автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка системы питания дизеля для автомобиля, использующего в качестве основного топлива диметиловый эфир

00344М1эо

На правах рукописи

ГРАЧЕВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО В КАЧЕСТВЕ ОСНОВНОГО ТОПЛИВА ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

05 04 02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

003449155

Работа выполнена на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Голубков Л Н

Официальные оппоненты-

Заслуженный работник

Высшей школы РФ доктор технических наук, профессор Патрахальцев Н Н

кандидат технических наук, ст науч сотрудник Мазинг М В

Ведущая организация-

ГУП «Мосавтохолод»

Защита состоится «30» сентября 2008 г. в К) часов на заседании диссертационного совета Д 212 126 04 ВАК Минобрнауки РФ при

Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническим университете) по адресу 125319, г Москва, Ленинградский пр-т, д 64, ауд 42

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан « /^У » У ¿с 2008 г

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес диссертационного совета

Телефон для справок (495) 155-93-24

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор В А Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из перспективных направлений развития двигателей внутреннего сгорания и, в частности, автотракторных дизелей является использование новых топлив, позволяющих существенно улучшить экологические показатели ДВС Несмотря на то, что попытки использования диметилового эфира (ДМЭ) в качестве топлива были начаты сравнительно недавно, ДМЭ считается одним из перспективных топлив для автотракторных дизелей

Применение ДМЭ (в жидком виде) в дизелях позволяет полностью исключить выбросы сажи, снизить уровень шума и существенно уменьшить выбросы оксидов азота Отсутствие в отработавших газах сажи и соединений серы позволяет эффективно использовать окислительные нейтрализаторы и рециркуляцию отработавших газов (ОГ) и в итоге обеспечить выполнение самых жестких норм по токсичности Хотя уменьшение выбросов С02 на единицу мощности не столь велико (7,8 10,4% при условии полного сгорания), возможность производства ДМЭ из возобновляемых источников позволяет кардинально решить и проблему выбросов С02 ДМЭ по своим параметрам, определяющим работу топливной системы (ТС), является топливом, близким к сжиженному газу, и поэтому основной проблемой его использования в дизеле в жидком виде является организация рационального рабочего процесса ТС

Цель работы. Разработка и доводка системы питания дизеля для автомобиля, работающего на ДМЭ (основное топливо) и на дизельном топливе (резервное топливо)

Методы исследования. Расчетно-теоретические исследования проводились как по методам и программам, разработанным автором, так и по ранее созданным в МАДИ (ГТУ) Экспериментальные работы проводились на безмоторных стендах, разработанных для исследования ТС, использующих ДМЭ, в МАДИ (ГТУ), во ФГУП "НИИД" и на опытно-промышленной партии автомобилей-рефрижераторов, эксплуатирующейся в ГУП "Мосавтохолод"

Научная новизна результатов работы заключается в следующем • разработан комплекс математических моделей агрегатов ТС и двухтопливной ТС в целом при еб работе на ДМЭ,

• обоснованы основные положения концепции использования ДМЭ как основного топлива на основе двухтопливной системы питания автомобильного дизеля,

• в проведенном расчетном исследовании ТС выявлено влияние различных факторов на процессы в линии низкого давления (ЛНД) ТС,

• показана целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ использования топливного насоса высокого давления с увеличенной размерностью (ход / диаметр плунжера), плунжерную пару с дренажной канавкой, нагнетательного клапана двойного действия и увеличенного проходного сечения распылителя,

• в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний выявлены, проанализированы и устранены причины отказов системы питания дизеля автомобиля, использующего в качестве основного топлива ДМЭ

Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливаются применением фундаментальных законов гидродинамики и современных численных и аналитических исследований, экспериментальным подтверждением созданных математических моделей, а также использованием современного оборудования и приборов с соблюдением государственных стандартов

Практическая ценность работы заключается в следующем

• разработанный пакет программ позволяет быстро и качественно моделировать рабочие процессы в линии низкого давления ТС при использовании в качестве топлива ДМЭ,

• созданная и отлаженная в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний двухтопливная ТС обеспечивает полноценное функционирование как на основном топливе (ДМЭ), так и на резервном дизельном топливе, а также в режимах перехода с одного вида топлива на другой и может быть рекомендована для промышленного производства,

• обследование электромагнитных клапанов (ЭМК) позволило рекомендовать модернизированный трехходовой ЭМК с уплотнением металл по металлу для надежного переключения и разделения полостей основного и резервного топлив, а также с целью улучшения компоновки ТС

• модернизированный роликовый топливоподкачивающий бензонасос фирмы Bosch может быть рекомендован для ТС, работающей на ДМЭ,

• результаты экспериментальных исследований, показавших преимущество нагнетательных клапанов двойного действия по сравнению с серийным нагнетательным клапаном с разгрузочным пояском, могут быть использованы при проектировании ТНВД, работающих на ДМЭ

Реализация работы. Комплекс методов и пакет программ внедрены во ФГУП "НАМИ" и используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ) Технические решения, обеспечивающие эффективную и надежную работу опытно- промышленной партии автомобилей-рефрижераторов "ЗИЛ-5301", внедрены во ФГУП "НИИД" и в ГУП "Мосавтохолод"

Основные положения выносимые на защиту:

• комплекс методов и программ расчета процессов в основных агрегатах ЛНД и в двухтопливной ТС в целом при ее работе на ДМЭ,

• результаты экспериментального исследования, позволившие обосновать целесообразность увеличения размерности серийного ТНВД, использование плунжерной пары с дренажной канавкой и нагнетательного клапана двойного действия,

• уточнение граничных минимально необходимых сочетаний избыточного (над давлением насыщенных паров) давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД,

• модернизированные узлы и агрегаты, входящие в комплект двухтопливной системы питания модернизированный ТПН (в части выходного клапана и магистрали выхода), редукционный клапан-дроссель с дополнительным фильтрующим элементом, успокоитель колебаний топлива при работе на ДМЭ, модернизированный ЭМК, модернизированное заправочное устройство, доработанная система электропитания автомобиля

Личный вклад автора:

• метод и программа расчета процессов ТПН, работающем на ДМЭ,

• метод и программа расчета процессов в ЛНД ТНВД, работающем на ДМЭ,

• комплекс методов и программ расчета процессов в линии низкого давления двухтопливной ТС при ее работе на ДМЭ,

• результаты эксперимента, показавшие целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ увеличения размерности ТНВД и комплектации его нагнетательным клапаном двойного действия,

• обработка результатов экспериментального исследования с целью уточнения граничных сочетаний избыточного давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД,

• участие в безмоторных испытаниях двухтопливной системы питания, позволивших разработать конкретные мероприятия для адаптации ТС к работе на двух топливах,

• участие в анализе результатов эксплуатационных испытаний опытно-производственной партии автомобилей с целью обоснования необходимости модернизации узлов и агрегатов системы питания дизеля при его работе на ДМЭ и устранения причин отказов

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на научно-технических конференциях в МАДИ (ГТУ) (2007г), в МГТУ им Н Э Баумана (2005г) и на Международной конференции "Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов"-М 2005г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ Из них 1 статья в журнале по списку ВАК и три патента РФ

Структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы Она включает 161 страниц основного текста, содержащего 15 таблиц и 56 рисунков Библиография включает 105 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цели и задачи, изложена общая характеристика работы

В первой главе проведен обзор работ, направленных на улучшение экологических и экономических показателей дизелей путем использования

альтернативных топлив метилэфиры рапсового и других масел, ДМЭ и т д Большой вклад в изучение проблем, возникающих при реализации путей адаптации дизелей к использованию ДМЭ в качестве основного топлива, внесен исследователями фирм AVL, Amoco, Haldor Topsoe, Volvo и др и рядом университетов

В РФ большой вклад в исследование и развитие топливных систем, обеспечивающих работу дизелей на альтернативных топливах, внесли Голубков JI Н , Грехов JI В , Девянин С Н , Корнилов Г С , Луканин В Н , Лукшо В А , Марков В А, Патрахальцев Н Н , Смирнова Т Н , Хачиян А С и др

В первой главе проанализирована также структура и динамика численности автомобильного парка мегаполисов на примере эксплуатации автотранспорта в г Москве Показана необходимость внедрения экологически чистых топлив, прежде всего в мегаполисах и курортных зонах

На основании выполненного анализа были сформулированы следующие задачи данного исследования

