Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха – часть 2

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

Рис. 2. Экспериментальные и расчетные значения ПЗВ дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе по газодизельному процессу в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала:

—— – экспериментальные значения, – – – – расчетные значения

В третьем разделе представлена методика экспериментальных исследований, а также созданная экспериментальная установка, использованные приборы и оборудование. Экспериментальная установка включала в себя электротормозной стенд SAK-N 670, дизель Д-245.7, измерительную аппаратуру. При стендовых испытаниях дизеля, газовом анализе ОГ, монтаже и эксплуатации приборов и оборудования учитывались требования ГОСТ 14846-81, ГОСТ Р 41.24-2003, ГОСТ 15888-90, ГОСТ Р 41.49-2003, ГОСТ Р 41.83-2004, ГОСТ Р 51998-2002, ГОСТ 27577-2000, ГОСТ 10579-88, ГОСТ 10578-96, ГОСТ 305-82, ГОСТ 8581-78, ГОСТ Р 52160-2003, ГОСТ 17.2.1.02-76, ГОСТ 17.2.2.01-84, ГОСТ 17479.1-85, ГОСТ 17.2.2.01-84. Стендовые испытания дизеля проводились с использованием летнего ДТ, моторного масла М-10-Д(м) и компримированного природного газа для газобаллонных автомобилей месторождения «Ямбургское». Индицирование процесса сгорания в цилиндре дизеля проводилось индикатором МАИ‑5А, оснащенным датчиком давления, который устанавливался в головке блока дизеля и соединялся каналом с камерой сгорания первого цилиндра. Обработка индикаторных диаграмм рабочего процесса осуществлялась с помощью ПЭВМ по программе ЦНИДИ-ЦНИИМ. Отбор и анализ проб ОГ производился с помощью автоматической системы газового анализа АСГА-Т.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований по улучшению эффективных показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Исследования показали, что двигатель устойчиво работает на ПГ по газодизельному процессу при впрыскивании запальной порции ДТ, составляющей 15…20 % от расхода топлива при работе только на ДТ.

Анализируя графики изменения эффективных показателей в зависимости от установочного угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ) (рис. 3), можно отметить, что исходя из минимального удельного суммарного расхода топлива ge Σ, при работе на ПГ оптимальным является установочный УОВТ Θвпр гд = 7º. При этом на номинальной частоте вращения коленчатого вала (n=2400 мин-1) ge Σ = 208 г/кВт·ч, а на частоте вращения коленчатого вала, соответствующей режиму максимального крутящего момента (n=1700 мин-1), значение ge Σ составляет 191 г/кВт·ч.

На рис. 4, а приведены совмещенные индикаторные диаграммы при работе дизеля на ДТ и при работе на ПГ при оптимальных установочных УОВТ. При переходе на ПГ увеличивается максимальное давление сгорания рz max от 13,8 МПа до 14,6 МПа. Точка начала видимого сгорания при работе на ДТ лежит на линии сжатия индикаторной диаграммы при значении угла j с д = 0º п. к.в. от ВМТ, а при работе на ПГ при j с гд = 2,5º п. к.в. после ВМТ. Процесс сгорания при работе дизеля на ПГ сдвигается на линию расширения. При работе на ДТ значение рz max достигается при угле j z д = 6,5º п. к.в. после ВМТ, а при работе на ПГ при j z гд = 8,5º п. к.в. после ВМТ.

Рис. 3. Влияние применения ПГ на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ

в зависимости от изменения установочного УОВТ: —— – дизельный процесс,

– – – – газодизельный процесс

На рис. 4, б представлены показатели, полученные в результате обработки индикаторных диаграмм. Максимальная осредненная температура цикла Тmax при работе дизеля на ДТ составляет 2020 К и наблюдается при угле j Тmax = 8,0º п. к.в. после ВМТ. При работе дизеля на ПГ значение Тmax = 2350 К достигается при угле j Тmax = 10,5º п. к.в. после ВМТ. При работе на ПГ характерно увеличение скорости тепловыделения dχ/dj и сдвиг максимума скорости вправо от ВМТ. При работе на ДТ (dχ/dj)max = 0,150 и наблюдается при угле j = 3,7º п. к.в. после ВМТ, а при работе на ПГ (dχ/dj)max = 0,155 и достигается при угле j = 6,5º п. к.в. после ВМТ. Кривые относительно-


а) б)

Рис. 4. Влияние применения ПГ на индикаторные показатели (а) и характеристики тепловыделения (б) дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при Θвпр д = 9°, Θвпр гд = 7°, n = 2400 мин-1, ре = 0,947 МПа в зависимости от угла п. к.в.: —— – дизельный процесс, – – – – газодизельный процесс

го (χ) и активного (χi) тепловыделений при работе дизеля на ПГ быстрее достигают своего максимума. Таким образом, тепловыделение при работе дизеля на ПГ идет более быстро. Величина активного тепловыделения, соответствующая достижению Pz max при работе дизеля на ДТ составляет χi Рz max = 0,63, а при работе на ПГ χi Рz max = 0,71. Величина активного тепловыделения, соответствующая Tmax при работе дизеля на ДТ составляет χi Тmax = 0,70, а при работе на ПГ χi Тmax = 0,80.

