Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 9
1.1 Краткий анализ процессов смесеобразования и сгорания и возможность их интенсификации в быстроходных дизелях 9
1.2 Анализ воздействия присадки воды на показатели рабочего процесса 23
1.3 Способы подачи присадки воды в двигатель 32
1.4 Выводы по главе. Цель и задачи настоящего исследования 35
2 Теоретическое исследование эффективности использования теплоты в цикле дизеля с присадкой дополнительного рабочего тела в виде воды к рабочему телу 38
2.1 Методика расчета индикаторного процесса с учетом влияния присадки воды на переменную массу рабочего тела 39
2.1.1 Особенности присадки воды как дополнительного рабочего тела.. 39
2.1.2 Методика расчета индикаторного процесса с переменной массой рабочего тела 40
2.2 Результаты численного анализа влияния присадки воды к рабочему телу на показатели цикла и индикаторный КПД 48
2.2.1 Влияние присадки воды в идеальном цикле с мгновенным вводом присадки в ВМТ 48
2.2.2 Численный анализ влияния присадки воды к рабочему телу на показатели цикла и индикаторный КПД 52
2.2.2.1 Изменение состава и количества рабочего тела 52
2.2.2.2 Влияние присадки воды к РТ на показатели рабочего цикла.54
2.2.2.3 Влияние присадки воды на коэффициенты неиспользования теплоты в цикле 58
2.2.2.4 Влияние момента ввода присадки на показатели цикла и индикаторный КПД 60
2.2.2.5 Влияние присадки воды к РТ в утилизационном цикле при отсутствии тепловыделения с топливом 65
2.3 Выводы по главе 70
3 Описание экспериментальной установки, методики экспериментального исследования и обработки данных 72
3.1 Описание экспериментальной установки с одноцилиндровым двигателем УК-2, ее систем, устройств и приборов контроля 72
3.2 Опытная топливная система и аппаратура для ее исследования ..74
3.2.1 Система питания дизеля 74
3.2.2 Приборы и аппаратура для исследования процесса топливоподачи 78
3.3 Методика эксперимента, измерение и обработка опытных данных 81
3.4. Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных.83
4 Результаты экспериментального исследования рабочего процесса дизеля с присадкой воды к топливу с использованием опытной топливной аппаратуры 89
4.1 Исследование влияния доли присадки воды на показатели рабочего процесса, тепловыделения и составляющие индикаторного КПД 90
4.2 Исследование параметров рабочего процесса и индикаторного КПД при изменении угла начала подачи топлива 96
4.3 Сравнительное исследование влияния присадки воды к топливу по нагрузочной характеристике с использованием опытной ТА 99
4.4 Влияние присадки воды к топливу на эффективность использования воздушного заряда цилиндра 104
4.5 Выводы по главе 108
Заключение по работе. Общие выводы и рекомендации 110
Литература 114
Приложение 127
- Анализ воздействия присадки воды на показатели рабочего процесса
- Результаты численного анализа влияния присадки воды к рабочему телу на показатели цикла и индикаторный КПД
- Опытная топливная система и аппаратура для ее исследования
- Исследование параметров рабочего процесса и индикаторного КПД при изменении угла начала подачи топлива
Введение к работе
Особое место в развитии двигателестроения уделяется вопросам дальнейшего совершенствования дизелей, как наиболее экономичных тепловых двигателей, расширению их применения в различных секторах экономики.
Несмотря на то, что дизель в настоящее время является экономичным и долговечным двигателем, имеется возможность дальнейшего улучшения его характеристик путем совершенствования рабочего процесса, качество которого зависит от многих факторов: газодинамического состояния воздушного заряда, параметров топливной аппаратуры, качества смесеобразования, условий наддува, физико-химических показателей топлив и т.д., возможность которых используется не полностью. Одним из отрицательных последствий применения дизелей является увеличение выброса в атмосферу продуктов сгорания, часть из которых обладает токсическими свойствами. Образование сажистых частиц в дизеле, кроме того, вызывает появление интенсивного радиационного теплообмена, повышающего теплонапряженность деталей двигателя. Являясь адсорбентами, а в дальнейшем носителями многих вредных для живых организмов веществ, сажистые частицы, присутствующие в отработавших газах, оказывают отрицательное влияние на здоровье человека и экологию окружающей среды.
