Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Совершенствование эколого-экономических показателей дизелей насыщением топлива воздухом

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

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование эколого-экономических показателей дизелей насыщением топлива воздухом"

РГО од

Российский университрт лру»6ы народов

21 :;;оа юоз

На правах рукописи УДК. 621.436.038.001

Двавад Мухаммед Зауави

Соверяенствованне эколого-эконоиических показателей дизелей насицением топлива воздухом

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов;

05.04.02 - тепловые двигателе

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иосква - 1993

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

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Н.Н.Патрахальцев.

кандидат технических

доцецт Б Д. Сусленков.

наук,

Ведуцая организация

- доктор технических наук, профессор Д.Д. Багиров,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник N.B. Назинг.

- Научно-исследовательский тракторный институт (НАТО)

Зацита диссертации состоится * 22 * июня 1993 г. в 15 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К 053.22.26 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, г.Москва, ул. Орджоникидзе, д.З.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, высылать в адрес Совета: 117302, Москва, ул. Орджоникидзе, 3, ученому секретарю совета К 053.26:22

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РУДН по адресу: Москва, 117198, ул.Нкклухо-Иаклая, д-6.

Автореферат разослан " * 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат химических наук, доцент

В.Н.Чнстохвалов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы: Ливан - страна с интенсивно развивающейся экономикой. В последнее время особенно увеличился парк дизельных автомобилей, импортированных из разных стран и находящихся в разном техническом состоянии. Страна не имеет собственных топливных ресурсов, а уровень контроля качества топлив низкий.

Таким образом, возросшие потоки транспорта, особенно в городах; потребление низкокачественных топлив, свойства которых могут существенно отличаться от стандарта, отсутствие государственного контроля за техническим состоянием транспорта, многообразие марок и малин и большие сроки их эксплуатации, резко обострили проблему повышения экономических качеств автотранспорта, а также снижения дымности и токсичности выбросов дизелей.

Разработка методов и средств снижения дымности и токсичности дизелей для Ливана должна вестись с учетом удовлетворения следующим особенностям эксплуатации транспорта в стране.

- Методы и средства должны быть реализуемы на двигателях разнообразных марок и уровней их технического состояния.

- Разработанные решения должны быть применимы на существующих дизелях путем их простейшей модернизации.

- Модернизация должна быть осуществима в условиях страны, не имеющей собственного двигателестроения, а тем более собс-' твенного производства топливной аппаратуры.

- Разработанные средства должны быть достаточно дешевыми и обеспечивать получение экономического эффекта, так как законодательство, принуждающее проводить оснащение машин антитоксичными средствами, отсутствует.

Повышение дисперсности распиливания топлива позволяет улучшть процессы смесеобразования и сгорания и, как следствие, повысить индикаторный КПД дизеля и снизить дымность отработавших газов. Традиционный путь повышения дисперсности распиливания заключается в увеличении максимальных давлений впрыскивания и уменьшении диаметра сопловых отверстий. Давления впрыскивания 90-100 МПа являются оптимальными с точки зрения топливной экономичности, но при дальнейием их увеличении

возрастают потери на привод топливной аппаратуры, что отрицательно влияет на топливную экономичность двигателя и требует значительного усиления механизма привода и самой аппаратуры. Для снижения дымности и выброса твердых частиц - основного вредного компонента отработавших газов дизеля - давления должны быть повышены до 150 МПа, что трудно реализовать в аппаратуре разделенного типа. Это требует перехода к насос-форсункам. Средний диаметр капель впрыскиваемого топлива пропорционален диаметру соплового отверстия и при его уменьшении размеры капель также уменьшатся. Но при этом необходимо сохранить суммарную площадь сопловых отверстий, которая определяется величиной максимальной подачи топлива, т.е. при таком способе повышения дисперсности распиливания необходимо увеличивать число сопловых отверстий. А это в свою очередь требует 4 изменения камеры сгорания и других конструктивных элементов дизеля.

Альтернативным путем повышения дисперсности впрыскиваемого топлива является смешение топлива с небольшим количеством воздуха или газов перед впрыскиванием. При наличии в топливе повышенного количества растворенного воздуха или другого газа, пузырьков нерастворенного воздуха или газа на выходе из сопловых отверстий, когда резко меняется давление, происходит их мгновенное расширение ("микровзрывы"), что улучшает распиливание топлива.

