Газодизель, его основные показатели

№97-1,

технические науки

В данной статье рассмотрены проблемы загрязнения экологии путем выброса с выхлопом автомобиля, работающем на топливе нефтяного происхождения, вредных веществ, в частности, дизельным двигателем. Представлены пути уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами дизельного двигателя путем перевода его работы на газодизельный цикл. Рассмотрены варианты перевода на газодизельный цикл, основные методы повышения его параметров и индикаторные диаграммы при различных нагрузках газодизеля, характеризующихся различным количеством подаваемого газа при одинаковой цикловой подаче дизельного топлива.

Похожие материалы

Проблема загрязнения экологии путем выброса с выхлопом автомобиля, работающем на топливе нефтяного происхождения, вредных веществ и уменьшение с каждым годом нефтяных запасов, а в следствие этого увеличения цен на топливо, заставляет задуматься о переходе автомобилей на альтернативное топливо, которое менее вредит экологии и стоимость которого дешевле топлива нефтяного происхождения.

На дизельный двигатель, для работы по газожидкостному циклу, устанавливают систему питания газом, газобаллонное оборудование и перестраивают механизм управления подачей дизельного топлива. Высокую экономичность газодизеля обеспечивает степень сжатия, которая остается без изменения. Остается возможность работы двигателя в дизельном режиме, что имеет важное значение в случае нестабильности поставок газового топлива.

Данный способ является наиболее рациональным и экономически целесообразным вариантом для работы дизеля на смеси дизельного топлива и метана, что связано еще с малоразвитой сетью АГНКС, дороговизной перестройки и невозможностью работы дизельного двигателя на дизельном топливе при конвертации под газовый цикл, в следствии уменьшения степени сжатия, при которой невозможно воспламенение дизельного топлива.

В значительной мере их внедрению способствует также простота их унификации с жидкотопливными двигателями. Высокие качества газа как моторного топлива обеспечивают повышение некоторых важных эксплуатационных показателей двигателей при переводе их на газ. Газодизели просты по устройству, надёжны в работе и долговечны.

При применении в двигателях газообразных топлив:

  • снижается износ кривошипно-шатунного механизма (КШМ),
  • уменьшается расход смазочного масла и требование к нему;
  • уменьшается шумность работы (на 3-5 Дб);
  • увеличивается интервал смены моторного масла и срок службы двигателя.
  • уменьшается выброс твердых частиц, а суммарный выброс вредных веществ у газодизелей на 25% меньше, чем у дизеля;
сравнительная характеристика экологических показателей моторных топлив
Рисунок 1. сравнительная характеристика экологических показателей моторных топлив

Расход запального дизельного топлива является одним из основных показателей газодизельного двигателя. Оптимальная подача и способ ее изменения зависит от режима эксплуатации, конструктивной особенности двигателя и применяемой топливной аппаратуры.

Возможные варианты применения топливной аппаратуры при создании газодизельных модификаций:

  1. Использовать серийную дизельную топливную аппаратуру и внести в нее конструктивные изменения, которые сохранят максимальную подачу для получения максимальной мощности на дизельном процессе и обеспечат максимально допустимое уменьшение дозы запального дизельного топлива .
  2. Применять специальную топливную аппаратуру, рассчитанную на малые подачи запального дизельного топлива.

Основные условия, в независимости от схемы изменения подачи запального топлива:

  1. Равномерность работы цилиндров на номинальном режиме, определяемая работой топливной аппаратуры и цикловой подачей, должна быть как и у базового дизельного двигателя.
  2. Число оборотов холостого хода (максимальное и минимальное) должны быть как и у базового дизельного двигателя. Так же приемистость и степень неравномерности должны сохраняться такими же как и у дизельного двигателя.

При работе по газодизельному процессу, необходимо не усложнять схему управления двигателя .

Вариант работы газодизеля с серийной дизельной топливной аппаратурой может быть использован при переводе на газодизельный процесс выпущенных двигателей непосредственно на местах эксплуатации.

В этом случае в газодизельном двигателе минимальная цикловая подача, обеспечивающая необходимую равномерность работы цилиндров при полной нагрузке, примерно соответствует подаче холостого хода (при том же числе оборотов) на дизельном процессе, т. е. около 25%.. На номинальном режиме работы, сокращение расхода составит 75%. При этом схема регулирования газодизеля максимально упрощается: рейка топливного насоса устанавливается в неподвижное положение, отсоединяется от регулятора, а регулятор числа оборотов соединяется с органами подачи газа.