Экономические и токсические показатели дизелей во многом зависят от качества протекания процессов смесеобразования и сгорания.
Одним из направлений дальнейшего развития дизелей является повышение их удельной мощности и снижения вредных выбросов при увеличении среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала, что связано с дальнейшей интенсификацией процессов смесеобразования и сгорания.
Таким образом, решение основных проблем дизелестроения (улучшения экономических и экологических показателей, повышение удельной мощ ности) требует улучшения качества и интенсификации смесеобразования и сгорания.
Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является использование водо-топливных эмульсий (ВТЭ). Многочисленными исследованиями при этом установлено: происходит снижение теплонапряженности деталей дизеля при сохранении мощности; сокращается нагарообразование в цилиндрах; снижается выброс сажи и оксидов азота с ОГ; увеличивается ресурс распылителей; снижается расход топлива и смазочного масла и др.
Однако до настоящего времени способы использования воды как присадки к топливу разработаны и изучены недостаточно. Так, например, это оперативное управление концентрацией воды в топливе, влияние содержания воды в топливе как дополнительной добавки к рабочему телу (РТ) на степень использования воздушного заряда цилиндра, на индикаторный КПД и его составляющие, на показатели токсичности и др., а также максимальное ис- ключение корродирующего действия воды на элементы топливной аппаратуры.
Цель работы заключается в исследовании возможностей и разработке практических рекомендаций по повышению экономичности и снижению вредных выбросов дизеля с отработавшими газами впрыскиванием своеобразной ВТЭ управляемого состава, оперативно приготовленной непосредственно в форсунке.
Научная новизна. Составлена модель рабочего цикла с учетом переменной массы, состава и термодинамических свойств рабочего тела, позволяющая учесть влияние на рабочий процесс присадки дополнительного РТ, дополненная блоком анализа индикаторного КПД, реализованная в виде программы на алгоритмическом языке PASCAL и доведенная до практического инженерного использования. Разработан способ присадки воды к топливу (приготовление своеобразной ВТЭ) в магистрали высокого давления непо средственно в форсунке с возможностью оперативного управления концентрацией воды в топливе и параметрами впрыска; разработаны принципы, на основе которых сконструирована опытная форсунка и система питания дизеля, защищенная патентом на полезную модель. Предложен алгоритм управления концентрацией воды в топливе. Получена зависимость степени эффективного использования воздушного заряда цилиндра от состава получаемой ВТЭ. Теоретически и экспериментально показана возможность повышения индикаторного КПД дизеля и снижения вредных выбросов при использовании присадки воды к топливу в магистрали высокого давления.
Методы исследования. В работе нашли применение как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Достоверность результатов достигнута выбором современных методов и средств измерений, соблюдением требований стандартов, периодической проверкой и тарировкой приборов, анализом и контролем погрешностей, а для теоретических исследований - принятием обоснованных исходных данных и закономерностей и сопоставлением результатов расчета и эксперимента.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Предложена уточненная математическая модель рабочего цикла с учетом переменной массы, состава и термодинамических свойств рабочего тела, позволяющая учесть влияние на рабочий процесс присадки дополнительного РТ, дополненная блоком анализа индикаторного КПД, реализованная в виде программы на алгоритмическом языке PASCAL и доведенная до практического инженерного использования. Предложена система питания дизеля, позволяющая оперативно готовить своеобразную ВТЭ в топливной магистрали высокого давления и управлять ее составом. Разработанные практические рекомендации по отработке конструктивной схемы и эксплуатации предлагаемой топливной системы значительно снизят трудоемкость работ при ее внедрении.
Экспериментальная часть работы выполнена на установке с двигателем 1413/14 в лаборатории кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Алтайского технического университета им.И.И.Ползунова.
