Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Снижение выбросов сажи малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо

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

Автореферат диссертации по теме "Снижение выбросов сажи малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо"

Р Г 5 ОД

- О ЩХ7

На правах рукописи

ХЕВАГЕ ЧИТРАЛ АМБАВАПЕ

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ САЖИ МАЛОРАЗМЕРНОГО ВШЖООБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ ПУТЕМ ДОБАВКИ РАПСОВОГО МАСЛА В ТОПЛИВО

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов; 05.04.02 - тепловые двигатели '

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических' наук

Москва - 1997 г.

Работа выполнена на кафедре комбинированных двигателей внутреннего сгорания инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель •Научный консультант Официальные оппоненты

кандидат технических наук. С. В. Гусаков

доктор технических наук, профессор Н. Н.Патрахальцев

доктор технических наук, профессор И.Л.Варшавский кандидат технических наук. Е.Г.Пономарев

Ведущая организация

Научно-исследовательский тракторный институт (НАТИ)

апрел1997 г.

Защита диссертаций состоится в " ¿5 " часов на заседании диссертационного совета К 053.22.26 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198, г.Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан

•¿А Мартам- 1997 г-

Ученый секретарь диссертационного совета /

кандидат химических наук, доцен- Чистохвалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Двигатели внутреннего сгорания (ЛВС) являются одними из основных потребителей жидкого топлива нефтяного происхождения, мировые запасы которого непрерывно сокращаются. Один из путей снижения потребления светлых нефтепродуктов связан с их заменой альтернативными видами топлив. получаемых из других видов сырья. В качестве нетрадиционных топлив для дизелей в настоящее время наибольший интерес вызывают топлива на основе масел растительного происхождения' и, в частности, рапсового масла (РМ). В некоторых странах освоению этих энергоносителей придают столь большое значение, -что существуют государственные программы по разработке технологии и созданию инфраструктуры для получения и использования РМ в качестве заменителя дизельного топлива (ДТ). Кроме решения вопроса по сокращению потребления моторных топлив нефтяного происхождения, применение 'РМ позволит снизить отрицательное воздействие на окружающую среду эксплуатируемых ЛВС. так как топлива растительного происхождения не нарушают баланс углекислоты в атмосфере, а суммарная токсичность отработавших газов (ОГ) таких ЛВС как правило, ниже. Особое значение поиск путей частичной замены топлива нефтяного происхождения имеет в странах-импортеров нефтепродуктов, например. ■ в Шри Ланке, где в силу благоприятных климатических условий существуют значительные ресурсы по получению масел растительного происхождения.

Однако, использование растительных масел и, в частности, РМ в качестве топлива для дизелей. связано с решением ряда проблем, возникающих в связи с различием физико-химических свойств этих топлив и стандартного ДТ. Применение смесевых топлив (СТ), то есть ДТ с добавками РМ, снижает негативный эффект, связанный с высокой вязкостью РМ и его склонностью к нагарообразовакию.

Цели и задачи исследования. Цель данной работы состояла в снижении дымности ОГ малоразмерного высокооборотного дизеля 14 8/7,5 марки СН-6Д. путем добавок в топливо РМ.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. расчетно-теоретическн и экспериментально определить возможности использования РМ и СТ в качестве топлива для малоразмерного высокооОоротного дизеля СН-6Л с непосредственным впрыскиванием топлива.

2. Исследовать особенности протекания смесеобразования и сгорания СТ и РМ в дизеле СН-6Д для выбора путей повышения эффективности этих процессов,

3. Создать математическую модель, адекватно описывающую характер смесеобразования и сгорания РМ в дизеле, позволяющую прогнозировать характеристики ДВС.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработан электронно-программный комплекс для экспериментального исследования быстропротекающих процессов в камере сгорания (КС) . ЛВС и методики обработки экспериментальных данных для детального исследования смесеобразования и сгорания СТ на основе РИ. Первые получены экспериментальные данные о показателях работы малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива СК-6Д при применении СТ.

2. Разработаны методики, программы для ПЭВМ и проведен анализ влияния точности определения исходных» данных на погрешности обработки индикаторных диаграмм дизеля СН-6Д. ,

, 3. Разработана математическая модель и программа синтеза индикаторных диаграмм при работе дизеля на СТ.