В работе в основу исследования положен известный метод насыщения топлива газами. Эффект метода заключается в улучшении процессов смесеобразования - сгорания за счет повышения мелкости распиливания топлива

Известные пути введения воздуха в топливо реализуются при предварительном смешивании дизельного топлива с воздухом. Основные трудности при реализации данного способа повышения дисперсности струи впрыскиваемого топлива заключаются в обеспечении стабильной работы двигателя и его топливной аппаратуры, в регулировании состава топливовоэдушной эмульсии.

Особое значение приобретает оптимизация состава эмульсии при обеспечении его однородности по всему объему. Чрезмерное насыщение топлива воздухом может вызвать перебой в работе топливной системе, а высокая дисперсность капель топлива способствует образованию гомогенной или близкой к гомогенной смеси в 2

цилиндре, которая плохо воспламеняется в дизеле, особенно на режимах малых нагрузок. Оптимальное содержание воздуха в смеси должно быть установлено экспериментально.

Ыэтод реализован с помоиью обратного клапана (клапан регулирования начального давления - РКЦ) включенного между линией высокого давления (ЛВ® и линией низкого давления (ЛНД). Через указанный клапан, работающий с использованием особенностей гидродинамических процессов в ЛВД, происходит подача газа в топливо в периоды между очередными циклами впрыскивания. Таким образом, разрабатываемый метод и средства снижения дымнос-ти и повышения экономичности могут быть реализованы сравнительно легко и с незначительными затратами путем простой модернизации дизелей существующих конструкций.

Целью работы является снижение дымности и токсичности дизелей, находящихся в эксплуатации, улучшение технико-зкономи-ческих показателей машин путем организации смесеобразования при насыщении дизельного топлива воздухом (или другим газом). Для достижения этой цели необходима разработка принципов организации рабочего процесса дизеля с насыщением топлива газом, необходимо также разработать конструктивные признаки топливной системы для реализации этого метода, выявить возможности воздействия на процессы смесеобразования-сгорания изменением вида газа

Научная новизна работы. Обосновала целесообразность использования метода насыщения топлива воздухом (газом), как метода снижения дымности и токсичности, так и метода повышения экономичности дизелей в условиях эксплуатации. Разработаны принципы организации рабочего процесса дизеля с насыщением топлива газом. Разработана система ввода воздуха (газа) в линию высокого давления (ЛВД) с целью насыщения дизельного топлива.

Выявлены возможности воздействия на процесс смесеобразования-сгорания в дизеле изменением состава (вида) газа.

Методы исследования. Эксперименты проводились в лаборатории рабочих процессов ДВС кафедры комбинированных двигателей " внутреннего сгорания Российского Университета друэябы народов на безмоторном стенде типа СДГА-1, а также на моторном стенде типа ВДГ-69 (14 8, 5/11,5).

3

Для регистрации параметров и показателей рабочих процессов дизеля, применялось стандартное оборудование, включая индикатор типа МАМ-2. Параметры дымности определялись с помощью дьаюметра типа БОШ (Bosh) VEA65E.

Достоверность результатов подтверждена сходимостью экспериментальных результатов с теоретическими положениями, а также обусловлена точностью использованной аппаратуры и достаточным объемом экспериментов.

Практическая ценность работы. Реализация разработанного метода организации рабочего процесса дизеля с насыщением дизельного топлива воздухом (или другим газом) обеспечивает снижение дымности и токсичности отработавших газов, причем дизелей, находящихся в эксплуатации, при сравнительно низких уровнях давления впрыска топлива и без значительных модернизаций и переделок топливной аппаратуры, путем сравнительно простого усовершенствования топливной система

Реализованный метод может быть использован при научно-исследовательской, опытно-конструкторской работах, что повышает их эффективность и производительность.

Реаадизация работы. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры комбинированных ДВС при подготовке аспирантов и стажеров.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях инженерного факультета в 1991, 1992, 1993 г. Г. В РУДН (г. Москва).

Публикации. Результаты работы изложены в двух статьях, сданных в печать.

