметров впускного (наддувочного) воздуха; б) мероприятия, связанные с изменением рабочего процесса дизеля и совершенствованием законов топливоподачи; в) мероприятия по совершенствованию системы выпуска отработавших газов, дооборудование её средствами очистки; г) мероприятия по предварительной подготовке, обработке дизельного топлива и моторного масла, применение добавок и присадок; д) конструктивные мероприятия, направленные на улучшение экологических показателей; с) правильная эксплуатация, своевременное и качественное техническое обслуживание силовых установок с ДВС; ж) использование нетрадиционных схем двигателей.
Совершенствование системы впуска предполагает следующие мероприятия: - применение наддува и управление температурой наддувочного воздуха - увлажнение впускного воздуха; - рециркуляция ОГ (с предварительной очисткой, охлаждением, конвертацией); - применение кавитационных гомогенизаторов дизельного топлива - турбулизация заряда с целью получения гомогенного смесеобразования - очистка картерных газов, поступающих на впуск и т.д. Кавитационные гидродинамические гомогенизаторы хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации дизелей на тяжёлых сортах топлива [21].
Гомогенное смесеобразование топлива с воздухом (технология HCCI или двухступенчатый впрыск) [125] также является путём комплексного решения вопроса одновременного снижения выбросов сажи и оксидов азота дизелями.
Применение раздельной системы топливоподачи позволяет снизить концентрацию окислов азота в отработавших газах дизеля на 60...70% на режиме 0,3 Ne и выше, получить экономию топлива до 5...6% на режимах, близких к номинальным, снизить дымность выхлопа на 10...30% [129,125].
Совершенствование рабочего процесса представляет более широкие возможности для снижения токсичности ОГ. Ниже перечислим и кратко охарактеризуем основные направления научных разработок.
К ним относят: - впрыск воды в цилиндры - оптимизация состава смеси по а - улучшение характеристик работы муфты опережения впрыска - оптимизация законов подачи топлива - управление температурой охлаждающей жидкости и масла - применение систем отключения цилиндров и циклов - применение малотоксичных дизельных процессов - использование альтернативных видов топлива
Впрыск воды в цилиндры является перспективным способом, позволяющим значительно улучшить экологические показатели дизеля. В частности, результаты исследований, приведённых в [74, 59], показывают, что наибольшее снижение выбросов оксидов азота достигается при подаче воды в количестве 30...40% от подачи топлива, при углах впрыскивания воды до ВМТ для дизеля и при подаче вода в количестве 0,1662 г/цикл при 0... 5 после ВМТ для карбюраторного двигателя.
Добиться улучшения экологических показателей можно также оптимизацией коэффициента избытка воздуха. Согласно данным [14], наименьшая токсичность дизеля наблюдается при а= 1,3... 1,4. По другим данным [59], с точки зрения экологической эффективности наиболее оптимален диапазон a = 2...3 при снижении топливной экономичности на 10%, что находится в пределах технических условий на двигатель.
Оценка влияния рециркуляции ОГ на рабочий процесс дизеля
Как отмечалось ранее, рециркуляция ОГ представляет собой перепуск части ОГ во впускной трубопровод. Следовательно, РОГ оказывает влияние прежде всего на параметры впуска, к которым следует отнести: -состав впускного воздуха; -температура на впуске; -теплоёмкость рабочей смеси -давление на впуске и величина наддува (при РОГ наблюдается эффект «динамического наддува»); -коэффициент избытка воздуха;
Согласно предположениям, изложенным в гл. 1, степень рециркуляции может находиться в пределах 0...25%. Для учёта рецнрьсуляции вместо коэффициента остаточных газов v определяется коэффициент отработавших газов: [30] Гї=ГРеЧ+Г (1 + ГРеЧ) (1) где Угрец - степень рециркуляции, определяемая соотношением количества рециркулнруемых газов к свежей смеси; У - приведённый коэффициент остаточных газов ґ Т (2) а где Та рец и Та - температура заряда в конце наполнения соответственно при рециркуляции и без неё Изменение коэффициента отработавших газов отразится на коэффициенте наполнения по Мазингу: [84] (є-\)р0Та(\ + Г) } где ра и Та - соответственно давление и температура на впуске; Ро и То - соответственно давление и температура окружающей среды