Основным методом повышения параметров газодизельного двигателя, является усовершенствование регулирования топливоподачи. Для регулирования топливоподачи на тракторных дизелях, работающих по газодизельному циклу, имеются запатентованные устройства, имеющие низкую стоимость изготовления и простоту конструкции и наладочно-регулировочных операций. Они улучшают: точность коррекции запальной дозы дизельного топлива, тем самым снижая его среднеэксплуатационный расход, устойчивость работы газодизеля в диапазоне частот вращения коленчатого вала менее 1400 об/мин, повышают эффективность рабочего процесса сгорания газодизельного топлива, за счет чего происходит повышение его эффективного к.п.д. Отличаются они по конструкции и методами воздействия на механизмы регулирования топливоподачи. Данными устройствами, улучшающими регулирование топливоподачи на газодизеле, являются: корректор подачи дизельного топлива газодизеля (№ патента: 20071490); система регулирования топливоподачи газодизелей, работающих на двух видах топлива (№ патента: 2589577).

Ниже приведены индикаторные диаграммы при различных нагрузках, характеризующихся различным количеством подаваемого газа при одинаковой цикловой подаче дизельного топлива. При этом изменялось и давление наддува вследствие изменения параметров отработавших газов и увеличения частоты вращения турбокомпрессора.

На диаграммах с очевидностью проявляется разделение процесса сгорания на два этапа. Первый — от точки А до точки В — состоит в быстром нарастании давления, второй — в значительно замедленном росте давления вплоть до достижения максимального значения.

Индикаторные диаграммы газожидкостного процесса: давление топливного газа (избыточное), МПа: 1 — 0,025; 2 — 0,030; 3 — 0,035; 4 — 0,040; 5 — 0,045; 6 — 0,050: 7 — 0,055; давление наддува (избыточное), МПа: 1 — 0,024; 2 — 0,025; 3 — 0,0265; 4 — 0,027; 5 — 0,0295; 6 — 0,030: 7 — 0,0305; 1,11 — фазы сгорания.
Рисунок 2. Индикаторные диаграммы газожидкостного процесса: давление топливного газа (избыточное), МПа: 1 — 0,025; 2 — 0,030; 3 — 0,035; 4 — 0,040; 5 — 0,045; 6 — 0,050: 7 — 0,055; давление наддува (избыточное), МПа: 1 — 0,024; 2 — 0,025; 3 — 0,0265; 4 — 0,027; 5 — 0,0295; 6 — 0,030: 7 — 0,0305; 1,11 — фазы сгорания.

Сгорание продолжается и после достижения максимального давления, так как величина произведения давления на объем камеры сжатия продолжает возрастать. Сгорание затягивается и за максимум этого произведения, о чем свидетельствует рост активного тепловыделения. Следует отметить, что скорость увеличения давления на втором этапе зависит от нагрузки, т.е. состава смеси. Поскольку этот эффект наблюдается вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), когда скорость изменения объема в цилиндре невелика и для всех случаев одинакова, изменение скорости повышения давления при переходе от одной нагрузки к другой свидетельствует об изменении скорости сгорания на этом этапе.

Отмеченные особенности позволяют объяснить двухэтапность процесса сгорания. На первом этапе смесь сгорает в объеме, "очерченном" факелом дизельного топлива. В этом объеме вследствие испарения, впрыснутого дизельного топлива, образуется зона легковоспламеняющейся и обогащенной топливовоздушной смеси. Легкая воспламеняемость определяется присутствием фракций дизельного топлива, а обогащенность — суммированием газового и жидкого топлив. Поэтому топливный факел в газодизельном процессе существенно отличается от факела дизельного процесса значительно большей суммарной теплотой сгорания воспламеняющегося объема смеси при одинаковом количестве впрыснутого дизельного топлива. Одновременное воспламенение большого объема смеси с высокой теплотой сгорания является в конечном счете причиной жесткой работы.

После воспламенения и сгорания объема смеси, "очерченного" факелом, горение распространяется на основную часть смеси, характеризующуюся значительно более бедным составом и, следовательно, медленным сгоранием. Это и есть второй этап горения смеси в двигателе.

Следует отметить, что при очень бедных газовоздушных смесях (малые нагрузки) второй этап может отсутствовать. Это будет происходить тогда, когда концентрация горючего газа в смеси окажется ниже нижнего предела воспламенения. Тем не менее, будет иметь место прирост мощности за счет добавки газового топлива по отношению к работе на дизельном топливе при той же цикловой подаче. Источником прироста мощности в этом случае будет сгорание газа в зоне, "очерченной" факелом.

Список литературы

  1. И.А. Куликов, Е.В. Яблоков, А.А. Бердников, С.Н. Казанцев дизель, работающий по газодизельному циклу / URL https:// elibrary.ru/download/elibrary_21813920_30110146.pdf/ (дата обращения: 22.12.2017).
  2. Лопатин О.П. эффективные регулировочные характеристики газодизеля/ URL https:// elibrary.ru/download/elibrary/ Год: 2015 Страницы: 37-39