4. Разработаны рекомендации по организации рабочего процесса дизеля СН-6Д, работающего на СТ, обеспечивающие устойчивую работу, а также улучшение экологических показателей по сравнению с ДТ.

Практическая значимости работы заключается в том, что:

- разработанные электронно-программный комплекс и методики экспериментального исследования смесеобразования и сгорания апьтбрнативного топлива для дизелей могут внедряться для любого типа растительного масла, независимо от характеристик последнего; наибольший практический интерес полученные в работе результаты и разработанные рекомендации представляют для условий эксплуатации дизелей в местах с расширенным производством растительных масел: ( в частности, для Шри Ланки важно применение кокосового масла); ' •

г

- разработанные рекомендации по применению РМ в качестве добавок к ЯТ могут быть практически реализованы на основе простейших технических решений и могут быть применены на дизелях. в том числе и находящихся в эксплуатации, без изменения их базовой конструкции.

Апробация работы, Основные положения диссертации докладывались на V научно-практическом семинаре "Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ЛВС" (г. Владимир. 1995 г.). XXXI научной конференции профессорско-преподавательского состава^ РУДН (г. Москва. 1996 г.)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликована одна статья и тезисы к 2 докладам.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 101 наименований и двух приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы.

В первой главе диссертации приведен обзор научно-технической информации по применению альтернативных топлив для. дизелей на основе растительных масел. Отмечается, что многие привычные представления о характере процессов в камерах сгорания ЛВС становятся не совсем адекватными реальным явлениям, поэтому, требуются дополнительные исследования для полной реализации потенциальных преимуществ новых видов топлив. Проведен подробный анализ физико-химических свойств топлив на основе РМ и особенностей смесеобразования и их сгорания в дизелях. Отмечается, что несмотря на большое количество работ по рассматриваемой теме, информация о особенностях внутрикамерных процессов при применении РИ в смеси со стандартным ДТ в малоразмерных дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива практически отсутствует. Проведенное сравнение физико-химических характеристик СТ с ДТ показывает, что его применение в ДТ возможно, но будет ограничено в первую,очередь параметром вязкости. При этом необходимо экспериментально выявить оптимальное процентное содержание растительного масла в биотопливе для данного двигателя, при котором обеспечивается длительная ста-

3

Сильная работа двигателя и сохранение его исходных характеристик. Серьезным препятствием в использовании СТ в дизелях является их повышенная склонность к нагарообразованию и ухудшенные характеристики воспламеняемости. Поиск средств и методов для решения указанных проблем нашел свое отражение в целях и задачах настоящей работы, которые сводились к разработке комплекса устройств и программного обеспечения для проведения исследований рабочего процесса малоразмерного высокооборотного дизеля при его работе на СТ. проведения экспериментальных исследований дизеля СН-6Д с индицированием рабочего процесса, созданию математической модели, адекватно описывающей экспериментальные и теоретические исследования. И выдаче рекомендаций по снижению днмности. отработавших газов путем добавки РМ в ДТ.

Во второй главе проведен анализ точности регистрации и обработки индикаторных диаграмм. Индицирование, с последующей обработкой текущего давления в цилиндре в-функцию тепловыделения, вероятно, единственный способ количественного исследова- . ния динамики процесса выгорания топлива - первой стадии превращения энергии в работу в машинах теплового действия. От того, насколько своевременно выделяется теплота,в процессе выгорания топлива во. многой определяед-ся КПД теплового двигателя, в настоящее время; когда произошел переход от электро-механи-черких индикаторов к чисто электронным схемам регистрации давления в цилиндре ДВС.произошла переоценка проблемных направлений осуществления этой процедуры и многие аспекты остались без подробного анализа влияния различных факторов на точность регистрации индикаторных диаграмм. При индицировании рабочего процесса ДВС на точность определения интегральных характеристик цикла и величин, получаемых дальнейшей обработкой, влияет большое число факторов. Согласно теории ошибок. Предельная относительная ошибка при вычислении функции, производной от нескольких измеряемых величин, равна сумЦе относительных погрешностей регистрации этих величин, умноженных на их коэффициенты влияния. При обработке рдикаторных диаграмм количество исходных величин бо/^е десяти, а сложность алгоритма расчета не позволяет аналитически определить коэффициенты влияния каждого из параметров. Поэтому было проведено численное моделирование на ПВЭМ по специально разработанным для этих целей программам. Методика включала несколько этапов. На первом этапе были получены реальные индикаторные диаграммы на дизеле 4

