В соответствии с методикой стендовых испытаний нами были проведены испытания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 по исследованию влияния применения природного газа на показатели процесса сгорания при различных значениях установочного УОВТ. Необходимо отметить, что заводом-изготовителем для двигателя установлен оптимальный установочный УОВТ равный 11о п. к.в.
Показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения значения установочного УОВТ при номинальной частоте вращения n = 2400 мин-1 и нагрузке ре = 0,84 МПа представлены на рис.1,а.
На основании анализа полученных данных можно сделать следующие выводы. При изменении значения установочного УОВТ с 5 до 17о п. к.в. при работе по дизельному процессу максимальная температура Tmax цикла возрастает с 1730 до 2250 К, т. е. на 30,1 %. При этом максимальное давление рz max цикла возрастает от 9,2 до 11,8 МПа, т. е. на 28,3 %. Соответственно возрастает и максимальная скорость нарастания давления (dp/dφ)max в цилиндре. Если при Θвпр = 5о п. к.в. (dp/dφ)max = 0,65 МПа/градус, то при Θвпр = 17о п. к.в. (dp/dφ)max составляет уже 1,25 МПа/градус, т. е. возрастает в 1,9 раза. Угол φi, соответствующий ПЗВ, при этом снижается с 16 до 14 градусов, т. е. на 12,5 %.
При работе по газодизельному процессу показатели процесса сгорания рассматривались нами при изменении Θвпр от 5 до 14о п. к.в. При больших значениях Θвпр недопустимо возрастает (dp/dφ)max, что делает работу двигателя невозможной. При изменении Θвпр от 5 до 14о п. к.в. максимальная температура Tmax цикла возрастает с 2270 до 2600 К, т. е. на 14,5 %, рz max возрастает от 9,8 до 12,0 МПа, т. е. на 22,4 %, (dp/dφ)max возрастает с 0,76 до 1,12 МПа/градус, т. е. в 1,5 раза. При этом угол φi снижается с 19 до 14 градусов, т. е. на 26,3 %.
Заводом-изготовителем установлено, что максимальная жесткость процесса сгорания не должна превышать 0,95 МПа/градус. Таким образом, установочный УОВТ 11о п. к.в. является оптимальным для дизельного и газодизельного процессов при частоте вращения n = 2400 мин-1. При этом значении установочного УОВТ максимальная жесткость процесса сгорания при работе по газодизельному процессу составляет 0,9 МПа/градус, что находится в допустимых пределах для данного двигателя.
а
б
Рис. 1. Изменение показателей процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ: а — n = 2400 мин-1; б — n = 1900 мин-1; 
— дизельный процесс; — - — - — - газодизельный процесс
При переходе с дизельного на газодизельный процесс при значении установочного УОВТ Θвпр = 11о п. к.в. и n = 2400 мин-1, при ре = 0,84 МПа максимальная температура Tmax цикла возрастает с 2100 до 2500 К (на 19 %), максимальное давление рz max газов в цилиндре повышается с 10,2 до 11,2 МПа, т. е. рост составляет 9,8 %, максимальная жесткость (dp/dφ)max процесса сгорания при этом возрастает с 0,8 до 0,9 МПа/градус (на 12,5 %), угол φi, соответствующий ПЗВ возрастает с 15 до 17 градусов (на 13,3 %).
Такое изменение показателей процесса сгорания связано с тем, что природный газ имеет более высокую теплоту сгорания, чем ДТ, а также более высокую скорость сгорания в связи с тем, что в цилиндре газодизеля сгорает более гомогенная смесь, чем при сжигании ДТ.
На рис. 1,б представлены показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при частоте вращения n = 1900 мин-1 и ре = 0,92 МПа для дизельного процесса и ре = 0,84 МПа для газодизельного, соответствующей режиму максимального крутящего момента при работе на ДТ и при работе на природном газе.
На основании анализа полученных данных можно сделать следующие выводы. При изменении значения установочного УОВТ с 5 до 17о п. к.в. при работе по дизельному процессу максимальная температура Tmax цикла возрастает с 1880 до 2360 К, т. е. на 25,5 %. При этом максимальное давление рz max газов в цилиндре возрастает от 9,4 до 12,1 МПа, т. е. на 28,7 %. Соответственно возрастает и (dp/dφ)max. Если при Θвпр = 5о п. к.в. значение (dp/dφ)max = 0,59 МПа/градус, то при Θвпр = 17о п. к.в. значение (dp/dφ)max равняется уже 1,2 МПа/градус, т. е. возрастает в 2,03 раза. Угол φi, соответствующий ПЗВ при этом снижается с 16 до 14 градусов, т. е. на 12,5 %.
При работе по газодизельному процессу показатели процесса сгорания рассматривались нами при изменении Θвпр от 5 до 14о п. к.в. При больших значениях Θвпр (dp/dφ)max превышает допустимые значения, что делает работу двигателя невозможной. При изменении значения Θвпр от 5 до 14о п. к.в. максимальная температура Tmax цикла возрастает с 2090 до 2690 К, т. е. на 28,7 %, рz max возрастает от 9,9 до 12,2 МПа, т. е. на 23,2 %, (dp/dφ)max возрастает с 0,7 до 1,2 МПа/градус, т. е. на 71,4 %. При этом угол φi снижается с 20 до 15 градусов, т. е. на 25 %.
Таким образом, исходя из полученных результатов, нами в качестве установочного УОВТ для работы по дизельному и газодизельному процессам на режиме максимального крутящего момента при n = 1900 мин-1 был выбран установочный Θвпр = 11о п. к.в. При этом значении установочного УОВТ при переходе с дизельного на газодизельный процесс максимальная температура Tmax цикла возрастает с 1960 до 2350 К, т. е. на 19,9 %, максимальное давление рz max цикла возрастает от 10,8 до 11,5 МПа, т. е. на 6,5 %, (dp/dφ)max возрастает с 0,82 до 0,95 МПа/градус, т. е. на 15,9 %, угол φi возрастает с 15 до 16 градусов, т. е. на 6,7 %.
То есть сжигание в цилиндре дизеля с турбонаддувом природного газа позволяет повысить теплотворную способность топлива и скорость сгорания топливовоздушной смеси, а следовательно и максимальную температуру Tmax цикла и максимальное давление рz max газов в цилиндре. Однако, с другой стороны, это приводит к возрастанию жесткости процесса сгорания и нагрузки на детали ЦПГ. Поэтому установка более раннего УОВТ не рекомендуется из-за чрезмерно жесткой работы двигателя. Установка более позднего по сравнению с оптимальным УОВТ приводит к смещению процесса сгорания вправо от ВМТ и дефорсированию двигателя.
Литература:
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Скрябин М. Л. Исследование мощностных и экономических показателей газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 59–62.
5. Скрябин М. Л. Влияние угла опережения впрыскивания топлива на экологические показатели газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 62–65.
6. Анфилатов А. А. Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 226–229.
7. Анфилатов А. А. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 229–232.
8. Анфилатов А. А. Изменение экономических показателей дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 238–241.
9. 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.
10. 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. -167с.
11. Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.
12. Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 98–101.
13. Лиханов В. А., Россохин А. В. Особенности теплообмена излучением в цилиндре дизелей при работе на газомоторном топливе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10–1. с. 14–17.
14. Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11–12. с. 3–10.
15. Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2006.
16. Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2006.
17. Лиханов В. А., Лопарев А. А., Рудаков Л. В., Россохин А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 12. с. 15–19.
18. Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.
