Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Улучшение экологических качеств дизеля с разделенной камерой сгорания воздействием на кинетические параметры процесса сгорания топлива в его рабочих полостях

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Улучшение экологических качеств дизеля с разделенной камерой сгорания воздействием на кинетические параметры процесса сгорания топлива в его рабочих полостях"

Г; ••" " На правах рукописи

1 '

ХАЛЕД <ШЕД САЛИМ ОВКИС

УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ДИЗЕЛЯ С РАЗДЕЛЕННОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ЕГО РАБОЧИХ ПОЛОСТЯХ

И.00.II - охрана окружавдей среди п рациональное!

использование природных ресурсов 05.04.02 - тепловые двигатели

АВГОРВОЕРАТ

диссертации на сояскание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре комбинированных двигателей внутреннего сгора1шя Российского Ушшэрситета дружбы народов.

Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент В.М.Фошш

Научный консультант : кандидат технических наук, доцент В.И.Тагасов

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

профессор И.Л.Варшавский, кандидат технических наук Е.Г.Поиоиарев.

Ведущая орга1шзация : Научно-исследовательский тракторный институт (НАТИ).

Защита диссертации состоится "1§"_нояоря____1996__г.

в "1500" часов на заседании диссертационного совета К 053.22.26 в Российском Университете дружбы народов по адресу: 117302, Москва, ул. Ордакшикидзе, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке • Российского Университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.1?.

Автореферат разослан "/В " октября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

В.Н.Чистохвалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Охрана окружающей среда и в том числе атмосферного воздуха является одной из самих актуальных проолем современности. Доля загрязняющих веществ, выделяемых двигателями внутреннего сгорания, в общем загрязнении атмосферы промышленными выбросами велика и в ряде регионов составляет более 80,?, из которых на долю дизвлой приходится более половины.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментального и теоретического материала по методам очистки отработавших газов (ОГ), что позволило разработать различные конструкции систем нейтрализации и очистки. Однако, эти'системы в большинстве своем не обладают достаточной эксплуатационной надежностью, имеют высокую стоимость и , главное, оказывают негативное влияние на характер протекания внутрицилиндровых процессов, что сопряжено с ухудшением эффективных показателей двигателей.

Среди современных наиболее эффективных способов снижения дымности и токсичности ОГ дизелей особое место принадлежит физико-химическим способам воздействия на процессы, протекающие в цилиндре двигателя. Из химически активных средств воздействия на рабочие процессы дизолей наиболее известны антидымные присадки. Однако, до настояадго времени недостаточно изучен механизм действия присадок на Кинетику предпламешшх процессов, воспламенения, сгорания топливно-воздушных смесей и процессы образования токсических веществ. Практически- отсутствуют данные по использованию присадок к топливу для снижения выхода оксидов азота с продуктами сгорания. .

Дизели с разделенными камерами сгорания (КС) по сравнению с другими типами дизелей отличаются улучшенными санитарно-гигиеническими качествами и находят применение на малотоксичном транспорте и установках, работающих в условиях ограниченного воздухообмена.

Большое количество дизелей подобного типа применяется и в • Иордании: портативные энергетические блоки, сельскохозяйственные машины и оборудование, силовые установки легковых автомобилей и т.д.

К сожалению, дизели с разделенными 'камерами сгорания по сравнению с другими типами дизелей обладают пониженной экономичностью и большинство мероприятий"по улучшению их экологических качеств, как правило сопряжено с усугублением этого недостатка.

Эффективность решения этой сложной проблемы зависит от воз-

I

мощности совершенствования рабочего цикла двухкамерного дизеля, в частности, от рационального изменения интенсивности и характера выделения и использования теплоты, выделяющейся в его рабочих полостях. Теоретической основой при разработке метода организации малотоксичного рабочего процесса дизеля с разделенной КС служит взаимосвязь меязду параметрами, характеризующими термодинамическую эффективность его цикла с одной стороны и факторами, определяющими физико-химические условия образования токсических продуктов и сажи, с другой стороны. Разработка такого метода назрела в связи с" постоянным ужесточением нормативов по экологическим показателям дизелей и стала возможной благодаря успехам в познании и математическом моделировании внутрицилиндровых процессов, достигнутым усилиями ряда русских и зарубешшх научных школ.