1 Разработать комплекс математических моделей агрегатов ТС и двухтопливной ТС в целом при работе на ДМЭ, сопоставить результаты расчета с экспериментальными данными

2 Обосновать целесообразность и возможность сочетания в одной конструкции ТС использования двух топлив (ДМЭ и ДТ) с сильно отличающимися физико-химическими свойствами

3 Разработать элементы конструкции двухтопливной ТС

4 Провести расчетное исследование рабочего процесса агрегатов линии низкого давления ТС при ее работе на ДМЭ

5 Провести безмоторные испытания ТС с целью обоснования рекомендаций по методике адаптации традиционной ТС при использовании ДМЭ в качестве топлива

6 В процессе сопровождения эксплуатационных испытаний автомобилей-рефрижераторов проанализировать и разобрать мероприятия по устранению отказов системы питания дизеля

Вторая глава посвящена разработке комплекса математических моделей рабочего процесса ТС при использовании в качестве топлива ДМЭ

Целесообразность разработки комплекса математических моделей рабочего процесса основных агрегатов ТС и линии низкого давления в целом объясняется тем, что основные сложности адаптации ТС дизеля к работе на ДМЭ возникают при конструировании ЛНД вследствие высокого давления насыщенных паров и склонности к образованию крупных газовых каверн Важно отметить также, что если расчеты линии высокого давления ТС при работе на ДМЭ проводятся как с использованием общепринятых математических моделей, так и с использованием модели, учитывающей двухфазное состояние ДМЭ, то методы и программы расчета ЛНД отсутствуют (по крайней мере, в доступных нам публикациях)

Объектом математического моделирования выбрана двухтопливная система питания на примере ТС дизеля 4ЧН 11/12,5 (Д-245 12), устанавливаемой на автомобилях-рефрижераторах ЗИЛ-5301 ("Бычок") Принципиальная схема двухтопливной ТС, разработанная в НИИД с участием автора, приведена на рис 1

Рис 1 Принципиальная схема питания дизеля, работающего на ДМЭ и ДТ

1 - топливоподкачивающие насосы, 2 - электромагнитные клапаны (ЭМК), 3

- фильтр, 4 -дроссели, -подача ДМЭ, — подача ДТ,____подача

ДМЭ или ДТ

При работе на дизельном топливе (ДТ) топливо из бака через открытый электромагнитный клапан (ЭМК) с помощью одного из топливоподкачивающих насосов (ТПН) 1 через фильтр 3 подается в полость низкого давления ТНВД, откуда часть топлива подается в цилиндры дизеля, другая часть возвращается в бак через ЭМК и дроссель 4 Необходимость установки дросселей объясняется отсутствием в ТНВД серийного перепускного клапана Для перехода ТС с ДТ на ДМЭ ЭМК 2 переключаются таким образом, что потоки ДТ останавливаются, а ДМЭ из баллона с помощью двух ТПН 1 через фильтр 3 ( а в более поздней конструкции через фильтр и демпфер) подается в ТНВД Меньшая часть топлива (ДМЭ) подается в цилиндры, большая - через дроссель 4 обратно в баллон с ДМЭ

При разработке математической модели работы ЛНД ТС на ДМЭ были приняты следующие допущения 1-неустановившееся движение топлива в топливопроводах моделируется с помощью волн давления с учетом гидравлического сопротивления двухфазной среды, 2-соотношение между жидкой и газовой фазами и связь плотности р и давления Р двухфазной среды описывается уравнением Тета (2), 3-процессы в ЛНД ТС считаются изотермическими, 4-скорость распространения волн давления (скорость звука)-постоянна, 5-движение топлива в топливопроводах одномерное

Принято, что давление на входе в первый ТПН и на выходе из дросселя постоянно и равно давлению насыщенных паров Р„п Также принято допущение о том, что давление на входе во второй ТПН также постоянно и равно давлению на выходе из первого ТПН С учетом указанных выше допущений дифференциальные уравнения неустановившегося движения топлива в топливопроводах можно записать в таком виде

др дс „ , —^ + р — + 2 ркс = О, дх

дх аР

0)

где х-текущая координата длины топливопровода, (-время, с-скорость топлива, а-скорость звука в топливе, р-плотность, к-фактор гидравлического

сопротивления Неустановившееся движение топлива (ДМЭ) в топливопроводах моделируются прямыми Р и обратными W волнами давления, движущимися навстречу друг другу со скоростью звука Если волна давления прошла по топливопроводу путь равный Ь, величина волны умножается на е" Ша, где к- фактор гидравлического сопротивления

Уравнения неустановившегося движения топлива решаются совместно с уравнениями граничных условий каждого топливопровода, которые в свою очередь описывают процессы в ТПН, ТНВД, фильтре, демпфере и объеме ЭМК с дросселем

При моделировании каждого из перечисленных элементов ЛНД используется уравнение Тета

Р_ Ръ

- £

Ро+В,

Р + В,

+ 0-*)

Ро + В2 Р + В2

(2)

Уравнение Тета связывает давление двухфазной среды р, плотность р и объемную долю газовой фазы s В уравнении (2) n-показатель степени, В-параметр, характеризующий молекулярные силы и силы поверхностного натяжения, индексы 1-газовая фаза, 2-жидкость, 0-указывает, что параметр берется при остаточном давлении

Наиболее сложным агрегатом ЛНД с точки зрения математического моделирования является роликовый топливоподкачивающий насос (ТПН) В рассматриваемой ТС использовались серийные автомобильные ТПН фирмы Bosch В основу метода расчета ТПН положены следующие допущения 1-на входе в ТПН (точнее в блок из пяти секций), как было сказано выше, давление постоянно (Рвх), 2-объем полости насоса VnH (кроме блока секций) сосредоточен за нагнетательными окнами секций, 3-расположенный на выходе из ТПН обратный клапан моделируется как жиклер с диаметром (1ж, через который топливо может перетекать только в одном направлении

Уравнения, моделирующие процессы в ТПН, основаны на принципе сохранения массы

(4)

Первое уравнение - уравнение массового баланса для каждой J - той секции ТПН(|=1 5) Здесь Уч и рС] - объем и плотность ДМЭ в секции, Гс - площадь секции (между соседними роликами), Ся - радиальная скорость движения площади секции Гс, - массовый расход ДМЭ из баллона в секцию, - массовый расход из секции в полость подкачивающего насоса Второе уравнение - уравнение массового баланса для объема ТПН (исключая объемы Ус,) Здесь Упн и рпн - объем подкачивающего насоса и давление ДМЭ, ~ суммарный массовый расход в полость Упн из секций, qж - массовый расход через жиклер из полости Упн в топливопровод Замыкает систему (3, 4) уравнение Тета (2)

Массовые расходы и qHJ рассчитываются по формуле Бернулли

где (ц^-эффективное проходное сечение, Р1 и Рг-давления перед и за проходным сечением Формируемая на выходе из ТПН прямая волна Рвых и Рвых рассчитываются из условия равенства расходов через жиклер и через входное сечение топливопровода

где площадь топливопровода

Результаты расчета процессов в ТПН (ТПН работает автономно) приведены на рис 2 Видно, что изменение давления Рч в каждой из пяти секций идентичны, а также, что давления нагнетания секций практически равны давлению в полости ТПН Рп„ С целью сравнения результатов расчета с опытом были проведены расчеты двух последовательно включенных ТПН,

* = (цЯл/2р (Р1-Р2),

Рвых — 1*0 + Рвых — У У вых (3 а ,

(5)

(6)

работающих на аккумулятор с постоянным давлением Ра Результаты сопоставления расчета и опыта приведены в табл.1

Сопоставление показателей работы показало удовлетворительное совпадение опыта и расчета

Таблица 1

Показатели работы двух ТПН

Насосы Рвход, МПа Рвыход, МПа Овыход »г/с

расчет опыт расчет опыт расчет опыт

1ТПН 0,395 0,395 0,5530,56 - 29,9-31,2 -

2ТПН 0,556 - 0,75-0,79 0,735 30,1131,4 30,3

Методы расчета фильтра и демпфера идентичны Они построены на уравнениях массового баланса, решаемых совместно с уравнением (4)

йрФ _/т\ ф -к— , шф

Гф—--\ Рвхв Я+Ж

-£-\ V*

а

-к-

(7)

Ш а

Кроме того рассчитываются формируемые волны на входе \\'фвх и на выходе Рфвых

ТГ% = Ро-Р* + Пе (8)

(9)

Рых = Pф-P° + Wte ка.

