автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение экологических и экономических качеств автотракторных дизелей в условиях Перу, путем добавки сжиженнго нефтяного газа к дизельному топливу

"V"¡¿ДЛЯ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ й

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

Чет

На правах рукописи УДК 621.436.038.001

ГИЛЬЕРМО ЛИРА КАЧО

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ПЕРУ, ПУТЕМ ДОБАВКИ СЖИЖЕННОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА К ДИЗЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Моек ва-1992

Работа выполнена в Ордена ТрудоБого Красного Знамени Автомобильно-дорогном институте

Научный руководитель Научный консультант О^ициалыше оппоненты

- доктор технических профессор Луканин В.Н.

наук,

- доктор - технических наук, профессор Патрахальцев H.H.

- заслуженный деятель науки и техники РСФСР доктор технических наук, профессор Вэрсавский К.Л.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ерохсв В.И.

Ведуазя организация - Центральный научно-исследовательский

автомобильная к автомоторный институт НАМ!

Защита диссертации состоится 1992 г.

в \%Х часов на заседании специализированного совета К 053.30.05 при МАЛИ по адресу: Москва, Ленинградский пр-кт д.64. Ц

С диссертацией козио ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат просим присылать >. 2-х гкзсишшрах с подписью, заверенные печатью.

Автореферат разослан

"JbL"_12Э2 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

к.т.к., доцент Власов В.!.'.

f

.iíwül

[дисс4л^цИ, I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Перу -страна с интенсивно развивающейся экономикой. Основными видами • транспорта в стране являются автомобильный транспорт, причем, грузовой - с дизеляыи, городские дизельные автобусы и морской транспорт (внешнеторговые перевозки).

Особенностью экономики Перу является то, что страна из экспортера нефти превратилась в импортера. В стране обнаружены большие запасы газа (на 100 лет эксплуатации). Таким образом, экономия нефтяных тошпта. потребляемых на собственные нужды, путем частичной замены газом, позволит уменьшить импорт нефти и-уменьшить валютные расходы страны.

Снижение дымности и токсичности дизелей, прежде всего в условиях Лимы (6 млн. человек населения), через которую идут основные транспортные потоки, и где городской транспорт оборудован прежде всего дизелями, - актуальная социальная проблема. Эксплуатация основного автомобильного грузового транспорта осуществляется в условиях высокогорных перевалов (4000 м над уровнем моря), что заставляет снияать полезную' загрузку автомобилей из-за ухудшения воздухоснабжения и выхода режима работы дизеля в область, за пределом дымления. Отсюда актуальность разработки методов компенсации потери мощности дизелями в высокогорье. Одним из таких методов является форсировка рабочего процесса по коэффициенту избытка воздуха (об ).

Перу хотя и имеет собственное производство двигателей, но не тлеет производства дизельной топливной аппаратуры. Отсюда, все указанные проблемы должны решаться методами модешизационного изменения в конструкции топливных: систем, то есть без значительных изменений в 'конструкции, а желательно и даже в регулировке существующих дизелей. Одним из путей совершенствования топливных систем дизелей является включение в них элементов воздействия на параметры среды в линии высокого давления (ЛВД) перед очередными циклами впрыска, путем создания в ней заданных начальных давлений, подачи в ЛВД различных присадок, добавок к топливу.

Топливная аппаратура (ТА) с регулированием начального давления (РИД), позволяет без существенной переналадки ТА решить многие указанные задачи.

Перспективный путь решения указанных проблем - использование альтернативных (нетрадиционных) топлив для полного или частичного замещения дизельных нефтяных топлив. Одним из перспективных альтернативных топлив для Перу, является, сжиженный нефтяной газ (СНГ) - пропан-бутан.

Таким образом, актуальная научно-техническая проблема для Перу - это снижение эксплуатационного расхода жидких нефтяных топлив, уменьшение токсичности и данности выбросов и снижение предела дымления путем добавки СНГ к дизельному топливу.

Цели работы. Проанализировать возможные методы и Средства решения указанных проблем, путем частичного замещения дизельного топлива сжиженным нефтяным газом (пропан-бутаном). Провести анализ методов организации рабочего процесса газодизелч и обосновать выбор для разработки газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием. Усовершенствовать систему подачи СНГ в линию высокого давления топлива и впрыска смеси дизельного топлива и СНГ в цилиндры дизеля. Разработать рекомендации по организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием. Исследовать возможность решения проблемы компенсации потери мощности в высокогорье путем снижения коэффициента избытка воздуха на пределе дымления использованием сжиженного газа..