Целью работы является улучшение экологических и топливно-экономических показателей дизеля с разделенной камерой КС с использованием средств физико-химического воздействия на кинетические параметры тепловыделения в его рабочих полостях.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика определения влияния характера выгорания топлива разделошшх полостях вихрекамерного дизеля на его экологические и топливно-экономические качества.

2. Проведен выбор и исследование многофункциональных химически активных средств для . рационального управления процессами тепловыделения в рабочих полостях вихрекамерного дизеля.

3. Разработаны рекомендации по организации рабочего процесса вихрекамерного дизеля о улучшенными экологическими и тошшвно-экономическими показателями.

Метода исследования. При выполнении работы применялись методы математического моделирования процессов и экспериментальных исследований. Эксперименты проводились в лаборатории рабочих, процессов ДВС кафедры комбинированных двигателей внутреннего сгорания на топливном стенде типа СДТА-1 и на моторном стенде с дизелем типа 14 8,5/11. Для измерения и регистрации параметров и показателей рабочего процесса дизеля применялось стандартное оборудование и аналого-цифровой комплекс для индицирования двигателя, обработки индикаторных диаграмм и данных эксперимента. Корректность метода математического моделироваия подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов моделирования и эксперимента, а также обусловлена четкой идентификацией математической модели. Достоверность опытных данных обеспечивалась точностью использованной аппаратуры и достаточным объемом экспериментов. 2

Практическая ценность рабсты. Разработанные в работе общие научно-методические принципы организации рабочего процесса двухкамерного дизеля могут слушть основой для практической разработки малотоксичной модифжации двигателя при решении конкретных инже-. первых задач. Рекомендованы для практического применения в дизелях с разделенными КС двухкомпонентные • композиции химически активных соединений, использование которых позволяет улучшить их экологические и топливно-экономические параметры без изменения базовой конструкции двигателя и его систем. Разработаны рекомендации по рациональной организации рабочего процесса двухкамерного дизеля, обеспечивающей снижения в-ОГ оксидов азота- на 20...3CW, сажи на 30...35Я и уменьшение расхода топлива на А%.

Реализация работы. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры комбинированных ЛВС РУДН при подготовке стажеров и аспирантов. •

Апробация работы. Основные положения диссертации, долодены -и обсуждены Hà научно-технической конференции профессорско-препо-. давательского состава ■ РУДН в 1995 г. и на v научно-практическом семинаре "Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС" в 1995 г. (г. Владимир),

Публикации. Результаты работы изложены в двух статьях. Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, выводов,' списка литературы из 186 наименований. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включая 21 рисунок и 7 таблиц.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность проблемы и выбранного направления исследования, формулируется его цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации проведен анализ публикаций, пос-.вященных изучению исследований средств и методов улучшения экологических качеств дизелей.Проанализировано влияние различных факторов на экологические характеристики' дизелей. Делается вывод, что наиболее радикальным . методом улучшения санитарно-гигиёнических качеств дизелей является метод воздействия на рабочие процессы,, протекающие в рабочем пространстве двигателя. Разработкой и исследованием, такого метода занимались ученые' Д.Н. Вырубов, И.Л.Варшавский, H.H. Патрахальцев, ¿.Г.- Пономарев, А.Н. Войнов, В.В. Эфрос, Г.Вошни и другие.

. Наиболее сложной проблемой в дизелестроении является проб-

лома снижения выбросов оксидов азота ори условии сохранения (повышения) топливной экономичности двигателя. Опыт показывает, что стремление к повышению термодинамической эффективности рабочего цикла дизоля и улучшению его топливной экономичности на основе использования известных методов воздействия на рабочий процесс, как правило, сопровождается увеличением выбросов ыох с ОГ. В связи с этим обосновывается целесообразность поиска новых решений этой противоречивой проблемы и разработки нетрадиционных подходов к ее решению.