СН-бД и выбрана характерная кривая скорости тепловыделения. принятая за эталонную. По эталонной кривой скорости тепловыделения были подобраны коэффициенты аппроксимации двойной функцией Вкбе ( . Цр. Ма • • • Чр ^' в наибольшей степени адекватно описывающий закон реального тепловыделения (X). По аналитической зависимости была синтезирована эталонная индикаторная диаграмма с шагом 0.1 град. Г1КВ, дающая абсолютно гладкую кривую скорости тепловыделения при анализе. По полученному массиву давлений (Р) был проведен численный эксперимент по оценке влияния точности задания исходных параметров и условий снятия индикаторной диаграммы на результирующие параметры. • На рис. 1 приведен пример синтеза цикла, где используются следующие сокращения: А1Г - коэффициент избытка воздуха; Р1 - индикаторное давление; N1 - индикаторная мощность; - удельный расход топливу; п1 - КПД; Pm.dPffl.Tm - максимальные давление, скорость его нарастания и температура цикла; )фт, хьт - доли топлива, сгоревшие к моментам достижения Рт и Тт; Pb.Tb.nb -давление, температура и коэффициент теплоиспользования в конце рабочего хода. Среди факторов, подвергнутых анализу были: уровень квантования регистрируемого давления (Р) при его преобразовании из аналоговой формы в цифровую, влияния неравномерности вращения коленчатого вала дизеля на параметры обработки индикаторных диаграмм и характер деформации кривой скорости, тепловыделения СХ'), точность тарировки датчика давления, суммарг ная нелинейность аналогово-циФрового канала, точность определения степени сжатия, начальных температуры и давления в цилиндре. погрешности вычисления показателя адиабаты сватая, влияние ошибок определения положения ВМТ и др.. что позволило обосновано выбирать методы и погрешнооти определения исходных параметров. <

. В третьей главе приведены описание экспериментальной установки. исследовательского оборудования, описание методики проведения испытаний и обработки их результатов, а также анализ результатов индицирования при работе дизеля на СТ.

В данной работе кроме решения научно-прикладной задачи по применению РМ. как альтернативного топлива, в малогабаритном дизеле СН-6Д были разработаны теоретические основы решения практической задачи комплектования экспериментальной установки контрольно-измерительной аппаратурой для регистрации и сохра-

нения в памяти компьютера индикаторных диаграмм, а также разработке программного обеспечения для их дальнейшей обработки в функции теплоиспользования и тепловыделения. Эта задача решалась впервые на базе платы универсального аналогово-цифрового ' преобразователя, работающего под управлением ПЭВМ ЕС-1841. Для поведения индицирования рабочего процесса дизеля СН-6Д была доработана головка цилиндра для установки в нее пьезокварцево-го датчика давления типа Ш'505с1к.

* Для обработки индикаторных диаграмм, с целью получения функции тепловыделения, использовались разработанные для этого методика и программа расчета. Методика обработки индикаторных диаграмм состоит из ряда последовательных стадий, включающих предварительную подготовку массива исходных данных и саму процедуру обработки. Все они объединены в одном программном модуле. •

На первом этапе работы задаются исходные данные по конс-трук.ивным (диаметр цилиндра, ход поршня, степень сжатия и т.п.) и режимным (расход топлива, расход воздуха и т.п.) параметрам исследуемого дизеля, типу применяемого топлива и его физико-химическим свойствам (теплотворная способность, элементарный состав и т.п.), режимам работы АЦП (число каналов, частота опроса и т.п.) при регистрации текущего давления. Далее, считывается массив данных с диска в оперативную память компьютера. Перед этим, э диалоговом режиме вводятся параметры, характеризующие конкретный массив. Затем производится программная корректировка дрейфа нуля усилителя заряда, вводится положение атмосферной линии, выбирается диапазон осреднения, про-' изводится сглаживание полученного массива. Осредненный и сглаженный массив, пересчитанный в координаты давление/угол ПКВ выводится в графическом виде на экран. Далее обработка продолжается для вычислении скорости теплоиспользования.

