РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДРУЖБЫ НАРОДОВ

УДК 621.436.038.001

На правах рукописи

РУСИНОВ АЛЕКСАНДР РУДОЛЬФОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ

ДОБАВКОЙ ЛЁГКИХ СИНТЕТИЧЕСКИХ

ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

В ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

по специальности 05.04.02 – тепловые двигатели Москва, 2007.

2

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

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Шкаликова Валентина Петровна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ерохов Виктор Иванович, кандидат технических наук, ст. науч. сотрудник Попов Владимир Петрович.

Ведущая организация:

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (МГТУ им Н.Э. Баумана).

Защита диссертации состоится “24” мая 2007 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета К 212.203. при Российском университете дружбы народов по адресу:

117302, г. Москва, ул. Подольское шоссе, 8/5. ауд. 425.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу:

117198, Москва, ул. Миклухо – Маклая, д. 6.

Автореферат разослан 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета К 212.203. профессор Виноградов Л.В.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

АВСХ – абсолютная внешняя скоростная характеристика.

ВСХ – внешняя скоростная характеристика.

ДТ – дизельное топливо.

КорВСХ – корректорная внешняя скоростная характеристика.

ЛВД - линия высокого давления топлива.

ЛСПУ – лёгкие синтетические парафиновые углеводороды.

НУР – неустановившийся режим работы.

ОГ – отработавшие газы.

ПД – предел дымления.

ПП – переходный процесс.

РНД - регулирование начального давления.

ТС, ТА – топливная система, топливная аппаратура.

УВ – углеводороды.

УР – установившийся режим работы.

ФХР - физико - химическое регулирование.

ЦЧ – цетановое число.

В – дымность отработавших газов по шкале Бош [ед. Бош].

Iд, Iуст – моменты инерции двигателя, установки, [Нмс2].

К, Кn – коэффициенты приспособляемости по моменту и по частоте.

Мс – момент сопротивления вращению вала дизеля (Нм).

Ме – крутящий момент дизеля эффективный (Нм).

Рнач., Рост., - начальное и остаточное давления в ЛВД (МПа).

Хлспу.,– доля ЛСПУ в топливе, (% ).

hp – положение рейки топливного насоса высокого давления.

hо.рнд – ограничение хода клапана РНД.

n,. – частота вращения, (1/мин).

tпр – время приёмистости, [с].

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прогнозируемое истощение мировых нефтяных запасов, а также возрастающие требования к экологическим качествам дизелей ставят перед двигателестроением задачи поиска альтернативных (не нефтяных) топлив для энергетики и особенно для транспорта. В качестве перспективных в настоящее время рассматриваются такие топлива, как природный газ, сжиженный нефтяной газ, спирты, жидкие продукты синтеза из газа или угля и т. д. Переход на альтернативные топлива осложняется не только необходимостью соответствующих конструктивных изменений в двигателях, но и созданием необходимой инфраструктуры – систем производства нового топлива, его транспортировки, хранения на заправках и на борту автомобиля.

Синтетические жидкие топлива являются хорошей альтернативой нефтяным, так как сырьём для их производства может служить природный газ, водород, твёрдые топлива, а также различное возобновляемое сырьё, например, спирты и проч. Синтетические топлива могут быть изготовлены с высокими экологическими, моторными качествами. В настоящее время в России имеется производство наиболее дешёвых лёгких синтетических парафиновых углеводородов (ЛСПУ) состава СnH2n+2, где n = 5 – 10, которые уже опробованы в качестве добавки к основному дизельному топливу.

На основе анализа соответствующих публикаций, автор считает наиболее рациональным для дизелей использование, в качестве альтернативных, жидких синтетических топлив, приближенных по свойствам к современным наилучшим традиционным нефтяным топливам. Это позволит сохранить не только инфраструктуру топливоснабжения, хранения топлива на борту автомобиля, но и более чем столетний опыт создания, совершенствования рабочих процессов дизелей, как самых экономичных тепловых двигателей, их топливной аппаратуры, систем регулирования и управления, служб обслуживания, ремонта, обеспечения эксплуатации, обучения персонала и проч.