При работе дизеля с РОГ на впуске образуется смесь воздуха и отработавших газов, теплоёмкость которой больше по сравнению с теплоёмкостью воздушного заряда. Эту особенность учитывает коэффициент неравенства теплоємкостей с, входящий в качестве уточняющего множителя в уравнение смешения горючей смеси с отработавшими газами. [77]
Тогда уравнение смешения будет выглядеть следующим образом: Та(1+г)=Т +Сс-Г-Тг (4) где Т о - температура впускного воздуха с учётом охлаждения РОГ Уравнение (3) с учётом неравенства теплоємкостей примет вид: V = Р Т (5) Используя развёрнутое уравнение смешения, можно определить температуру смеси tx [77] t =7 —lCe.a+Y CdJa-CJQ] (6) где Св.о и СБ.а - средние изохоріпле объёмные теплоёмкости воздуха при температурах t o и ta;
Сд.а и Сд. х - теплоёмкости продуктов сгорания при температурах га и tK Зная абсолютное объёмное содержание отдельных газов в газовой смеси, можно найти объёмные доли компонентов в смеси, после чего объёмная теплоёмкость смеси может быть вычислена по формуле: C = r1C1 + r2C2+... (7)
В тепловых расчётах ДВС участвуют средние изохорные объёмные (или мольные) теплоёмкости, для которых формула (7) примет вид: Сут " г1 Суші + Ґ2 Сут2 + (8) Средние изохорныс объёмные теплоёмкости для газов по спектроскопическим данным приведены в [125].
После нахождения температуры смеси воздуха с рециркулируемыми газами можно определить значение коэффициента Нс по соотношению: !i (9)
Изменение температуры впускного воздуха изменяет температуру в конце сжатия и продолжительность задержки воспламенения. [62] Увеличение температуры воздуха уменьшает плотность в конце сжатия и несколько повышает температуру самовоспламенения топлива. Это оказывает влияние на процесс теплопередачи и на скорость химических реакций до воспламенения.
Увеличение противодавления рр на выпуске (применение глушителя шума, нейтрализаторов ОГ? сажевых фильтров) уменьшает коэффициент наполнения, повышает потери на газообмен и увеличивает количество остаточных газов в цилиндрах. Увеличение рр всегда сопровождается уменьшением Ті и pi.
В настоящее время по физической природе образования различают три группы оксидов азота: термические, быстрые и топливные (низкотемпературные).
Основы общепризнанной термической теории образования оксидов азота разработаны отечественными учёными Я.Б. Зельдовичем, П.Я. Садовниковым, Д.Я. Франк-Каменецким. [34J Авторы заключили, что реакция окисления азота носит характер термический реакции и не зависит от вида топлива; в основе образования NO лежит определенный кинетический механизм.
На основании опытов, таким образом, был подтверждён термический характер реакций образования N0 и разработана термическая теория образования оксидов азота в процессах горения. Ниже приведены основные положения теории Я. Б. Зельдовича. 1. Окисление азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания. 2. Выход оксида азота определяется максимальной температурой горения, концентрацией азота и кислорода в продуктах сгорания и не зависит от химической природы топлива, участвующего в реакции. 3. Окисление азота происходит по цепному механизму взаимодействия атомов и молекул азота и кислорода согласно схеме:
Начало цепным реакциям образования NO кладёт появление атомарного кислорода вследствие диссоциации молекул 02 при высоких температурах. [24] 02 + N — О + О + N - 495 кДж/моль - инициирование (10) N2 + О о NO + N-314 кДж/моль - продолжение (11) N + 02 = N0 + О + 134 кДж/моль - продолжение (12) О + О + N - 02 + N + 495 кДж/мол ь - обрыв цепи (13)
Методика исследований рабочего процесса дизеля
В соответствии с целью и задачами исследований при проведении стендовых испытаний необходимо получить оптимальные параметры работы системы рециркуляции ОГ. обеспечивающие работу дизеля с минимальной токсичностью ОГ. Стендовые испытания проводились в несколько этапов: [47] Этап I.
Определение технико-экономических и токсических параметров работы дизеля в штатной комплектации и с применением системы рециркуляции ОГ в условиях нагрузочной характеристики при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту (1600...1800 мин"1) и в условиях скоростной характеристики.
