Исследование показателей рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от значений установочных углов опережения впрыскивания топлива

В Вятской государственной сельскохозяйственной академии на базе кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов осуществлена разработка дизеля 2Ч 10,5/12,0 для работы на метаноле с использованием двойной системы топливоподачи. В работе приводится анализ индикаторных диаграмм дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на дизельном топливе и на метаноле с двойной системой топливоподачи. Аргументирован выбор оптимальных установочных углов подачи топлив.

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, метанол, двойная система топливоподачи.

Из-за низкой способности метанола к самовоспламенению необходимо инициировать его воспламенение с помощью запальной порции дизельного топлива (ДТ). Отличительной особенностью наших исследований явилось применение многоструйного распылителя для подачи запальной порции ДТ [3,4]. По результатам проведенных нами теоретических расчетов на Ногинском заводе топливной аппаратуры (НЗТА) были изготовлены распылители с измененной геометрией углов распыливания и различными диаметрами сопловых отверстий. Измененная геометрия сопловых отверстий распылителя необходима для того, чтобы метанол впрыскивался в горящий факел ДТ. Графическое изображение пересечения факелов запальной порции ДТ и метанола в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 представлено на рисунке 1 [5,6].

В соответствии с целью, задачами и методикой исследований были проведены стендовые испытания [1,2,3]. Исследования показали, что наилучшие результаты по расходу топлива получаются при одновременной подаче запальной порции ДТ и метанола. Величина запальной порции ДТ при работе на метаноле с ДСТ определялась путем уменьшения подачи ДТ до начала появления пропусков воспламенения, после чего она несколько увеличивалась до достижения устойчивой работы дизеля. В дальнейшем цикловая подача запального топлива фиксировалась и оставалась постоянной, а изменение нагрузочного режима велось только путем изменения подачи метанола. На рисунке 2 представлены графики изменения экономических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при различных установочных УОВТ на номинальном режиме работы [7].

Рис. 1. Графическое изображение пересечения факелов запальной порции ДТ и метанола в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ Θ_м = 34º, можно отметить следующее. Минимальное значение g_e∑ при подаче метанола на установочном УОВТ Θ_м = 34º наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ Θ_дт = 34º (g_e∑ = 502 г/(кВт·ч). При изменении угла впрыскивания ДТ Θ_дт в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ Θ_дт = 38º и Θ_м = 34º значение составляет g_e∑ = 510 г/(кВт·ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 42º и Θ_м = 34º значение g_e∑ = 532 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет 30 г/(кВт·ч), или 5,6 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 30º и Θ_м = 34º значение составляет g_e∑ = 506 г/(кВт·ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 26º и Θ_м = 34º значение возрастает до g_e∑ = 520 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов впрыскивания топлива (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет уже 18 г/(кВт·ч), или 3,5 %. Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ Θ_м = 38º, можно отметить следующее. Минимальное значение g_e∑ при подаче метанола при угле Θ_м = 38º наблюдается при впрыскивании ДТ Θ_дт = 38º и имеет значение g_e∑ = 505 г/(кВт·ч). При изменении угла впрыскивания Θ_дт в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются.

Рис. 2. Изменение экономических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при различных установочных УОВТ ДТ и метанола при n = 1800 мин-1 и pе = 0,585 МПа, qцдт = 6,6 мг/цикл

При увеличении угла подачи ДТ до значения Θ_дт = 42º и Θ_м = 38º величина g_e∑ = 515 г/(кВт·ч)ч, т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 38º и Θ_м = 38º) составляет 10 г/(кВт·ч). При уменьшении угла подачи ДТ Θ_дт = 34º и Θ_м = 38º значение g_e∑ = 506 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 38º и Θ_м = 38º) составляет лишь 1 г/(кВт·ч).

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ Θ_м = 30º, можно отметить следующее. Минимальное значение g_e∑ при подаче метанола при установочном УОВТ Θ_м = 30º наблюдается при угле впрыскивания ДТ Θ_дт = 34º и составляет g_e∑ = 508 г/(кВт·ч). При изменении установочного УОВТ Θ_дт в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ Θ_дт = 38º и Θ_м = 30º значение составляет g_e∑ = 511 г/(кВт·ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ Θ_дт = 42º и Θ_м = 30º значение g_e∑ = 528 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 30º и Θ_м = 34º) составляет 20 г/(кВт·ч), или 3,8 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 30º и Θ_м = 30º значение составляет g_e∑ = 513 г/(кВт·ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 26º и Θ_м = 30º значение возрастает до g_e∑ = 532 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 30º) составляет уже 24 г/(кВт·ч), или 4,5 %.

