CC BY
295
УДК 629.113.004.5
ИЗМЕНЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ КАМАЗ-740 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ В ЖАРКИХ
УСЛОВИЯХ
А.С. Афанасьев1, Р.Т. Хакимов2, С.М. Загорский3
1 3
, Национальный минерально-сырьевой университет (НМСУ) ".Горный " 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2; 2Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПб ГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Исследования технико-экономических и экологических параметров дизеля на основе экспериментальных данных позволили определить экологически безопасный и эффективный режим работы дизеля при оптимальной частоте вращения коленчатого вала и нагрузке. Полученные данные используются для определения влияния основных эксплуатационных факторов на дымность отработавших газов дизеля в жарких условиях.
Ключевые слова: дизель, отработавшие газы, дымность, испытания эксплуатационный фактор.
CHANGE THE OPACITY OF THE EXHAUST GAS OF DIESEL KAMAZ-740, DEPENDING ON THE MODES OF OPERATION IN HOT CONDITIONS
A.S. Afanasyev, R.T. Khakimov, S.M. Zagorski
National mineral resources University (НМСУ) "Gomy" 199106, Saint-Petersburg, Vasilyevsky island, 21- line, 2; St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 A. Feasibility studies and environmental parameters of a diesel engine on the basis of experimental data allowed us to identify environmentally safe and efficient mode of the diesel engine at the optimum engine speed and load. The resulting data is used to determine the influence of the main factors on the performance of diesel exhaust smoke in hot conditions.
Keywords: diesel exhaust gases, smoke, testing operational factor.
Исследование проводилось с целью выбора наиболее эффективного и наиболее часто используемого при эксплуатации дизелей режима работы, а также определения экологически безопасных режимов их использования [1,2,3].
Из анализа внешней скоростной характеристики (рис.1, 2), построенной на основе данных, полученных при исследовании дизеля, (табл.1 - 3), установлено:
- максимальный крутящий момент (635 Нм) при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1;
- максимальное значение удельного расхода топлива (221 г/(кВт-ч)) также соответствует частоте вращения коленчатого вала дизеля при максимальном крутящем моменте;
- эффективная мощность дизеля при данной частоте достигает 93 кВт.
Полученные результаты позволили сделать вывод и считать частоту вращения 1400 мин-1 соответствующей наиболее эффективно-
му функционированию работоспособного дизеля.
Исследование дымности отработавших газов (ОГ) дизеля проводилось по результатам анализа нагрузочной характеристики при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя 1400 мин-1, как соответствующей наиболее эффективной работе дизеля.
Из проведенных исследований установлено, что дизель при заданных условиях нагрузочной характеристики имеет мощностной диапазон от 32 до 92 кВт. При возрастании нагрузки на дизель до реализуемой мощности 65 кВт дымность ОГ изменяется незначительно и находится на уровне допустимых значений (коэффициент поглощения света, Кд не более 2,5 -1 м ).
Дальнейшее увеличение нагрузки (№ > 65 кВт) приводит к существенному росту дымности ОГ дизеля. При реализации предельной мощности в заданном диапазоне коэффициент Кд достигает значения 25 м-1 (рис. 3-5).