Результаты работы использованы в учебном процессе и НИРС АлтГТУ им. И.И. Ползунова.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, г.Барнаул 2004 г., ежегодных научных семинарах и заседании кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» 2004-2005 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре печатные работы, получен патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и списка использованной литературы, приложения, содержит 126 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 117 наименований.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
- результаты анализа ранее выполненных исследований по использованию присадки воды к топливу и рабочему телу ее и влиянию на показатели цикла дизеля и индикаторный КПД;
- результаты теоретического исследования термодинамического характера воздействия присадки воды к РТ на индикаторный КПД и показатели цикла двигателя; оценка степени влияния присадки воды к РТ на индикаторный КПД и перспективы его увеличения;
- способ присадки воды к топливу (приготовления ВТЭ) в магистрали высокого давления топлива непосредственно в форсунке с возможностью оперативного управления составом ВТЭ и параметрами впрыска, опытная система питания дизеля;
- результаты экспериментального исследования внутрицилиндрового процесса и основных показателей рабочего процесса дизеля 1413/14 с присадкой воды к топливу опытной топливной аппаратурой;
- рекомендации По прогнозированию степени эффективного использования воздушного заряда цилиндра при моделировании рабочего процесса дизеля, работающего с присадкой воды к топливу (на ВТЭ).
Анализ воздействия присадки воды на показатели рабочего процесса
Итак, можно сделать вывод, что в настоящее время наибольшее развитие получили дизели с открытыми и полуоткрытыми камерами сгорания с преимущественно объемным способом смесеобразования. Струйное смесеобразование, что было подчеркнуто выше, само по себе дает плохое смешение топлива с окислителем. Дополнительные турбулентные возмущения, вносимые в струю, позволяют уменьшить основной недостаток - переобогащение топливом сердцевины струи и тем самым уменьшить вероятность образования зон, переобогащенных топливом.
Большой вклад в решение проблемы применения подачи воды в дизели с целью совершенствования экономических и экологических качеств двигателей внесли такие ученые как Азев B.C., Голубков Л.Н., Грехов Л.В.,
Данщиков В.В., Закржевский В.П., Лебедев О.Н., Лиханов В.А., Малов Р.В., Николаенко А.В., Сайкин A.M., Семенов Б.Н., Сомов В.А., Шепельский Ю.Л. и многие другие.
Подача воды в дизель осуществляется для снижения расхода топлива, для снижения токсичности выбросов и, прежде всего, оксидов азота, а также сажи. Кроме того, применение воды возможно для снижения теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы. На базе тяжелых топлив ВТЭ применяют для повышения эффективности их сгорания. На разных двигателях разные методы дают существенно различные эффекты.
Автор [73] считает, что присадка воды к рабочему телу, как инертной в процессах сгорания добавки, приводит к дополнительным затратам теплоты на ее испарение и нагрев, увеличению количества рабочего тела и изменению его состава, что в итоге вызывает практически пропорциональное ухудшение мощностных и экономических показателей цикла. Теплота сгоревшего топлива имеет возможность эффективно преобразовываться в механическую работу на более низком уровне температур [73]. Присадка воды к воздуху.
Механизм воздействия воды на рабочий процесс дизелей основан как на химическом, так и на термодинамическом факторах. Термодинамическое влияние связано с большей теплоемкостью воды [55, 73], ее испарением и частичной диссоциацией в камере сгорания [2, 73, 79]. В результате понижается температура в зонах воспламенения и сгорания. Отсюда — увеличение периода задержки воспламенения и появление предпосылки к затягиванию процесса сгорания [12, 100]. Однако отождествлять действие воды на процесс сгорания с действием инертных разбавителей на основе термодинамического фактора [113] и не учитывать кинетики природы участия паров воды в горении было бы неправильно. Во-первых, потому, что увлажнение стехиометрической смеси окиси- углерода с воздухом сильно ускоряет скорость ее сгорания [27, 34, 53]. Во-вторых, по причине ингибирования парами воды образования сажи, что вероятно, связано с увеличением концентрации радикалов ОН, которые эффективно окисляют компоненты, предшествующие образованию сажи, и благодаря чему снижают скорость полимеризации углерода [7].