Научная новизна. Разработаны рекомендации по созданию и совершенствованию систем подачи в дизель сжиженного газа, разработаны рекомендации по организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием и впрыском в дизель смеси дизельного жидкого топлива и сжиженного нефтяного газа. Проведено обоснование целесообразности использования СНГ для организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием, как метода форсирования двигателя по коэффициенту избытка воздуха в нормальных условиях и для решения проблемы компенсации потери мощности в высокогорье, ухудшения экономичности, увеличения токсичности и дымности дизелей, а также снижения их моторесурса в этих условиях эксплуатации. 2

Общая методика исследования. Для выбора схемного решения системы топливоподачи, а также выбора альтернативного топлива, проведены классификация, систематизация и анализ (с учетом условий Перу) топливных систем, топлив и особенностей организации рабочих процессов.

Применена методика теоретического определения физико-химических свойств смесей сжиженного газа с дизельным топливом. Проведен теоретический анализ влияния свойств снеси топлив на процесс топливоподачи и рабочий процесс газодизеля.

При разработке топливной системы применено математическое моделирование гидродинамических процессов в исследуемых элементах, основанное на допущении установившегося одномерного изотермического движения сжимаемой жидкости.

Экспериментальные исследования проведены как на безмоторной установке MERLIN с топливной аппаратурой B0SCH-CAV, так и на стендах с дизелями RICARDO E6/TS (14 7,6/ПД) и Д-242 (44 11,0/12,5). Кроме стандартного оборудования для измерения и регистрации параметров и показателей, применены новые средства, например, расходомер сжиженного газа (в жидкой фазе). В основу изучения явлений -в ТА и в дизелях в целом положены принципы сравнения протекания рабочих процессов дизеля и газодизеля в сходственных условиях.

Практическая_ценность. Внедрение в практику

двигателестроения результатов разработки и рекомендаций по организации газодизельного процесса с подачей СНГ в цилиндры двигателя позволит снизить расход дизельных топлив, с целью расширения топливных ресурсов, снизить дымность и токсичность ОГ. Внедрение разработанной системы подачи СНГ позволит форсировать двигатели по коэффициенту & при сохранении предела дымления. Такой метод форсирования двигателя позволяет частично компенсировать потерю мощности дизелей в условиях высокогорья. Разработанные методы и средства носят прежде всего модернизациочный характер, то есть могут быть применены на дизелях без изменения их базовой конструкции.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований переданы национальной компании Петро-Перу и Министерству

транспорта с целью выработки' рекомендаций на дальнейшее развитие работ по экономическим и экологическим проблемам.

Материала исследований используются в учебном процессе (курс лекций "Теория ЛВС"), в лабораторных работах, курсовом i дипломном проектировании при подготовке специалистов в облает! ЛВС (программа по MAGISTER OF SCIENCE).

Апробация работы. Основные положения диссертаци! докладывались на научно-технических конференциях механическое инженерного факультета Перуанского Инженерного Университета (UNI в 1990 и 1991 гг., на Всеперуанской научно-техническо: конференции (X C0NIMERA) в городе Лима в 1991 году, на начно-технической конференции • кафедры автотракторных двигателе Института МАДЯ в 1992 году, на научно-техническом семинаре Российском Университете дружбы народов-в марте 1992 г.

Публикации. По результатам исследования опубликованы пят статей. Получено одно решение о выдаче авторского свидетельств по заявке на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения четырех глав, основных выводов.

Диссертация изложена на ЦО страницах машинописного текстг содержит 39 страниц с рисунками, '7 таблиц, библиография включае 93 источника информации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы экономичное^ эффективности и совершенствования экологических качес' автомобилей, автобусов и тракторов, находящихся в эксплуатации Перу, модернизацией их дизелей. Обосновывается целесообразное' применения сжиженного нефтяного газа в качестве альтернативно] топлива, путем его добавки к дизельному топливу, в условиях Пер; Ставится .задача разработки предпочтительно модернизационно: решения системы подачи в дизель СНГ.