Таблица 1 - Результаты испытаний дизеля КамАЗ-740 при моделировании эксплуатационных факторов_________________________________________
№пп Наименование параметра Обозначение, ед. измерения Значение
1 Стехиометрический коэффициент /0,кг.возд./кг.топл. 14,32
2 Теплотворная сособность топлива 0н,кДж/кг.топл. 42674
3 Навеска топлива г еС < 120
4 Рабочий объём двигателя Уь, л 10,85
5 Атмосферное давление ^0,мм.рт.ст. 753
6 Тактность двигателя 2 2
7 Объем воздуха АУв , м3 1
8 Температура окружающей среды \ о 30
9 Давление начала впр. топл. Рвпр., Мпа 19
10 Угол опережения впр. топл. С>о пкв 18
11 Гидравл. сопр. возд.на впуске Мпа 0,04
Таблица 2 - Внешняя скоростная характеристика
Измеряемые параметры Расчетные параметры
№ Мк п іТ 4 К N От & Ре ое Ье к Рв
пп Н м мин'1 с с м'1 кВт кг/ч г/кВт ч Мпа кг/ч а кг/м3
1 652 1100 23,3 12 75,1 18,54 246,88 0,76 347 1,31 0,34 0,84 1,16
2 656 1400 20,30 10 96,17 21,28 221,29 0,76 416 1,37 0,38 0,79 1,16
3 639 1700 14,2 8 113,7 30,42 267,45 0,74 520 1,19 0,32 0,81 1,16
4 614 2000 12,2 7 128,6 35,41 275,38 0,71 594 1,17 0,31 0,79 1,16
5 565 2300 11,7 6 136,1 36,92 271,35 0,65 693 1,31 0,31 0,80 1,16
6 516 2600 11,4 5,5 140,5 37,89 269,75 0,60 756 1,39 0,31 0,77 1,16
Таблица 3 - Нагрузочная характеристика
Измеряемые параметры Расчетные параметры
№ Мк п Ґт 4 К N От Яе Ре Св а Ьг к Рв
пп Н м м'1 с с м'1 кВт кг/ч г/кВт ч Мпа кг/ч кг/м3
1 249 1400 49 10 0,475 36,5 8,82 241,53 0,29 416 3,30 0,35 0,79 1,16
2 342 1400 39,5 10 0,57 50,14 10,94 218,14 0,40 416 2,66 0,39 0,79 1,16
3 447 1400 31,3 10 1,115 65,53 13,80 210,62 0,52 416 2,10 0,40 0,79 1,16
4 543 1400 25,1 10 6,621 79,6 17,21 216,21 0,63 416 1,69 0,39 0,79 1,16
5 648 1400 18,6 10 94,99 23,23 244,50 0,75 416 1,25 0,35 0,79 1,16
Это объясняется существенным снижением коэффициента избытка воздуха (от 3,87 до 1,32), так как происходит увеличение цикловой подачи топлива, в условиях мало изменяющейся цикловой подачи воздуха. Эффективность работы дизеля при мощности более 65 кВт также резко снижается. Подтверждением этому является значительный рост расхода топлива (от 195 до 234 г/(кВт-ч)).
Таким образом, определен экологически безопасный и эффективный режим работы дизеля при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и нагрузке, не превышающей реализуемой мощности 65 кВт. Полученные данные будут использоваться для определения влияния основных эксплуатационных факторов на дымность ОГ дизеля.
►Ц у = 0,2292х4 - 2,6806х3 + 2,7292х2 + 9,496х + 642,5
. Мк П мин-1
Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика
Рисунок 2. Внешняя скоростная характеристика
Влияние эксплуатационных факторов: изменение угла опережения впрыскивания топлива (0впр.); давления начала впрыскивания топлива форсунами (Рвпр.); гидравлического сопротивления воздухоочистителя (Ар) температуры окружающего воздуха (^) производилось по программе экспериментального исследования путем анализа нагрузочных характеристик дизеля.
В результате анализа экспериментальных данных по влиянию на дымность угла опережения впрыскивания установлено, что наименьшая дымность наблюдается при угле (бвпр) 18 и 21 град. п.к.в., а с уменьшением Qвпр до 15 град. п.к.в. (при № > 75 кВт) резко увеличивается дымность ОГ, Кд м "'. Это объясняется тем, что изменение угла опережения впрыскивания топлива от рекомендуемого приводит к ухудшению условий протекания рабочего процесса в камерах сгорания дизеля, и как следствие - неполному сгоранию рабочей смеси и увеличению выброса твердых частиц в виде сажи.
Давление начала впрыскивания топлива Рвпр оказывает значительное влияние на процесс образования дымности ОГ дизеля, так как от него зависит качество распыления топлива и процесс сгорания. Изменение давления начала подъема иглы форсунки Рвпр может происходить как в сторону увеличения (после проведения работ технического обслуживания), так и в сторону уменьшения (по причине естественной усадки пружины или износа сопловых отверстий).