Влияние воздействия воды на образование окислов азота при сжигании углеводородных топлив в воздушной среде, по мнению многих исследователей [51, 55, 91], главным образом определяется термодинамическим фактором, нежели кинетическим, связанным с реакциями
Воздействие воды на кинетику образования NOx если и имеет место [34], то не в той степени, которая могла бы определять процесс. Это хорошо согласуется с выдвинутым в работе [28] положением о том, что NOx образуется в зонах продуктов сгорания, непосредственно примыкающих к фронту пламени, в которых реакции окисления в основном закончились и установилось равновесие. Присутствие здесь паров искусственно введенной воды в дополнение к образовавшимся естественно в результате горения ничего нового не вносит. Они лишь понижают температуру продуктов сгорания и изменяют равновесие газовых компонентов Н, ОН, . Ог По данным многих исследований [2, 3, 7, 25, 27, 55, 66, 79, 81, 82, 91] присадка воды к воздуху уменьшает выход NOx на 50-300%. Наибольший эффект снижения NOx имеет место на больших нагрузках, где снижение максимальной температуры цикла может достигать 200/С [12].
В большинстве случаев добавка воды к воздуху экономичность двигателя не изменяет или несколько улучшает [66, 79], что, по-видимому, связано с благоприятным эффектом охлаждения воздуха на впуске и увеличением массового наполнения цилиндра свежим зарядом, а также с уменьшением радиационного и конвективного теплообмена. Дымность отработавших газов, как правило, уменьшается. Исключение составляют сведения, представленные в работе [55], где для дизеля 64 12/14 с камерой в поршне получено увеличение расхода топлива на 15% при подаче воды в количестве 1% от расхода воздуха. Незначительный рост сажи в ОГ отмечается в работе [12].
Результаты численного анализа влияния присадки воды к рабочему телу на показатели цикла и индикаторный КПД
Выше было отмечено: положительное влияние на цикл двигателя заключается в возрастании удельного объема и количества смеси газов в индикаторном процессе при парообразовании капель воды, отрицательное — поглощение части теплоты, выделившейся от сгорания топлива, на испарение воды и прогрев пара до температуры РТ. Для анализа положительного и отрицательного воздействия присадки воды к РТ примем следующие допущения и рассмотрим идеализированный цикл в виде PV диаграммы с подводом присадки изохорно в ВМТ (рисунок 2.1): ас - адиабатическое сжатие РТ, cz - ввод дополнительного РТ в количестве М с характерной для него теплоемкостью и температурой, z z -отвод теплоты q на испарение, zb - адиабатическое расширение и т.д. Здесь Ят и Яд соответственно назовем степенью повышения давления в процессе ввода дополнительного РТ с характерной для него теплоемкостью и температурой и в процессе отвода теплоты на испарение присадки. Если Л 1, следовательно, работа цикла будет положительной, в противном случае - отрицательной (при одинаковых показателях адиабаты). Аналогично можно рассмотреть изменение Лт в двух процессах: 1-ввод РТ с присущей ему теплоемкостью и температурой Тс, 2 — процесс, учитывающей изменение внутренней энергии РТ с учетом температуры ввода присадки ТО (температура пара). Приведенный анализ позволяет дифференцировать вклад каждого из рассматриваемых процессов в формирование работы цикла.
Далее проведем численный анализ процесса ввода присадки воды к РТ с учетом выше принятых положений, используя базовую методику расчета /п.2.1/. Принимаем: основное РТ — воздух, присадка РТ — вода. В процессе расчета варьируется соотношение основного РТ и присадки воды г то Мн2оІМрТ в мольном измерении, степень сжатия 8. Исходные данные: 7а=300К, Ра-0,1 МПа, Г0=373К (температура присадки). Здесь стоит отметить, что г н2о— Ю% приблизительно соответствовало бы циклу с подачей воды по отношению к расходу топлива GmcJGi=\ при а =1. Из анализа рисунка 2.2 можно отметить, что добавка воды приводит к снижению X, величина которой становится меньше единицы. С увеличением г юо значение А, снижается, что определяется более быстрым падением A,q, несмотря на рост Хт. Влияние степени сжатия сказывается незначительно, причем с увеличением последней X снижается, т.е..отрицательные факторы проявляются в большей степени. Увеличение количества рабочего тела способствует росту Лт, что отражается величиной Лиге (эквивалентно вводу присадки водяного пара с присущей ему внутренней энергией при температуре Тс). Процесс теплообмена РТ и «холодной» присадки с температурой ТО приводит к отрицательному изменению величины ЛтТ0. и соответственно снижению Л/. Такое изменение Л приводит к отрицательному изменению работы цикла, которое можно выразить в отрицательном приросте среднего индикаторного давления цикла АРІ (рисунок 2.4). О Итак, в качестве выводов по параграфу можно отметить следующее: 1. Ввод присадки воды к РТ сопровождается увеличением количества РТ (положительное явление) и потерей теплоты на испарение и процесс тепломассообмена с «холодной» присадкой (отрицательное явление), что приводит к отрицательному изменению работы цикла или среднего индикаторного давления. 2. Степень сжатия не оказывает значительного влияния на характер изменения А, а также Am, Aq, Ащтс, Ащто, хотя отмечается тенденция к снижению А с ростом є. 3. Резерв положительного изменения работы цикла с присадкой воды следует искать в исключении потерь теплоты на испарение (ввод пара), на теплообмен РТ с «холодной» присадкой (ввод перегретого пара). Ввод присадки перегретого пара с температурой Тс в количестве 10% по отношению к РТ приводит к росту Pz и А на 12% и соответствующему увеличению работы цикла Ы или величины среднего индикаторного давления Pi.