Развертка индикаторных диаграмм по времени при записи, с использованием одного канала АЦП ставит задачу привязки получаемых' индикаторных диаграмм к ВНТ. Для этого был применен способ программной корректировки ВМТ, таким образом, чтобы вычисляемое значение среднего индикаторного давления было равно получаемом* другим методом, кроме вычисления действительной работы по индикаторной диаграмме. Для получения среднего индикаторного давления (Р1) использовалось известное положение о его равенстве сумме вычисляемых на основе экспериментальных 6

данных среднего эффективного давления (Ре) и среднего давления механических потерь(Р„). Программно расчет на заданное значение р, проводился методом итераций с подбором величины смещения ВМТ.

Методика проведения эксперимента состояла в исследовании работы дизеля в широком нагрузочно-скоростком диапазоне на смесевых топливаХ.состоящих из стандартного ДТ и РМ в различных соотношениях: Nl-стандартное ДТ марки Л по ГОСТ 305-82; N2-CMecb ДТ с 30 объемными процентами РМ; N3-CMecb ДТ с 60 объемными процентами РМ: М-чистое РМ. Работа дизеля на топли-вах Nl, М2 и N3 происходила без видимых нарушений рабочего процесса. Работа дизеля СН-6Д на чистом РМ продолжительное время приводит к прогрессирующей межцикловой нестабильности, потере мощности, увеличению дымности отработавших газов (ОГ). Нестабильность максимального давления цикла р2 при работе на ДТ составляет не более 4Я. в то время, как при работе в течение нескольких минут на чистом РМ. нестабильность р2 составляет около 8Х. причем максимальное давление возрастает примерно на 9Х. Работа дизеля на чистом РМ сопровождается повышенным сажевыделением.на всех режимах работы.

Обработка большого количества экспериментальных материалов по исследованию влияния состава СТ на рабочий процесс малоразмерного высокооборотного дизеля СН-6Д позволила сделать вывод о том, что переход от работы на стандартном ДТ к работе на СТ. содержащем до 3055 РМ. не сказывается на измеренных экономических показателях дизеля. Видимо, фактические изменения столь незначительны, что укладываются в пределы погрешности регистрации интегральных показателей двигателя и индикаторных диаграмм. Однако, по экологическим показателям- существует надежно регистрируемая разница в показателях дымности отработавших газов. Из приведенных на рис. , 2 графиков видно, что при работе-на СТ частоте вращения коленчатого вала 2400 мин"1 на средних нагрузках дымность отработавших газов снижается на 20...3055, а на больших - до 5055., Как правило, замещение до 30% ДТ рапсовым маслом не требует изм нений ни в конструкции дизеля,. ни изменения его регулировочных параметров. Приведенные на рис. 3 зависимости периода задержки воспламенения от нагрузочного режима работы двигателя при работе на СТ различного состава получены при обработке индикаторных диаграмм. Из графиков видно, что существует четко выраженная тенденция к возрастанию

7

~rSd -33 Ш 3s Рис. 1

Дыпноот» ОГ диоеля СН-6Д <п=3400 Пин

—,-г- -г-г—

(р. град. ИКВ

периода задержки воспламенения при увеличении доли рапсового масла в СТ, вне зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы дизеля. Для 30'* содержания РМ увеличение периода задержки воспламенения на 8...\5% при высоких нагрузках и на 15... '¿0% на средних не сказывается на КПД цикла, так как само сгорание идет практически с той же скоростью, что и при работе на стандартном ДТ. Следовательно, условия для диффузионного горения топливного факела достаточно близки и. видимо, аналогичны и условия выгорания образующихся сажевых частиц. Причина более низких уровней эмиссии сажи при работе на топливе с 30...60% содержанием РМ связана с условиями образования первичных углеродных частиц. Содержащийся в РМ кислород частично покрывает дефицит окислителя в переобогащенных зонах топливно-'го факела, в которых и происходит термическое разложение топлива с образованием частиц углерода. Тем самьг" меньшее количество образующейся сажи при одинаковой скорости ее выгорания в случае применения СТ приводит к снижению ее концентрации на момент окончания рабочего хода. Однако этот „фактор является ведущим лишь до определенного содержания РМ в "Т. Как видно из рис. 3. увеличение содержания РМ масла в топливе ведет к росту периода задержки воспламенения и .для чистого РМ его продолжительность возрастает в 1.5,..2 раза по сравнению с аналогичным периодом при работе на ДТ. Это приводит к деформации процесса сгорания, снижению эффективного КПД и повышению выбросов сажи с отработавшими газами.