При расчете линии низкого давления ТНВД дополнительно используется программа, моделирующая процессы в линии высокого давления, которая позволяет получить зависимости массовых расходов от угла поворота вала ТНВД в процессе нагнетания из надплунжерной полости в ЛНД ТНВД (цотсЬ Яотсг). и в процессе наполнения из ЛНД в надплунжерную полость (цвс) Процессы в ЛНД ТНВД описываются следующим уравнением

Уш

ф»

Л

А

а

тн вх

\

А

а

Т7И1Н 1П/ШН ■

Гвых + Мвыхе

+

Чотс\ Яотс2 Чес >

Рис 2 Результаты расчета давлений в ТПН Рс) - давления в пяти секциях, Рпн — давление в полости ТПН, Рвых - давление на выходе из ТПН

где У7""'и ^"'"-прямые и обратные волны на входе и выходе из ЛНД ТНВД, q0TCl и цотс2-массовые расходы до и после активного хода плунжера, цвс-массовый расход в надплунжерную полость Формируемые в ЛНД ТНВД

волны Р™т и IV™™ -рассчитываются по зависимостям аналогичным (8) и (9)

Результаты расчета давлений в ЛНД ТНВД показывает, что основными источниками колебаний давления в ЛНД ТС дизеля Д-245 12 являются процессы в ЛНД ТНВД, связанные в основном с интенсивным расходом топлива в ЛНД после окончания активного хода (яОТС2) Видно также, что максимальные давления в ТНВД достигают 2,6 МПа, что может быть опасным для фильтров и ТПН Как показали результаты расчетов и опытные данные для защиты фильтра и ТПН эффективна установка демпфера (см табл 2)

Уравнения массового баланса в объеме ЭМК с выходным дросселем составлены аналогично уравнению (6) и (9)

Лрмк Уг ( ----- . £

Ж а

где qжвь'x-pacxoд через дроссель на выходе из ЛНД

\УВХЭМК- рассчитывается аналогично уравнению (8)

Численное интегрирование уравнений ведется методом Эйлера с шагом

А1 ^ (Иг

/( + 1 =/( + —-Д/, .

¿и (12)

На каждом шаге численного интегрирования волны давления (Р и \У) перемещаются на один шаг (Д1), осуществляя магазинный сдвиг волн в топливопроводах

Результаты сопоставления расчета ЛНД и опытных данных, полученных в НИИД, приведены в табл 2 Замер давления Рд в датчике у фильтра проводился на режиме холостого хода при пкул=1000 мин"1

Сопоставление опыта и расчета вполне удовлетворительное, учитывая принятые упрощения расчетной схемы ЛНД и существенную неравномерность подачи топлива по секциям на холостом ходу

Уэш-— = — в с+Жех \~ЧЖ , (И)

Таблица 2

Давление в датчике, установленного у фильтра

Рдт1„ ,МПа Рдтах ,МПЭ ДРдср ,МПа

ТС без демпфера Опыт 0,35 0,55 1,65 2,10 1,40

Расчет 0,82 0,83 2,09 .2,12 1,36

ТС с демпфером Опыт 0,84 0,86 1,25 1,35 0,45

расчет 0,86 0,96 1,39 .1,52 0,55

Третья глава посвящена описанию безмоторных экспериментальных установок и основных результатов выполненных на них исследований

С целью проведения безмоторных испытаний ТС при работе ее на ДМЭ с участием автора созданы две безмоторных установки Безмоторная установка, разработанная в МАДИ, обеспечивает возможность замера и расчета цикловых подач, замера остаточных давлений в топливопроводе высокого давления, количества топлива прокачиваемого через ЛНД ТНВД Стенд для безмоторных испытаний, созданный в НИИД, позволяет исследовать рабочие процессы в узлах и агрегатах двухтопливной системы питания, включая индицирование давлений топлива в ЛНД

Одним из важных показателей качества работы ТС на ДМЭ является стабильное остаточное давление Р0 на рабочих режимах дизеля Важным показателем является минимизация колебаний остаточного давления АР0 при изменении режима работы и температуры Были исследованы четыре варианта нагнетательных клапанов двойного действия с плоским запором, параметры которых приведены в табл 3

Из табл 3 видно, что недостатком клапанов № 1, 2, 3 является нестабильность статической регулировки Рко 0б, которая в основном устранена в конструкции № 4 Величины остаточного давления замерялись, и проводилось сопоставление работы серийного грибкового и четырех вариантов конструкций клапанов двойного действия на различных температурных режимах (14 35 °С) и режимах работы ТА с ТНВД 4 УТНИ-Т (три скоростных режима и две величины активного хода плунжера)

Таблица 3

Параметры нагнетательных клапанов двойного действия

№ клапана 1 2 3 4

Конструкция ЧТЗ МАДИ МАДИ МАДИ-ЧТЗ

Давление открытия основного клапана Рко, МПа ~1 ~1 ~1 ~1

Давление открытия обратного клапана Рк0 „6, МПа 3±0,8 1,5±0,5 - 1,5-1,7

Диаметр жиклера, мм 0,62 0,8 1,95 1,95

Диаметр основного клапана, мм 10 10 10 10

Диаметр уплотняющей поверхности обратного клапана, мм 3,3 4,5 4,5 4,8

В результате определены рациональные соотношения параметров нагнетательного клапана двойного действия при работе ТА на ДМЭ с12ж/с12ок=0,2 0,26, 5ок/5=0,25 0,35, Рок/Р=0,24 0,33,

где (1ж - диаметр жиклера в основном клапане, с)ок - диаметр обратного клапана, 8ок - жесткость пружины обратного клапана, 8 - жесткость пружины основного клапана, Рок - сила предварительной затяжки пружины обратного клапана, Р - сила предварительной затяжки основного клапана Показано также, что колебания Р0 при работе ТА с клапаном двойного действия вполне удовлетворительны (ЛР0=0,25 0,28 МПа), при работе ТА со штатным клапаном ЛР0 увеличился (ДРо=3 3,4 МПа) При таких ЛР0 возможно образование разрывов сплошности в ЛВД ТА при Р0га1П и нежелательных подвпрысков при Р0тах, особенно, если учесть влияние на величину АР0 технологических допусков на параметры серийного клапана

В связи с меньшей (по сравнению с ДТ) теплотой сгорания ДМЭ массовую цикловую подачу ДМЭ необходимо увеличить примерно в 1,5 раза, что приводит к нежелательному увеличению продолжительности впрыскивания Кроме того важно отметить, что при том же активном ходе плунжера массовая подача ДМЭ уменьшается Экспериментальное определение коэффициента Км изменения (уменьшения) цикловой подачи (в мг/цикл) при переходе с дизельного топлива (ДТ) на ДМЭ показали, что в диапазоне рабочих режимов дизеля Д 245 12 Км изменяется в пределах 1,3 1,6, увеличиваясь с уменьшением частоты вращения валика ТНВД и нагрузки, особенно велики Км на режиме пуска (1,7 2)

Следовательно, при запуске дизеля на ДМЭ несмотря на более высокое цетановое число (55 60) могут возникнуть проблемы, которые решаются, например, путем снижения Рф0 Лучшим решением проблем запуска и совершенствования рабочего процесса дизелей на рабочих режимах является использование при переходе на ДМЭ ТНВД большей размерности (например, для дизеля Д 245 12 вместо диаметр плунжера/ход 10/10 мм использовать 11/12 мм или 12/14 мм) и плунжерную пару с дренажной канавкой

На безмоторном стенде, созданном в МАДИ, проведено также исследование минимально допустимых сочетаний интенсивности прокачки топлива через ТНВД и избыточного давления (над давлением насыщенных паров) перед ТНВД (АР) Под степенью интенсивности прокачки топлива через ТНВД (степенью рециркуляции отсечного топлива) - 1 условимся понимать отношение суммарной подачи топлива, прошедшего через насос высокого давления к суммарной подаче, поданной через форсунки Использование программы расчета процесса впрыскивания ДМЭ по давлению в датчике (в топливопроводе) позволили уточнить граничные сочетания 1-ДР Показано, что стабильная работа ТС (с минимальными сопротивлениями в ЛНД) обеспечивается при 1=3 с АР > 0,23 МПа, при 1=4 с АР >0,155 МПа, при 1=4,5 с АР > 0,135 МПа

Работы на безмоторном стенде для испытания узлов и агрегатов двухтопливной системы питания (НИИД) проводилось как с целью подготовки ТС к эксплуатационным испытаниям, так и в течение эксплуатационных испытаний автомобилей

Важное значение для функционирования двухтопливной системы питания является надежность разделения диметиловой и дизельной полостей путем использования ЭМК Результаты безмоторных испытаний и эксплуатации автомобилей показали недостаточную надежность ЭМК ЭГ-1, устанавливаемых на первой партии автомобилей Вместо ЭМК ЭГ-1 был рекомендован и внедрен клапан фирмы «Багров»

С целью установления причин разрушения фильтров и ТПН в эксплуатации на безмоторном стенде НИИД было проведено индицирование ТС На рис 3,а представлена индикаторная диаграмма изменения давления в

штатном трубопроводе перед фильтром. Из диаграммы следует, что частота пиков с максимальными значениями совпадает с частотой работы секций ТНВД, что корреспондируется с расчетными исследованиями (см. табл. 2).