Также увеличение Рвпр может привести к обрыву носика распылителя, в результате за-коксовывания его сопловых отверстий. Из анализа рисунков 43, 44 следует, что с понижением Рвпр до 16 мПа резко возрастает дымность ОГ (Кд), это объясняется тем, что процесс впрыскивания топлива начинается несколько раньше и заканчивается позже оптимального, что приводит к увеличению количества подачи топлива в данный цилиндр. Процесс сгорания из-за изменившихся условий смесеобразования сдвигается на линию расширения и протекает «вяло», вследствие этого вся топливовоздушная рабочая смесь не достаточно подготовлена и не успевает сгореть.
Исследование влияния гидравлического сопротивления воздухоочистителя (АР) на экономические, экологические показатели дизеля проводилось с использованием устройства, которое имитирует засорение фильтра воздухоочистителя на определенную величину (АР).
В данном эксперименте, подтверждено, что при эксплуатации автомобилей с дизельными двигателями, необходимо поддерживать воздухоочиститель в состоянии, когда его гидравлическое сопротивление (АР) не превышает 0,04 МПа, в противном случае, заметно ухудшаются силовые, экономические характеристики и экологические показатели.
Температура воздуха (окружающей среды).
В процесс эксплуатации дизеля температура окружающего воздуха tв оказывает значительное влияние на дымность ОГ дизеля Кд.
В результате экспериментального исследования установлено, что при повышении температуры воздуха до 50 оС, увеличивается дымность ОГ (Кд) дизеля КамАЗ-740 до 5,5 м -1 при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и нагрузке, соответствующей эффективной мощности (№) 65 кВт.
Это объясняется тем, что при повышении температуры воздуха с 30 оС до 40-50 оС, снижается плотность воздушного заряда и вследствие этого уменьшается количество воздуха, поступающего в цилиндр дизеля. Это приводит к увеличению дымности ОГ дизеля.
Увеличение значения Кд при повышении температуры воздуха tв свидетельствует о необходимости соблюдения нагрузочного режима для экологически безопасного использования дизеля.
а
к
О
y = 6,2744x2 - 37,348x + 254,11 R2 = 0,4388
25
K 20
15
10
250
200
150
100
50
0
№,кВт
y = 0,0651x4 - 0,3767x3 + 0,5069x2 + 0,l987x - 0,26 R2 = 1
G,
25
^ 20
15
10
K
Gx
а
y = 0,1014x2 - l,2787x + 5,0817 R2 = 0,9778
33
• К
■ От
* а
♦ ge
Рисунок 3. Нагрузочная характеристика. Зависимость параметров: дымности, часового расхода топлива; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин -1 (при температуре воздуха 30 °С).
* 30
-Дымность
-----Часовой расход топлива
-----Коэффициент избытка воздуха
Рисунок 5. Нагрузочная характеристика. Зависимость параметров дымности; часового расхода топлива; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин-1, (при температуре воздуха 50°С).
Литература
1. Афанасьев А.С. Изменение дымности отработавших газов от воздействия эксплуатационных факторов в жарких условиях.- СПб.: Методические рекомендации по ремонту БТВТ и АТ. Ремонтник. №143 - 2009.
2. Афанасьев А.С. Комплексное влияние эксплуатационных факторов на дымность отработавших газов. - СПб.: Методические рекомендации по ремонту БТВТ и АТ. Ремонтник. №144 - 2009.
3. Бурячко В.Р. Транспортная энергетика. Учебное пособие. - СПб.: ВАТТ, 2004.
Рисунок 4. Нагрузочная характеристика. Зависимость параметров: дымности; часового расхода топлива; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин-1, (при температуре воздуха 40 °С).
5
0
5
0
1 Афанасьев Александр Сергеевич - кандидат военных наук., профессор, кафедра "Автомобилей и транспортно-технологических комплексов",НМСУ "Горный", e-mail: а^.а/апа5ву@таИги;
2Хакимов Рамиль Тагирович - кандидат технических наук., доцент, кафедра "Автосервис",СПбГУСЭ, тел.: (812) 367-39-92, моб.: +7 906 2622858, e-mail: hakil@mail.ru;
3Загорский Сергей Михайлович, кандидат технических наук., доцент, профессор, кафедра "Автомобилей и транспортно-технологических комплексов", НМСУ "Горный", e-mail: serg_7272@mail.ru.