На рис. 5, а представлены графики влияния применения ПГ на показатели процесса сгорания при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения нагрузки. Величина Тmax при переходе на ПГ на малых нагрузках (pе = 0,126 МПа) повышается от 1310 К до 1680 К, при нагрузке pе = 0,947 МПа повышается от 2020 К до 2350 К. Величина pz max при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа снижается с 9,8 МПа до 8,9 МПа, а при pе = 0,947 МПа повышается от 13,8 МПа до 14,6 МПа. Величина λ при pе = 0,126 МПа составляет 1,58 при работе на ДТ, а при работе дизеля на ПГ λ = 1,55. При pе = 0,947 МПа при работе на ДТ λ = 1,60, а при работе на ПГ – 1,85, т. е. в области высокой нагрузки значение λ существенно увеличивается. Значение (dp/dj)max при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа снижается от 0,55 МПа/град до 0,44 МПа/град, при pе = 0,947 МПа увеличивается от 0,78 МПа/град до 0,93 МПа/град. Значение угла φi при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа уменьшается от 11,2º п. к.в. до 10,8º п. к.в., при pе = 0,947 МПа увеличивается от 9,0º п. к.в. до 9,5º п. к.в.

а) б)

Рис. 5. Влияние применения ПГ на показатели процесса сгорания (а) и характеристики тепловыделения (б) дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при n = 2400 мин-1 в зависимости от изменения нагрузки: —— – дизельный процесс, – – – – газодизельный процесс

На рис. 5, б представлено влияние применения ПГ на характеристики тепловыделения дизеля при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения нагрузки. Угол φT max при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа увеличивается от 9,5º п. к.в. после ВМТ до 12,5º п. к.в. после ВМТ, при pе = 0,947 МПа увеличивается от 8,0º п. к.в. после ВМТ до 10,5º п. к.в. после ВМТ. Значение (dχ/dφ)max при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа снижается с 0,287 до 0,177, при pе = 0,947 МПа повышается от 0,150 до 0,155. Величина χi Pz max при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа снижается от 0,42 до 0,38, при pе = 0,947 МПа увеличивается от 0,63 до 0,71. Значение χi Tmax при переходе на ПГ при pе = 0,126 МПа возрастает от 0,43 до 0,45, при pе = 0,947 МПа возрастает от 0,70 до 0,80.

На рис. 6, а представлено влияние применения ПГ на показатели процесса сгорания дизеля при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала. При переходе на ПГ значения представленных параметров повышаются. Величина Тmax на малой частоте вращения n = 1400 мин-1 повышается от 1730 К до 2150 К, при увеличении частоты вращения до n = 2400 мин-1 повышается от 2020 К до 2350 К. Значение pz max при n = 1400 мин-1 повышается от 12,9 МПа до 14,0 МПа, при n = 2400 мин-1 повышается от 13,8 МПа до  14,6 МПа. Величина λ при n = 1400 мин-1 повышается от 1,92 до 2,26, при n = 2400 мин-1 повышается от 1,60 до 1,85. Величина (dp/dj)max при n = 1400 мин-1 повышается от 0,90 МПа/град до 1,01 МПа/град, при n = 2400 мин-1 повышается от 0,78 МПа/град до  0,93 МПа/град. Значение φi при n = 1400 мин-1 повышается от 2,0º п. к.в. до 2,5º п. к.в., при n = 2400 мин-1 повышается от 9,0º п. к.в. до 9,5º п. к.в. На рис. 6, б представлено влияние применения ПГ на характеристики тепловыделения дизеля при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала. При переходе на ПГ значения представленных параметров повышаются. Угол φT max при n = 1400 мин-1 увеличивается от 1,0º п. к.в. после ВМТ до 1,5º п. к.в. после ВМТ, при n = 2400 мин-1 увеличивается от 8,0º п. к.в. после ВМТ до 10,5º п. к.в. после ВМТ. Величина (dχ/dφ)max при n = 1400 мин-1 повышается от 0,128 до 0,152, при n = 2400 мин-1 повышается от 0,150 до 0,155. Величина χi Pz max при n = 1400 мин‑1 повышается от 0,49 до 0,55, при n = 2400 мин-1 повышается от 0,63 до 0,71. Значения χi Tmax при n = 1400 мин-1 составляют 0,60 при работе на ДТ и 0,61 при работе на ПГ. При n = 2400 мин-1 величина χi Tmax повышается от 0,70 до 0,80.