I , 1 I 1 1

^ 1 ~ж нп д 1 /У[ 1 /у _и м к у! М- <

7 11 Ъ V-/ 1 ~лН V 111 и/ 11 Ш М/ 'V ¿ТТЛ : и •

У 1 ...................... п

о 10 20 30 40 50 м*

Л

л

.л/ 1Д/ Д/ \ ^ V V

О М 20 30 « 50 1.МС

Рис. 3. Результаты индицирования давления в топливопроводе у фильтра (п=2000 мин-1, х. ход): а) без демпфера; б) с демпфером

Максимальные давления достигают Ртах=2,1 МПа, минимальные составляют Ртш=0,35 МПа. Размах колебаний давления (ДР=1,75 МПа) и соответствующая ударная нагрузка достаточны для повреждения («раздувания») тонкостенной оболочки фильтра и разрушения выходного клапана ТПН. Таким образом, расчетно и экспериментально установлено, что разрушения вызваны пульсациями давления, инициируемыми работой ТНВД и распространяющимися по трубопроводам к фильтру и ТПН.

Уменьшение пульсаций давления было получено при введении в трубопровод дополнительной емкости (демпфера) между ТНВД и фильтром. Индикаторная диаграмма в системе с демпфером в виде дополнительной емкости показана на рис. 3,6.

Из диаграммы следует, что размах колебаний давления уменьшился от 1,75 МПа до 0,5 МПа, что позволило уменьшить воздействие пиковых давлений на фильтр и выходной клапан ТПН

Таким образом, в результате предварительных конструкторских разработок и исследования на безмоторном стенде была создана двухтопливная ТС, обеспечивающая возможность оснащения первой опытно-промышленной партии автомобилей

В четвертой главе представлены мероприятия по подготовке автомобилей к испытаниям и результаты анализа эксплуатационных испытаний с целью обоснования необходимости модернизации узлов и агрегатов двухтопливной системы питания автомобилей

Комплект оборудования, обеспечивающего работу автомобиля на двух топливах, смонтирован на раме и включает баллон с ДМЭ емкостью 210л с мультиклапаном, выносным заправочным устройством, устройством для ввода Лубризола и ультразвуковым указателем уровня, бак с ДТ емкостью 60л, монтажный щит и трубопроводы (см рис 4) На монтажном щите размещены подкачивающие электробензонасосы фирмы Бош, электромагнитные клапаны (ЭГ-1) и блок управления подачей топлива, позволяющий также выполнять контроль и диагностику системы подачи топлива

Смонтированный на раме комплект топливной аппаратуры установлен на шасси между термокузовом и кабиной водителя в закрытом отсеке (рис 5) В линии высокого давления установлен созданный совместно с НЗТА топливный насос высокого давления с дренажом подплунжерной полости, новыми плунжерными парами и управляемым двухпозиционным упором рейки В опытных образцах автомобилей - рефрижераторов операция перевода с одного топлива на другое осуществляется автоматически при переключении вида топлива на «ДМЭ» или «ДТ» Система управления осуществляет перевод на тот или иной вид топлива по заданному алгоритму с помощью разработанного корректора вида топлива

Основные отказы и соответствующие направления работ по совершенствованию узлов и системы питания в целом группируются по следующим проявлениям, отмеченным в эксплуатации

Мультнкяапаи (система клшш-.............. -тнитеаьнаго, ск:>-

Заиршжи Д'Г

Бак ляя дизельного топлива

Рис. 4. Комплект оборудования, обеспечивающий работу на ДМЭ и ДТ

Рис. 5. Размещение комплекта оборудования на автомобиле

• Недостаточная герметичность разделения диметиловых и дизельных коммуникаций системы питания.

• Падение давления топлива при работе на диметиловом эфире.

• Потеря работоспособности отдельных элементов из-за циклических колебаний давления топлива, инициируемых штатным топливным насосом дизеля.

Причина недостаточной

герметичности разделения полостей заключалась в том, что применяемые на первом этапе ЭМК ЭГ-1 необходимой надежностью не обладали.

Как показано в главе 3 замена ЭМК ЭГ-1 на ЭМК «БапАзз» позволили устранить причину отказа

В качестве рекомендации по дальнейшему совершенствованию ТС предлагается использование в системе питания 3-х ходового электромагнитного клапана Наряду с решением задачи по герметичному разделению магистралей, 3-х ходовой клапан располагает потенциальными преимуществами в структурном совершенствовании схемы системы питания Функционирование схемы сохраняется в полном объеме с использованием только двух 3-х ходовых ЭМК, вместо 4-х ЭМК в исходной схеме, показанной на рис 1 Учитывая принципиальные возможности упрощения схемы и одновременно соответствующее упрощение системы управления, следует считать такую схему системы питания наиболее приемлемой при расширении парка опытных машин, адаптированных к работе на ДМЭ

Падение давления топлива при работе на диметиловом эфире, в большинстве случаев, связано с каким-либо из следующих факторов

• малый запас системы питания по кавитации (в связи с высокой склонностью ДМЭ к парообразованию),

• отказы и негерметичность клапанов ЭГ-1,

• засорение дросселя (поз 4 на рис 1)

Для устранения малого запаса системы питания по кавитации проведены мероприятия по минимизации местных сопротивлений для сокращения потерь и исключения причин возникновения кавитации В частности, с этой целью подвергнута переработке конструкция узла на выходе из топливоподкачивающего насоса, что позволило устранить кавитацию и увеличить развиваемое ТПН давление

По результатам наблюдений за эксплуатацией опытных машин установлена устойчивая связь падения давления в системе с диметиловым эфиром с засорением дросселя С учетом этого в узел дросселя введен дополнительный фильтрующий элемент Узел прошел проверку на стенде и установлен на опытных автомобилях, что позволило устранить причину отказов по падению давления ДМЭ в ЛНД системы питания

Потеря работоспособности фильтра и ТПН В процессе эксплуатации опытных машин отмечены разрушения фильтра тонкой очистки Как это было

показано расчетными и экспериментальными исследованиями разрушения вызваны пульсациями давления, инициируемыми работой ТНВД, и распространяющимися по трубопроводам к фильтру, и были устранены путем установки демпфера

Кроме описанных выше мероприятий по отработке надежности узлов и агрегатов двухтопливной системы подачи топлива, в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний автомобилей - рефрижераторов ЗИЛ 5301 «Бычок» были выполнены доводочные работы по системе электропитания С целью стабилизации напряжения бортовой сети и исключения перегрузок ТПН фирмы Bosch была модернизирована система электропитания автомобиля

Выводы

1 Разработан комплекс математических моделей двухтопливной системы питания при работе ее на ДМЭ, состоящий из следующих методов расчета, реализованных в виде программ расчета ТПН, расчета ЛНД ТНВД, расчета ЛНД системы питания в целом, расчета ЛВД Комплекс математических моделей позволяет с достаточной точностью моделировать процессы в ЛНД ТС, работающей на ДМЭ, оптимизировать конструкции агрегатов ЛНД Не менее важной задачей математического моделирования ТС является углубление представлений о взаимосвязях и особенностях рабочих процессов, происходящих в ЛНД ТС при работе дизеля на ДМЭ

2 Расчетные и экспериментальные исследования показали, что основным источником нежелательных пиковых давлений в ЛНД при работе на ДМЭ является истечение топлива через отсечное окно после геометрического начала нагнетания, и что установка демпфера позволяет надежно защитить фильтр и ТПН от пиковых давлений в ЛНД