А

В первой главе проведен анализ методов и cr<iдств улучшения экономических и экологических качеств дизелей. Проводится вывод о том, что большинство из рассмотренньрс решений либо требует значительных изменений в конструкции двигателей и топливной аппаратуры, а следовательно, существенно сложны, либо реализация этих методов (каталитическая нейтрализация) связана с вынужденной потерей экономичности двигателя, его динамических качеств, а такза с повышением стоимости эксплуатации. Такие методы и средства не применимы в условиях Перу. Отмечается, что одним из известных методов повышения экологических качеств дизелей . является использование альтернативных, более экологически чистых топлив. Однако, работа двигателя по дизельному циклу на альтернативном топливе часто вызывает необходимость значительных конструктивных переделок или требует приготовления- смеси альтернативного топлива с другими веществами, (активаторами). Исходя из этого, для решения проблемы повышения экономических качеств двигателей в Перу, применимы альтернативные ■ топлива, которые являются более дешевыми, чем дизельные топлива. При этом, делается вывод о том, что для Перу наибольшую целесообразность представляет использование для автотракторных двигателей в качестве моторного топлива с сниженного нефтяного газ.

Большой вклад в исследовании особенностей газодизельного процесса внесли советские ученые: Ф.В.Стсль, В.3.Махов, А.Й.Хачиян, М.Д.Мамедова, В.И.Ерохов, А.И.Морев, Б.Н.Семеноз, О.В.Камышников, Н.Н.Патрахальцев, Г.А.Букреев, Е.Г.Григорьев и другие.

Значительное количество работ, посвященных применению газовых топлив в дизелях выполнено в научно-исследовательских и учебных центрах России:ЦНИДИ, МВТУ, НАМИ, МАДИ, НАМИ, ГШ и др., а также за рубежом: в США, странах Западной Европы, Канаде, Японии и т.д.

Для применения газа используются два способа организации процесса смесеобразования: внешнее - для газа, внутреннее - для дизельного топлива; внутреннее - для газа и дизельного топлива. Несмотря на конструктивную простоту реализации первого способа (смеситель на всасывании - для газа, топливоподаицая аппаратура -для запального "дизельного топлива), ему присущи ряд недостатков: опасность детонационного сгорания; потеря самовоспламеняемости на частичных режимах; повышенный выброс СтНш и СО на режимах малых

5

нагрузок и холостого хода; повышенный выброс Шх на режимах полных нагрузок; потеря способности дизеля к конвертации; снижение моторесурса распылителей форсунок при их перегреве (на полных нагрузках) и т.п.

Устранению ряда недостатков первого способа при сохранении основных преимуществ (замещение дизельного топлива газом и снижение дышости ОГ) способствует использование газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием. Известен путь решения такой задачи, основанный на впрыске.в дизель смеси дизельного топлива со сжиженным газом (пропан-бутаном). Однако 'подготовка такой смеси в условиях эксплуатации, ее хранение, а также возможность появления неустойчивости работы топливной аппаратуры ограничивают целесообразность использования такого процесса.

В диссертации использован метод организации рабочего процесса газодизеля с внутренним смесеобразованием по газовому и дизельному топливаы, путем впрыска в цилиндр смеси топлив, причем, сжиженный газ в этом случае вводится в линии высокого давления через специальные обратные клапаны, установленные у штатных форсунок. Ввод газа происходит между циклами впрыскивания, а затем смешанные топлива б очередном цикле впрыска подаются штатной форсункой в дизель.

На основании проведенного в первой главе анализа работ, посвященных применению в автотракторных дизелях СНГ, в работе были поставлены следующие основные задачи:

1) разработать рекомендации по организации рабочего процесса газодизеля с внутренним, смесеобразованием и использованием сжиженного нефтяного газа (пропан-бутана) в качестве добавки к дизельному топливу, с целью его частичного замещения, улучшения экологических свойств, уменьшения коэффициента избытка воздуха на пределе дымления в условиях ухудшения воздухоснабжения;

2) усовершенствовать топливную . аппаратуру для подачи сжиженного газа непосредственно в линию высокого давления топлива;

3) разработать рекомендации по созданию двигателей, форсированных по коэффициенту избытка воздуха с*., т.е. способных экономично и эффективно работать при пониженных ос , при незначительном дымлении, с целью сохранения эффективности работы грузового автомобильного транспорта в высокогорье.

Во второй главе проведен теоретический анализ возможности организации рабочего процесса газодизеля с внутренним смесеобразованием. Проведено теоретическое исследование моторных (физико-химических) характеристик СНГ и его смесей с дизельным топливом. Сравнение# характеристик топлив ведется как по показателям, определяющим процессы топливоподачи, так и по показателям, определяющим протекание рабочего процесса. Учитываются также показатели, определяющие эффективность хранения топлива в емкостях автомобилей. На рис.1 приведена конструктивная схема выбранной топливной аппаратуры для подачи СНГ. Аппаратура работает следующим образом.

При отсечке подачи, когда клапан 2 садится на седло и своим разгрузочным пояском 3 формирует в линии высокого давления 4 волну разрежения, обратный клапан 5 открывается, и сжиженный газ поступает в линию высокого давления. Поскольку волна" разрежения несколько раз за время между циклами впрыскивания проходит у клапана 6 и соответственно несколько раз открывает его, сжиженный газ поступает в линию высокого давления несколькими порциями, что облегчает его смешивание с дизельным топливом.

Расход' сжиженного газа (концентрация его в дизельном топливе) определяется конструктивными, параметрами ; топливной аппаратуры, а именно: длиной и объемом нагнетательного трубопровода, конструкцией и объемом нагнетательного клапана, массой обратного клапана, величиной его хода, жесткостью возвратной пружины и т.д. Оптимизация указанных параметров определяет возможность получения желательной характеристики изменения концентрации СНГ в топливе. Какие-либо специальные средства регулирования расхода газа в системе отсутствуют, а регулирование дизеля осуществляется с помощью штатного автоматического регулятора частоты вращения обычным путем. Следует отметить, что единственным, усложняющим систему узлом является источник СНГ 7 со средствами 8 поддержания повышенного давления СНГ (выше давления насыщенных паров газа). Очевидно, что применение вместо пропан-бутана чистого бутана позволяет существенно упростить систему.

Таким образом разработанная конструкция является компромиссом между требованием подачи СНГ в данных количествах и требованием максимального упрощения системы. Исходя из этого,

была поставлена задача выбрать наименее сложную систему с РНД и на ее основе разработать систему подачи СНГ в цилиндр дизеля.

Часть второй главы посвящена теоретическому анализу механизма зарядки линии высокого давления. Исследование процессов топливоподачи проведено с использованием уравнений баланса расходов через основные проходные сечения в узле с клапаном РНД и уравнений движений обратного клапана.

Анализ особенностей газодизеля с -внутренним смесеобразованием показал, что нарушения в протекании рабочего процесса могут быть как по причинам нарушения топливоподачи, так и по причинам особенностей рабочего процесса (при стабильной топливоподаче). Первые связаны с образованием паровых "пробок" в линии высокого давления. Чтобы исключить такие нарушения и повысить стабильность работы системы, - в баллоне СНГ поддерживалось давление, превышающее давление насыщенных паров СНГ. Нарушения протекания рабочего процесса газодизеля связаны с тем, что при применении смеси СНГ с ДТ длительность задержки воспламенения возрастает из-за .низких цетановых чисел СНГ. По этой причине, количество СНГ, подаваемого к ДТ ограничивается величиной 50%.

В третьей главе изложена методика проведения экспериментов и дано _ описание экспериментальных установок для исследования разработанной топливной аппаратуры, а также протекания рабочего процесса дизеля при использовании СНГ.

Исследование разработанной топливной системы проводилось на безмоторной установке HERLIN, а также на ТА стенда с дизелем 4ЧП/12,5.. Объектами исследования служили топливный насос высокого давления (ТНВД) B0SCH-CAV, связанный нагнетальным трубопроводом длиной 850 мм с форсункой закрытого типа САР, а также насос УТН-5 с форсункой ФД-22. Положение рейки регистрировалось микрометром, а- частота вращения - счетчиком циклов за заданный промежуток времени.

Замер давления в ЛВД производился датчиками давления. Сигнал от этого датчика подается на осциллограф через усилитель. Для определения расхода СНГ в общем объеме цикловой подачи газотопливной смеси было спроектировано и изготовлено специальное мерное устройство 9 (см. рис.1). ■ ...

Методика проведения экспериментов на безмоторной установке предусматривала определение скоростных и нагрузочных характеристик (расходных) топливной аппаратуры. Узел РНД подключался у штуцера форсунки. Эксперименты показали, что при этом производительность. системы увеличивается во всем диапазоне нагрузок. Причем увеличение относительного расхода через РНД (Уснг) наиболее заметно происходит в области малых нагрузок.

Исследование особенностей протекания рабочего процесса гззодизеля проведено на одноцилиндровой установке с дизелем RICARDO E6/TS (в ÜNI) и на установке с дизелем Д-242 (в УДН), оборудованными средствами регистрации и индицирования, необходимыми датчиками и измерителями расходов. Штатная топливная аппаратура дизеля усовершенствована подключением к ней узла РНД.

Исследование проведено методом сравнительного, анализа протекания рабочего процесса при работе на чистом ДТ и на смесевом топливе (СНГ+ДТ).

Количество СНГ, подаваемого к ДТ варьировалось от 13 до 32% (по объему) от всей цикловой подачи топлива. Исследования проведены на разных нагрузочных и скоростных режимах.

Поскольку подача СНГ в ЛВД через обратный клапан влияет на величину начального давления (Рнач), а последнее на интенсивность впрыскивания и продолжительность подачи топлива, а значит и на протекание рабочего процесса, следовательно, методика исследования предусматривала сравнения топливоподачи и протекания рабочего процесса дизеля на чистом ДТ и на смеси ДГ с СНГ.

Индицирование двигателя для записи быстроменяющихся давлений в цилиндре и в ЛВД велось с помощью осциллографа.

Количество сажи в СГ двигателя определялось сажемером BOSCH EFAW 65А/6.

Дана оценка погрешностей основных измерений.

В заключение, с целью определения влияния высокогорья на мощность двигателя, на экономичность его работы и на его экологические качества, был специально оборудован стенд, приближенный к условиям высокогорья. Наипростейший вариант заключается в дросселировании на впуске двигателя. При имитации высокогорных условий проведено исследование на дизеле Д-242 с подачей СНГ для решения проблемы увеличения дымности и токсичности, потери мощности и моторесурса дизелей в этих условиях. 10

В четвертой глава изложены результаты экспериментальных исследований топливной аппаратуры и показателей газодизеля с внутренним смесеобразованием.

Результаты проведенных экспериментов на безмоторной установке MERLIN показали, что .с уменьшением подачи топлива (относительно положения рейки ТНВД) растет процентное содержание СНГ в смеси, хотя по абсолютной величине цикловая подача СНГ уменьшается. Это объясняется уменьшением остаточного давления в ЛВД по мерз передвижения рейки насоса в сторону увеличения подачи.

Таким образом, при уменьшении нагрузки происходит увеличение содержания ■ газа' в смеси (цетановое число смесевого топлива снижается). Вместе с тем, на режимах малых нагрузок снижается температурное состояние двигателя, что еще более ухудшает самовоспламенение топливовоздушной смеси. Следовательно, такая характеристика подачи СНГ. не является желательной, и поэтому на режимах малых нагрузок и х.х. подачу газа целесообразно отключать или ограничивать по величине.

Можно также сделать вывод о том, что предельно допустимую (максимальную) подачу СНГ следует выбирать именно для таких режимов и обеспечивать ее конструктивными признаками системы; производительность же (подача СНГ) на других режимах будет .определяться особенностями этих режимов (при неизменных конструктивных признаках системы).

В случае включения в систему конструктивных элементов, обеспечивающих выключение подачи СНГ на х.х. (и малых -нагрузках) подбор подачи СНГ, максимально допустимый по условиям стабильности протекания рабочего процесса газодизеля, следует проводить на другом режиме, характеризующимся максимумом расхода СНГ через РНД при данном положении рейки.

С уменьшением частоты вращения вала насоса при постоянном положении рейки процентное содержание СНГ в смеси может как уменьшаться, так и. увеличиваться. Это связано с изменением остаточного давления в ЛВД в функции от скоростного режима.

Следует отметить, что при добавке СНГ к ДТ производительность топливоподакхцей системы увеличивается на всех режимах. Вследствие улучшения смесеобразования, в этом случае, увеличение суммарной цикловой подачи топлив приводит к увеличению

11

эффективной мощности двигателя при некотором уменьшении дымности ОГ.

При исследовании были получены осциллограммы изменения давления топлива Р'ф у штуцера форсунки в зависимости от угла поворота вала двигателя RICARDO E6/TS (см. рис.2). Анализ осциллограмм показал следующее. .

При вводе СНГ в ЛВД через обратный клапан РНД происходит увеличение начального давления (Рнач) по сравнению с впрыскиванием чистого дизельного топлива. Благодаря тому, что ЛВД "заряжается" сжиженным газом, происходит интенсификация процесса впрыскивания топлива, что компенсирует отрицательное влияние повышенной сжимаемости СНГ.

Ка осциллограммах (рис.2) отмечается, что при больших частотах вращения уменьшается запаздывание подачи смеси СНГ с ДТ, возможно, вследствие возрастания Рнач- При ' низких частотах вращения этого не происходит, очевидно, из-за меньшего РНач> а также, возможно, большего влияния сжимаемости.

При добавке СНГ к ДТ на режимах больших частот вращения (например, при п=2500 мин-I) максимальное давление впрыскивания топлива снижается примерно на 5-9%, в зависимости от цикловой подачи, это объясняется, видимо, большей сжимаемостью смесевого ' топлива. В отличие от этого, .при малых частотах вращения, максимальное давление впрыскивания несколько увеличивается.

С увеличением цикловой подачи смеси СНГ с ДТ и увеличением частоты вращения, увеличивается продолжительность впрыскивания, ■ что объясняется большей сжимаемостью и пониженной плотностью смеси. При малых частотах вращения продолжительность увеличивается в меньшей степени.

Таким образом, на различных режимах работы газодизеля влияние сжимаемости и начального давления на показатели работы топливной аппаратуры газодизеля с внутренним смесеобразованием -неодинаково.

Результаты исследования рабочего процесса газодизеля, проведенного на одноцилиндровой установке с дизелем RICARDO ES/TS показали, . что для стабильного его протекания • требуется предварительно выбрать давление в источнике СНГ, под которым подается сжиженный газ в двигатель, без нарушзния топливоподачи (достаточно высокое для устранения возникновения паровых пробок) 12

р*

НИ]

30

15

320 340 360 38a too <j),° 320 390 3£0 380 400 (?/ Рис.2. "Осциллограммы изменения давления Р'ф: а - п=2500 мин-1;

Vq=30,19 ммЗ/цикл.; hp=4,65Mu; б-п=2500 мин-1; Уц=38,50 ______ммЗ/цикл.; Уснг=28,355; 1ф=4,55мм. ___

Рис.3. Нагрузочная характеристика дизеля RICARDO E6/TS.С1Ч 7,6/11,1) при П32500МИН"1.

и без нарушения стабильности самого рабочего процесса газодизеля, из-за большого количества СНГ, имеющего низкое ЦЧ, в смеси.

Для того, чтобы оптимизировать рабочий процесс газодизеля, был изменен геометрический угол опережения впрыскивания на различных режимах работы двигателя.

Анализ динамики теплоиспользования свидетельствует о том, что условная продолжительность сгорания- примерно неизменна, при работе дизеля на чистом ДТ и при работе на смесевом топливе, но наблюдается более интенсивное теплоиспользование в начальной стадии горения при работе дизеля на смеси ДТ с СНГ. Это, видимо, обусловлено более' длительным периодом задержки воспламенения смесевого топлива, имеющего более низкое цетановое число, несмотря на улучшение качества распиливания топлива. Вследствие этого горение топливовоздушной. смеси, образовавшейся за период индукции, происходит быстрее, чем при подаче чистого ДТ. Добавка СНГ к ДТ также существеннее сказывается на росте максимальной скорости диффузионного сгорания, благодаря большей испаряемости СНГ. Протекание рабочего процесса газодизеля характеризуется сравнительно увеличением жесткости сгорания.

На рис.3 приведено сравнение нагрузочных характеристик дизеля RICARDO E6/TS (при п=2500 мин-!) при работе дизеля на чистом ДТ и на смеси ДТ с СНГ. Следует отметить, что добавка СНГ к ДТ практически не влияет на экономичность двигателя (см. ); в то же время массовый удельный расход топлива газодизеля может быть как меньше, так и больше, чем у дизеля.

Точки абсолютной внешней скоростной характеристики для газодизеля лежат в области более высоких Ре; таким образом, подтверждается гипотеза о возможности форсировки рабочего процесса газодизеля по Ре (на 3-5%).

Большое преимущество по дымности ОГ газодизельного процесса по сравнению с дизелем, было подтверждено в ходе экспериментов. Из характеристик следует, что при работе газодизеля происходит снижение дымности на всех режимах, а при номинальном скоростном режиме, дымность снижается в 1,6 раза (при одинаковой мощности). Но если сравнить мощность при сохранении уровня предела дымности, соответствующего работе на • чистом дизельном топливе, то можно обратить внимание на то, что мощность двигателя, работающего на смесевом топливе, увеличивается примерно на 10%.

14

Для оценки возможности форсирования дизеля по коэффициенту <Х , т.е. по максимальному допустимому его уменьшению, при котором еще не достигается уровень допустимого предела дымления дизеля, были получены следующие результаты: при сохранении предела дымления дизеля, сс можно уменьшить на 14% при работе двигателя на смесевом топливе, что позволит форсировать дизель по Ре примерно на 10%.

Такой метод форсирования дизеля по сс , целесообразно использовать для компенсации работы автомобильного транспорта в высокогорных условиях. Этот вывод был подтвержден в ходе проведенных экспериментов при имитации высокогорных условий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны рекомендации к организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием. Рекомендации заключаются в выборе угла опережения впрыска топлива' превышающего установочный угол, а также в ограничении расхода газа на режимах малых нагрузок величиной около 25% от полной подачи смесевого топлива (при допустимости подачи до 50% СНГ на режимах полных нагрузок и полных частот вращения).

2. Добавкой 15-30% сжиженного нефтяного газа к основному топливу достигается экономия около 20% дизельного топлива в эксплуатации путем частичной замены его газом.

3. Добавка 15-30% СНГ к дизельному топливу уменьшает на величину до 50% дымность отработавших газов и снижает на 15-20% выбросы окислов азота при практически неизменной токсичности по СО и СпНш.

4. Добавка 15% СНГ к дизельному топливу позволяет форсировать двигатель по составу смеси на величину до 14% на уровне моря или компенсировать до 60-80% потери мощности в условиях высокогорья (до 4000 м над уровнем моря).

5. Разработана система ввода СНГ в дизельное топливо между циклами впрыскивания через элементы обратного клапана (клапана регулирования начального давления).

Система обеспечивает нерегулируемую подачу в дизель 15-30% СНГ и представляет собой компромисс между конструктивным

15

упрощением и желательным законом изменення содержания СНГ в смесевом топливе.

В системе имеются возможности регулирования расхода СНГ, например, путем изменения давления СНГ в баллоне с помощью источника сжатого азота.

6. Разработана методика выбора допустимого уровня форсировки газодизеля по составу смеси на основе уровня допустимого предела дымления дизеля.

7. Для реализации в народном хозяйстве указанных эффектов топливная система двигателя должна быть снабжена источником СНГ массой 75-100 кг.

. По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Motores de combustión interna - topicos selectos / N.N.Patrakhaltsev, V.P.Shkalikova, Lira Cacho Guillermo y otros. - Universidad Nacional de Ingeniería, Lima-Perú. - 1991. - P.I-23, 41-71. ?

2. Guillermo Lira Cacho, Luis Lastra Espinoza. Empleo del gas licuado de petroleo en los motores diesel // X CONIMERA:[lOth] Conf., Lima-Perú. - 1991. - P.(c3-7)I-I2.

3. Guillermo Lira Cacho, Luis Lastra Espinoza, Elizabet Vera Becerra. El proceso de combustión en los motores diesel y su influencia en los parámetros indicados // X CONIMERA: [IOt'h] Conf., Lima-Perú. - 1991. - P.(c3-4)I-I3.

4. Guillermo Lira Cacho, Danilo Valenzuela Oblitas. Influencia de la regulación de la presión inicial de inyección sobre los. parámetros de funcionamiento de las bombas de inyección lineales //' X CONIMERA: [IOth] Conf., Lima-Perú. - 1991. - P.(c3-3)I-I6.

5. Система топливоподачи дизеля / Н.Н.Патрахальцев, Гильермо Лира Качо, В.В.Горбунов, Луис Антонио Ластра, 0.В.Камышников. - Заявка на изобретение. - МКИ F02M43/00. - 1991.