Структура и обьем работа Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Она изложена на страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 80 наименований.

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

В первой главе диссертации проведен анализ публикаций, посвященных изучению экологических проблем современности и прежде всего проблем загрязнения воздушного бассейна токсическими выбросами двигателей автомобильного транспорта. Проведен анализ токсических выбросов дизелей и их влияния на окружающую • 4 ■

среду.

Показано, что особо важной является проблема снижения концентрации сажи в 0. Г. дизелей и концентрации полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в том числе — бензапирена -- (БаП).

Проанализированы пути снижения токсичности и дымности отработавши газов, прежде всего воздействием на протекание рабочего процесса, что, кроме экологического, обеспечивает обычно и экономический эффект. Показано, что совершенствование качества рабочего процесса обычно связано с проблемой улучшения смесеобразования, решаемой увеличением давления впрыска топлива, уменьшением диаметра сопловых отверстий распылителя форсунки, изменением конструкции камеры сгорания, интенсификацией вихревого движения заряда в цилиндре. Однако, такие методы чрезвычайно сложны, нетехнологичны, дороги и не могут использоваться на существуицих дизелях путем их модернизации.

Альтернативным методом совершенствования процессов смесеобразования — сгорания может стать метод насыщения топлива воздухом или другими газами. Разработкой и исследованием такого метода занимались ученые Кутовой Е А., Файнлейб В. Е , Налов Р. Е , Матиевский Д. Д., Патрахальцев Е Е , Шгмякин А. Е , Леонардо ЕА. Санчес, И. Киевский, Т. Хитоси, Карасава, К. Окаши и др.

Анализ опубликованных работ показал, что одним из рациональных путей организации насыщения топлива воздухом (или другим газом) может стать подача соответствующего газа непосредственно в линию высокого давления топлива, предпочтительно вблизи форсунки через клапан регулирования начального давления (РНЮ.

ГЪ результатам проведенного анализа поставлены цель и задачи исследования.

Во второй главе диссертации дан теоретический анализ основных полояэний исследуемого метода.

Анализ теоретических положений насыщения топлива воздухом (газом) позволил сделать следующие выводы.

1. Двухфазная воздушно-топливная среда может существовать "В топливном трубопроводе в виде раствора (гомогенной смеси молекул газа с молекулами топлива) в виде эмульсии (гетерогенной, механической смеси) - равномерного распределения Пузнрь-

5

ков газа в топливе, и в виде ячеисто-пленочной дисперсной системы - пена Лишь первые две из них могут обеспечить работу топливной аппаратура

2. В нормальных атмосферных условиях в топливе растворено 10% (объемных) воздуха Количество газа, растворенного в топливе, определяется законом Генри и пропорционально давлению и

■ коэффициенту растворимости (который уменьшается о ростом температуры) .

3. Количество (концентрации) газа в топлива топливной системы дизеля, определяется прежде всего количеством газа, составляющего "эмульсионную фазу и в значительно меньшей степени -- количеством растворенного газа

4. Допустимая концентрация газа (из соображений возможности топливоподачи) определяется сжимаемостью самого газа и его количеством в линии высокого давления. В связи с этим насыщение топлива воздухом (газом) целесообразно проводить возможно ближе к форсунке (для уменьшения объема двухфазной смеси при повышенной концентрации газа в ней).

5. С повышением сжимаемости уменьшается скорость звука в смеси. При повышении давления и уменьшении объемной доли газа в топливе влияние сжимаемости снижается.

6. Вязкость смеси топлива с газом зависит от состава смеси И возрастает пропорционально содержанию пузырьков воздуха

7. Стабильность смеси зависит от размеров пузырьков газа и при их диаметрах менее 0,8 «км смесь является практически стабильной, что не имеет практического значения в случае насыщения газом топлива в линии высокого давления.

8. Объем газо-жидкостного раствора не зависит от количест-еа растворенного в жидкости гааа, но возрастает с ростом количества эмульсионной фаза

9. Следует предположить, что существуют газы, при введении (соторых в топливо могут образовываться не только двухфазные рмеси, но и химические соединения, что может повлиять на процессы сгорания. Возможно введение в топливо газов, содержащих активаторы химических реакций, что также может повлиять на процессы сгорания.