В начальный период практического применения альтернативных топлив целесообразно говорить не о полной замене ими традиционных топлив, а о применении смесевых топлив – смесей традиционных и альтернативных. Применение ЛСПУ в качестве добавок к основному, особенно, если эти добавки подаются в дизельное топливо во время работы двигателя, позволяет использовать их для реализации регулирования дизеля изменением физико – химических свойств топлива («физико – химическое регулирование»-ФХР).

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы дизеля путём добавки к основному топливу альтернативного – лёгких синтетических парафиновых углеводородов.

Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи.

Проанализировать возможности метода повышения эффективности работы дизеля путём воздействия на рабочие процессы добавкой к основному топливу ЛСПУ и регулированием начального давления топлива (РНД).

Провести анализ физико – химических и моторных свойств смесевых топлив на базе штатного дизельного топлива (ДТ) и ЛСПУ.

Модернизировать систему топливоподачи элементами РНД для реализации метода добавкой ЛСПУ к топливу.

С использованием математических моделей исследовать влияние применяемых добавок ЛСПУ к основному топливу на показатели работы дизеля в динамических режимах разгона, восстановления устойчивого режима.

Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчётно – экспериментальные методы исследования, в том числе математическое моделирование ряда эксплуатационных режимов работы дизеля.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методов математической статистики.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней разработаны и исследованы метод и средства повышения эффективности работы дизеля автотракторного назначения путём изменения физико – химических свойств топлива добавкой к основному топливу лёгких синтетических парафиновых углеводородов через клапаны регулирования начального давления. Расчётно – экспериментальными методами получены новые количественные показатели, свидетельствующие о возможности улучшения динамических качеств дизеля предложенным методом.

Практическая ценность работы заключается в том, что при реализации предложенных методов и средств достигается повышение эффективности эксплуатационных режимов работы дизеля. Применение метода физико - химического регулирования добавкой к основному топливу лёгких синтетических парафиновых углеводородов позволяет повышать динамические качества дизеля без превышения заградительного предела дымления. Математические модели могут применяться для ускорения поиска рациональных показателей регулирования дизеля предложенными методами.

Реализация результатов работы. Материалы исследования применяются при выполнении госбюджетной научно – исследовательской работы кафедры комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов, применяются в учебном процессе и при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на научно – технических конференциях инженерного факультета РУДН в 2005, 2006 и 2007 г.г., на 81 заседании Всероссийского научно – технического семинара по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок им. проф. В.И. Крутова (февраль 2006 г.) и на международном семинаре в Санкт – Петербурге в 2006 г.

Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы 4 работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав основного содержания, выводов по главам и общих выводов, списка литературы из 145 наименований и приложения на 5 страницах. Объём диссертации - 158 страниц, из которых 95 страниц машинописного текста, 67 иллюстраций и таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы разработки методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности их работы регулированием рабочих процессов дизеля изменением физико – химических свойств топлива.

В первой главе проведён обзор работ, направленных на решение проблемы. Вопросам разработки и исследования методов и средств организации рабочих процессов дизелей при использовании альтернативных топлив посвящены работы ряда отечественных и зарубежных учёных, таких как Вагнер В. А., Ерохов В. И., Злотин Г. Н., Камфер Г. М., Ластра Л.

А., Лернер М. О., Лиханов В. А., Лупачёв П. Д., Мазинг М. В., Малов Р. В., Мамедова М. Д., Марков В.А., Махов В. З., Матиевский Д. Д., Патрахальцев Н. Н., Попов В.С., Семёнов Б. Н., Смайлис В. И., Сомов В. А., Шкаликова В.П., Mabley P.M., Milles A.Y., Goetz W.A. и др. Исследованиям влияния добавки ЛСПУ на протекание характеристик дизеля посвящены работы Азева В.С., Газаряна Г.Т., Журавлёва В.Н., Каринского Н.А., Лапидуса А.Л., Патрахальцева Н.Н., Пекеньо Х.П., Санчес Л.В.А., Шкаликовой В.П.

и др.

Проведённый анализ позволил сделать следующие выводы.

В ближайшие годы следует ожидать снижения производства нефтяных дизельных топлив, дальнейшего роста их стоимости, повышения требований к их экологическим качествам. В связи с этим предполагается всё более широкое применение альтернативных топлив для ДВС, в том числе дизелей.