Расчеты сравнительного характера проведены применительно к рабочему процессу быстроходного дизеля 413/14. За базовый принят режим с а=1,4, соответствующий режиму максимального крутящего момента. Присадка воды по отношению к расходу топлива задавалась в диапазоне =GH2C/GT=Q...\, ЧТО перекрывает возможную концентрацию воды в водо-топливных эмульсиях. Долю воды, поданной в цикл, будем учитывать относительной величиной где G/J20 - расход воды, кг/ч; GT - расход топлива, кг/ч. Количество присадки воды в кмоль на 1 кг топлива Общее количество паров воды в продуктах сгорания 1 кг топлива с присадкой воды Здесь Н - доля водорода в топливе, juH2o - молярная масса воды, кг/кмоль. Относительные доли присадки воды и общего количества паров воды в продуктах сгорания где М2 - общее количество продуктов сгорания 1 кг топлива с присадкой воды.
Опытная топливная система и аппаратура для ее исследования
В соответствии с поставленными задачами была разработана опытная система питания дизеля топливом с присадкой воды (образование ВТЭ непосредственно перед впрыском). На рисунке 3.2 изображена схема опытной топливной системы, которая включает магистраль подачи топлива и магистраль подачи присадки воды. Магистраль подачи топлива состоит из топливного бака 1, расходомера топлива 2 типа Д1, подкачивающего насоса 3, фильтров 4, топливного насоса высокого давления 5, форсунки 6 и топливопроводов. Магистраль подачи присадки воды состоит из баллона 10, содержащего воздух под давлением, кранов 7 и 11, редуктора 9, задающего давление подачи присадки, расходной емкости 8 с заливным 12 и сливным 13 штуцерами, закрытыми пробками, и трубопроводов. Поступающий из редуктора 9 воздух вытесняет присадку из расходной емкости 8 в форсунку 6.
Для подачи в цилиндр дизеля топлива с присадкой ВТЭ была разработана топливная форсунка, имеющая магистраль подачи присадки [70]. На рисунке 3.3 показана схема форсунки, где подвод присадки осуществляется по специально выполненному каналу через обратный клапан 3, а на рисунке 3.4 изображена конструкция опытной форсунки [70]. Базовой конструкцией такой форсунки послужила штатная закрытая сопловая форсунка серийного дизеля А-01М, в которой цикловая доза дизельного топлива подается, как обычно, через каналы 3 и 4 в корпусе форсунки и распылителя.
Для подвода присадки форсунка дополняется отдельной магистралью, которая состоит из штуцера 14, каналов в корпусе форсунки 13 и распылителя 9. В канале 13 выполнен обратный клапан 12, прижимаемый к седлу пружиной 11. Обратным концом пружина упирается в запрессованную в корпус втулку 10. Канал 9 с запрессованной цилиндрической вставкой 8 со спиральной нарезкой на поверхности и полость 7 являются смесительно эмульгирующей камерой форсунки. В канале 4 установлена вставка 15 со спиральной нарезкой для придания направленного движения струе топлива.
Подача цикловой порции дизельного топлива с присадкой воды и образование ВТЭ осуществляется следующим образом.