а) б)

Рис. 6. Влияние применения ПГ на показатели процесса сгорания (а) и характеристики тепловыделения (б) дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала: —— – дизельный процесс, – – – – газодизельный процесс

На рис. 7, а представлено влияние применения ПГ на эффективные показатели дизеля при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала. Кривые эффективной мощности Ne и крутящего момента Мк при работе на ДТ и ПГ совпадают, т. е. при переходе на ПГ мощностные показатели дизеля полностью сохраняются. При этом значение эффективной мощности при n = 1400 мин-1 составляет 55 кВт и увеличивается до 90 кВт при n = 2400 мин-1. Значение крутящего момента Мк при n = 1400 мин-1 составляет 381 Н·м, увеличивается до 390 Н·м при n = 1700 мин-1, затем уменьшается до 358 Н·м при n = 2400 мин-1.Часовой расход топлива GТ Σ на всем скоростном диапазоне при работе на ПГ меньше часового расхода топлива при работе на ДТ. Так, при n = 1400 мин-1 часовой расход топлива при переходе на ПГ снижается с 11,8 кг/ч до 11,0 кг/ч. При n = 2400 мин-1 часовой расход топлива снижается с 21 кг/ч до 18,8 кг/ч. Значение удельного расхода ge Σ при работе дизеля на ПГ ниже ge при работе на ДТ. Так, при n = 1400 мин-1 значение ge Σ при переходе на ПГ снижается с 209 г/(кВт·ч) до 200 г/(кВт·ч). При n = 2400 мин-1 значение ge Σ снижается с 227 г/(кВт·ч) до 208 г/(кВт·ч). При n = 1400 мин-1 значение ηе снижается с 0,410 до 0,385, а при n = 2400 мин-1 снижается с 0,380 до 0,363. Часовой расход воздуха GВ при n = 1400 мин-1 при переходе на ПГ снижается с 300 кг/ч до 228 кг/ч, при n = 2400 мин-1 с 591 кг/ч до 533 кг/ч. При переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 значение коэффициента наполнения ηv снижается с 0,920 до 0,820, а при n = 2400 мин-1 с 0,938 до 0,909. При n = 1400 мин-1 значение коэффициента избытка воздуха α снижается с 1,75 до 1,16, а при n = 2400 мин-1 с 2,0 до 1,69. При переходе на ПГ уменьшается температура ОГ. Так, при n = 1400 мин-1 значение tг снижается с 375 ºС до 335 ºС, при n = 2400 мин-1 с 430 ºС до 367 ºС. Давление наддува РК и температура на выходе из турбокомпрессора tН при переходе на ПГ снижаются. При n = 1400 мин-1 значение РК снижается с 0,147 МПа  до 0,130 МПа, при n = 2400 мин-1 с 0,178 МПа до 0,172 МПа. При n = 1400 мин-1 значение tН снижается с 84 ºС до 76 ºС, при n = 2400 мин-1 с 121 ºС до

а) б)

Рис. 7. Влияние применения ПГ на эффективные (а) и токсические (б) показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала:

—— – дизельный процесс, – – – – газодизельный процесс

119 ºС. Значение температуры на выходе из охладителя tохл при переходе на ПГ практически не изменяется, т. е. при n = 1400 мин-1 при работе на ДТ и на ПГ значение tохл = 45 ºС, а при n = 2400 мин-1 при переходе на ПГ снижается с 69 ºС до 68 ºС.

На рис. 7, б представлено влияние применения ПГ на токсические показатели дизеля при оптимальных установочных УОВТ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала. Содержание СНх в ОГ при переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 возрастает от 0,016 % до 0,1 %, при n = 2400 мин-1 возрастает от 0,007 % до 0,2 %. Содержание NOх в ОГ при переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 снижается от 750 ppm до 583 ppm, при n = 2400 мин-1 снижается от 650 ppm до 499 ppm. Содержание СО2 в ОГ при переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 возрастает от 5,5 % до 5,78 %, при n = 2400 мин-1 возрастает от 3,75 % до 4,72 %. Содержание СО в ОГ при переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 возрастает от 0,006 % до 0,06 %, при n = 2400 мин-1 возрастает от 0,029 % до 0,1 %. Значение дымности ОГ (С) при переходе на ПГ при n = 1400 мин-1 снижается от 0,8 ед. Bosch до 0,1 ед. Bosch, при n = 2400 мин-1 снижается от 1,95 ед. Bosch до 0,95 ед. Bosch.