Среди возможных альтернативных топлив наибольшую перспективу имеют жидкие топлива, так как только в этом случае возможно сохранить созданную инфраструктуру транспортировки, хранения, заправки двигателей мобильных машин, хранения на борту транспортного средства, сохранить вековой опыт создания и совершенствования конструкций дизелей, методов организации их рабочих процессов, конструкции их топливной аппаратуры, сохранить инфраструктуру обеспечения эксплуатации, обслуживания, ремонта и т.д.

Высокую роль в энергетике будущего будут иметь природный, нефтяной и прочие горючие газы, а также в более отдалённой перспективе - водород и наконец твёрдые топлива. Однако представляется, что для дизелей наибольшей перспективой обладают синтетические жидкие дизельные топлива, благодаря близости их свойств к лучшим видам современных нефтяных топлив, их высоким экологическим качествам и т.д., а сырьём для производства последних могут быть и природный и прочие горючие газы, и водород, и биомассы, и твёрдые топлива, и т.д.

Топлива из возобновляемых источников сырья, например, биодизельное топливо, благодаря прежде всего их высоким экологическим качествам, всё же будут иметь существенное значение лишь для удовлетворения региональных, локальных, а не глобальных нужд. И связано это также с ограниченностью ресурсов биомасс во многих районах мира.

В ближайшей перспективе трудно ожидать полного перехода, например, дизельного транспорта, на какое – то альтернативное топливо. Более реальной представляется перспектива применения в дизелях смесевых топлив, т.е. смесей традиционных нефтяных топлив с различными альтернативными. Такой подход позволяет начать использование АТ без существенного изменения конструкции дизелей, постепенно накопить опыт эксплуатации новых топлив, позволяет экономить традиционные топлива частичным замещением их альтернативными.

Применение смесевых топлив позволяет воспользоваться возможностью регулирования состава топлива во время работы дизеля, т.е. реализовать метод регулирования дизеля изменением физико – химических свойств топлив – «физико – химическое» регулирование.

Для реализации метода «физико – химического» регулирования уже сейчас возможно применение систем топливоподачи разделённого типа, названных ранее системами с регулированием начального давления (РНД), или, иначе говоря, систем с импульсной подачей добавок в основное топливо. При этом автоматически реализуется метод совершенствования процесса дизеля стабилизацией или регулированием начального давления топлива.

Возможности повышения эффективности, экономичности, экологичности дизелей изменением физико – химических свойств топлива до настоящего времени исследованы недостаточно, особенно это касается смесевых топлив на базе штатного дизельного и синтетического, причём, в настоящее время – лёгких синтетических парафиновых углеводородов, как наиболее дешёвых в производстве.

По результатам анализа сформулирована цель работы и поставлены задачи, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели.

Во второй главе приведена основная информация о производстве ЛСПУ, проведён анализ физико – химических и моторных свойств ЛСПУ и их смесей с ДТ, анализ влияния добавки ЛСПУ к ДТ на протекание рабочего процесса дизеля. Приведены и систематизированы опубликованные ранее результаты обработки индикаторных диаграмм, полученных при работе дизелей на смесевых топливах с добавкой ЛСПУ или бензина. Проведён выбор системы топливоподачи и регулирования дизеля изменением физико – химических свойств топлива, а также система включения – выключения подачи добавки в дизельное топливо. Изложены основы математического моделирования эксплуатационных динамических режимов дизелей с разными методами регулирования. Модели изложены в допущениях квазистатического представления переходных процессов, а также с учётом переходных процессов в топливной аппаратуре. Приведены принципы моделирования режимов дизеля с системой регулирования начального давления, а также с системой «физико - химического» регулирования.

Показано, что дизель, работающий на смесевом топливе (ДТ+ЛСПУ) или даже на чистой фракции ЛСПУ, реагирует на изменение частоты вращения, нагрузки, степени сжатия по тем же законам, что и при работе на ДТ. Правда, при этом наличие ЛСПУ, т.е. прежде всего лёгких фракций, приводит к улучшению очевидно распыливания топлива и в целом смесеобразования - сгорания в цилиндре. При неизменном угле опережения впрыскивания топлива экономичность дизеля, работающего на смесевом топливе, несколько улучшается в области полных нагрузок, но ухудшается – на частичных.

Добавка ЛСПУ к дизельному топливу в количестве, например, около 50% снижает дымность ОГ дизеля, работающего на смесевом топливе, в 1,8 и в 1,9 раз при работе с полной нагрузкой на средних и высоких частотах вращения соответственно.