В конце впрыска под действием разгружающего хода нагнетательного клапана давление в полости 7 снижается, и присадка воды, имея давление большее, чем остаточное давление дизельного топлива в трубопроводе, поступает через открытый клапан 12 в смесительно-эмульгирующую камеру. Давление топлива на участке до нагнетательного клапана увеличивается.
Учитывая большие скорости движения и колебательные явления в топливной магистрали, затухающие к очередному впрыску, можно считать, что в полости распылителя 7 присадка с топливом перемешиваются, и образуется однородная ВТЭ. При очередном набегании кулачка топливного насоса на толкатель давление топлива в системе превысит давление в магистрали присадки, клапан 12 закроется, поднимется игла форсунки, и вновь поступившая порция топлива вытеснит образованную ВТЭ через сопловые отверстия в цилиндр дизеля. Применение спиральной формы 15 канала 4 [70] способствует качественному диспергированию ВТЭ. Объем подигольной полости,
Количество поступившей в форсунку присадки будет определяться величиной разгрузочного объема нагнетательного клапана, давлением в магистрали присадки и, некоторым образом, режимом работы двигателя (частота вращения коленчатого вала и величина цикловой порции топлива).
Предлагаемая конструкция форсунки показала достаточную работоспособность при соблюдении следующих правил: для исключения коррозии остановка дизеля производится на чистом дизельном топливе после перекрытия магистрали присадки и выработки ВТЭ.
Оценка работы опытной топливной аппаратуры проводилась по следующим параметрам: расход топлива и присадки, максимальное и среднее давления впрыска, угол начала впрыска, начальное давление, расходная ха рактеристика и др., а расчетные и экспериментальные данные сравнивались по величине давления в штуцере топливного насоса и в форсунке, перемещения нагнетательного клапана и иглы распылителя.
Определение расходов топлива и присадки ясно из рисунка 3.2. Расход дизельного топлива измерялся электронным расходомером Д1, а расход присадки определялся в емкости 8 методом измерения массы присадки «до и после испытания», т.е. определялась масса присадки, расходуемая за установленное время.
Для определения давления топлива в штуцере насоса и в форсунке, перемещения нагнетательного клапана и иглы распылителя был разработан специальный измерительный комплекс, блок-схема которого изображена на рисунке 3.6. Сигналы от датчика 1 перемещения иглы, от датчика давления топлива в форсунке 2, от датчика давления топлива 3 в штуцере, от датчика 4 перемещения нагнетательного клапана поступают в блок коммутации 7 для согласования параметров датчиков со входом усилителя 8 УТ-4-1. Сигнал, полученный от датчика 5 отметки угла поворота коленчатого вала, поступает на вход усилителя низкой частоты 6. Для визуального контроля исследуемых процессов применялся электронно-лучевой осциллограф 10 типа С1-4. Для регистрации исследуемых процессов выбран магнитоэлектрический световой осциллограф 9 типа Н-115.
Для регистрации давления топлива в форсунке изготовлен специальный тензометрический датчик. Измерение давления осуществляется в наклонном топливопроводе корпуса форсунки на расстоянии 30 мм от нижнего торца (рисунок 3.7). Статическая тарировка изготовленного датчика показала, что зависимость выходного тока системы «датчик - соединительный кабель - усилитель» от давления топлива отклоняется от линейной не более чем на 1% в диапазоне давлений 2...50 МПа.