Теоретический анализ процесса подачи топлива.■насыщенного газом, показал следующее.

1. Газовая фаза в топливе существует как при специальном

насыщении топлива гагой, так и при отсутствии таких специальных операций.

2. При нагнетании плунжером двухфазной системы часть хода плунжера теряется на сжатие газовых пузырьков, что приводит к уменьшению цикловой подачи (при данном положении рейки), а также к задержке (запаздыванию) начала впрыскивания топлива (уменьшению угла опережения впрыска топлива).

3. С ростом концентрации газа (воздуха) в топливе может уменьшаться коэффициент коррекции топливной аппаратуры, причем, тем значительнее, чем выше концентрация газа в топливе, больше объем ЛЕД, заполненный смесью и ниже нагрузка на дизель.

При понижении частоты вращения происходит снижение давления впрыска, из-за чего размеры газовых каверн в топливе растут.

4. Характеристика давления топлива у форсунки мотет более существенно отличаться от характеристики давления у насоса из-за влияния ударных волн в пузырьковой среде. Отличие заключается в появлении более резких колебаний давления топлива (всплесков и провалов) и снижении среднего давления впрыска. При повышении начального давления эти колебания должны уменьшаться.

5. Можно предположить увеличение нестабильности топливопо-дачи и особенно неравномерности подач по цилиндрам с ростом содержания газа в топливе.

6. Ввод в ЛВД газа под повышенным давлением при отсечке подачи может снизить вероятность коксования распылителя.

7. Увеличение количества нерастворенного газа в топливе снижает вероятность кавитационного разрушения деталей ЛВД.

8. Эффект существования в ЛВД ударной волны при нагнетании эмульсии способствует измельчению крупных пузырьков воздуха, а такие растворению в топливе мелких.

9. В связи с тем, что процесс раствс рения газа происходит медленнее, чем процесс впрыскивания, ■ то двухфазность среды в ЛВД сохраняется при существующих давлениях впрыскивания. Одновременно это явление ограничивает возможности растворения

газа в линии высокого давления.

Анализ процессов распиливания топлива и смесеобразования при впрыске топлива, насыщенного воздухом (газом), позволил

7

сделать следующие выводы.

1. Двухфазность впрыскиваемого топлива значительно влияет на качество распиливания.

2. вектором, повышающим дисперсность распиливания топлива, является быстрое выделение воздуха, растворенного в топливе, и расширение пузырьков воздуха, находящихся в эмульсионной среде -топливе.

3. Нестационарность процесса впрыскивания, то-есть колебания давления топлива при впрыскивании, могут улучшать качество распиливания.

4 При расширении пузырьков воздуха снижается плотность ядра струи топлива,увеличивается ширина ядра (угол конусности).

5. При впрыске воздушно-топливной эмульсии, если ядро топливной струи разрушается, то при прочих равных условиях требуется меньшая интенсивность вихревого движения воздушого заряда, пониженное вихреобразование.

6. Улучшение смесеобразования при впрыске воздушно-топливной эмульсии возможно связано и с локальной турбулизацией смеси вблизи очагов горения, если впрыск топлива продолжаете^ после начала горения, в том числе на линии расширения.

7. Чрезмерное количество воздуха в топливе может привести к гомогенизации смеси, что ухудшит воспламеняемость, повысит жесткость работы двигателя.

8. Применение указанного метода воздействия на смесеобразование очевидно более целесообразно при относительно невысоких давлениях впрыска.

Анализ теоретических положений протекания процессов горения, образования сажи и окислов азота позволил следующим образом сформулировать механизм воздействия на эти процессы насыщения топлива воздухом (газом).

1. Особое значение имеет оптимизация состава смеси и обеспечение ее однородности по объему. Чрезмерно высокое насыщение топлива воздухом может вызвать перебой в работе топливной системы, а высокая дисперсность способствует образования гомогенной смеси в цилиндре, которая плохо воспламеняется в дизеле, особенно на режимах малых нагрузок.