Добавка ЛСПУ до 50% при работе с полной нагрузкой обеспечивает также следующие эффекты:

- снижение концентрации СН в 2,0 – 2,5 раза при пониженных частотах вращения и сохранение ССН без изменений при работе на высоких частотах;

- снижение концентрации NOx на пониженных частотах вращения на 1 – 1,5%, а на высоких – до 13%;

- снижение концентрации СО в ОГ на пониженных частотах на 60 – 70%, а на повышенных – на 20%.

При работе на чистой фракции ЛСПУ повышение степени сжатия приводит к некоторому росту СNOx и ССН, при практически неизменных концентрациях СО. В то же время, при работе дизеля на чистой фракции ЛСПУ СNOx в 2 раза, а ССО – в 4 – 5 раз меньше, чем при работе на дизельном топливе.

Добавка ЛСПУ до 50% повышает ЦЧ число топлива с 45 ед. (для ДТ) до 53 ед. (для смесевого топлива), т.е. на 18%. (Такая же добавка бензина А-76 снижает ЦЧ до 37 ед., т.е. на 18%).

Добавка 50% ЛСПУ увеличивает теплоту сгорания топлива на 3,5%, но одновременно происходит возрастание lо на те же 3,5%. В результате теплосодержание горючей смеси остаётся практически постоянным и не зависит от содержания ЛСПУ в смесевом топливе. Теплосодержание горючей смеси существенно зависит лишь от коэффициента избытка воздуха. Так, переход с работы при = 1,6 на работу с = 1,0 повышает теплосодержание горючей смеси на 60%. (Правда, повысить мощность на такую же величину не удаётся из – за снижения индикаторного к.п.д. с обогащением горючей смеси).

Водородное число (Н/С) чистой фракции ЛСПУ составляет 0,191, т.е. на 32% превышает этот показатель для дизельного топлива (0,145) и на 12% - для бензина (0,17) (что и обеспечивает как некоторый рост низшей теплоты сгорания топлива, так и существенное снижение дымности выбросов).

Смесевое топливо с добавкой ЛСПУ до 40% обеспечивает горючей смеси повышенные скорости сгорания, скорости теплоиспользования. При этом максимум теплоиспользования смешается ближе к ВМТ (с 500 п.к.в.

до 350 п.к.в. после ВМТ).

При условии допустимого повышения жёсткости процесса (dр/d)max и при стремлении к максимальному повышению рi и i желательное содержание ЛСПУ в смесевом топливе на режимах полных нагрузок и высоких частот вращения не должно превышать 20 – 30%.

При работе на смесевом топливе снижение нагрузки приводит к более раннему чрезмерному возрастанию удельного расхода, чем на ДТ, к более резкому увеличению жёсткости процесса. Отсюда возникает предположение о нецелесообразности ввода ЛСПУ в дизельное топливо при нагрузках ниже 65 – 60% (и неизменных регулировках).

Сохранение угла опережения впрыскивания топлива связано со следующим соображением. На режимах регулирования изменением состава смесевого топлива, как менее распространённых в условиях эксплуатации, угол опережения впрыскивания может быть и не оптимальным. Оптимальный угол опережения нужно сохранить для работы на ДТ, так как продолжительность таких режимов существенно превышает продолжительность работы с использованием метода ФХР.

Для реализации экспериментальных исследований выбрана схема топливной системы, представленная на рис. 1.

ТНВД, 3 – ЛВД, 4 – ограничитель хода клапана РНД, 5 – клапан РНД, 6 – подвод электропитания к катушке, 7 – ввод добавки, 8 – фильтр и аварийный клапан, 9 – кран, 10 – линия подвода добавки, 11 – электромагнитная катушка, 12 – шток, 13 – магнитная пластина, 14 – седло клапана РНД, 15 направляющий хвостовик, 16 – баллон с ЛСПУ или другой добавкой, 17 форсунка закрытого типа, 18 – дизель, 19 – топливный бак, 20 – обратный клапан, 21 – возвратная пружина, 22 – подкачивающий насос, 23 – мембрана, 24 – полость нагнетания, 25 – полость привода, 26 – линия отсечки подачи.