Оптимизация режимов работы системы рециркуляции ОГ по нагрузке и числу оборотов дизеля. Этап II. Определение технико-экономических и токсических параметров работы дизеля в штатной комплектации и с применением системы рециркуляции ОГ в условиях регулировочной характеристики по углу опережения впрыска топлива. Оптимизация режимов работы системы РОГ по углу опережения впрыска топлива. Этап III. Проведение индицирования РП с обработкой индикаторной диаграммы на нагрузочных режимах с различной степенью РОГ. Исследуются и оптимизируются параметры процесса сгорания.
Проводится полный анализ параметров процесса сгорания, показателей токсичности и дымности ОГ с определением концентраций компонентов для NOx, CnHm, СО, и сажи. Этап IV.
Разработка практических рекомендаций по применению системы рециркуляции ОГ на различных режимах с целью получения минимальной токсичности дизеля.
Ожидаемые результаты исследований:
1. С помощью системы РОГ получить существенное снижение выбросов токсичных компонентов, в первую очередь, окислов азота при сохранении мощностных показателей дизеля в пределах технических условий.
2. Получить количественные характеристики, позволяющие оптимизировать параметры работы системы рециркуляции ОГ транспортного дизеля.
3. Разработать практические рекомендации по применению систем рециркуляции ОГ на отечественных транспортных дизелях. Описание эксперимента
Исследуемый двигатель прошел обкатку согласно техническим условиям завода-изготовителя в количестве не менее 60 моточасов на режимах согласно ТУ.
Перед проведением экспериментальных исследований были выполнены проверка и регулировка систем и механизмов двигателя согласно [36].
Перед каждым испытанием проводился внешний осмотр двигателя, при котором проверялись: уровень масла в картере двигателя, герметичность системы питания, исправность работы контрольно-измерительных приборов. Техническое обслуживание двигателя проводилось в соответствии с требованиями завода-изготовителя.
Перед началом проведения стендовых испытаний двигатель прогревался до рабочей температуры масла, и только после прогрева выводился на заданный режим.
Учитывая особенности работы транспортного дизеля грузового автомобиля, а также требования, изложенные в [106] исследования проводились на двух режимах: номинальный скоростной режим при частоте вращения коленчатого вала 2800 мин"1 и режим максимального крутящего момента при частоте вращения коленчатого вала 1700 мин"1.
При снятии скоростных характеристик величина Ре определялась косвенным путём из показаний весового механизма нагрузочного устройства, при этом мощность двигателя, крутящий момент, среднее эффективное давление и расходы топлива приводились к стандартным атмосферным условиям, температуре и плотности топлива согласно [17].
При выведении двигателя на контрольный режим его эффективные показатели сравнивались с ТУ. При обнаружении отклонения более чем на 2% определялась причина, вызвавшая это отклонение, затем причина устранялась.
При переходе двигателя с одного режима на другой дизель работал на данном режиме не менее 5 минут, что обеспечивало выравнивание температурных полей. При установлении каждого режима отклонение частоты вращения коленчатого вала от заданной не превышало 5 мин".
С целью уменьшения погрешности измерений каждое измерение каждого параметра проводилось не менее 3 раз, результат измерений вычислялся как среднее арифметическое с точностью, не превышающей точность измерения прибора.
Исследование технико-экономических и экологических параметров дизеля в условиях нагрузочной характеристики
Измерение исследуемых величин всегда связано с погрешностями, поэтому полученные величины всегда будут иметь приближённые значения, степень точности которых зависит от правильности выбора и точности измерительных средств, а также условий проведения эксперимента.
Данные, полученные при исследовании корректировались с учётом ошибок измерений и суммарной погрешности результатов опыта.
Принималось допущение, что при выполнении опытов возникали только систематические ошибки. Возможность появления случайных ошибок исключалась, так как все приборы были поверены и имели соответствующие документы и при проведении эксперимента поддерживались постоянные условия.
Математическая обработка результатов производилась согласно [28, 37, 10, 123].
