Диссертация (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 7

Приведенные на рисунке1.26 показатели получены при работе исследованных дизелей на конкретномтопливе на основе растительных масел [38].абРисунок 1.26 - Показатели дизелей, работающих на продуктах переработки РМ:а – обобщенные показатели для дизелей, работающих на МЭРМ (В100);б – показатели дизеля СМД-31 (6ЧН12/14), работающего на ЭЭРМДовольно интересным является и сравнение показателей двигателей,работающих на различном биотопливе. Для этого были проанализированынекоторые российские двигатели, работающие на смесевом топливе: смесях РМ иДТ, полученные данные занесены в таблицу 1.7 [11, 31, 38, 58].48Таблица 1.7 - Основные характеристики исследованных дизелей разных марокХарактеристикиПрименяемостьМощность,кВтЧастотавращения,мин-1ОхлаждениеНаддувРазмерность(D/S)ТНВДРаспылительМодели дизелейВСН-7ДД-120ЭлектроТ-25,агрегатТ-16М622МД-6Мотопомпа4Д-243МТЗ80/8255Д-245МТЗ-100,ЗиЛ-53017530003000180022002400ВоздухНет80/75ВоздухНет82/75ВоздухНет105/110ЖидкостьНет100/125ЖидкостьЕсть110/125Столбиковый4·0,25Столбиковый4·0,29Распределительный3·0,35РядныйРядный4·0,345·0,32рисунках1.27Представленныенаи1.28данныепозволяютпроанализировать влияние состава топлива на основе растительных масел напоказатели исследованных дизелей [31].На основе анализа видно, что в первую очередь состав топлива на основерастительныхмаселпредопределяетследующиепоказателипроцессатопливоподачи: давление впрыскивания pвпр, продолжительность φвпр, объемнуюподачу топлива qц, УОВ Δθ (рис.1.26).

Все указанные выше показатели отражаютсяна эффективных и индикаторных характеристиках дизеля (эффективная мощностьNe, КПД ηе, удельный эффективный расход топлива ge), показатели токсичности егоОГ (рис.1.27) [38].49Рисунок 1.27 - Взаимосвязь показателей процесса топливоподачи и токсичностиОГ дизелей с различным составом смесевого топлива [31]Экологические показатели значительно отличаются в лучшую сторону вработе дизелей на биотопливе (смесях РМ, ДТ, МЭРМ) [11, 31, 38, 58].

ДымностьОГ уменьшается на 23%, эмиссия монооксида углеводородов и углеродасоответственно на 1,9; 7,2 и на 20%, если использовалась смесь МЭРМ и ДТ [31].50Рисунок 1.28 - Зависимость показателей дизелей от содержания РМ в смесевомтопливе [31]Однако необходимо учитывать, что использование этих смесевых топливнегативно сказывается на пусковых качествах дизеля [58].Результаты проведенных фирмой Caterpillar исследований по адаптациипредкамерных двигателей к работе на растительных маслах приведены в [11, 38].Исследования проводили на дизеле типа 3306 PC-Т с наддувом.

Данный дизель,мощность которого составляет Ne=186 кВт при n=2200 мин-1, изготовлен сдиаметром цилиндра D=121 мм, предкамерным смесеобразованием и ходомпоршня S=152 мм. Таблица 1.8 содержит полученные результаты испытанийдвигателя с опытным и серийным поршнями на соевом масле (СМ) и ДТ.51Таблица 1.8 - Результаты испытаний дизеля типа 3306PC-T на СМ и ДТ [11]Вид топлив и конструкция поршняХарактеристикиДТ,ДТ,СМ,серийныйопытныйопытныйпоршеньпоршеньпоршеньРежим максимальной мощности (n=2200 мин-1, pe=0,966 МПа)Уд.

расход топлива, приведенный к104401041010410теплоте сгорания, кДж/ (кВт·ч)Максимальное давление сгорания,10,410,410,4pz МПаДымность ОГ0,91,20,7Продолжительность впрыскивания2932-1Режим максимального крутящего момента (n=1400 мин , pe=1,1 МПа)Уд. расход топлива, приведенный к104401010010250теплоте сгорания, кДж/ (кВт·ч)Максимальное давление цикла, pz9,98,69,2МПаДымность ОГ2,42,52,7Продолжительность впрыскивания2429Дляинтенсификациивоспламенениярабочейсмесивпредкамереустановлена свеча зажигания, а поршень выполнен с высокотемпературнойвставкой.На основе результатов испытаний получается, что удельный расход топлива,приведенный к теплоте сгорания (аналог КПД двигателя), и максимальноедавление сгорания pz в режимах с номинальной частотой вращения коленчатоговала при работе на ДТ и СМ практически одинаковы. Причем, при работе на СМдымность Kx снижается на 40%, а продолжительность впрыскивания увеличиваетсяна 10%.

В режимах с пониженной частотой вращения перевод дизеля с ДТ на СМсопровождается увеличением продолжительности впрыскивания на 20% принебольшом увеличении дымности ОГ [11, 38].Были изучены вихрекамерные дизели, работающие на биотопливе. В работе[93] указаны результаты проведенных с вихрекамерным дизелем испытаний, гдеприпомощиустановкивКСвысокотемпературногоэлементас52внутрицилиндровым катализатором самовоспламенение было улучшено. Висследовании участвовал одноцилиндровый вихрекамерный дизель типа 1Ч8,5/11.Испытания проведены с серийной КС до и после нанесения каталитическогопокрытия, толщина которого составляет 0,2 мм, на поверхность вихревой вставки.Покрытием служил нихром, выступающий в роли катализатора конверсииуглеводородов.