Проанализированы возможности снижения токсичности и дымности ОГ дизелей за счет применения физико-химических средств, оказывающих роздействие на процессы рабочего цикла дизоля, определяющие ого экологические качества. Подобный способ воздействия на рабочий процесс дизоля является наиболее простым и доступным для стран, не имеющих собственной двигателесроитольной промышленности, в частности, для Иордании, а наличие большого парка транспортных и стационарных средств с относительно высоким износом двигателей в этих странах практически исключает возможность применения более дорогих антитоксичных средств.

Наиболее известными и широко применяемыми в мировой практике эксплуатации дизелей является химические .соединения для снижения содержания в ОГ саки (антидымные присадки). Однако до настоящего времени но существуют химичаски активные средства, позволяющие снизить выбросы с ОГ оксидов азота. Учитывая термическую природу окисления азота в дизеле, наиболее эффективным средством для снижения активности образования Шх является уменьшение уровня максимальных томператур зон, где осуществляется наиболее интенсивное окисление азота. Решение этой проблемы на основе применения активных химических соединений требует своего дальнейшего развития, особенно применительно к двухкамерным дизелям. Рабочий цикл в этих двигателях обусловлен взаимосвязанными процессами, протекающими в двух разделенных пространствах, которые различны по интенсивности сгорания и воздействию на показатели рабочего цикла. Различны и условия образования токсических веществ в отдельных полостях этих двигателей. Эти проблемы, по существу, остаются до конца малоизученными, что связано главным образом с трудностями .определения кинетических параметров, характеризующих интенсивность и длительность процессов сгорания, и температуры рабочего тела в разделенных полостях двигателя на определенных стадиях рабочего цикла дизеля.

На основании проведенного анализа определены основные задачи

исследования:

1. Исследовать и рекомендовать для использования в .промышленности метод улучшения экологических качеств дизеля с раеделен-HOft КС без снижения его энергетических и экономических показателей.

2. Разработать методику исследования процессов выгорания тошпша ¡3 рабочих полостях двухкамерного дизел: на основе метода математического моделирования.

. 3. Теоретичесют обосновать и сформулировать общие научно-методические принцип! выбора многофункциональных средств физико- • химического воздействия на кинетические параметры процессов выгорания топлива в полостях двухкамерного дизеля с целью улучшения ого экологических характеристик.

4. Исследовать и рекомендовать для использования в двигателях наиболее' эффективные химически активные соединения для улучшения его эколого-экономических показателей.

5. Разработать рекомендации по рациональной организации рабочего процесса влхреквмериого дизеля в условиях его эксплуатации, обеспечивающие снижение выбросов с ОГ вредных веществ, при сохранении (улучшении) топливной экономичности.

Do второй главе диссертации изложена методика исследования влияния характеристик выгорания топлива в рабочих полостях двухкамерного дизеля на его эколого-экономические показатели. '

Раздолонио процесса сгорания" топлива па две стадии, каждая из которых осуществляется в отделеной полости при постоянном взаимном обмене между ними массой и теплотой, приводит к скикению термодинамической эффективности рабочего цикла дизеля с разделенной КС по сравнению с дизелями с. непосредственным впрыском топлива. На -осуществление рабочего цикла двухкамерного дизеля требуется дополнительная затрата энергии на перетекание рабочего тела из одной полости в другуи. Для этого дизеля характерны более высокие тепловые потер«,.связанные с теплообменом в полости вспомогательной КС и с повышенной длительностью процесса сгорания.

