В работе представлены результаты исследований применения компримированного природного газа и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха на эффективные показатели дизеля Д — 245.7 размерности 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива.
Ключевые слова:дизель, газодизель, природный газ, наддув, эффективные показатели.
Одним из важнейших направлений борьбы за сохранение чистоты воздушного бассейна следует признать поиск более «чистого» топлива для транспортных двигателей. В вятской государственной сельскохозяйственной академии на базе кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов проведены исследования по влиянию применения компримированного природного газа (КПГ) и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха (ПОНВ) на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 [1–4].
Общий вид экспериментальной установки и пульт управления электротормозным стендом представлены на рис. 1.
а б
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки (а) и пульт управления электротормозным стендом (б)
Регулировочные характеристики для определения эффективных показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ) при работе дизеля на дизельном топливе (ДТ) и на КПГ на номинальной частоте вращения коленчатого вала (n = 2400 мин -1) и на частоте вращения при максимальном крутящем моменте (n = 1700 мин -1) представлены на рис. 2 [5–6].
Рис. 2. Влияние применения КПГ на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения установочного УОВТ при n = 2400 мин -1, ре = 0,947 МПа, и n = 1700 мин -1, ре = 1,036 МПа: —— - дизельный процесс, – – – - газодизельный процесс
Рассматривая показатели работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе дизеля на КПГ на номинальной частоте вращения (n = 2400 мин -1, ре = 0,947 МПа), можно отметить, что при работе дизеля на установочном УОВТ Θвпр = 5º до верхней мертвой точки (ВМТ), при постоянном суммарном часовом расходе топлива GТ Σ = 18,8 кг/ч эффективная мощность Ne составляет 86,0 кВт, а значение суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ = 218 г/(кВт·ч). При увеличении установочного УОВТ до Θвпр = 7º до в. м.т. эффективная мощность Ne увеличивается до значения 90 кВт, при этом значение суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ снижается до 208 г/(кВт·ч), т. е. на 4,6 %. При дальнейшем увеличении установочного УОВТ до Θвпр = 9º до в. м.т. происходит снижение эффективной мощности Ne до значения 88 кВт, при этом значение суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ увеличивается до 210 г/(кВт·ч), т. е. на 1,0 %. Снижение суммарных значений часового расхода GТ Σ и удельного расхода geΣ топлива при работе дизеля на всех установочных УОВТ на ПГ по сравнению с работой на ДТ объясняется большим значением теплоты сгорания ПГ. Из анализа графиков Ne, Gт, и ge следует, что при работе дизеля на ПГ оптимальный установочный УОВТ при частоте вращения n = 2400 мин -1 при условию наилучшей экономичности равен 7º до ВМТ [7–12].
Рассматривая показатели работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ на частоте вращения максимального крутящего момента (n = 1700 мин -1, ре = 1,036 МПа) при работе дизеля на КПГ, можно отметить, что при установочном УОВТ Θвпр = 5º до ВМТ, при постоянном суммарном часовом расходе топлива GТ Σ = 13,4 кг/ч эффективная мощность Ne составляет 64,5 кВт. Значение суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ при данной мощности составляет 203 г/(кВт·ч). При увеличении установочного УОВТ до Θвпр = 7º до ВМТ. эффективная мощность увеличивается до значения Ne = 69,5 кВт, а величина суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ снижается и составляет 191 г/(кВт·ч). Уменьшение значения ge составляет 5,9 %. При дальнейшем увеличении установочного УОВТ до Θвпр = 9º до ВМТ. эффективная мощность снижается до значения Ne = 64,5 кВт, а величина суммарного удельного эффективного расхода топлива geΣ увеличивается и составляет 203 г/(кВт·ч). Увеличение значения ge составляет 6,3 %. При частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту (n = 1700 мин -1, ре = 1,036 МПа), сохраняется характер изменения кривых эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива, установленный для номинальной частоты вращения двигателя. Из анализа кривых регулировочной характеристики по установочному УОВТ (см. рис. 2) следует, что для всех режимов работы дизеля, исходя из минимального удельного расхода топлива ge, при работе дизеля на ДТ оптимальным является установочный УОВТ Θвпр = 9º до ВМТ, а при работе дизеля на ПГ Θвпр = 7º до ВМТ. При работе дизеля на более ранних УОВТ при работе дизеля на ПГ на режимах, близких к номинальным нагрузкам, значение «жесткости» работы двигателя превышает норму, установленную заводом-изготовителем, т. е. (dр/dφ)max составляет более 1,0 МПа/град. При работе дизеля на более поздних установочных УОВТ на режимах номинальной нагрузки происходит интенсивное повышение температуры охлаждающей жидкости, следствием чего является перегрев двигателя [13–18].
Проведенные исследования показали, что дизель устойчиво работает на КПГ при соотношении топлив на номинальном режиме: газа — 80…85 %, запальной порции дизельного топлива — 15…20 %. Все исследования рабочих процессов проводились при таком соотношении КПГ и ДТ [19–24].
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Скрябин М. Л. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением надувочного воздуха при работе на природном газе: Монография / Под общей редакцией В. А. Лиханова. — Киров: Вятская ГСХА, 2008. — 150 с.
2. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 3–6.
3.Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование нагрузочного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Потенциал современной науки. 2015. № 3 (11). С. 40–44.
4. Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции отработавших газов для снижения токсичности тракторного дизеля // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 11–13.
5. Лопатин О. П. Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий на содержание токсичных компонентов в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 13–15.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование скоростного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 24–26.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование экологических показателей дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 26–28.
8. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 28–30.
9. 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.
10. 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.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
12. Лопатин О. П., Лиханов В. А. Улучшение эксплуатационных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. Т. 4. № 16. С. 170–173.
13. 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. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2004. — 18 с.
14. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей тракторного дизеля Д-240 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Научно-практический журнал Пермский аграрный вестник: 2013. № 1 (1). С. 29–32.
15. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.
16. RU 2260706 С1, 20.09.2005.
17. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
18. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. RU 2257482 С2, 27.07.2005.
23. 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.
24. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с.