На рис. 4 приведены кривые теплоиспользования, полученные на дизеле СН-6Д при его работе на стандартном ДТ и на СТ с 305? РМ. Как уже отмечалось, при работе на СТ данного состава отличия в показателях.рабочего процесса очень незначительны, что, как предполагалось, связано с достаточной идентичностью процессов смесеобразования и сгорания. Это предположение нашло свое подтверждение при анализе индикаторных диаграмм, Фактически для стандартного ДТ и СТ с добавкой 30*. РМ кривые совпадают. имея небольшой сдвиг, связанный с: периодом задержки воспламенения. Поэтому в дальнейшп кривые для этих, двух типов теплив приводятся как единые. Как видно из приведенных графиков. во всем диапазоне нагрузочных режимов работы двигателя кривые скорости теплоиспользования (йО/йф) достаточно ярко отражают двухстадийность процесса горения. На частоте вращения коленчатого вала дизеля 2400 мин"1 в первой стадии сгорания

9

Рис. 3

Дизельное топливо (ДТ) ЮОЯ. (ДТ 7056 + РМ 30*)

Выделяется 40... 3555 тепла, пошедшего на изменение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы. Причем, несмотря на то, что по мере снижения нагрузки период задержки воспламенения увеличивается, и, как следствие, должна увеличиваться доля топлива, сгорающего в первой стадии сгорания, из-за большего располагаемого времени на процесс предварительного смесеобразования, этого не происходит, в силу снижения общей дозы топлива, подаваемого за цикл. Этот эффект характерен для малоразмерного дизеля с непосредственным впрыском топлива, в котором большую роль в смешении играет не только сам процесс топливо-подачи, но и организованное движение воздуха в камере сгорания на стадии диффузионного горения топлива. Для малоразмерного дизеля характерно объемно-пленочное смесеобразование, из-за крайне малого расстояния от носка распылителя'до стенок камеры сгорания. Доля топлива, смешивающегося непосредственно r объеме, определяется временем достижения топливным факелом стенок камеры сгорания и общей продолжительностью процесса топливопо-дачи. Далее процесс смешения лимитирует скорость испарения пленки со стенок и скорость смешения его паров с воздухом. Именно эти факторы и определяют тот экспериментальный Факт, что Доля топлива, сгорающего в кинетической стадии не увеличивается, а уменьшается по мере снижения нагрузки дизеля. В целом. при работе на стандартном ДТ, как впрочем и на СТ с 3055 добавкой РМ. кривые теплоиспользования носят достаточно типичный характер для дизелей с непосредственным впрыском топлива.

На рис. 5 приведены аналогичные рассмотренным характеристики, полученные при работе дизеля на СТ с высоким содержанием РМ (6055)Работа на таком топливе при сохранении штатного угла опережения впрыскивания'Топлива характеризуется некоторым снижением топливной экономичности, составляющем 2. .435 в области высоких и 5.,.. в% в области низких и средних нагрузок. Как видно из приведенных графиков, именно в области средних и низких нагрузок кривые скорости теплоиспользования деформированы в большей степени. Смещение максимумов скорости теплоиспользования в первой стадии за ВМТ, СБязе»ное с увеличением периодов задержки воспламенения, дополняется увеличением продолжительности первой стадии горения. Видимо сказывается тот факт, что повышение вязкости топлива приводит к уменьшению угла раскрытия топливных факелов и ухудшение Тонкости распиливания топлива. Как следствие, меньший объем зон смешения и более продол-

'11

жительное время испарения более крупных капель топлива приводят к снижению интенсивности смесеобразования и сгорания топлива, в результате чего процесс растягивается по углу поворота коленчатого вала двигателя (по времени). Особенно это сказывается на частичных нагрузках, когда общий температурный уровень процесса снижается и рассмотренные факторы оказывают большее влияние.