Очевидно, что характер тепло-массообмена в рабочих полостях двухкамерного, дизеля в значительной степени определяет не только его экономичеcraie показатели, но й экологические. Для исследования этих процессов была разработана расчетно-экспериментальная методика, содержащая ряд логически взаимосвязанных операций (этапов), взаимодействующих между собой но входу и выхода определяемых данных. Методологическая схема исследования предусматривала организацию двух исследовательских моделей (экспериментального и аналитического), между которыми ссугдэстшшется обмен взаимодополняющей

'5

информации. Блок схема процедуры исследования влияния характера тепло-массообмена на удельный выброс главного токсического компонента дизеля - шх приведена на рис Л.

Результатами исследования установлено, что на механизм окисления азота в двухкамерном дизеле существенное влияние оказывает интенсивность тепловыделения и количество теплоты (тепловой эффект), выделевшейся в разделенной КС, где максимальный уровень температуры рабочего тела (среды реагирования) значительно превышает значения температуры газов в надпоршневом пространстве. Повышение реакционной способности углеводородно-воздушной смеси (сю1-жение эффективной энергии активации) сникает интенсивность тепловыделения в разделенной КС (п!ко) и количество удельной теплоты, выделевшейся в объеме этой камеры (хкс)» что отражается на уменьшении скорости окисления азота в этой КС и суммарного содержания Шх в продуктах сгорания дизеля.

При этом, как показал анализ, снижается уровень тепловых потерь в разделений КС вследствие уменьшения интенсивности теплооб-, мена на ее стенках и сокращения времени пребывания высокотемпературного рабочего тела в пространстве камеры.

Однако, снижение интенсивности тепловыделения в разделенной КС приводит к соответствующему его возростанию в надпоршневой области двигателя и затягиванию сгорания в целом. Априори, предложена рабочая гипотеза о возможности компенсации этого негативного проявления за счет интенсификации процесса сгорания в надпоршневом пространство двигателя. Однако достоверность самой гипотезы, а также поиск необходимых средств для ее реализации вызвали необходимость в проведении" специального комплекса экспериментальных исследований.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики исследования характеристик тепловыделения в рабочих полостях двухкамерного дизеля. Разработка такой матодшеи вызвана неоходимостью получения информация дал установления взаимосвязи кинетических параметров тепловыделения и процесса окисления азота в КС, входящей составной частью в процед,ру исследования (рис.1). Разработанный метод определения закономерностей тепловыделения в рабочих полостях вихрекамерного дизеля основан на использовании реальной индикаторной диаграммы записанной на иследуемом двигателя с помощью одного датчика давленияполученой по результатам обработки диаграммы.

Принцип разделения общего количества теплоты, выделевшейся за цикл в дизеле,- между его рабочими полостями заключается в сле-6

' Модуль идентификации Модуль аналитического

поиска

Рио.1. Блок-схема процедуры поолэдовения влияния характера тепло-массообмена в двухкемерном дпзелв па удельный выброс МОхЦго ).

дующем. Подачи тошшва и начало сгорания в вихрекамериом дизеле осуществляется в разделенной КС. Когда давление в камере начинает превышать сопротивление в соединительном кан-ле КС, продукты сгорания и несгоревшее топл1шо устремляются в надпоршневую область двигателя. С этого момента (угол (рд) сгорание происходит в обеих полостях дизеля. После окончания выгорания топлива в вихревой КС процесс перетекания газов прекращается (угол фц) и сгорание происходит лишь в надпоршневом пространстве двигателя.

Рассмотренная закономерность выгорания топлива в полостях вихрекамерного дизеля обусловливает существование на диаграмме тепловыделения характерных двух участков, соответствующих законам выделения теплоты в вихревой КС' и цилиндре, и имеющих смежную область совместного тепловыделения в интервале углов <рд и фц. В соответствие с предложенным методом кривые тепловыделения, в КС и цилиндре экстраполируются на участке срц и срА (рис.2). Экстраполированные участки кривых пересекают ось абсцисс в точках, соответствующих углам1 . Фд и Фв • которые, согласно принятой рабочей гипотезы определяют угловой интервал, соответствующий период массо-обмена между рабочими полостями дизеля.

