Необходимый эффект от рециркуляции отработавших газов (РОГ) достигается благодаря повышению теплоемкости смеси ОГ и воздушного заряда, что приводит к снижению максимальных температур; уменьшению концентрации кислорода в смеси, что обусловливает снижение скорости окисления азота (рис. 1) [1–5].
Рис. 1. Способы организации рециркуляции ОГ и ее влияния на показатели рабочего процесса и дизеля: а – на скорость тепловыделения HR в камере сгорания; б – на изменение оксида азота в ОГ в случае обогащения воздушного заряда кислородом (3) или азотом (2), 1 - исходный уровень эмиссии оксидов азота; в – на экономические и экологические показатели дизелей; г – на содержание диоксида азота в зависимости от степени рециркуляции
Изменение концентрации кислорода в смеси и теплоемкости смеси возможно различными методами: организацией внутренней рециркуляции (увеличение перекрытия впускных и выпускных клапанов); увеличения коэффициента остаточных газов (снижение степени сжатия); традиционной рециркуляцией, обогащением воздушного заряда азотом.
Для дизелей с турбонаддувом возможно применение двyx различных схем системы рециркуляции: с отбором ОГ после турбины и подводом рециркулируемых газов во впускной коллектор перед компрессором; с отбором ОГ перед турбиной и подводом во впускной коллектор после компрессора [6, 7]. В последнем случае подвод рециркулируемых газов возможен либо перед охладителем наддувочного воздуха, либо после него. При этом отводимые из выпускного коллектоpa ОГ могут пропускаться через противосажевый фильтр. Преимущество первой cxeмы по сравнению со схемой отбора рециркулируемых газов перед турбиной заключается в более низкой (на 100...150°С при полной нагрузке) температуре рециркулируемых газов (значение которой может достигать 700...750°С при полной нагрузке), что приведет к меньшему подогреву воздушного заряда. Применение противосажевого фильтра при этом желательно, так как снижается загрязнение частицами сажи воздушного заряда, элементов впускного тракта (коллектор, каналы головки, клапаны и особенно охладитель наддувочного воздуха), а также масла, в которое частицы могут попадать через камеру сгорания. Подвод рециркулируемых газов перед компрессором позволяет дополнительно их охлаждать за счет перемешивания со свежим воздухом, что особенно важно для двигателя с турбонаддувом, где температура воздушного заряда после компрессора может достигать 110...170°С [8–11].
Реальный коэффициент рециркуляции находится на уровне ρ = 0,08...0,12. Увеличение замещения воздушного заряда рециркулируемыми газами свыше указанного уровня приводит к pocтy эмиссии продуктов неполного сгорания и дымности ОГ, падению мощности и ухудшению топливной экономичности [12–15].
Еще один момент следует отразить в случае применения системы РОГ. Традиционно перепуск ОГ осуществляют при нaгрузках не более 75 % от полных по внешней скоростной характеристике. Причина — в резком увеличении выброса продуктов неполного сгорания не более высоких нагрузках, поскольку коэффициент избытка воздуха и без применения рециркуляции невысок. Однако здесь следует обратить внимание на методику подсчета выбросов вредных веществ с ОГ. Согласно Правилам ЕЭК OOHN249–02, наибольшие значения коэффициента весомости режимов именно на номинальном режиме и режиме максимального крутящего момента: 0,25 и 0,1 соответственно. В итоге, долевой вклад этих двух режимов в значение удельного выброса вредных веществ может достигать 65...75 % для оксидов азота, 70...75 % для оксида углерода и около 50 % для углеводородов. Таким образом, даже небольшое влияние на содержание вредных веществ в ОГ на первых двух режимах может при расчете дать основной вклад [16–20].
Литература:
1. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.
2. Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров, 2008. — 156 с.
3. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.
4. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.
5. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.
6. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.
7. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 151–154.
8. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 142–145.
9. Анфилатов А. А. Исследование токсичности на скоростном режиме дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 47–50.
10. Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11. С. 235–238.
11. Анфилатов А. А. Влияние применения метанола на содержание оксидов азота в дизеле при изменении установочных УОВТ // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 123–125.
12. Анфилатов А. А. Эффективные показатели дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле в зависимости от частоты вращения // Потенциал современной науки. 2015. № 5 (13). С. 29–32.
13. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на номинальной частоте вращения в зависимости от установочного угла опережения впрыскивания топлива // Молодежная наука 2014: технологии, инновации. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. С. 101–104.
14. Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 6. С. 19–21.
15. Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение токсических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 7. С. 6–7.
16. Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.
17. Скрябин М. Л. Особенности горения капли дизельного топлива в турбулентном потоке метано-воздушной смеси в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 56–59.
18. Скрябин М. Л. Разработка программы стендовых исследований газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 53–55.
19. Скрябин М. Л. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 433–436.
20. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на общую токсичность дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 323–326.