3 Показано, что в исходном варианте ТА в связи с такими свойствами жидкого ДМЭ, как высокая сжимаемость (в 2,5 4,5 раза больше чем у ДТ), низкая вязкость (0,15 0,25 сСт), меньшая теплота сгорания - массовые цикловые подачи G„ ДМЭ существенно уменьшаются (по сравнению с требуемыми) Особенно велико снижение Gu на пусковых режимах (в 1,7-2 раза), что позволяет рекомендовать использование при переходе на ДМЭ ТНВД

большей размерности (вместо 10/1 Омм использовать 11/12мм или 12/14мм) и плунжерную пару с дренажной канавкой

4 В результате сравнительного исследования серийного нагнетательного клапана и клапана двойного действия при работе ТА на ДМЭ показано существенное преимущество оптимизированного клапана двойного действия Так диапазон изменения остаточного давления на исследованных режимах уменьшился с 3,0 3,4 МПа до 0,25 0,28 МПа, что позволяет обеспечить отсутствие газовых каверн и нестабильной работы ТА с одной стороны, и исключить нежелательные подвпрыски с другой Определены рациональные соотношения параметров клапана двойного действия (12ж/с12ок=0,2 0,26, 5ок/6=0,25 0,35, РО1С/Т'=0,24 0,33, где <1ж - диаметр жиклера в основном клапане, (10к - диаметр обратного клапана, 50к - жесткость пружины обратного клапана, 5 - жесткость пружины основного клапана, - сила предварительной затяжки пружины обратного клапана, Р - сила предварительной затяжки основного клапана

5 Обработка результатов опытов с использованием расчета цикловых подач ДМЭ по результатам индицирования давления в топливопроводе, позволила уточнить граничные сочетания избыточного давления ДР перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД 1 Стабильная работа ТС с минимальными сопротивлениями в ЛНД обеспечивается при 1=3 с ДР>0,23 МПа, при 1=4 с ДР>0,155 МПа, 1=4,5 с ДР>0,135 МПа

6 В результате опытно-конструкторских работ и безмоторных испытаний двухтопливной системы питания были модернизированы и подготовлены к дорожным испытаниям такие ключевые узлы ТС как электромагнитные клапаны, топливоподкачивающие насосы и двухтопливная система питания в целом Разработанные система автоматического управления, алгоритм и корректор перевода системы питания с одного вида топлива на другой позволяют осуществлять надежную работу дизеля в периоды перехода с ДТ на ДМЭ и обратно

7 В процессе сопровождения эксплуатационных испытаний выявлены, проанализированы и устранены причины отказов систем питания автомобиля, использующего в качестве основного топлива ДМЭ В частности устранены причины недостаточной герметичности разделения полостей ДМЭ и ДТ с

помощью ЭМК, падения давления при работе на ДМЭ, потери работоспособности ТПН и фильтра, отказов системы электропитания автомобиля

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1 Автомобили-рефрижераторы ЗИЛ-5301 «Бычок», работающие на диметиловом эфире / Т Н Смирнова, С А Захаров, В И Назаров, А Ю Грачев, И Е Чурсин // Журнал «Интеграл», № 3 (23) май-июнь 2005, -с 60-64

2 Опыт разработки и эксплуатации автомобилей-рефрижераторов ЗИЛ-5301 «Бычок», работающие на диметиловом эфире / ТН Смирнова, С А Захаров, В И Назаров, А Ю Грачев, И Е Чурсин // Журнал «Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо», № 4 (22), 2005, -с 53-60

3 Грачев А Ю Практические результаты использования диметилового эфира в дизелях / Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса Сборник научн Тр - М МАДИ (ГТУ) 2006 -с 35-40

4 Голубков Л Н , Грачев А В , Михальченко Д А Результаты расчетно-экспериментального исследования топливной системы дизеля, работающего на диметиловом эфире // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо, № 3, 2008, - с 27-32

5 Голубков Л Н , Грачев А В , Рыжкин С В Разработка и исследование топливных систем для дизелей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир // Тракторы и сельхозмашины, № 6, 2008, - с 6-10

6 Грачев А Ю, Лазарев И А Опыт и перспективы использования диметилового эфира в качестве моторного топлива на автотранспорте города Москвы // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо, № 3, 2008,-с 34-38

7 Пат на изобретение № 2287077, МПК Р02М 21/02, Б02М 59/46 Топливная система дизеля для работы на диметиловом эфире / Л Н Голубков, М Г Шатров, В В Адамов, А Ю Грачев, С В Рыжкин, Заявлено 30 05 2005, Опубл 10 11 2006, Бюл № 31

Подписано в печать 27 августа 2008 г

Формат 60x90/16

Объем 1,0 п л

Тираж 100 экз

Заказ №270808140

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт» ИНН/КПП 7728572912Y772801001

Адрес 117292, г Москва, ул Дмитрия Ульянова, д 8, кор 2 Тел 740-76-47, 125-22-73 http //www umverprint ru

Перечень основных сокращений.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1. Структура и динамика численности автомобильного парка мегаполиса на примере эксплуатации автотранспорта в Москве.

1.2. Характеристика альтернативных видов моторного топлива.

1.3. Диметиловый эфир - экологически чистая альтернатива дизельному топливу.

1.4. Сравнительные исследования экологических показателей дизеля при работе их на дизельном топливе и ДМЭ.

1.5. Научно-технические и технологические проблемы перевода дизельных двигателей на ДМЭ.

1.6. Выводы по главе и постановка задач исследования.

Глава 2. Разработка комплекса математических моделей и результаты расчетного исследования ЛНД топливной системы.

2.1. Основные положения метода расчета агрегатов ЛНД топливной системы при работе на ДМЭ.

2.2. Метод и программа расчета ЛВД топливной системы при работе на ДМЭ.

2.3. Результаты сопоставления с опытом и параметрические расчетные исследования ЛНД двухтопливной системы питания при работе на ДМЭ.

2.3.1. Сопоставление опыта и расчета.

2.3.2. Результаты параметрических расчетных исследований агрегатов ЛНД и ЛНД системы питания в целом при работе на ДМЭ.

2.4. Выводы по 2 главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования топливной системы двигателя Д 245.12 на безмоторной установке.

3.1. Безмоторная установка для исследования узлов и агрегатов топливной системы, работающей на ДМЭ (МАДИ).

3.2. Экспериментальное исследование величины и зависимости остаточного давления от режимов работы с двумя типами нагнетательных клапанов.

3.3. Сравнительное исследование пусковых подач на дизельном топливе и ДМЭ.

3.4. Методика и результаты расчетно-экспериментального исследования минимально допустимых сочетаний интенсивности прокачки топлива через ТНВД и избыточного давления перед ТНВД.

3.5. Стенд для безмоторных испытаний двухтопливной системы подачи топлива и объекты испытаний (НИИД).

3.5.1. Стенд для испытаний ТС.

3.5.2. Объекты испытаний.

3.6. Результать1безмоторных испытаний двухтопливной системы питания.

3.7. Выводы по 3 главе.

Глава 4. Результаты разработки и доводки узлов и агрегатов двухтопливной системы питания автомобиля путем сопровождения эксплуатационных испытаний опытно-промышленной партии.

4.1. Конструкторско-компоновочные решения при монтаже двухтопливной системы на автомобиль.

4.2 Программа проведения эксплуатационных испытаний автомобилей.

4.3. Основные причины отказов системы питания автомобиля и мероприятия по их устранению.

4.4. Выводы по 4 главе.

Выводы.

Актуальность работы. Одним из перспективных направлений развития двигателей внутреннего сгорания и, в частности, автотракторных дизелей является использование новых топлив, позволяющих существенно улучшить экологические показатели ДВС. Несмотря на то, что попытки использования диметилового эфира (ДМЭ) в качестве топлива были начаты сравнительно недавно, ДМЭ считается одним из перспективных топлив для автотракторных дизелей.

Применение ДМЭ (в жидком виде) в дизелях позволяет полностью исключить выбросы сажи, снизить уровень шума и существенно уменьшить выбросы оксидов азота. Отсутствие в отработавших газах сажи и соединений серы позволяет эффективно использовать окислительные нейтрализаторы и рецеркуляцию отработавших газов (ОГ) и в итоге обеспечить выполнение самых жестких норм по токсичности. Хотя уменьшение выбросов С02 на еденицу мощности не столь велико (7,8.10,4% при условии полного сгорания), возможность производства ДМЭ из возобновляемых источников позволяет кардинально решить и проблему выбросов ССЬ- ДМЭ по своим параметрам, определяющим работу топливной системы (ТС), является топливом, близким к сжиженному газу, и поэтому основной проблемой его использования в дизеле в жидком виде является организация рационального рабочего процесса ТС.