Рис.2. Схема , поясняющая принцип разделения общего количества выделевшейся теплоты в вихрекамерном дизеле между рабочими полостями.

Правомерность сделанных допущений оценивалась на основании сравнения полученных значений углов <рд и «р^ для всего поля 8 ' ■ .

нагрузочных и скоростных характеристик дизеля с опытники данными, полученными другими исследователями с помощью иошюго отметчика, рюгиотркрущего углы начала (фд) и конца (Фц) пероте'сашш рабочего тела в соединительной горловине КС.

Если предположить далее, что интенсивность тепловыделения в вихревой КС снижается, а скорость выделения теплоты в надпоршневой области соответстзено возрастает по одному и тому же (напримор, линейному) закону, то скорость тепловыделения в КС dQ^ /<ир и в цилиндре dQ^/dip и в интервале <рА < <р =зрд могут быть, аппроксимированы следующими зависимостями:

ИЛ en

&Р фа- Фд W к '

d*

6Ц> ~ фд- фд W

Левая часть кривой (ф < фд) на рис. 2 характеризует закон выделагам теплоты в КС, который совпадает с общим законом тепловыделения в дизеле (сгорание только в КС). Правая часть (ф •> фв) однозначно определяет характер тепловыделения в цилиндре (сгорания в КС прекращается). В центральной области (ФА < Ф Фд) сгорание происходит одновременно в обеих t полостях двигателя и обмен теплотой между ниш осуществляется в соответствии с зависимостям! (I) и (2). Из этих зависимостей следует,"что для любого значения ф соблюдается равенство -

dQKC + ^Оц /йф = dQ/йф ,

что графически (рис.2) отображается условием равенства площадей под соответствующей кривой тепловыделения, а физически обусловливается законом сохранения энергии. Количества теплоты, выделев-шейся в КС ( око) и цилиндре (Оц). найдутся численным-интегрированием функций скорости тепловыделения для соответствующих рабочих пространств двигателя. По методике проф. И.И.Виое, синтезом полученных диаграмм тепловыделения определялись кинетические'параметры тепловыделения Х^Иц, ХЦЬ •

В четвертой глава диссертации.приведено описание экспериментальной установки. Исследование рабочего процесса проведено на дизеле 14 8,5/11. Кроме регистрации показателей эффективности {заботы и определения содержания в продуктах сгорания дизеля сажи и мох, проводилось индицирование рабочего процесса с помощью аналогоциф-ровой 'системы и пьезодатчиков avl. Достоинством такой системы

: . ■ ' " 9

является ее высокая точность, возможность регистрации одновременно нескольких сигналов и оперативной обработки индикаторных диаграмм. Обработка й11дикаторних дивграмм осуществлялась с помощью ПЭВМ типа РС-АТ-386 по программе построения характеристик и скоростей тепло-выдолония (общего для двигателя), представляющей собой модификацию программу, разработанной в ЦНШМе Е.Г.Пономаровым и С.В.Гусаковым.

Анализ погрешностей измерения показал, что используемая для проведония опытов установка и измерительная аппаратура обеспечивала получешго достаточно достоверной экспериментальной информации. Например, суммарная погрешность при регистрации максимального давления сгорать в дизеле составляла * 2,1%, содержания в ОГ сажи (сажемер Боа мод. ера»у-68а) ± 1,5ж. Погрешность косвенных измерений, например, удолыюго индикаторного расхода топлива ± 2,35£, коэф|ициоита избытка воздуха ± 2,92% соответствовала стандартным требованиям на проведение экспериментальных исследований.

Пятая глава диссертации посвящена исследованию возможности организации малотоксичного и экономичного.рабочего процесса вихре-, камерного дизеля на основе предложенного способа, а таюко поиску и исследованию средств для его реализации. .

По результатам предварительного анализа в качестве средств физико-химического воздействия на кинетические параметры процессов воспламенения и сгорания топливно-воздушюй смеси в дизеле были выбрани органические (хорошо растворимые в топливо) нитросоеди-нения и перекиси, а также органические неталлосодержащие соединения.