2. Интенсификация процесса смесеобразования может привести к снижению цетанового числа топлива, уменьшению периода задержки воспламенения. Тот же фактор способствует повышению ин-8 -

■тенсивности сгорания в первой фазе, росту жесткости и шумности работа

3. Уменьшение размера капель топлива, локальная турбулиза-ция смеси при расширении пузырька воздуха, наличие кислорода воздуха внутри капли топлива, определенная гомогенизация смеси способствует уменьшению образования и интенсификации выгорания сажи и ПАУ.

4. Наличие в смеси других газов может активизировать предпламенные реакции и процессы сгорания.

5. Улучшение смесеобразования не меняет температуры горения топлива, но увеличивает количество зон с оптимальными условиями. сгорания. Увеличивается тают количество зон с повышенной концентрацией кислорода. Одновременно увеличивается отвод тепла из зоны горения на испарение соседних капель и снижается градиент температур и концентрация в К. С. Все эти явления могут привести как к увеличению, так и к уменьшению выброса окислов азота.

6. Сделав допущение о корреляционной связи концентрации сажи и концентрации бензапирена (БаП) можно оценить эффективность метода как по подавлению сажи, так и по снижению концентрации БаП.

В главе дается также описание системы ввода воздуха (газа) в ЛЕД топливной система через ранее разработанный обратный клапан -- клапан регулирования начального давления топлива (РНД) • Для исследования в качестве газовой фазы выбраны воздух и отработавС1"1 газы дизеля, содержащие активированные молекулы, радикалы и т. д., которые могут служить очагами начала самовоспламенения смеси.

В третьей главе приведено описание безмоторного и моторного стендов для исследования соответственно топливной аппаратуры для насыщения топлива воздухом (газом) и рабочего процесса вихрекамерного дизеля. Стенд для испытания топливной аппаратуры был оснащен датчика!® давления топлива у штуцеров насоса или форсунки и хода иглы форсунки. Указанные сигналы регистрировались электронным осциллографом. На стенде исследовалась топливная аппаратура с насосом УТН-5 и форсункой ФД-22. Рабочий процесс исследовался на установке ШГТ-69 с дизелем 14 8,5/11,5 (вихрекамерный, с постоянной частотой вращения п-900 мин -1). При этом одновременно регистрировались как ин-

3

дикаторная диаграммы, так и осциллограммы изменения давления впрыска и хода иглы форсунки.

На рис. 1 приведена схема подачи добавки в форсунку череа клапан РИД. Топливный насос высокого давления 1 через нагнетательный клапан 2 и линию высокого давления 11 подает топливо к форсунке 3, из которой топливо впрыскивается в измеритель расхода топлива 12. Узел 5 клапана РНД 6 штуцерами 4 включен в ЛВД между форсункой и насосом вблизи форсунки. Штуцер 7 клапана РНД 6 связан с источником и измерителем 9 расхода воздуха или другого газа. Расход их может регулироваться либо дросселированием с помощью вентиля 10, либо с помощью давления от источника 9. Датчики давления 13 и хода иглы 15 связаны через преобразователи с осциллографом 14.

При отсечке подачи топлива насосом 1, когда нагнетательный клапан 2 своим отсасывающим пояском формирует в ЛВД 11 волну разрежения, она, проходя мимо клапана 6,способствует его открытию (внутрь ЛВД) и в результате воздух или газ из емкости 9 входит в топливо в ЛВД. В очередных циклах впрыска топливо, насыщенное газом, впрыскивается в измеритель 12 (или соответственно в камеру сгорания дизеля).

Четвекртая глава диссертации посвящена представлению и анализу экспериментальных результатов исследования метода воздействия на рабочий процесс дизеля насыщением топлива воздухом (или другим газом).

Исследоь лние возможности организации процесса топливопода-чи проведено на топливной аппаратуре с насосом УТНЫ и форсункой ФД-22 развернутого дизеля 4Ч110/125(Д-240). а также аппаратуре вихрекамерного дизеля 14 8,5/11,5 (золотниковый ТНВД и штифтовая форсунка).

В исследовании показано следующее.

Расход воздуха через РНД зависит от величины остаточного давления топлива в ЛЕД, которое, в зависимости от скоростного и назгрузочного режимов, меняется от отрицательных значений до величин порядка 8 Ш1А.