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ Θ_м = 26º, можно отметить следующее. Минимальное значение g_e∑ при подаче метанола при установочном УОВТ Θ_м = 26º наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ Θ_дт = 34º и имеет значение g_e∑ = 524 г/(кВт·ч). При изменении угла впрыскивания ДТ Θ_дт в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ Θ_дт = 38º и Θ_м = 26º значение составляет g_e∑ = 528 г/(кВт·ч). При дальнейшем увеличении угла впрыскивания ДТ Θ_дт = 42º и Θ_м = 26º значение g_e∑ = 557 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 26º) составляет 33 г/(кВт·ч), или 5,9 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 30º и Θ_м = 26º значение составляет g_e∑ = 533 г/(кВт·ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 26º и Θ_м = 26º значение возрастает до g_e∑ = 550 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях при углах (Θ_дт = 34º и Θ_м = 26º) составляет уже 26 г/(кВт·ч), или 4,7 %.

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при установочном УОВТ Θ_м = 22º, можно отметить следующее. Минимальное значение g_e∑ при подаче метанола при установочном УОВТ Θ_м = 22º наблюдается при впрыскивании ДТ при установочном УОВТ Θ_дт = 38º и имеет значение g_e∑ = 551 г/(кВт·ч). При изменении угла впрыскивания ДТ Θ_дт в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Так, при установочных УОВТ Θ_дт = 42º и Θ_м = 22º значение составляет g_e∑ = 577 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 38º и Θ_м = 22º) составляет 26 г/(кВт·ч), или 4,5 %. При уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 34º и Θ_м = 22º значение составляет g_e∑ = 552 г/(кВт·ч). При уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 30º и Θ_м = 22º значение возрастает до g_e∑ = 560 г/(кВт·ч). При дальнейшем уменьшении угла впрыскивания ДТ до Θ_дт = 26º и Θ_м = 22º значение возрастает до g_e∑ = 580 г/(кВт·ч), т. е. увеличение g_e∑ от полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 38º и Θ_м = 22º) составляет уже 29 г/(кВт·ч), или 5 %.

Анализируя изменения показателей экономичности в зависимости от изменения установочных углов впрыскивания топлива при работе дизеля на метаноле с ДСТ, можно сделать следующие выводы. Оптимальными по суммарному удельному эффективному расходу топлива являются следующие значения установочных УОВТ: Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º. При этих значениях углов значение составляет g_e∑ = 502 г/(кВт·ч). При изменении угла впрыскивания Θ_м в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. Сравнивая минимальные значения g_e∑ при различных углах впрыскивания метанола Θ_м получается, что при угле впрыскивания Θ_м = 38º минимальное значение составляет g_e∑ = 505 г/(кВт·ч) и достигается при впрыскивании ДТ Θ_дт = 38º. Увеличение g_e∑ по сравнению с полученным при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет 3 г/(кВт·ч). При установочном угле впрыскивания метанола Θ_м = 30^о минимальное значение составляет g_e∑ = 508 г/(кВт·ч) и достигается при впрыскивании ДТ Θ_дт = 34º. Увеличение g_e∑ полученного при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет 6 г/(кВт·ч). При установочном угле впрыскивания метанола Θ_м = 26º минимальное значение g_e∑ = 524 г/кВт·ч и достигается при впрыскивания ДТ при Θ_дт = 34º. Увеличение g_e∑ по сравнению с полученным при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет 22 г/(кВт·ч), или 4,2 %. При установочном угле впрыскивания метанола Θ_м = 22º минимальное значение g_e∑ = 551 г/кВт·ч и достигается при впрыскивании ДТ при Θ_дт = 38º. Увеличение g_e∑ по сравнению с полученным при оптимальных значениях углов (Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º) составляет 49 г/(кВт·ч), или 8,9 %.

Таким образом, при более позднем впрыскивании метанола (при уменьшении Θ_м) или при более раннем показатели экономичности ухудшаются. Причиной является нарушение процесса сгорания.

Поэтому величины углов впрыскивания топлива Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º были приняты за оптимальные, и все дальнейшие исследования проводились при этих значениях углов.

Литература:

1.         Лиханов В. А., Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2007. — 129 с.

2.         Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Анфилатов А. А., Глухов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография / Под общ. ред. В. А. Лиханова. — Киров: Вятская ГСХА, 2009. — 334 с.

3.         Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Полевщиков А. С., Долгих М. А., Верстаков С. А. Эффективные и экологические показатели дизеля с двойной системой топливоподачи. Тракторы и сельхозмашины, 2011. — № 10, с.8–10.

4.         Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. Н. Чувашев, А. А. Глухов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2007. — № 3. — С. 8–11.

5.         Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. Н. Чувашев, А. А. Глухов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2007. — № 4. — С. 10–13.

6.         Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербург, 2007. — 18 с.

7.         Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2007. — 167 с.