С учетом разработанного способа организации рабочего цикла, каждый рт используемых в опытах класс, соединений должен проявлять активирующий эффект в строго определенной стадии рабочего, цикла. Это обеспечивалось соответствующим выбором их термической стабильности. Органические перекиси и нйтросоединения, используемые для активации предаламенных реакций, имели температуру диссоциации 350...400 К, что позволило высвобождать активные компоненты из молекул соединения (реакционно способные радикалы) при ее термическом распаде в низкотемпературной стадии цикла.

Ыеталлосодержащие органические соединения имели температуру диссоциации в диапазоне 1000...1200 К и, следовательно, их функциональная активность проявлялась на более поздных стадиях рабочего цикла - в период активного сгорания углеводородно-воздушной смеси, чем обеспечивалась интенсификация основной и заключительной стадии сгорания.

Эффективность активаторов воспламенения оценивалась велизи-

ной аффективной энерпш активащш Е, которая определялась для каждого класса соединений по методике, разработанной на кофодре комбинировали« ДВС РУДН. Установлено, что активность соединега1Я постепенно снижается с увеличением ого концентрации в топливо (по гиперболическому закону). Исходя из этого определены оптималыгне концентрации активаторов в топливе: для нитросоодшюний - 0,04 ...0,05^ (по массе), для перекисных соединений - 0,05...0,06$. С учетом проявляемой эффективности, доступности и стоимости. соединений в качестве активаторов воспламенения для практического применения в дизелях рекомендовали: метилш1трат'и перекись'третичного, бутила. Присутствие первого в реагирующей углеводородно-воздушной среде снижает эффективную энергию активации с 72 КДж/моль (чистое дазелыюо топливо) до 6Р.5 КДж/моль, присутствие второго - до 6о КДж/моль.

С использованием этих соединеюй проведено исследоваш1в характера тепловыделения в вихревой камере дизеля 14 8,5/11 и его влияния на величтгу удельного выброса ж>х для поминального режима работа дизеля. Снижение эффективной энергии активащш Е с 72 до 66 КДж/моль позволила уменьшить длительность периода задержки воспламенения с 1,1.Ю"3 до 0,75Л0~3 сек., с[щ-.:ига количество царов топлива п вихревей КС, участвующих в воспламенении и соответственно тепловой от га выгорания. Лри этом максимальное значение температуры газов в КС уменьшилось с 1850 до 1600 К, а длительность процесса сгорания в камере сократилась на 15 град.у.п.к.в. •

Статистический анализ результатов исследований показывал, что на выход с продуктами сгорания дизеля существенное влияние оказывает кинетика выгорания топлива в его высокотемпературной полости г вихревой КС. Одним из важнейших.кинетических параметров, характеризующих развитие сгорания, является показатель характера сгорания шк0. Установлено, что удельный выброс яох пропорционален логориЯму от этого показателя: = К Хп ш1<0 для всех нагрузочных и скоростных рейтов работы исследуемого дизеля. Данные эксперимента 'подтвердили правомерность, процедуры исследования, описание которой приведено во второй главе диссертации.

Промотирование процесса воспламенения тогшшо-воздушой смеси в в'.ара вой КС, как показали проведенные исследования, сопровождается возрастанием длительности процесса сгорания в цилиндре и в целом для дизеля. Продолжительность сгорания является•важнейшей его характеристикой, носящая смысл (по вибе И.И.) количественной константа, характеризущей своевременность выделения теплоты в цикле. Более высокая продолжительность сгорания в дизелях с раз-

II.

доленными КС является одной из причин повышенного расхода топлива по сравнении с дизелями с неразделенными камерами.