Даже при Рост>0 благодаря волновому процессу в ЛЕД расход через клапан РНД может происходить. Величина расхода зависит от времени существования разрежения у клапан РНД, а последнее будет тем больше, чем ниже скорость ввука в данной среде, т. е. ниже Рост. Установка клапана РНД увеличивает объем ЛВД и ухуд-М

ЛI

воздух

Г V

10 \ \ югр. т-ф \

..............,рУЛ_ ,

в1РЕ^тж

II

Рис. |. . Схеиа подачи добавки в форсунку через клапан ШД

Н

шает характеристику впрыска, которая может Сыть улучшена введением через РНД добавок (жидких или газообразных). Газообразная добавка не полностью компенсирует потерю качества впрыска.

Увеличить расход воздуха через РНД можно, увеличив разгрузочный объем пояска нагнетательного клапана (до 75 ммЗ). Чрезмерное насыщение топлива воздухом приводит к нарушению стабильности топливоподач или прекращению впрыска (при п-700 мин-1 - при У раз 85 ммЗ). Увеличением давления воздуха можно увеличить расход его через РИД. Но при Рв>0,5 МПа достигается Урнд-90Х и происходит нарушение топливоподачи.

Клапан РНД целесообразно устанавливать вблизи штуцера форсунки, что позволяет уменьшить объем смеси топлива с воздухом в ЛВД и снизить отрицательный эффект повышенной сжимаемости. По сравнению с впрыском чистого диз. топлива впрыск топлива с 752 воздуха приводит к уменьшению опережения впрыска с 20 градусов до 17 градусов, увеличению продолжительности впрыска с 30 градусов до 32-34 градусов. - ;

С ростом содержания воздуха, газа в топливе до 40; 80;1202 цикловая подача топлива меняется от 32 ммЗ/цикл до соответственно 29, 21, 9 ммЗ/цикл, если РНД установлено у насоса и до 32, 29, 25 ммЗ/ц соответственно, если РНД установлено у форсунки. В этом случае существенное уменьшение угла опережения впрыска (16 градусов вместо 20 градусов) происходит при содержании воздуха в топливе, равном 802 и выше. Ограничением верхнего предела возможного насыщения топлива воздухом является также неравномерность остаточных давлений в ЛВД, приводящая к неравномерности Урнд до 502 при полной нагрузке и до 1002 - на частичных.

Полученные при исследовании топливной аппаратуры полноразмерного дизеля результаты были применены при оснащении системой ввода воздуха топливной системы одноцилиндрового вихрекамерного дизеля 14 8,5/11,5, на котором проведены исследования рабочего процесса дизеля.

Обработка индикаторных диаграмм полученных при работе дизеля на чистом топливе (рис. 2), на топливе с добавка 302 воздуха или 302 газа (пропана-бутана в газовой фазе), показала следующее.'

Насыщение топлива воздухом приводит к уменьшению (на 2

градуса п. к. в) периода задержки воспламенения. Одновременно, И

ЗАО

Рис. 2

<00

430

«О "п-кВц

ОП ■ у^

Характеристики теплоиспплъзозания /г»/,скорости тгллоиспользогакяя дазлгяия /РГ/, температуры /Т/

и скорости изменения давления /Лр/<1?/ в цилилдре дизеля ус-тз.чозкя 1Ш-6Э /143,5/11,5/; 1-прв работе яа дизельной топливе, 2-иа смасв дпзелыгого топлпзз к воздуха ,/ЗОЯ оЗъёин./

3-ча смеси дизельного топлива с газои /пропан-бутан/, /30% об./.

15

очевидно благодаря улучшению, интенсификации смесеобразования, происходит увеличение скорости теплоиспольэования, увеличение жесткости сгорания, Рг и Тмах. Растет полнота сгорания ( ), уменьшается его продолжительность. Отмечено, что введение в топливо газа также приводит к уменьшению задержки воспламенения, однако, интенсивность сгорания в первой фазе даже снижается. Зато растет интенсивность сгорания во второй фазе. Это возможно связано с высокой растворимостью газа в топливе и более трудной его "дегазацией", выделением из топлива при падении давления вокруг капли топлива, насыщенного газом, после впрыска в камеру сгорания.