Для сложной функции вида Ne = f(X], х2 ... х„) абсолютная ошибка равна сумме частных, в каждой из которых за переменную принимается только один из аргументов: AN = ± [ЛЩхі) + AN2(x2) + ...+ ANn(x„)] (76) где N - истинная велігчіша; хі, Х2... Хп - результат измерения величин Относительная ошибка определяется соотношением: Ш = ±[mi(x1)+AN2{x2)+...+ AN3{x3)] (7?) N /(хі,д:2,...,л-„)
После анализа источников погрешностей измерений появляется возможность подсчета суммарной ошибки опыта. При определении этой величины выбирался самый крайний случай, в котором все частные ошибки принимаются со знаком «плюс». Сначала оценивались размеры частных предельных погрешностей по отдельным элементам измерений, входящих в
Основными величинами, определение которых производилось при стандартных испытаниях, являются: [17] 1. Крутящий момент или усилие на тормозе; 2. Число оборотов коленчатого вала; 3. Расход топлива (часовой, удельный); 4. Расход рециркулируемых газов; 5. Температура ОГ; 6. Температура рециркулируемых газов на входе в двигатель; 7. Температура воздуха, поступающего в двигатель; 8. Расход воздуха, поступающего в двигатель; 9. Давление масла в масляной магистрали; 10. Атмосферное давление; 11. Разрежение во впускном трубопроводе; 12. Угол опережения впрыска топлива; 13. Положение рейки топливного насоса; 14. Индикаторная мощность двигателя; 15. Состав ОГ.
В соответствии с программой испытаний, на первом этапе производилась оценка технико-экономических и экологических параметров работы дизеля в штатной комплектации системы питания и с рециркуляцией ОГ в условиях нагрузочной характеристики при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. В результате были получены зависимости технико-экономических показателей от степени рециркуляции, выраженные в графической форме и представленные на рис. 18.
Анализируя полученные зависимости, можно заключить, что с увеличением степени рециркуляции эффективная мощность падает, особенно эта закономерность проявляется в диапазоне Ре свыше 0,7 МПа, т.е. в режиме нагрузок, близких к максимальным. Это объясняется тем, что с увеличением нагрузки дизеля процессы смесеобразования и сгорания ухудшаются, что усугубляется рециркуляцией и приводит к снижению эффективной мощности. Следовательно, с точки зрения потерь мощности, рециркуляцию целесообразно применять на режимах, не превышающих 75% от максимальных нагрузок.
Исследуя закономерность изменения удельного эффективного расхода топлива, можно сделать вывод, что с увеличением РОГ экономичность двигателя сначала несколько улучшается; особенно это проявляется на режимах, не превышающих 75% от максимальной нагрузки (Ре = 0,05...0,65 МПа) . Однако, при увеличении рециркуляции ОГ более 18% экономичность начинает ухудшаться.
На режимах, превышающих 75% от максимальной нагрузки, наблюдается нежелательное ухудшение экономичности, что подтверждает ранее сделанное предположение, что рециркуляцию ОГ следует применять на режимах, не превышающих 75% от максимальной нагрузки.
Рост выбросов СО в области нагрузок 0,5...1 МПа в режиме работы дизеля без рециркуляции ОГ можно объяснить ухудшением условий сгорания и смесеобразования. Применение рециркуляции в количестве 5... 7%, по данным эксперимента, позволяет снизить выбросы СО на 15...20 % по всему диапазону нагрузок. Увеличение степени рециркуляции до 16...18% даёт незначительное увеличение (на 5%) выбросов СО по сравнению со штатным режимом, однако, негативное влияние рециркуляции ОГ начинает проявляться на режимах, превышающих 50% нагрузки и при Ре = 0,96 МПа (90 % нагрузки) достигает величины 0,38%, что является недопустимым.
Выбросы углеводородов мало зависят от нагрузки, что отчётливо видно на графике (рис. 19). Применение рециркуляции в количестве 5...7% несколько увеличивает выбросы СН, однако, дальнейшее увеличение степени рециркуляции оказывает положительное влияние и позволяет снизить выбросы углеводородов на 60...70%. Неоднозначность в показателях выбросов СН может зависеть также и от особенностей организации рабочего процесса дизеля.
Процесс сажевыделения в дизеле имеет жёсткую связь с температурой сгорания, а та, в свою очередь - с выбросами окислов азота. Проводя анализ кривых, характеризующих изменение выбросов сажи в зависимости от нагрузки, можно сделать однозначный вывод о том, что с увеличением степени рециркуляции отмечается устойчивый рост выбросов сажи, причём этот процесс отчётливо наблюдается на участке с Ре свыше 0,45 МПа. С точки зрения оптимизации режимов работы системы рециркуляции ОГ по выбросам твёрдых частиц, то можно утверждать, что степень рециркуляции следует снижать и по возможности не применять на режимах с нагрузкой, превышающей 50% от максимальной.