Таким образом, для повышения термодинамической эффективности исследуемого дизеля необходимы активирующие средства, инициирующие процесс сгорания в цилиндре двигателя. Как уже отмечалось выше, в качостве такого сродства использовался ферроцен,который добавлялся к основному топливу. Эксперименты показывали, что присутствие ферроцена в реагирующей углеводородно-воздушной среде позволяет но только ко1ллонсирова?ь негативные последствия промотирования воспламенения в вихревой КС, но и получить дополнительное сокращение длительности процесса сгорания.

Данные проведенного экспериментального исследования в целом подтвердили осноише положения по рациональной организации рабочего цикла иихрокамериого дизеля. Одновременное улучшение экологических к экономических показателей двухкамерного дизеля возможно лишь на основе применения бифункционального средства физико-химического воздействия на процессы рабочего цикла, способного снижать активность тепловыделения в вихревой КС и. интенсифицировать ее в нвдпоршневой области. Поочередное проявление этих эффектов позволяет снизить тепловые потери в вихревой КС и повысить термодинамическую эффективность цикла, что в совокупности обеспечивает С5ш-женио удельного расхода топлива в пределах 21..456 в широком диапазоне изменения скоростных и. нагрузочных реззшов работы двигателя (рис.3 и рис.4).' Снижение максимального значения томпоратури в целом за цикл приводит к снижению скоростей реакций образовашт N0^ и саки (последнее вследствие, ингибировония реакций высокотемпературного крекинга углеводородов), улучшению экологических качеств дизеля. Дополнительное снижение содержания сажи в ОГ обусловлено эффектом каталитической активашш процесса ее выгорания, проявляемым ферроценом. Как видно из графиков на рис.3 и 4, содержаний в ОГ кох снизилось на 20...ЗОЯ, сажи - на 30...35%.

Обобщение результатов проведенного экспериментально-аналитического исследования позволяет сформулировать основные условия организации рабочего процесса дизеля с разделенной КС с улучшенными экологическими & экономическими качествами. Эти условия в схематичной форме представлены на рис.5.

1. Обеспечение рациональных, по соображения/л нарастания давления и экономичности, момента начала подачи топлива и периода задержки воспламенения.

2. Управление процессами выгорания топлива в направлении перераспределения скоростей тепловыделения между рабочими полостя-12

ffe

Г,

1,02' ом

0,96 0,9k

Cc

л» Oft Lc 1,0 0,3 ол 0,7 0,5 у 1^-Г—-—

ч .1

\ / ___-И "Г /

\ /

__ - \

Сыо*

ном СЦОг

1,0

0,7 S ' 0,5

%

0,75 0,8 0,85 0,9 1,о

Рис.3. Эколого-економические характеристики дизеля

14 8,5/11 при его работе на:

•-• ДТ; ——.ДТ + бифункциональная присадка.

NOfi

9 г • £с

п-1500 лин'1

ГГ. us

и

1,05 1.0 0,95

О,В

0,6

ол

LY >1

1 j* ■ " 1 /

\ г1 X л. Сс . 1 .

I' \ / > /

1 к — / f х-

bNOx пном

С N0 ж' 1,0

0,75

0,5

,коп

0.5 0,6

0,7. 0,8 0,9 1,0 ' 1

Рис.V. Эколого-вкономкческие характеристики дизеля 14 8,5/11 при его работе на: •-• ДТ; • — —дт +■ бифункциональная присадка.

Рис.5. Условия организации рабочего_ процесса вихрека-мерного дизеля, усовершенствованного по вколого-вкономическим показателям.

ми: снижение интенсивности тепловыделения в вихревой КС и ео по.вы-шеяие в цилиндре двигателя.

3. Обеспечение термодинамической выгодности продолжительности сгорания в дизеле.

Отличительной особенностью подобного подхода к решению проблемы улучшения э'колого-экономических качеств двухкамерного дозеля, априори, является возможность осуществить это улучшение на основе реализации простейших технических решений на дизелях, находящихся в эксплуатации с различной степенью изношенности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработан метод организации рабочего процесса вихрекамерного дизеля с улучшенными экологическими и экономическими показателями ка основе управления реакционно-кинетическими параметрами процессов воспламенения и сгорания топлива....