Для исследования влияния химической природы газа проведен эксперимент с насыщением топлива отработавшими газами, для чего была специально изготовлена система ввода О. Г. через РИД из выпускного коллектора. Показано, что 0. Г. очевидно благодаря химической природе воздействия оказывают еще большее влияние на задержку воспламенения, однако, интенсивность процесса еще Солее возрастает.

Нагрев воздуха, подача горячих 0. Г. сказываются на уменьшении величины задержки.

Исследования по выявлению влияния насыщения топлива воздухом (Бв) на экономические и экологические показатели дизеля подтвердили ранее высказанные предположения, а именно:

- существует оптимальное,порядка 40-502, насыщение, при котором достигается максимум ;

- минимальная дымность обеспечивается при Бв -40-802 и дальнейшее увеличение Б приводит к росту В;

- выбросы окислов азота в области Зв<-80% не превышают или на 102 ниже, чем в исходном режиме;

- жесткость работы дизеля непрерывно растет с ростом Бв, причем, особенно существенно - при 5в>602;

- рост Тмах и Рг наблюдается, хотя и в менее существенном отношении;

- при существовании корреляционной зависимости между выбросом сажи и БаП снижение выбросов последних можно ожидать на величину порядка 302.

На рис.3. приведена нагрузочная характеристика дизеля, . подтверждаю^ существенное улучшение экологических и экономических характеристик дизеля при насыщении топлива воздухом (В \\

данном случае величина насыщения Б не регулировалась, а автоматически изменялась в соответствии с режимом работы дизеля).

<,0 МЛО

гЗа'с^г' с Загрузочные характеристики вихрзкамзрного дазеля 5/11,Ь при работе на дизельном топливе /д/, при насыщении топлива воздухом /в/, поопанои-бутанон /г/ и отработав- ■ газаш» /о.г./.

Основные выводы и рекомендации. 1

1. разработаны рекомендации к организации рабочего процесса дизеля, обладающего повыпенными экологическими и экономическими качествами, благодаря использованию топлива, насыщенного воздухом или другими газами.

2. В разработанном процессе насыщэние топлива воздухом или другими газами осуществляется во время работы двигателя путем ввода их в линию высокого давления вблизи форсунки (в периоды между циклами впрыскивания топлива) через специальный обратный

<5

клапан -- клапан регулирования начального давления (РИД).

3. Разработаны рекомендации по созданию топливной аппаратуры для насыщения топлива воздухом (или другим газом), включающие конструктивные элементы нагнетательного клапана ТНВД, конструкцию клапана регулирования начального давления, место ввода воздуха или газа в топливо, методы регулирования расхода воздуха (газа) и т.д.

4. Разработанная система обеспечивает подачу в топливо до 100% объемных воздуха или газа Рекомендованное значение расхода для исследованного вихрекаменного дизеля составляет 40-80 X.

5. Насыщение топлива воздухом или другими газами является действенным средством повышения экологических и экономических качеств дизелей. Насыщение топлива газами в количестве 40-802 может снизить дымность О. Г. на величину порядка 301, а в ряде случаев и более.

6. При допущении корреляционной зависимости между концентрациями сажи и бензапирена в отработавших газах токсичность по БаП может быть снижена на 302. Указанные эффекты по токсичности достигаются без повышения токсичности по ИОх или при ее снижении на 102.

7. Достоинством разработанных решений является возможность их использования на существующих дизелях путем сравнительно простой модернизации топливной системы дизеля и изменения регулировки по углу опережения впрыскивания.

8. Разработанный метод и реализующие его средства могут найти применение при решении проблемы рационального использования ресурсов заменой дизельных топлив альтернативными,утяжеленными, благодаря возможности улучшения качества распиливания топлива и улучшения процесса смесеобразования. Решения указанной проблемы имеет как экологическую, так и экономическую направленность и требует дальнейших исследований.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. Патрахальцев Н.Н., Джавад , М. Зауави. Сааде Ю.Я. Способ организации рабочего процесса спирто-дизеля. - Ы. - Известия вузов. Машиностроение. - 1993. (в печати)

2. Джавад Ы. Зауави, Патрахальцев Н. Н. Улучшение эколо-. го-экономических показателей вихрекамерного дизеля добавкой

воздуха к топливу Сб. науч. трудов М. РУДН. (в печати).