Показатели процессов сгорания и сажеобразования в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ в завмсимости от угла поворота коленчатого вала

На рис. 1, а представлено изменение показателей сажесодержания и процесса сгорания в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала на номинальном режиме работы (n =1800 мин^-1, р_е = 0,585 МПа).

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φ_{Cmax дт расч} = 12º п. к.в. после ВМТ. С_{max дт расч.} имеет значение 4,2 г/м³, а r_{max дт расч.}= 2,95 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до С_{вых дт расч.}= 0,471 г/м³ и r_{вых дт расч.} =0,287 г/кг.

При работе дизеля на метаноле с ДСТ массовая и относительная концентрации достигают своего максимального значения через φ_{Cmax м расч} = 10º п. к.в. после ВМТ. С_{maxм расч.} имеет значение 0,356 г/м³, а r_{max м расч.} =0,235 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до С_{вых м расч.} = 0,028 г/м³ и r_{вых м расч.} = 0,019 г/кг (φ_Cвых=140,0 º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 93,0 %.

Максимальная осредненная температура цикла Т_zmax при работе дизеля на ДТ составляет 1920 К и наблюдается при угле φ_Tzmax = 18,5º п. к.в. после ВМТ, при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Т_zmax = 1960 К достигается при угле φ_Tzmax =21º п. к.в. после ВМТ.

Максимальное значение давления сгорания увеличивается с р_z = 6,97 МПа при работе на ДТ до р_z = 7,09 МПа при работе на метаноле с ДСТ. При этом следует отметить, что процесс сгорания при работе дизеля на метаноле с ДСТ несколько сдвигается на линию расширения. Максимальное значение давления сгорания при работе на ДТ достигается при значении угла φ_{Pz max} = 7,0^° п.к.в. после ВМТ. При работе на метаноле с ДСТ максимальное значение давления сгорания достигается при значении угла φ_{Pz max} = 10,1^° п.к.в. после ВМТ.

Результирующее сажесодержание складывается из трех этапов процесса сажеобразования.

На первом этапе идет интенсивное возрастание массовой концентрации в цилиндре дизеля, поскольку образование сажи происходит в ядре струи запального ДТ в результате термического и окислительного пиролиза топлива в условиях окислителя. Поэтому можно предположить, что на первом этапе основное влияние на результирующее сажесодержание оказывает запальная порция ДТ. На данном этапе преобладающим механизмом образования является НТФМ. Отсутствие окислителя и низкая температура приводят к тому, что процессы окисления сажи идут медленнее, чем процессы образования сажи.

На втором этапе процесса сажеобразования температура достигает своего максимального значения, общий коэффициент избытка воздуха увеличивается из-за того, что молекула метанола содержит 50 % кислорода.

Эти условия приводят к тому, что процесс выгорания частиц сажи начинает преобладать над процессом образования частиц сажи.

На третьем этапе процесс выгорания преобладает над процессом сажеобразования, поскольку сгорание основного заряда уже завершилось и происходит лишь догорание локальных объемов смеси и частиц сажи. Процесс выгорания длится до открытия выпускного клапана, и содержание сажи снижается до значения, определяющего дымность ОГ.

На рис. 1, б представлено изменение показателей сажесодержания и процесса сгорания в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала на режиме максимального крутящего момента (n = 1400 мин^-1, р_е= 0,594 МПа).

При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φ_{Cmax дт расч} = 13,6º п. к.в. после ВМТ. С_{max дт расч.} имеет значение 2,2 г/м³, а r_{max дт расч.} = 1,50 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до С_{вых дт расч.} = 0,260 г/м³ и r_{вых дт расч.} = 0,180 г/кг (φ_{C вых}=140,0 º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 88,2 %.

При работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ Θ_ДТ= 34º и метанола Θ_М = 34º массовая и относительная концентрации достигают своего максимального значения через φ_{Cmax м расч} = 3,0º п. к.в. после ВМТ. С_{max м расч.} имеет значение 0,307 г/м³, а r_{max м расч.} = 0,213 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до С_{вых м расч.}= 0,018 г/м³ и r_{вых м расч.}= 0,012 г/кг (φ_Cвых= 140,0º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 93,0 %.

а)

б)

Рис. 1. Влияние применения метанола на показатели сажесодержания и процесса сгорания дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ при Θ_ДТ = 34º и Θ_М = 34º в зависимости от угла поворота коленчатого вала: а) при n = 1800 мин^-1; б) при n = 1400 мин^-1; ¾¾¾ — дизельный процесс; ― ― ― метанол с запальным ДТ

Максимальная осредненная температура цикла Т_zmax при работе дизеля на ДТ составляет 1850 К и наблюдается при угле φ_Tzmax =16,0º п. к.в. после ВМТ, при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Т_zmax =1900 К достигается при угле φ_Tzmax = 18º п. к.в. после ВМТ.

Максимальное значение давления сгорания увеличивается с р_z = 7,03 МПа при работе на ДТ до р_z = 7,42 МПа при работе на метаноле с ДСТ. Максимальное значение давления сгорания при работе на ДТ достигается при значении угла φ_{Pz max} = 6,0^° п.к.в. после ВМТ. При работе на метаноле с ДСТ максимальное значение давления сгорания достигается при значении угла φ_{Pz max} = 7,8^° п.к.в. после ВМТ.

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. Теоретические расчеты содержания оксидов азота в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 232–235.

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.