Так же были проведены испытания дизеля СН-6Д при его работе на чистом РМ. Экспериментальные исследования показали, что двигатель такого типа без принятия дополнительных мер по его адаптации для работы*на масле растительного происхождения не может продолжительное время устойчиво на нем работать. После запуска и выхода на режим дизель» по. мере прогрева, начинал работать с перебоями, прогрессирующей потерей мощности, повышенным расходом топлива и высоким уровнем дымности отработавших газов. Маловероятной причиной этого следует считать нарушения в работе топливного насоса высокого давления из-за повышенной вязкости РМ. Если именно это служило бы причиной, то эффект должен был проявиться сразу после запуска. Конструкция дизеля такова, что топливный насос высокого давления расположен непосредственно в картере дизеля и его корпус прогревается вместе с дизелем. Следовательно по мере прогрева двигателя подогревалось в большей степени и топливо, поступающее в насос, его вязкость снижалась и ее негативное влияние уменьшалось. Реально происходит наоборот, поэтому основной причиной, прогрессирующего ухудшения работы, является отложение нагара на проточной части распылителя (что выявлено визуально), нарушение геометрии топливных факелов, а в некоторых случаях и полное перекрытие части сопловых отверстий. На рис. 6 приведены результаты обработки индикаторных диаграмм, полученных при работе дизеля СН-6Д на чистом РМ, до возникновения явных нарушений в его рабочем процессе. Как видно. . прогрессирующий сдвиг сгорания после ВМТ и увеличение продолжительности первой стадии горения в этом случае больше, чем при работе на СТ с 60% РМ. При этом процесс смесеобразования и сгорания нарушается столь существенно, что даже повышенное содержание кислорода в чистом рапсовом масле не в состоянии подавить образование сажи, содержание которой в ОГ, как видно из рис. 2 превышает существующие нормы.

ао/йч», Д«/гр.

Дизельное топливо 40Т + Рапсовое масло 60% Показания тормозного устройства:

- - Р, - о.иь кг

----- р; - о. 05 кг .

- Р, - 0.35 кг

Д*/Гр.

-20 -10 ВМТ 10 20 30 40 50 град. ПКВ Рис. 5

Рапсовое масло 100Ж)

Показания тормозного устройства:

Рт - 0.85 кг 0. Рт - 0,65 кг кДж р; - 0.35 кг

" 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 О

-20 -10 ВИТ 10 20 30 40 50 град. ПКВ РИС. 6 13

Рмлх. В

МПа

6

н-

Р|.

Характеристики дизеля СН-8Л при его работе

на смесевом топливе С п=1600 кин-') »

(линии - расчет, точки - эксперимент) (""'йФ'им■

МПа/гр.

0.3

г. /кВт. ч.

600

№

200

•ни .ГГГГЭГ.: V ГГГ ..... Ч) " "О' ^л

А-—"^ГЧ^

й-—-—--а ™ V----*>' яг, Ло* ......

Р.

оС . //

-.........

ч>ос '••••

А 81 О-^СУ___%

0,5 0.3 0.1

об 5

О

0,3

0.6

100ХДТ (70ХПТ + ЗОХРМ)

Рт.кг

___X___ 40ХДТ + 60ХРМ

............о............ ЮОХРМ

РИС. 7

3 четвертой главе приведена математическая модель, с использованием которой и данных экспериментальных исследований дизеля СН-ОД для ее идентификации, »были синтезированы индикаторные диаграммы при работе на СТ различного состава, полученные путем аппроксимации функцией ЕиОе скоростей процессов формирования фронта диффузионного пламени и смешения топлива с воздухом, в соответствии с макро-кинетической теорией сгорания. На рис. 7 приведены показатели рабочего процесса исследованного дизеля, полученные непосредственной обработкой результатов экспериментальных исследований (точки) и кривые, полученные по расчетной модели. Как видно из приведенного график", математическая модель адекватно описывает влияние состава топлива на основные показатели рабочего процесса. Модель правильно отражает зарегистрированное экспериментально снижение максимального давления цикла Ри1, и максимальной скорости нарастания давления (йР/йфУя,,.; а также повышение удельного расхода топлива при увеличении процентного содержания РМ в СТ. Из приведенного графика видно, что при работе на СТ. с 6036 содержанием РМ снижение удельного эффективного расхода ;оплипа составляет около 16... 1856. Однако, если учесть, что низшая теплотворная способность РМ составляет около ЬЪ% с)т Н„ ДТ. то реальное снижение топливной экономичности, вычисленное через энергетическую ценность топлива, составляет 1...3*.

ОСНОВНЫЕ вывода ПО РАБОТ!

