В Вятской государственной сельскохозяйственной академии на базе кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов осуществлена разработка модификации дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) трактора МТЗ-80 для работы на природном газе с рециркуляцией отработавших газов. Разработка модификации данного дизеля предусматривает в первую очередь снижение токсичности отработавших газов и улучшение эффективных при сохранении мощностных показателей работы.
Ключевые слова:дизель, природный газ, рециркуляция отработавших газов, токсичность, отработавшие газы.
Доказано, что применение сжатого природного газа, воспламеняемого от запальной порции дизельного топлива, приводит к улучшению эффективных показателей дизеля и снижению дымности отработавших газов, но вызывает увеличение выброса оксидов азота с отработавшими газами. К настоящему времени разработано достаточно способов снижения содержания оксидов азота в отработавших газах дизелей. Для качественной нейтрализации оксидов азота необходимо одновременно снизить максимальную температуру цикла, коэффициент избытка воздуха и длительность процесса сгорания. Воздействие на эти показатели можно достичь рециркуляцией отработавших газов, к тому же применение рециркуляции позволяет уменьшить объем отработавших газов, что в свою очередь приводит к уменьшению всего спектра токсичных компонентов [1,2].
Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов (РОГ) на мощностные и экономические показатели, показатели токсичности и дымности ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения нагрузки при n = 2200 мин-1 и Θвпр = 23 градуса представлено на рис. 1. Из графиков (рис.1, а) видно, что применение РОГ на газодизельном процессе приводит к незначительному росту удельного эффективного расхода топлива, снижение которого происходит в результате применения природного газа. Из графиков (рис.1, б) видно, что применение природного газа на дизеле 4Ч 11,0/12,5 приводит к снижению содержания оксида и диоксида углерода, дымности ОГ, но происходит увеличение содержание оксидов азота и суммарных углеводородов. Так на номинальном режиме работы увеличение выбросов оксидов азота с ОГ составляет 24,1 %, а при ре = 0,13 МПа выброс увеличивается на 60,5 %. Применение РОГ снижает содержание оксидов азота в ОГ во всём диапазоне изменения нагрузок. При работе по газодизельному процессу с 40 %-ной РОГ в диапазоне изменения нагрузки от 0,13 до 0,26 МПа происходит снижение NOх на 63,4 % [3-6].
|
|
|
а
бРис.1. Влияние применения природного газа и РОГ на показатели рабочего процесса дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения нагрузки при n = 2200 мин-1 и Θвпр = 23 градуса: а – мощностные и экономические показатели; б – показатели токсичности и дымности ОГ; 
– дизельный процесс; 
– газодизельный процесс; 
– рециркуляция 10 %; 
– рециркуляция 20 %; 
– рециркуляция 30 %; 
– рециркуляция 40 %; 
– расход запального дизельного топлива
Результаты экспериментальных исследований доведены до создания макетного образца трактора МТЗ-80 с системой питания, модернизированной для работы на природном газе с системой РОГ (рис. 2).
Рис. 2. Трактора МТЗ-80 с системой питания для работы на природном газе с РОГ
Запуск дизеля производится на дизельном топливе, а затем включается подача сжатого природного газа. Система питания на природном газе позволяет замещать на номинальном режиме работы до 80 % дизельного топлива и уменьшает суммарный расход топлива до 14 %, снижает дымность ОГ и содержание оксида и диоксида углерода. Система РОГ позволяет снизить содержание, возросших при переходе на газодизельный режим, оксидов азота до уровня дизельного процесса и суммарных углеводородов [7, 8].
Комплексная система снижения токсичности, включающая в себя применение регулируемой РОГ и природного газа, может быть использована как на новых тракторах, так и на находящихся в эксплуатации. Монтаж системы не требует дорогостоящего оборудования, значительных конструктивных изменений и может быть осуществлен в условиях специализированных мастерских хозяйств и ремонтно-технических предприятиях.
Литература:
1. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21-25.
2. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7-9.
3. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11-13.
4. Лиханов В.А., Лопатин О.П., Шишканов Е.А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8-9.
5. Лиханов В.А., Лопатин О.П., Олейник М.А., Дубинецкий В.Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13-16.
6.Лопатин О.П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) при работе на природном газе путем применения рециркуляции отработавших газов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2004. – 200 с.
7. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Устройство для регулирования перепуска отработавших газов во впускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания. Патент на изобретение RUS 2260706. 05.04.2004.
8. Лиханов В.А., Шишканов Е.А., Деветьяров Р.Р., Вылегжанин П.Н., Лопатин О.П. Система регулирования газодизеля. Патент на изобретение RUS 2257482. 01.04.2003.