2. Разработана экспериментально-аналитическая методика исследования влияния характера тепловыделения вихревой КС на содержание оксидов азота в продуктах сгорания дизеля.

3. Активирование процесса воспламенения топлива позволяет снизить относительный тепловой эффект от ого выгорагая и уровень максимальных температур в вихревой КС, а тагам время пребывания в ней горячих продуктов сгорания, что в совокупности обусловливает уменьшение тепловых потерь через ее стенки и понижение активности протекания реакции окисления азота и высокотемпературного крекинга углеводородов.

4. Сформулированы общие научно-методические принципы выбора бифункциональных композиций реакционно активных средств для рационального управления процессами тепловыделения в рабочих полостях вихрекамерного дизеля.

5. Исследованы и рекомендованы для практического применения в дизелях с разделенными КС бифункциональные композиции химических соединений, отличающихся заданной функциональной направленностью проявляемого активирующего эффекта и высокой эффективностью.

6. Исследовано влияние продолжительности сгорания в дизеле на уровень тепловых потерь в цикле, позволяющее оценить эффективность применяемых средств, активирующих процесс сгорания топлива в цилиндре, с точки зрения экономических показателей двигателя.

7. Разработаны рекомендации по рациональной организации рабочего процесса вихрекамерного дизеля, обеспечивающей снижение

15

содержания в ОГ оксидов азота на 20...ЗОЯ, сажи - 30...35ÍÍ и уменьшение расхода топлива до 4%.

Таким образом, разработанный метод организации рабочего процесса дизеля с разделенной КС и предложенные средства для его реализации способствуют решению важных социально-экологических проблем: охрана окружающей среды и рациональное использование энергоносителей.

По результатам исследований опубликованы следующие работы:

1. Фомин В.М., Халед Фахед Салим Овейс. Исследование характеристик тепловыделения в вихрекамерном дизеле // XXXI научная конференция профессорско-преподовательского состава инженерного факультета РУДН : Тез. докл. XXXI кон. 15-20 мая 1995 г. Москва, 1995. - С.105. •

2. Фомин В.М., Савастенко A.A.-, Халед Фахед Овейс. Влияние химической природы антидамной присадки на топливную эконошгшость дизеля // Совершенствование мошностных, экономических и экологических показателей ДВС: Тез. докл. V научно-практического семинара 16-19-мая 1995 г.- Владимир, - 1995. - С.81-83.

Khaled Fahed Sallm Owis (Jordan)

"Improvement of ecological properties of diesel with divided combustion chamber by acting on kinetic parameters of fuel combustion ргосевв in it's working cavities"

The author has suggested :

the method for the organisation of low toxic and economical working process in swirl-chamber diesel applying reaction-provoking blofunctinal additives to the fuel. Scientific and methodological principles for "election of biofunctional additives components have been elaborated. Two-components additives, recoumended for practical use In diesels, enable to reduce the content of nitrogen oxides in exhaust gases by 20 - 30 %, soot by 30-35% and decreace 'uel consumption up to 4%.

Холод Фахед Салим Овейс (Иордания)

"Улучшение экологических качеств дизеля с разделенной камерой сгорании воздействие« на кинаткческив параметра процесса сгорания топлива в его рабочих полостях"

Предложен способ организации малотокскчнэго и экономичного рабочего процесса вихрекамерного дизеля путем применения реакционно способных бифункциональных присадок к топливу. Разработаны научно методические принципы выбора компонентов бифункциональных присадок. Предложены для практического пользовашш в дизелях двухкомпоиентшю присадга, применение которых позволяет снизить содержание в отработавших газах оксидов азота на 20...30 %, сami - на 30...35 % и улучшпь расход топлива до 4S.

Io.IO.96r. Сбъем.Тп. л._Тир. 100

Тип. РУДН,. Ордяоникидзе, 3

Зяк. PS4