Выбранную систему необходимо довести с целью получения желательной расходной характеристики по величине добавки ЛСПУ. Для проведения математического моделирования динамических режимов дизеля по принятой методике необходимо экспериментальное определение (построение) ВСХ и КорВСХ дизеля с разными регулировками.

При составлении моделей использованы функциональные системы двигателя с регулированием работы изменением состава топлива, рис.2.

Моделирование проведено для коротких режимов разгонов по соотс е e - фактор влияния смещения рейки на момент дизеля.

Для длительных режимов использованы полиномиальные зависимости, аппроксимирующие экспериментальные характеристики дизеля и потребителя.

В третьей главе разработаны методы исследования, стенды, приборы для испытаний топливной аппаратуры и дизелей, модернизированных для подачи ЛСПУ или других добавок. Здесь же приведено определение погрешностей измерений и метод статистической обработки результатов многократных измерений, в том числе многократных реализаций разгонов.

Приведена методика определения моментов инерции дизеля и установки дизель – электротормозное устройство.

Объектом исследования выбран дизель типа Д-240 (4Ч11/12,5) и его топливная аппаратура. На стендах с топливной аппаратурой проведены исследования системы, модернизированной установкой клапанов РНД.

Рис. 3. ВСХ по цикловым подачам (объёмным): VА и VВ - нагнетательные клапаны с разгрузками V раз. соответственно 52 и 82 мм3 (без РНД); ДТ, ЛСПУ, А-76 – клапан В, подача добавок через РНД (РНД у штуцера ТНВД + подкачка мембранным насосом).

Экспериментально исследованы системы с нагнетательным клапаном ТНВД со штатной и с повышенной разгрузочной способностями, с размещениями клапана РНД у штуцера ТНВД или у штуцера форсунки.

Исследовано влияние подпитки клапана РНД от дополнительного мембранного насоса с приводом от волн давления при отсечках подач штатным ТНВД. Клапаны РНД имели одинарные или двойные запорные элементы.

В окончательном варианте выбрана система с нагнетательным клапаном ТНВД с повышенной разгрузочной способностью (клапан В), с клапаном РНД с двойным запиранием, с подключением клапана РНД к ЛВД вблизи штуцера форсунки, с целью исключения попадания добавки ЛСПУ в ЛНД при отсечках подачи штатным ТНВД. Именно с этой системой проведены исследования на развёрнутом двигателе.

Окончательная характеристика подач ЛСПУ такой системой приведена на рис.5.

Рис. 4. Конструктивная схема узла клапана РНД с двойным запиранием А) и с одинарным запиранием Б): 1 – штуцер ТНВД, 2 – стакан держателя узла, 3 – ниппель держателя, 4 - накидная гайка, 5 – сухарики, 6 – трубка высокого давления, 7 - окно стакана, 8 – корпус узла клапана РНД, 9 – ограничитель хода клапана РНД, 10 – возвратная пружина, 11 – клапан РНД, 12 – прокладки, 13 – седло клапана, 14 – плоскость второго запорного элемента, 15 – плоское седло, 15а (схема Б) – прорезь в ограничителе хода клапана РНД, 16 – конусное седло клапана РНД.

В четвёртой главе изложены результаты экспериментального и численного исследования дизеля с разными вариантами выполнения системы топливоподачи, получены внешние и корректорные характеристики дизеля с разными вариантами регулирования добавкой ЛСПУ. Полученные характеристики по моменту и по дымности ОГ аппроксимированы полиномиальными зависимостями и использованы при численном эксперименте в соответствии с предложенной математической моделью. Характеристики дизеля (рис. 6) при разных регулированиях получены в следующих условиях. Исходной для сравнения является ВСХ Ме.д., полученная при работе на дизельном топливе с нагнетательным клапаном В. Положение рейки принято за 100%. При этом двигатель имел характеристику дымности Вдт, показанную на рис. 7, от 3,5 до 4,7 ед. Бош. Добавка ЛСПУ при условии сохранения номинального исходного момента приводит к снижению дымности ОГ, что позволяет форсировать двигатель (Ме.ф.), причём, форсирование проведено при условии сохранения дымности номинального режима на уровне 3,5 ед. Бош. Рост момента составил 6,4%, а вся ВСХ в этом случае получена при положении рейки ТНВД, равном 89% (от исходного для дизеля). При этом рост максимального момента составил 9,2%, а коэффициент приспособляемости возрос от 1,06 в исходном состоянии до 1,16.