Исследование параметров рабочего процесса и индикаторного КПД при изменении угла начала подачи топлива
Использование опытной ТА для присадки воды к топливу вносит некоторые изменения в процессы топливоподачи, смесеобразования и сгорания. Отсюда необходимо определить влияние угла начала впрыска на параметры рабочего процесса и индикаторный КПД. На рисунках 4.5 и 4.6 приведены параметры, характеризующие рабочий процесс дизеля и составляющие индикаторного КПД в зависимости от угла начала впрыскивания топлива, определенного по осциллограмме топливоподачи. Можно отметить схожий характер изменения кривых (рисунок 4.5) для штатного варианта и варианта с присадкой воды. Следует отметить, что: - существенно увеличивается период задержки воспламенения (примерно на 4 град, уменьшается абсолютное значение угла начала сгорания рцГ) и доля теплоты Xi, выделившаяся в первой взрывной фазе сгорания; - несколько возрастают значения максимального давления Ртах и жесткости (dP/dcp)тах; - заметно снижается максимальная температура цикла Ттах и температура на выхлопе ТТ. На рисунке 4.6 приведено изменение индикаторного КПД и некоторых его составляющих. Отмечается схожий характер изменения кривых по углу начала впрыска для обоих вариантов. При использовании присадки воды на соответствующих углах начала впрыска наблюдается снижение коэффициентов Лнп, Sac, &мт, а неиспользование теплоты 5w исп+нагр по причине испарения и нагрева присадки остаются неизменными. Большая разница между значениями Анп, Sac, 5 т характерна для более ранних углов впрыска. -А- - =0,-0- С =25% Рисунок 4.5 - Влияние присадки воды на параметры рабочего процесса дизеля 1413/14 при п = 1750 мин"1 и Pi = 0,88 МПа в зависимости от угла начала впрыскивания топлива Из положений кривых индикаторного КПД можно определить оптимальные значения углов начала подачи топлива. В случае штатного варианта =0 значение (р"т равно - 19-20 п.к.в., а при =25% подачу необходимо осуществлять за 21-22 п.к.в. до ВМТ, т.е. раньше на 2-3 п.к.в. Но ранее от мечалось, что при повышении давления в магистрали подачи присадки, а соответственно и остаточного давления в ЛВД, впрыск будет осуществляться ранее почти на 2 п.к.в. Таким образом, при изменении доли присадки ошибка угла впрыска по сравнению с оптимальным не будет превышать 1 п.к.в., что вполне приемлемо. Разница оптимальных значений индикаторного КПД в относительном измерении составляет «4%. Таким образом, здесь также можно отметить, что рост индикаторного КПД rji в основном обуславливается уменьшением коэффициентов неиспользования теплоты от несвоевременности 5ьс и неполноты сгорания Ляп и теплообмена (5wT 4.3 Сравнительное исследование влияния присадки воды к топливу по нагрузочной характеристике с использованием опытной ТА На рисунке 4.7 представлено изменение основных параметров рабочего процесса опытного дизеля 1413/14 с присадкой воды к топливу и без присадки, а также оптимальное содержание присадки в диапазоне нагрузок 0,5...0,9 МПа. В опытном варианте отмечается повышение динамичности цикла: увеличивается жесткость (dP/d(p)max и максимальное давление Ртах соответственно на 0,03..0,05 МПа/град и 0,3...0,5 МПа, что можно объяснить более интенсивным подводом теплоты в I фазе; отмечается снижение температуры отработавших газов 7г почти на 100 К, снижение выбросов сажи с отработавшими газами на 0,03...0,15 г/м , что составляет 25...45 % от уровня для штатной комплектации, уменьшение выхода окислов азота NOx до 30 %, что можно объяснить снижением максимальной температуры цикла и уменьшением цикловой порции топлива из-за повышения эффективности цикла. Снижение удельного индикаторного расхода топлива g( достигает 8 г/(кВт ч). Здесь необходимо отметить, что в зоне высоких нагрузок скорость увеличения значений Сг и gi заметно ниже для опытного варианта с присадкой воды, другими словами, существует значительный запас по Сг и gt при форсировании двигателя по среднему индикаторному давлению. Оптимальное содержание присадки воды зависит от нагрузочного режима и растет с увеличением нагрузки. На холостом ходу и малых нагрузках оптимальной является работа на чистом дизельном топливе, по мере возрас тания нагрузки от 0,5 до 0,75 МПа доля присадки воды практически линейно растет до 20-25%, при дальнейшем увеличении нагрузки до 0,9 МПа оптимальной является доля присадки 25-30%. На рисунке 4.8 можно проследить особенности тепловыделения в дизеле с добавкой воды при использовании опытной ТА. С добавкой воды к топливу увеличивается количество теплоты, выделившейся в первой фазе Xi почти на 20%, и оба максимума тепловыделения (dx/ldcp) растут по величине и располагаются ближе к ВМТ, последнее предопределяет более эффективное использование теплоты в цикле.