Цель работы. Разработка и доводка системы питания дизеля для автомобиля, работающего на ДМЭ (основное топливо) и на дизельном топливе (резервное топливо).

Методы исследования. Рассчетно-теоретические исследования проводились как по методам и программам, разработанным автором, так и по ранее созданным в МАДИ (ГТУ). Экспериментальные работы проводились на безмоторных стендах, разработанных для исследования ТС, использующих ДМЭ, в МАДИ (ГТУ), во ФГУП "НИИД" и на опытно-промышленной партии автомобилей-рефрижераторов, эксплуатирующейся в ГУП "Мосавтохолод".

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

• разработан комплекс математических моделей агрегатов ТС и двухтопливной ТС в целом при её работе на ДМЭ;

• обоснованы основные положения концепции использования ДМЭ как основного топлива на основе двухтопливной системы питания автомобильного дизеля;

• в проведенном расчетном исследовании ТС выявлено влияние различных факторов на процессы в линии низкого давления (ЛНД) ТС;

• показана целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ использования топливного насоса высокого давления с увеличенной размерностью (ход / диаметр плунжера), плунжерную пару с дренажной канавкой, нагнетательного клапана двойного действия и увеличенного проходного сечения распылителя;

• в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний выявлены, проанализирована! и устранены причины отказов системы питания дизеля автомобиля, использующего в качестве основного топлива ДМЭ.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливаются применением фундаментальных законов гидродинамики и современных численных и аналитических исследований; экспериментальным подтверждением созданных математических моделей, а также использованием современного оборудования и приборов с соблюдением государственных стандартов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• разработанный пакет программ позволяет быстро и качественно моделировать рабочие процессы в линии низкого давления ТС при использовании в качестве топлива ДМЭ;

• созданная и отлаженная в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний двухтопливная ТС обеспечивает полноценное

- функционирование как на основном топливе (ДМЭ), так и на резервном дизельном топливе, и может быть рекомендована для промышленного производства;

• обследование ряда электромагнитных клапанов (ЭМК) позволило рекомендовать для надежного и компактного переключения и разделения полостей основного и резервного топлив модернизированный трехходовой ЭМК с уплотнением металл по металу;

• модернизированный роликовый топливоподкачивающий бензонасос фирмы Bosch может быть рекомендован для ТС, работающей на ДМЭ;

• результаты экспериментальных исследований, показавших преимущество нагнетательных клапанов двойного действия по сравнению с серийным нагнетательным клапаном с разгрузочным пояском, могут быть использованы при проектировании ТНВД, работающих на ДМЭ.

Реализация работы. Комплекс методов и пакет программ внедрены во ФГУП "НАМИ" и используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ). Технические решения, обеспечивающие эффективную и надежную работу опытно-промышленной партии автомобилей-рефрежераторов "ЗИЛ-5301", внедрены во ФГУП "НИИД" и в ГУП "Мосавтохолод".

Основные положения выносимые на защиту:

• комплекс методов и программ расчета процессов в основных агрегатах ЛНД и в двухтопливной ТС в целом при её работе на ДМЭ;

• результаты экспериментального исследования, позволившие обосновать целесообразность увеличения размерности серийного ТНВД, использование плунжерной пары с дренажной канавкой и нагнетательного клапана двойного действия;

• уточнение граничных минимально необходимых сочетаний избыточного (над давлением насыщенных паров) давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ЛНД ТНВД;

• модернизированные узлы и агрегаты, входящие в комплект двухтопливной системы питания: модернизированный ТПН (в части выходного клапана и магистрали выхода), редукционный клапан-дроссель с дополнительным фильтрующим элементом, успокоитель колебаний топлива при работе на ДМЭ, модернизированный ЭМК "Danfoss", модернизированное заправочное устройство, доработанная система электропитания автомобиля.

Личный вклад автора:

• метод и программа расчета процессов ТПН, работающем наДМЭ;

• метод и программа расчета процессов в ЛНД ТНВД, работающем на ДМЭ;

• комплекс методов и программ расчета процессов в линии низкого давления двухтопливной ТС при её работе на ДМЭ;

• результаты эксперимента, показавшие целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ увеличения размерности ТНВД и комплектации его нагнетательным клапаном двойного действия;

• обработка результатов экспериментального исследования с целью уточнения граничных сочетаний избыточного давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД;

• участие в безмоторных испытаниях двухтопливной системы питания, позволивших разработать конкретные мероприятия для адаптации ТС к работе на двух топливах;

• участие в анализе результатов эксплуатационных испытаний опытно-производственной партии автомобилей с целью обоснования необходимости модернизации узлов и агрегатов системы питания дизеля при его работе на ДМЭ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на научно-технических конференциях в МАДИ (ГТУ) (2007г.), в МГТУ им. Н.Э.Баумана (2005г.) и на Международной конференции "Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов"-М.: 2005г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Из них 1 статья в журнале по списку ВАК и три патента РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Она включает 161 страниц основного текста, содержащего 15 таблиц и 56 рисунков. Библиография включает 105 наименований.

Выводы

1. Разработан комплекс математических моделей двухтопливной системы питания при работе ее на ДМЭ, состоящий из следующих методов расчета, реализованных в виде программ: расчета ТПН, расчета ЛНД ТНВД, расчета ЛНД системы питания в целом, расчета ЛВД. Комплекс математических моделей позволяет с достаточной точностью моделировать процессы в ЛНД ТС, работающей на ДМЭ, оптимизировать конструкции агрегатов ЛНД. Не менее важной задачей математического моделирования ТС является углубление представлений о взаимосвязях и особенностях рабочих процессов, происходящих в ЛНД ТС при работе дизеля на ДМЭ.

2. Расчетные и экспериментальные исследования показали, что основным источником нежелательных пиковых давлений в ЛНД при работе на ДМЭ является истечение топлива через отсечное окно после геометрического начала нагнетания и что установка демпфера позволяет надежно защитить фильтр и ТПН от пиковых давлений в ЛНД.

3. Показано, что в исходном варианте ТА в связи с такими свойствами жидкого ДМЭ, как: высокая сжимаемость (в 2,5.4,5 раза больше чем у ДТ); низкая вязкость (0,15.0,25 сСт); меньшая теплота сгорания - массовые цикловые подачи G4 ДМЭ существенно уменьшаются (по-сравнению слребуемыми).Особенновелико^иже^^ режимах (в 1,7-2 раза), что позволяет рекомендовать использование при переходе на ДМЭ ТНВД большей размерности (вместо 10/1 Омм использовать 11/12мм или 12/14мм) и плунжерную пару с дренажной канавкой.

4. В результате сравнительного исследования серийного нагнетательного клапана и клапана двойного действия при работе ТА на ДМЭ показано существенное преимущество оптимизированного клапана двойного действия. Так диапазон изменения остаточного давления на исследованных режимах уменьшился с 3,0.3,4 МПа до 0,25.0,28 МПа, что позволяет обеспечить отсутствие газовых каверн и нестабильной работы ТА с одной стороны, и исключить нежелательные подвпрыски с другой. Определены рациональные соотношения параметров клапана двойного действия: с!2ж/с!2ок=0,2.0,26; 8ок/5=0,25.0,35; Fok/F=0,24.0,33, где с1ж - диаметр жиклера в основном клапане, dok - диаметр обратного клапана, 50к - жесткость пружины обратного клапана, 5 - жесткость пружины основного клапана, F0k - сила предварительной затяжки пружины обратного клапана, F - сила предварительной затяжки основного клапана.

5. Обработка результатов опытов с использованием расчета цикловых подач ДМЭ по результатам индицирования давления в топливопроводе, позволила уточнить граничные сочетания избыточного давления АР перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД i. Стабильная работа ТС с минимальными сопротивлениями в ЛНД обеспечивается: при i=3 с АР>0,23 МПа, при i=4 с АР>0,155 МПа, i=4,5 с АР>0,135 МПа.

6. В результате опытно-конструкторских работ и безмоторных испытаний двухтопливной системы питания были модернизированы и подготовлены к дорожным испытаниям такие ключевые узлы ТС как электромагнитные клапаны, топливоподкачивающие насосы и двухтопливная -система—питаниявцеломРазработанные, система автоматического управления, алгоритм и корректор перевода системы питания с одного вида топлива на другой позволяют осуществлять надежную работу дизеля в периоды перехода с ДТ на ДМЭ и обратно.