Форсаж двигателя (Ме.ф-саж) проведён путём увеличения производительности системы топливоподачи смещением рейки ТНВД последовательно в положения от 89% при номинальной частоте до 96% при nм и затем к 93% при nmin. Положения рейки определялись условием непревышения уровня дымности ОГ величины в 3,5 ед. Бош во всём диапазоне изменения скоростных режимов (Вф-саж на рис. 7). Форсаж позволил повысить максимальный крутящий момент на 14% по сравнению с исходным для дизеля уровнем. С учётом того, что условием форсирования или форсажа является сохранение номинальной мощности дизеля, а также с целью снижения дымности ОГ в зоне низких частот вращения, проведено корректирование скоростных характеристик изменением положения рейки ТНВД.

Рис. 6. ВСХ и корректорные характеристики двигателя 4Ч11/12,5 при разных вариантах форсирования: Ме.д. – момент дизеля с нагнетательным клапаном В; Ме.ф., Ме.ф-саж. – моменты двигателя с регулировкой на форсирование и на форсаж добавкой ЛСПУ, Ме.ф.кор., Ме.ф-саж.кор. – характеристики дизеля при корректировании их протекания смещением рейки.

При всех корректированиях расход ЛСПУ через клапаны РНД не регулировался, а изменялся в незначительных пределах самопроизвольно в соответствии с режимом двигателя. Положение рейки менялось от 82% (при nном) до 96% (при nм) и затем до 80% (при nмин). Это позволило повысить коэффициент приспособляемости двигателя до 1,21.

Рис. 7. Характеристики дымности ОГ дизеля 4Ч11/12,5 в исходном состоянии и при добавках ЛСПУ и аппроксимирующие их уравнения.

Численный эксперимент показал, что применение форсирования и форсажа добавкой ЛСПУ и использованием корректора по рейке обеспечивает рост факторов устойчивости режимов (до 10 – 30%), а также возрастание коэффициентов самовыравнивания на 29 – 41%, что сокращает время восстановления устойчивого режима (после случайного отклонения на – 150 1/мин) на 22 – 29%. Как показано на рис.8, применение ЛСПУ в разных вариантах выполнения системы двигателя и в разных режимах разгонов обеспечивает выигрыши во времени выполнения данной операции разгона на величину до 23% при одновременном сокращения выброса сажи на величину до 21%. При этом математическим моделированием исследованы различные режимы, например, режимы коротких разгонов двигателя без потребителя и нагрузки, двигателя с потребителем, но без нагрузки, а также двигателя с потребителем и постоянной нагрузкой, равной 100 Нм (100) или переменной нагрузкой по закону генератора (var).

Рис. 8. Выигрыши во времени выполнения операций разгонов (дел.t%) и выигрыши в выбросах сажи (дел. выбросов С, %) при реализации этих разгонов двигателем с добавками ЛСПУ.

Основные выводы и рекомендации.

Лёгкие синтетические парафиновые углеводороды, сырьём для производства которых могут быть как невозобновляемые продукты (природный и прочие углеводородные газы, угли и прочие твёрдые топлива), так и возобновляемые (водород, продукты переработки растительной массы) могут стать перспективным топливом для дизелей в качестве добавки к основному дизельному топливу. Уже в ближайшее время добавка ЛСПУ может использоваться как с целью экономии нефтяных топлив, так и с целью повышения эффективности работы дизеля, благодаря возможности регулирования рабочих процессов изменением физико - химических и моторных свойств такого смесевого топлива.

В работе выполнен анализ ряда физико – химических и моторных свойств ЛСПУ и смесевых топлив – их смесей с дизельным. Показано, что добавка ЛСПУ к дизельному топливу в количествах, не превышающих 30 – 40% позволяет реализовывать рабочие процессы дизеля с сохранением закономерностей, свойственных стандартному топливу.

Добавка ЛСПУ существенно снижает дымность выбросов дизеля, что позволяет организовать форсирование дизеля или его форсаж в условиях сохранения неизменной дымности или при непревышении предела дымления, установленного для дизеля.

