Диссертация: Улучшение эксплуатационных показателей автотракторного дизеля путем предварительного подогрева топлива.

Актуальность работы. На современном этапе развития в мировой экономике большое внимание уделяется рациональному использованию углеводородных ресурсов, повышению требований к эмиссии токсических веществ с отработавшими газами. На долю транспорта в современном обществе приходится около 20% мирового потребления энергии, причем 90-95% энергии, используемой транспортом, обеспечивается топливом на основе углеводородного сырья. К ДВС, как энергетической установке, предъявляются высокие эксплуатационные, экономические и экологические требования. Технико-экономические показатели ДВС обуславливаются уровнем реализуемого рабочего процесса. Дизельные топлива ограничены по физико-химическим и эксплуатационным свойствам из-за природы сырьевых углеводородов и возможностей нефтеперерабатывающей промышленности. В настоящее время именно топливо, его качество, ресурсы, приобретаемые свойства стали определяющими факторами при разработке технологических видов воздействий на само топливо. Эти особенности необходимо учитывать при улучшении рабочего процесса двигателя. В связи с вышесказанным улучшение эксплуатационных показателей автотракторного дизеля путем предварительного подогрева топлива позволяет оказывать положительное влияние на рабочий процесс двигателя.
Связь с планами научных исследований. Научные исследования, на основе которых подготовлена настоящая диссертация, были выполнены в Вятском государственном университете и Белорусской государственной сельскохозяйственной академии в 2018…2022 годах. Исследования выполнялись в соответствии с планами НИР ВятГУ и договором о научнотехническом сотрудничестве между ВятГУ и БГСХА от 01.01.2018.
Цель и задачи исследования. Цель работы: Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 путем предварительного подогрева топлива. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1. Теоретически и экспериментально обосновать способ улучшения эффективных и экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 путем применения подогрева топлива. 2. Разработать методику определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. 3. Разработать схему изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от подогрева ДТ. 4. Усовершенствовать методику расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ. 5. Обосновать необходимость и предложить новые способы интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле, новые конструктивно-технологические решения по реализации применения активированного топлива в дизелях. 6. Экспериментально исследовать показатели процесса сгорания, эффективные и экологические показатели работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 на активированном топливе. 7. Усовершенствовать методику расчёта характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ.
Научная новизна работы: 1. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения активированного топлива. 2. Впервые разработана методика определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. 3. Впервые теоретически разработана схема изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от подогрева ДТ. 4. Усовершенствована методика расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ. 5. Предложены новые способы интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле, новые конструктивно-технологические решения по реализации применения активированного топлива в дизелях. 6. Показатели процесса сгорания, эффективные и экологические показатели работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 на активированном топливе. 7. Программа для ЭВМ и данные расчёта характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. Новизна предложенных технических и технологических разработок подтверждена 5 патентами РФ на изобретения и 1свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Объекты исследований: предварительно высоко подогретое дизельное топливо, дизель 4ЧН 11,0/12,5.
Предметы исследования: рабочий процесс двигателя, влияние предварительно подогретого топлива на эксплуатационные показатели.
Положения, выносимые на защиту: 1. Способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения активированного топлива. 2. Методика определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. 3. Схема изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от подогрева ДТ. 4. Методика расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ. 5. Способы интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле.
Квалификационная формула работы. Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой на основе проведенных исследований изложены положения, квалифицируемые как совокупность новых научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и улучшении эксплуатационных показателей автотракторного дизеля путем предварительного подогрева топлива в магистрали высокого давления. Предложен новый способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения предварительно подогретого топлива. Использование способа позволяет влиять на рабочий процесс в цилиндре двигателя. Предложен новый способ интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле, новые конструктивно-технологические решения по реализации применения активированного топлива в дизелях. Использование способа позволяет влиять на рабочий процесс за счет изменения подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле. Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при совершенствовании рабочего процесса дизелей.
Практическая ценность. Результаты проведенных исследований и научнотехнические разработки, полученные при проведении исследований, позволяют улучшить эксплуатационные показатели дизеля путем предварительного подогрева топлива в автотракторных дизелях, уже находящихся в эксплуатации, при небольшой модернизации топливной системы. Полученные данные позволяют снизить затраты времени и средств при проведении дальнейших исследований. Материалы диссертации использованы в учебном процессе Вятского государственного университета. Разработанные технические решения использованы при рационализаторской деятельности ООО «НПП Гиперион» в г. Вологда.
Личный вклад автора. Автор выполнял работу самостоятельно, играл главную роль в планировании и проведении экспериментов, обобщении полученных результатов. Им в соавторстве подготовлены и опубликованы материалы диссертационных исследований, а также предложены технические и технологические разработки, защищённые патентами РФ на изобретения и свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской ежегодной научно-практической конференции «Общество, наука, инновации» в 2018-2021 г.г. (г. Киров, ВятГУ); на Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» в 2018-2021 г.г., (г. Н-Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева); на Международной конференции «Инновационные решения в технологиях и механизации сельского хозяйства» 2018-2021 г.г. (г. Горки, Республика Беларусь).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 печатных работах, в том числе защищены 5 патентами РФ на изобретения и 1 свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, общие выводы, список литературы. Работа содержит 154 страниц машинописного текста, в том числе 37 рисунков, 9 таблиц. Список литературы включает 94 наименований, в том числе 16 на иностранных языках. Приведены документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, копии патентов, свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ, сертификатов, дипломов, грамот.