7. В процессе сопровождения эксплуатационных испытаний выявлены, пранализированы и устранены причины отказов систем питания автомобиля, использующего в качестве основного топлива ДМЭ. В частности устранены причины: недостаточной герметичности разделения полостей ДМЭ и ДТ с помощью ЭМК; падения давления при работе на ДМЭ; потери работоспособности ТПН и фильтра; отказов системы электропитания автомобиля.

149

1. Автомобили-рефрижераторы ЗИЛ-5301 «Бычок», работающие на диметиловом эфире. / Т.Н. Смирнова, С.А. Захаров, В.И. Назаров, А.Ю. Грачев, И.Е. Чурсин // Журнал «Интеграл», № 3 (23) май-июнь 2005, с. 60-64.

2. Азарова Ю.В., Кузнецова Н.Я. Новое об относительной агрессивности углеводородов // Автомоб. пром-сть. 1999. - №3. -С. 14-16.

3. Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов. Сборник докладов, ч.2.: Международная конференция. М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005. - 355 с.

4. Белоцерковский О. М, Давыдов Ю. М. Метод крупных частиц в газовой динамке.-М.: Наука, 1982.-392 с.

5. Волны в жидкостях с пузырысами/А. А. Губайдуллин, А. И. Ивандев, Р. И. Нигматулин, Н. С. Хабеев//Механнка жидкости и газа. Т.17.М.: ВИНИТИ, 1982.-С. 160—254.

6. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба / Л.В .Вершков, В.Л.Грошев, В.В.Гавриловидр.-М., 1999.-68 с.

7. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды / А.С. Быстров, В.В.

8. Варанкин, В.А.Виленский и др. М.: Экономика, 1986. - 96 с.

9. Газобаллонные автомобили. Справочник // А.И. Морев, В.И. Ерохов, Б.А. Бекетов и др. М.: Транспорт, 1992.-175 с.

10. Голубков JI.H., Грачев А.В., Михальченко Д.А. Результаты расчетно-экспериментального исследования топливной системы дизеля, работающего на диметиловом эфире // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо, № 3, 2008, с 34-38.

11. Голубков Л.Н., Грачев А.В., Рыжкин С.В. Разработка и исследование топливных систем для дизелей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир // Тракторы и сельхозмашины, №6, 2008,-с 6-10.

12. Голубков Л. Н., Перепелин А. П. Метод гидродинамического расчета топливной системы дизеля с учетом двухфазного состояния топлива // Рабочие процессы в ДВС и их агрегатах. Тр. МАДИ, 1987.-С. 80—87.

13. Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 1998.-216 с.

14. Голубков Л.Н., Филипосянц Т.Р., Иванов Г.А., Ишханян А.Э. Результаты испытания дизеля, использующего в качестве топлива диметиловый эфир // Автомобили и двигатели: Сб. науч. тр7 / НАМИ, 2003. Вып. 231. С. 41 - 51.

15. ГОСТ 41.83-2004. Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей. М.: Изд-во стандартов, 2004. - 150 с.

16. Грачев А., Лазарев И. Опыт и перспективы использованиядиметилового эфира в качестве моторного топлива на автотранспорте города Москвы // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо, № 3 (39), 2008, с 34-37

17. Грачев А.Ю. Практические результаты использования диметилового эфира в дизелях. / Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: Сборник научн. Тр. М.: МАДИ (ГТУ) 2006, - с. 35-40.

18. Грехов. Л.В.,Иващенко НA., MapKOBjB:A. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. М.: Легион-Автодата, 2004. - 344 с.

19. Грехов Л.В. Математическое моделирование процесса подачи топливными системами различных схем и конструкций // Математическое моделирование и исследование процессов в ДВС: Учебное пособие. Барнаул: Изд-во АлтГТУ. - 1997.-С. 58-67.

20. Грехов Л.В. Научные основы разработки систем топливоподачи в цилиндры ДВС: Автореферат дисс.докт. техн. наук / МГТУ М., 1999.-32 с.

21. Гусаров А.П., Вайсблюм М.Е., Соколов М.Г. Газ как перспективное автомобильное топливо // Экология двигателя и автомобиля: Сб. научн. тр. /НАМИ. -М., 1998. С. 105-115.

22. Звонов В.А., Заиграев Л.С., Азарова Ю.В. Относительная агрессивность вредных веществ и суммарная токсичность отработавших газов // Автомобильная промышленность. — 1997. -№7. — С.20-22.

23. Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Оценка альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Приводная техника. -2000. — №5. — С.24-29.

24. Керимов Н. А., Керимов 3. X. Усовершенствование метода решения уравнений математической модели топливовпрыскивающей системы // Двигателестроение. 1980, № 12.-С. 28—30.

25. Корнилов Г.С., Карницкий В.В. Снижение дымности отработавших газов и уровней шума транспортных средств путем перевода их на газодизельный процесс. // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр. НАМИ. — М., 1998. С. 52-56.

26. Корнилов Г.С., Кутенев В.Ф., Звонов В.А. Проблемы экологии автотранспорта в России // Сб. докладов научно-практической конференции «АМотранспбртный комплекс и ~ экологическая безопасность». М.: Прима-Пресс-М, 1999. - С.140-150.

27. Корнилов Г.С., Сайкин A.M., Новиков В.З. Каталитические нейтрализаторы НАМИ для дизельного автотранспорта // Исследование, конструирование и расчет тепловых двигателей внутреннего сгорания: Сб. науч. тр. НАМИ. М., 1993. - С. 168173.

28. Крайнык JI.B., Асатрян Р.С. На пути к экологически чистому автобусу: сажевые фильтры // Автомобильная промышленность. — 1994. -№5.-С 17-19.

29. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. -Владимир: Изд-во Владимирского гос. ун-та, 2000. -256 с.

30. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. Научно-технические проблемы улучшения экологических показателей автотранспорта // Автомобильная промышленность. 1998. - №11. - С.7-11.

31. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. О концепции автомобильного двигателя XXI века // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб.науч. тр. НАМИ. М., 1998. - С.3-9.

32. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. Проблемы экологии автотранспорта в России // Экология двигателя и автомобиля: Сб. науч. тр. НАМИ М., 1998. - С.3-11.

33. Кутенев В.Ф., Мазинг М.В. Система питания автомобильных дизелей: Учебное пособие М.: НАМИ, 2000, 76 с.

34. Лукшо В.А. Альтернативные топлива для автотранспорта // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб.науч. тр.

35. НАМИ7^М:г1999. -С.13 7-150:----—

36. Лукшо В.А. Однотопливная система питания диметиловым эфиром для дизельного двигателя //Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов / Сборник докладов. Ч. 2. М.: Изд-во Прима-Пресс-М,2005. - С. 19-28.

37. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. -М.: МАДИ, 2000.-311с.

38. Мазинг М.В. Законы управления топливоподачей // Автомобильная промышленность. 1994, N9.-C.7-9.

39. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумуна, 2002. - 376 с.

40. Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях. — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 360 с.

41. Материалы о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2005 году // Правительство Москвы. Департамент природопользования и охраны окружающей среды. М, 2005. 179 с.

42. Международный симпозиум «Образование через науку»: Материалы докладов секции «Двигатели внутреннего сгорания». Отдельный выпуск. -М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. 154 с.

43. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М.: Легион-Автодата, 2000. - 80 с.

44. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов./ Г.А. Терентьев, В. М. Тюков, Ф.В. Смаль М.: Химия, 1989. - 272 с.

45. Мочалова Н.А. Исследование термодинамики плотных жидкостей и газов с целью уточнения метода гидродинамического расчета топливных систем тепловых двигателей летательных аппаратов: автореферат дисс.канд. техн. наук /РГАТА. Рыбинск, 1995.-21с.

46. Нейтрализация NOx в выхлопе европейских легковых автомобилей // Автостроение за рубежом. 1999. - №7 - С.5-7.

47. Нейтрализация NOx в отработавших газах двигателя // Автостроение за рубежом. 1999. — №5 - С.10-12.

48. Некоторые результаты адаптации топливной аппаратуры дизеля для работы на диметиловом эфире. / Л.Н. Голубков, Эсмаилзаде

49. Особенности топливоподачи в дизелях, работающих на облегченных топливах / В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.И. Мальчук и др. // Автомобильная промышленность. 2003 №10 с. 12-15, №12 с. 13-14.