Покрытие было нанесено методом термического напыленияпорошкообразной смесью хрома и никеля в соотношении 1:4. Двигательиспытывали на дизельном топливе и на смеси ДТ и РМ, содержащей 50% ДТ и 50%РМ. Результаты испытаний дизеля на исследуемых топливах приведены в таблице1.9 [38, 93].При переводе дизеля 1Ч8,5/11 с серийной вихревой вставкой, не имеющейкаталитического покрытия, с ДТ на смесь «50% ДТ и 50% РМ» удельныйэффективный расход топлива (приведенный по теплоте сгорания) ge(прив)увеличивался на 3%, но при этом снижались выбросы всех вредных веществ.Таблица 1.9 - Результаты испытаний дизеля 1Ч8,5/11 на смеси«50% ДТ и 50% РМ» в сопоставлении с результатами испытаний на ДТ [38]Комплектация дизеля+3Изменение показателей дизеля,%NOx,CO,CHx, Kx,Отложение на-1млнг/(кВт ч)ККС-15-10-10-35ЗначительныеНетНетge,кг/(кВт ч)Серийный КСКС с каталитическимпокрытием, добавлениеприсадокНетНет-60НетПри работе двигателя с вихревой вставкой, имеющей каталитическоепокрытие, с добавлением присадок в смесевое биодизельное топливо наблюдалосьсохранение показателей, свойственных работе на ДТ, при уменьшении на 60%дымности ОГ.

При этом углеродистые отложения не были обнаружены наповерхности вставки. В результате проведенных испытаний дизеля типа 1Ч8,5/11на смеси «50% ДТ и 50% РМ» была подтверждена возможность положительного53воздействия каталитического покрытия на поверхности КС и добавлениякаталитических добавок в топливо на показатели двигателя [38, 93].Фирма Elsbett (Германия) разработала дизели, обладающие полуразделеннойКС с наличием способности работать на растительном масле [105]. Цельисследований: уменьшение объема теряемой теплоты, отводимой в стенке КС,увеличение температуры рабочей смеси в КС. КС является сферической,расположенной в поршне.

Специально подбирались клапаны для вращательногодвижения в них воздуха. На циркуляции в КС воздуха и на распределении разныхегослоеввсоответствиистемпературойосновываетсяпринципфункционирования рабочего процесса. При этом вихревое движение воздуха неперемешивало слои в КС. Топливо не может попасть на стенки КС из-заакустического внешнего слоя, который выступает в качестве теплового изолятора.Это и является причиной того, что коксовые отложения на поверхности КСпрактически невозможны.

Система питания дизеля Elsbett – двухтопливная,работает не только на растительном масле, но и на ДТ [19, 105].Немецкая компания Thuringer Motorenwerke Gmbh Nordhausen выбраласледующие дизели для работы на растительных маслах: 4P13,5AL и 6P13,5AL смощностью до 200 кВт при n=2200 мин-1. Диаметр цилиндра этих двигателей D =135 мм, в нем нет турбонаддува со сферической КС в поршне. В ходе исследованийбыл обнаружен H-процесс, при котором РМ используется в качестве топлива длядвигателей, использующих непосредственное впрыскивание [19, 94].Дизель на РМ проходил исследования по показателям топливнойэкономичности.

Результаты: его экономичность лучше, чем у дизеля на ДТ,эффективный КПД дизеля - 40%. Наблюдается превышение выбросов оксида азотаNOx на 7%, а дымность – ниже, если сравнивать с дизелем на ДТ (0,8 и 1,5 единицпо шкале Bosch) [94].Концерн Volkswagen провел свои исследования серийного автомобильногодизеля на МЭРМ [29]: снижение выбросов монооксида углерода (3,57 г/тест),углеводородов (0,37 г/тест), увеличение оксидов азота до 3,01 г/тест. Дымность ОГуменьшилась на 2 единицы по шкале Bosch во всем диапазоне скоростных режимов54работы дизеля, в режимах с частичной нагрузкой – на 0,5 … 1 единицу, еслисравнивать с работой на ДТ.

Эмиссия полициклических ароматическихуглеводородов уменьшается практически в 2 раза. Увеличился расход МЭРМ (на12%) и эмиссия альдегидов. Но при этом, если оценивать суммарно, то дизель наМЭРМ обладает более низкой суммарной токсичностью ОГ.Исследования фирмы Porsche заключались в выявлении возможностииспользовать МЭРМ в качестве альтернативного топлива для дизелей [84].Результаты исследований: увеличение выбросов с ОГ CO2, CHx, уменьшение NOх,снижение эмиссии твердых частиц, ПАУ, почти полное отсутствие выбросовсоединений серы. Отмечено отсутствие проблем с повышенным изнашиваниемдеталей двигателя и повышенных отложений углеродистых соединений на деталяхКС [84].Несмотря на определенные общие тенденции к улучшению экологическихпоказателей, есть факторы, неоднозначно отражающиеся на эффективностииспользования биотоплив и их смесей [38].1.3 Выводы по главе 1 и постановка задач исследованияДля выполнения перспективных экологических норм дизелями и достижениявысоких экономических показателей необходима в перспективе АТС смаксимальным давлением впрыскивания до 300 МПа и выше.Необходимо управление характеристикой впрыскивания.