В пятом разделе рассчитана экономическая эффективность использования ПГ в качестве моторного топлива в дизеле 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе по газодизельному процессу. При установке дизеля на автобусе ПАЗ-3205-70 ущерб от выбросов токсичных веществ с ОГ в атмосферу снижается на 25 %, а экономия на топливе составляет 27930 руб. при годовом пробеге автобуса 60 тыс. км.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании проведенных экспериментальных стендовых исследований рабочего процесса дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ установлена возможность улучшения эффективных показателей дизеля путем оптимизации параметров процесса сгорания и тепловыделения. Определена минимальная величина запального ДТ при работе на ПГ, которая составляет 15…20 % от расхода топлива при работе дизеля только на ДТ. Этим достигается экономия ДТ 80…85 %. Определен оптимальный установочный угол опережения впрыскивания запального ДТ при работе на ПГ, исходя из условия минимального удельного суммарного расхода топлива и обеспечения допустимого значения «жесткости» процесса сгорания, равный 7º п. к.в. до ВМТ. При этом установлена возможность сохранения мощностных показателей на уровне серийного дизеля.

2. На основании теоретических исследований предложены:

модель горения запального ДТ в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ;

- модель воспламенения МВС в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ;

- расчет ПЗВ при работе дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ на ПГ.

3. Экспериментальными исследованиями рабочего процесса дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ определены значения показателей процесса сгорания и характеристик тепловыделения на номинальном режиме работы дизеля: Тmax возрастает на 16,3 % и составляет 2350 К (на ДТ Тmax = 2020 К); рz max возрастает на 5,8% и составляет 14,6 МПа (на ДТ рz max = 13,8 МПа); (dp/dj)max повышается на 19,2 % и составляет 0,93 МПа/град (на ДТ (dp/dj)max = 0,78 МПа/град); угол φi увеличивается на 5,6 % и составляет 9,5º п. к.в. (на ДТ φi = 9,0º п. к.в.); (dχ/dφ)max возрастает на 3,3 % и составляет 0,155 (на ДТ (dχ/dφ)max = 0,150); χi Рz max увеличивается на 12,7 % и составляет 0,71, χi Tmax увеличивается на 14,3 % и составляет 0,80 (на ДТ χi Рz max = 0,63, χi Tmax = 0,70).

4. Исследованиями показателей процесса сгорания и характеристик тепловыделения дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения коленчатого вала установлено: увеличение Тmax составляет от 28,2 % при pе = 0,126 МПа до 16,3 % при pе = 0,947 МПа; снижение рz max на 9,2 % при pе = 0,126 МПа и увеличение на 5,8 % при pе = 0,947 МПа; снижение (dp/dj)max на 20,0 % при pе = 0,126 МПа и увеличение на 19,2 % при pе = 0,947 МПа; снижение φi на 3,6 % при pе = 0,126 МПа и увеличение на 5,6 % при pе = 0,947 МПа; снижение (dχ/dφ)max на 38,3 % при pе = 0,126 МПа и увеличение на 3,3 % при pе = 0,947 МПа; при pе = 0,126 МПа снижение χi Рz max на 9,5 % и увеличение χi Tmax на 4,7 %; при pе = 0,947 МПа увеличение χi Рz max на 12,7 %, а χi Tmax на 14,3 %.

5. Исследованиями показателей рабочего процесса дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала установлено: увеличение Тmax на 16,3 % при n = 2400 мин-1 и на 24,3 % при n = 1400 мин-1; увеличение рz max на 5,8 % при n = 2400 мин-1 и на 8,5 % при n = 1400 мин-1; увеличение (dp/dj)max на 19,2 % при n = 2400 мин-1 и на 12,2 % при n = 1400 мин-1; увеличение угла φi на 5,6 % при n = 2400 мин‑1 и на 25,0 % при n = 1400 мин-1; увеличение (dχ/dφ)max на 3,3 % при n = 2400 мин-1 и на 18,8 % при n = 1400 мин-1; при n = 2400 мин-1 увеличение χi Рz max на 12,7 %, а χi Tmax на 14,3 %; при n = 1400 мин-1 увеличение χi Рz max на 12,2 %, а χi Tmax на 1,7 %.

6. Экспериментальными исследованиями определены значения основных эффективных показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на ПГ на номинальном режиме:

- суммарный расход топлива снижается на 10,5 % и составляет 18,8 кг/ч (при работе дизеля на ДТ – 21,0 кг/ч);

суммарный расход топлива при n = 2400 мин-1 снижается на 10,5 %, а при n = 1400 мин-1 снижается на 6,7 %;

- расход запального ДТ составляет 3,6 кг/ч, экономия ДТ составляет 83 %;

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника