CC BY
74
***** известия ***** № т 2012
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621.433.2
ЭЖЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В.В. Володин, кандидат технических наук, доцент Б.П. Загородских, доктор технических наук, профессор Е.В. Бебенин, кандидат технических наук, доцент
Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова
В настоящее время расходы на топливо достигают 50 % в себестоимости производства сельскохозяйственной продукции, поэтому совершенствование системы питания тракторных дизелей для работы на более дешевом топливе - природном газе - является одним из направлений повышения эффективности работы машинно-тракторного парка в сельском хозяйстве.
Ключевые слова: газодизель, система подачи газа в двигатель, газовый смеситель.
Нарастающий дефицит добычи нефти делает переход на газомоторное топливо одной из актуальных проблем для сельского хозяйства России. Сейчас существуют два типа газообразного топлива: пропан-бутановые смеси и природный газ (метан). В развитых странах идут интенсивные разработки систем, которые позволяют двигателям на жидком топливе адаптироваться к потреблению газообразного типа топлива. Анализируя различные источники информации, ведущие эксперты в области двигателестроения делают вывод, что самой совершенной системой подачи газа является система с распределенным по цилиндрам дозированием газообразного топлива. Поэтому создание такой системы, которая позволит качественно улучшить показатели двигателя, работающего на газообразном топливе, является актуальной проблемой. Переход сразу на газообразное топливо связан с очень большим количеством вопросов и трудностей. Так, например, для работы на чистом природном газе необходимо учесть вопрос разности значений плотности. Так, средняя плотность воздуха составляет 1,22 кг/м , а плотность природного газа (метана) при нормальных условиях (0 °С и 0,1 МПа, т.е. 760 мм рт. ст.) составляет 0,73 кг/м3. Из-за этого смешиваемость этих газов очень низкая. Инжекторным системам с центральным впрыском газа присущ ряд недостатков, главными из которых можно назвать: значительную инерционность систем за счет больших паразитных объемов впускного ресивера, невозможность дозирования топливной смеси индивидуально для каждого цилиндра, выброс несгоревшего метана в выпускную систему за счет значительного перекрытия впускных и выпускных клапанов современных двигателей (снижение экономичности и увеличение выбросов СН). Такие системы разработаны фирмами Woodward, GFI, AFS (Канада), Nippon (Япония); КАМАЗ - МАДИ (Россия); Мерседес (Германия). В случае с ликвидацией выброса несгоревшего метана и устранением других недостатков можно получить более экономичную систему, поэтому создание системы с наименьшим расходом газа является одним из оптимальных способов для решения поставленной задачи.
В Саратовском Государственном Аграрном Университете им. Н.И. Вавилова совместно с ООО «Дизельавтоматика» создана эжекционнаясистема распределенной
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
подачи газообразного топлива в двигатель. Уникальность данной системы заключена в том, что она использует потенциальную энергию сжатого газа для увеличения коэффициента наполнения рабочей камеры двигателя [1], используя эжекторные смесители [2]. На примере двигателя ЯМЗ-238НД5 были проведены стендовые испытания с использованием обкаточно-тормозного стенда КИ-5274, способного развить мощность торможения 180 кВт. Все оборудование, которое применено в системе, отечественного производства. На рисунке 1 приведена схема подключения системы подачи и управления бинарным топливом к двигателю ЯМЗ-238 НД5.
Рисунок 1 - Система распределенной подачи газообразного топлива в двигатель:
I - двигатель, 2 - топливный насос высокого давления, 3 - дизельные форсунки, 4 -датчик фазы, 5 - электронно-регулирующее устройство, 6 - датчик положения топливной рейки, 7 - датчик частоты вращения коленчатого вала, 8 - устройство эжекционной подачи газообразного топлива в двигатель, 9 - газовые рукава, 10 - газовый коллектор,
II - датчик температуры, 12 - датчик давления газа,13 - газовые баллоны, 14 - газовый редуктор высокого давления, 15 - вентильная группа, 16 - электронный блок управления, 17 - педальный электронный задатчик
Целью проведения испытаний являлось определение расхода газообразного и дизельного топлива в зависимости от нагрузки при различных условиях работы. На рисунках 2, 3 и 4 приведены графики и данные, на основании которых они построены при работе двигателя по дизельному и газодизелному циклу.
Для начала было принято замерить расход дизельного топлива при работе двигателя на холостом ходу (рисунок 2).
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Частота вращения коленвала, мин'-
Рисунок 2 - Результаты испытаний двигателя ЯМЗ-238НД5 при работе по дизельному циклу на холостом ходу
Далее были проведены замеры расхода дизельного топлива при работе двигателя под переменной нагрузкой при частоте вращения коленчатого вала двигателя равной 2000 мин-1, т. к. при данной частоте двигатель, данной серии имеет наибольший расход (рисунок 3).
¡2
Л
М
К
ц
и
о
н
о
и
о
д
л
к
о
м
к
о
к
о
Л
Рч
Мощность, кВт
Рисунок 3 - Результаты испытаний двигателя ЯМЗ-238НД5 при работе по дизельному циклу под нагрузкой
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Мощность, кВт
• Расход дизельного топлива ■ Расход газообразного топлива
Рисунок 4 - Результаты испытаний двигателя ЯМЗ-238НД5 при работе по газодизельному циклу под нагрузкой *Принимается условие, что 1 м3/ч газообразного топлива эквивалентен 1 кг/ч дизельного топлива
Затем были проведена серия испытаний, при котором в двигатель подавалось бинарное топливо, то есть двигатель работал по газодизелю. Замеры осуществлялись при той же частоте двигателя, что и при испытаниях на чистом дизельном топливе, то есть 2000 мин-1. Все параметры работы двигателя регистрировались при помощи программного комплекса, разработанного в ООО «Дизельавтоматика». Двигатель устойчиво работает по газодизельному циклу, и при изменении нагрузки на 140 секунде испытаний (уменьшение момента сопротивления стенда с 70кН*м до 50 кН*м) система управления в течении короткого времени (~ 5секунд) стабилизировала работу двигателя.
В ходе проведения испытаний система распределенного эжекционного впрыска газообразного топлива показала устойчивую работу управления двигателем при различных нагрузках, а также замещение дизельного топлива газообразным до восьмидесяти процентов.
Библиографический список
1 Патент на полезную модель № 105372 «Система распределенного эжекционного впрыска газообразного топлива»
2 Патент на полезную модель № 108491 «Устройство эжекционной подачи газообразного топлива в двигатель»
E-mail: [email protected]