50. Патент РФ № 2287077, МКИ F02M 21/02. Топливная система для работы на диметиловом эфире / Голубков Л.Н., Грачев А.Ю., Шатров М.Г. и др. // Б.И. №31-2006.

51. Пат. РФ № 2319034 МПК F02M 43/00. Топливная система дизеля / Т.Н. Смирнова, В.И. Назаров, Р.Н. Горбач, С.В. Рыбинский, С.А. Захаров, В.А. Шаров, А.В. Акимов, Б.Ф. Аллилуев, А.Ю. Грачев,

52. С.В. Рыжкин; Опубл. 10.03.2008, Бюл. №7.

53. Патент РФ № 2276281, МПК7 F02M 43/00. Топливная система дизеля для работы на диметиловом эфире / Захаров С.А., Назаров В.И., Смирнова Т.Н., Грачев А.Ю. и др. // Б.И. №13-2006.

54. Патрахальцев Н.Н., Альвеар Санрес JI.B. Пути развития топливных систем для подачи в цилиндр дизеля нетрадиционных топлив// Двигателестроение. 1988.-С11-13.

55. Патрахальцев Н.Н., Альвер Санчес JI.B., Шкаликова В. П. О возможности расширения ресурса дизеля изменением состава топлива//Сб.ДВС.-Харьков: Высшая школа, вып.48.-С.73-79.

56. Патрахальцев Н. Н. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение. 1980,№ 10.-С.-33—38—

57. Патрахальцев Н.Н., Царитов А.З. Костиков А.В., Расчетно-экспериментальное определение влияния переходных процессов в топливной аппаратура дизеля на его динамические качества//Автомобильная промышленность. 2001,N4.-C 16-19.

58. Пути решения проблем использования диметилового эфира в качестве топлива для дизелей. // Голубков JI.H., Эсмаилзаде Эбрахим.- М., 2004. Деп. в ВИНИТИ №1664-В2004.-12с.

59. Семенов В.Н. ТНВД серии УТН.-М.: Легион-Авто дата, 2000.-80 с.

60. Смирнова Т., Захаров С., Болдырев И., Аникин С. Новое топливодлля городского транспорта // Двигатель. 1999, №2. С. 42-43.

61. Снижение содержания частиц сажи и NOx в выхлопе дизеля //Автостроение за рубежом. 2001. - №3. - С. 10.

62. Снижение токсичности выхлопа дизелей путем рециркуляции части охлажденных отработавших газов // Автостроение за рубежом. 1999. - №6. - С.10-12.

63. Справка по составу, количественным характеристикам компонентов отработавших (выхлопных) газов бензиновых и дизельных двигателей и величинам нормативных платежей за их выброс в атмосферный воздух. Москва, 1996 г.

64. Справка УГИБДД ГУВД г.Москвы по количеству автомототранспортных средств и прицепов к ним. Москва, 2006 г.

65. Сравнительная оценка экономической эффективности применения ^различных улучшений экологических показателей дизелей /

66. В.Ф.Кутенев, В.А.Звонов, Г.С.Корнилов и др. // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр. НАМИ. М., 1998. — С.152-161.

67. Топливные системы и экономичность дизелей / И.В. Астахов, JI.H. Голубков, В.И. Трусов и др. -М.: Машиностроение, 1990.- 288 с.8 0. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных двигателей: Справочник-JI.: Машиностроение, 1990,-352с.

68. Фильтр-нейтрализатор для дизелей / Г.С.Корнилов, С.П.Моисеев, В.И.Панчишный, А.А.Табачник // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр. НАМИ. М., 1998. - С.34-39.

69. Хачиян А.С. Применение спиртов в дизелях//Двигателестроение. 1984, № 8.-С. 30—34.

70. Хачиян А. С. Сравнительный анализ впрыскивания метанола и дизельного топлива //Двигателестроение. 1988, № 2.-С. 22—24.8 4 . Clean Combustion Technology in Diesel Engines Operated with

71. Dimethyl ether. Yuju Oda, Shinnosuke Osafune, Hiroyuki Ueda, Koutaro Fujimura. Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Technical Review Vol. 40 № 6 (Dec. 2004).

72. Development of Dimethyl-ether Fueled FUEL Cell (DME-FC) System. Osaka Gas., Ltd. 2005.

73. Diesel In-Line Fuel-Injection Pumps. PE-Technical Instruction, Bosch.-32 p.

74. Dimethyl Ether as a Transportation Fuel a State-of-the-art Survey. Prepared for the U.S. Department of Energy. June 1997, 84pp.

75. Gill D., Ofner H and others. The Performance of a Heavy Duty diesel engine with a Production feasible DMA Injection System//SAE Paper 2001-01-3629, 2001. 7p.

76. Gill D., Ofner H. and others. Production Feasible DME technology for Direct Injection CI Engines // SAE Paper 2001-01-201s, 2001.7p.

77. Gill D., Ofner H. Dimethyl Ether- a Clean Fuel for Transportation. SAE Paper 990059, 1999. 7 p.

78. Hansen J.B., Voss В., Joensen F. Large Scale Manufacture of Dimethyl Ether a New Alternative Diesel Fuel from Natural Gas // international Congress & Exposition. Detroit Michigan. SAE Paper 950063, 1995. 101. P

79. Hitehouse N. D. and Way R. J. B. Diesel Enjine Combustion Studies.

80. Part A: In the Quiescent Combustion Chamber Engine. Part B: Studies on High Swirl Automotive Type Engines//Proc. Institution of Mech. Engineers. London.1980. P. 144—153.

81. Kapus P. Ofiier H. Development of Fuel Injection Equipment and Combustion System for DI Diesels Operated on Dimethyl Ether // SAE Paper 950062, 1995. 18 p.

82. Mikkelsen S.-E., Hansen J.B., Sorenson S.C Progress with -Dimethyl Ether //-Inteniational Alternative-Fuels- Conference.-USA.1996. lip.

83. Ofner H. Gas Based Fueles An Alternative Approach to Clean Propulsion Technologies; 3rd Intern. Colloquium FUELS, TAE Jan 1718, 2001. 10 p.

84. Ofner H., Gill D. Kammerdiener T. A Fuel Injection System Concept for Dimethylether // AVL List GmbH., Graz, Austria. 1996. P.275-288.

85. Research and Development of Medium Duty DME Truck. SAE 2005 Spring F&L Meetin in Rio de Janeiro, Brasil May 11-13, 2005.

86. Sorenson S.C., Mikkelsen S.-E. Performance and Emissions of a 0.273 Liter Direci Injection Diesel Engine Fuelled with Neat Dimetyl Ether // International Congress & Exposition, Detroit, Michigan. SAE Paper950064,1995. lip.

87. Supporting Next-generation Clean Energy. Environmental Sustainability Report. 2003.

88. Yoshio S., Akira N. Performance and Emission Characteristics of a SI Diesel Engine Operated on Dimethyl Ether EGR with Supercharging // International Spring Fuels & Lubricants Meeting & Exposition Paris, France. SAE Paper 2000-01-1809. 8 p.

89. Zhou Longbao, Wang Hewu, Jiang Deming, Huang Zuohua. Study of Performance and Combustion Characteristics of a DME-Fueled Light-Duty Direct-Injection Diesel Engine. SAE Paper 1999-01-3669. 7 P

90. Комплекс обеспечивает необходимую для практического применения точность расчета рабочего процесса указанной выше системы и используется на кафедре так же при подготовке дипломных и аспирантских работ.

91. Заведующий кафедрой ^ J^if

92. Теплотехника и автотракторные двигатели" /J (Lsfд.т.н., профессор —М.Г. Шатров1. АКТо внедрении решений по повышению надежности работы системы питания дизельных автомобилей, использующих в качестве основного топливадиметиловый эфир.

93. Директор филиала «Западный»1. ГУП «Мосавтохолод»1. С.И.Сычев

94. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ФГУЙ «НИИД», к.т.н.1. ФГШ- i'X-, .-р.-------- ' ? — ■ i- ^^ н и троицкийfY » От) 2008Г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

95. Ст. научный сотрудник, к.т.н.1. Р.Н. Горбач1. УТВЕРЖДАЮ

96. Заместитель генерального директора1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов научно-исследовательской работы

97. Заведующий лабораторией энергосберегающих технологий, кандидат технических наук1. А.С. Теренченко

98. Заведующий лабораторией альтернативных топлив для транспорта1. Е.А. Платонов