Для реализации работы дизеля с таким физико – химическим регулированием разработана топливная аппаратуры, основанная на использовании клапана регулирования начального давления, т. е. с вводом ЛСПУ в основное топливо вблизи форсунки во время работы двигателя.

Топливная аппаратура выполнена с элементами, обеспечивающими автоматическое, без дополнительных регулирующих устройств, регулирование расхода ЛСПУ, в зависимости от скоростных режимов при полных нагрузках в пропорциях к дизельному топливу, близких к рациональным.

Исследования на стенде с дизелем 4Ч11/12,5 дизеля с разными предложенными регулировками показали, что при подаче в дизельное топливо ЛСПУ в количествах от 20 до 15%, соответственно при низких и номинальных частотах вращения достигается снижение дымности отработавших газов на 20 – 25% при сохранении штатной мощностной ВСХ. При сохранении характеристик дымности исходного дизеля достигается форсирование двигателя по моменту на 6 – 9% в области повышенных частот вращения, а при условии непревышения предела дымления (3,5 ед. Бош) во всём диапазоне скоростных режимов достигается возможность форсажа дизеля на режиме максимального крутящего момента на величину до 14%.

Применением математического моделирования различных режимов разгонов двигателя с разными регулированиями показаны возможности достижения выигрышей во времени выполнения операций разгонов и выигрышей в выбросах сажи до (5 – 23)% и (11 – 29)% соответственно по сравнению с исходными показателями дизеля.

Моделированием соответствующих режимов показаны возможности повышений факторов устойчивости двигателя, коэффициентов самовыравнивания на (29 – 41)%, а сокращения времени восстановлений устойчивого режима на (22 – 29)% при случайном отклонении от устойчивости на -150 1/мин.

Подобранная для исследования топливная аппаратура может быть выполнена путём модернизации существующей без существенных изменений конструкции и без вывода дизеля из эксплуатации на длительное время.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Патрахальцев Н. Н., Шкаликова В. П., Русинов А. Р. Расширение возможности использования природного газа для дизелей (статья).// АвтоГазоЗаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2005, № 1 (19).

С. 38 – 42.

Патрахальцев Н.Н., Шкаликова В.П., Русинов А.Р. Автоматическое регулирование дизеля изменением свойств топлива. (Статья). // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006, № 11. С. 33 -36.

Регулирование дизеля изменением физико – химических свойств топлива./Н.Н. Патрахальцев, В.Л. Казначевский, А.А. Бадеев, А.Р.

Русинов. (Тезисы доклада). //Сб. докладов всероссийской конференции.

СПб. 2006. 3 с.

Патрахальцев Н.Н., Бадеев А.А., Русинов А.Р. Повышение эффективности регулирования работы дизеля путём изменения физико – химических свойств топлива. (Тезисы доклада). // Вестник МГТУ им. Н.Э.

Баумана. Сер. «Машиностроение». 2006, № 3. С. 120.

Патрахальцев Н.Н., Бадеев А.А., Русинов А.Р. Возможности форсажа дизеля при ограничении дымности выбросов. (Статья). // Строительные и дорожные машины. 2006, №. С. (В печати).

«Повышение эффективности работы дизеля добавкой лёгких синтетических парафиновых углеводородов в дизельное Разработан метод повышения эффективности работы дизеля путём добавки к дизельному топливу во время работы двигателя лёгких синтетических парафиновых углеводородов (ЛСПУ) с помощью топливной системы с клапанами регулирования начального давления. Показаны возможности форсирования дизеля по моменту установившегося режима на 6 – 9% без превышения предела дымления, а также кратковременного форсажа дизеля на 14% с выходом на пределы дымления во всём диапазоне скоростных режимов.

«Increasing of efficiency of working of diesel by addition of light There is worked out method and system for organization of diesel process with regulation of it by injection into cylinders mixtures of diesel fuel with alternative fuel - light paraffin hydrocarbons, which are added into diesel fuel during the working process of diesel. There are presented opportunities to increase the torque for 6-9%, without of increasing of limit of smoke. And increase the torque of diesel for 14% for short time with increasing of limit of smoke.

Подписано в печать……2007 г. Формат 60х84/16. Тираж 100 экз. Усл.

-печ. л. 1,0. Уч. -изд. л. 1,0. Усл. кр. –отт. 1,0. Заказ……… Издательство Российского университета дружбы народов 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.

Типография ИПК РУДН 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.