I. Проведенные исследования показали, что малоразмерный высокооборотный дизель СН-6Д с непосредственным впрыскиванием топлива может эксплуатироваться на биотопливах, состоящих из смеси ДТ и РМ, имея более высокие экологические параметры без существенного снижения топливной экономичности.

• 2. Экспериментальные исследования показали, что снижение выбросов сажи дизелем СН-6Д при сохранении приведенной по энергетической ценности топливной экономичности на уроене работы на ДТ <ДТ+3<& ; РМ), либо пр1. некотором , ее снижении на I.-. . 356 (ДТ+6036 РМ) составляет от 20 до 5036 _ в зависимости от режима работы дизеля. / \

3.; На основании анализа' экспериментальных данных по скоростям выгорания топлива при работе двигателя на ДТ и СТ сде-

лано предположение о том. что основной причиной снижения выбросов сажи с отработавшими газами является снижение скорости образования и накопления сажи в переобогащенных зонах топливного факела за счет частичной компенсации недостающего для горения окислителя кислородом, содержащимся в СТ.

4. Разработан электронно-программный комплекс для регистрации бьстропротекающих процессов в цилиндре малоразмерного высокооборотного дизеля, позволивший детально исследовать динамику смесеобразования и сгорания СТ.

5. Разработана методика и . проведен комплекс расчетных исследований погрешностей обработки индикаторных диаграмм в Функции теплоиспользования и тепловыделения. Доказана правомерность применения индицирования рабочего процесса высокооборотного дизеля с разверткой индикаторных диаграмм по времени.

6. Разработана расчетно-теоретическая модель, адекватно описывающая реальные процессы в камере сгорания малогабаритного высокооборотного дизеля, позволяющая прогнозировать характеристики дизеля при его работе на СТ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гусаков С. В..Хеваге Читрал Амбаватте. Программа синтеза индикаторной диаграммы дизеля при его работе на топливах растительного происхождения // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ЛВС: Тез.докл. на V научно-практическом семинаре - Владимир.1995.- С.67-69.

2. Гусаков C.B..Хеваге Читрал Амбаватте. Влияние погрешностей эксперимента на точность обработки индикаторных диаграмм // XXXI науч. конф. профессорско-преподавательского состава РУДН: Тез. докл. XXXI науч. конф. 1996 г.- Москва.1996. -С. 156.

3. Хеваге Читрал Амбаватте. Расчетно-экспериментальные исследования рабочего процесса малоразмерного быстроходного дизеля при его работе на смесевых топливах.-М.,1997.-22с. -Деп. в ВИНИТИ РАН 03.03.97. No 651-В97.

Hewage Chithral Amhavratte (Sri Lanka)

"Soot reduction of exhaust gases in a compact high-speed direct-injection DI diesel engine by doping rapeseed oil with fuel"

The author has suggested a method of reducing smoking of exhaust gases in the compact high-speed Dl diesel engine "СН-6Д" by using diesel fuel and rapeseed oil mixture. A model simulating the working process of the 01 diesel engine, running on fuel with vegetable oil additives has been created. A complex of equipment to aqulre data of working process of the diesel engine and software to analyse indicator diagrams have been eloborated. The suggested percentage of rapeseed oil in fuel mixture ensures the reduction of soot by 20...505? retaining the fuel consumption unchanged or slightly increasing it up to 3%.

Хеваге Чмтрал Амбаватте (Шри-Ланка)

"Снижение выбросов сажи малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо"

Предложен способ снижения дымноеги отработавших газов малоразмерного высокооборотного дизеля СН-6Д с непосредственным впрыском топлива путем применения смесевых топлив. Создана математическая модель рабочего процесса дизеля, работающего на топливе с добавками масла растительного происхождения. Разработан комплекс оборудования для регистрации быстропротекаянцих процессов в камере сгорания дизеля с программным обеспечением для анализа индикаторных диаграмм. Рекомендовано процентное содержание рапсового масла в смесевом топливе, обеспечивающее снижение дымности отработавших газов дизеля СН-6Д на 20. ..5055, при сохранении или незначительном снижении (до 3S) топливной

I 1

ОЯ.ЭТг.._(VW.PM Тп. п._'"''чп. 140

Tr.s, К/1 . I •1-л-'пикк?тчг», Я