CC BY
25
КАЗАХСТАН ГЫЛЫМЫ МЕН ТЕХНИКАСЫ. ISSN 1680-9165. № 1, 2019
ГРНТИ 55.43
Ордабаев Ерсен Капсамадович
к.т.н., профессор, кафедра «Транспортная техника и логистика», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан.
Ахметов Серии Имангалиевич
докторант PhD, ст. преподаватель, кафедра «Транспортная техника и логистика», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
Есаул ков Валерий Сергеевич
магистрант, специальность «Транспорт, транспортная техника и технологии», кафедра «Транспортная техника и логистика», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан.
О РАСШИРЕНИИ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТОДА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В ПОРШНЕВОМ ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рассмотрены методы частичной и полной рециркуляции отработавших газов как способы уменьшения с целью уменьшения выброса токсичных веществ в атмосферу и повышения топливной экономичности двигателя, охарактеризован режим работы принудительного холостого хода, изложена изоляция двигателя от окружающей среды путем перевода его на замкнутый цикл газообмена.
Ключевые слова: рециркуляция, отработавшие газы, токсичность, оксиды азота, двигатель внутреннего сгорания, холостой ход.
ВВЕДЕНИЕ
Частичная рециркуляция отработавших газов (ОГ) в быстроходных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в известных работах рассматривается главным образом как способ уменьшения образования и выброса оксидов азота [1, 2, 5]. Достаточно хорошо изучены все аспекты возврата части выпускаемых в атмосферу ОГ в двигатель и дана количественная оценка как положительного эффекта по эмиссии оксидов азота, так и отрицательного влияния его на топливную экономичность и дымность ОГ двигателя. При чем речь идет о работе двигателя под нагрузкой [4, 6, 7, 9-11].
Возможность осуществления полной рециркуляции ОГ просматривается в изобретении американского изобретателя Мак-Кинли (патент № 2741233, США) без четкого указания на конечную цель его использования. Нам представляется, что полная рециркуляция ОГ возможна и целесообразна в автомобильных двигателях в определенных условиях эксплуатации автотранспортных средств (АТС) для сокращения выделения других компонентов ОГ, т.е. расширить
возможности данного метода, обеспечивая комплексный подход к решению экологической проблемы АТС.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В условиях плотного транспортного потока, характерного для крупных городов, автомобиль, как известно, большую часть времени работает на резко переменных режимах. Одним из них является так называемый режим принудительного холостого хода (ПХХ), возникающий при торможении двигателем без выключения трансмиссии.
Этот режим характеризуется быстрым закрытием дроссельной заслонки при высокой частоте вращения двигателя и постепенным уменьшением последней. При этом резко возрастает разрежение во впускном трубопроводе и цилиндре двигателя (до 80-85 кПа). Одновременно сильно уменьшается наполнение цилиндра свежим зарядом и увеличивается разбавление последнего остаточными газами, вследствие чего появляются пропуски воспламенения, а при высоких частотах вращения сгорание прекращается. Поэтому в составе ОГ содержится большое количество несгоревших углеводородов и ПХХ считается одним из наиболее токсичных режимов работы бензинового двигателя [3, 8].
Кроме того, режим ПХХ отличается непроизводительными затратами топлива, повышенным расходом моторного масла из-за высокого разрежения в цилиндре и неудовлетворительным протеканием следующих за ПХХ нагрузочных режимов, что проявляется в снижении динамики и возникновении «провалов» в работе двигателя. Последнее обусловлено тем, что на восстановление топливной пленки на стенках впускного канала (интенсивно испаряющейся при высоком разрежении) и очистку КС от скопившегося масла требуется некоторое время.
Отключение топливоподачи на ПХХ за счет применения специальных экономайзерных систем или в современных инжекторных системах с электронным управлением топливоподачи не исключает эмиссии углеводородов СН. Это связано с тем, что при закрытой дроссельной заслонке и повышении частоты вращения коленчатого вала во впускной системе и цилиндрах сохраняется высокое разряжение, которое вызывает, с одной стороны, увеличение тормозного момента двигателя, что естественно при росте насосных потерь, а с другой, интенсивный подсос масла из картера через неплотности цилиндро-поршневой группы и по штокам клапанов. В результате несмотря на отключение топливоподачи на ПХХ, поступающее масло и испаряющееся из жидкой пленки на стенках впускного тракта топливо начинают интенсивно «питать» ОГ углеводородами.
Здесь напрашивается мысль об использовании метода рециркуляции газов по новому назначению для режимов ПХХ с целью исключения выброса газов в атмосферу, что возможно при полной рециркуляции. Это парадоксальное на первый взгляд предложение имеет вполне реальное основание.
Во-первых, изоляция двигателя от окружающей среды путем перевода его на замкнутый цикл газообмена возможна благодаря тому известному обстоятельству, что на этом режиме двигатель играет роль тормоза, т. е. от него не требуется,
КАЗАХСТАН ГЫЛЫМЫ МЕН ТЕХНИКАСЫ. !88Ы 1680-9165. № 1, 2019
чтобы он развивал мощность для передачи ее в трансмиссию. Во-вторых, полная рециркуляция дает возможность предотвратить выброс токсичных веществ в атмосферу, а разрежение во впускном трубопроводе и цилиндрах уменьшить до величины, исключающей подсос масла и топлива.
Система для полной рециркуляции газов должна, очевидно, включать рециркуляционный канал, соизмеримый по проходному сечению с впускным трактом, тогда при ее включении впускной трубопровод через этот канал и выпускную систему будет фактически сообщаться с атмосферой. При очень малом расходе воздуха через впускной трубопровод (или его отсутствии) на ПХХ в рециркуляционный канал попадет некоторое количество воздуха со стороны выпуска, которое в смеси с отработавшими газами и будет пульсировать в системе «впускной трубопровод - цилиндр - выпускной трубопровод - рециркуляционный канал - впускной трубопровод». А отсутствие прямоточной продувки впускного трубопровода устраняет недостатки, обусловленные уносом жидкой топливной пленки из него. При переходе на тяговый режим работы двигателя инертные газы, оставшиеся в цилиндрах и впускной системе после ПХХ, будут удалены за два-три рабочих цикла, что не может иметь существенных отрицательных последствий.
Конечно, полная рециркуляция газов может привести к некоторому снижению тормозного момента двигателя на ПХХ, что, по сравнению с ожидаемым эффектом по топливной экономичности и уменьшению загрязнения окружающей среды, не имеет принципиального значения, особенно при надежной тормозной системе автомобиля.
ВЫВОДЫ
Таким образом, осуществление частичной и полной рециркуляции ОГ в поршневом двигателе может обеспечить улучшение токсических характеристик его в более широком диапозоне режимов работы в городских условиях эксплуатации автомобиля.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Воинов, А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. -М.: Машиностроение, 1977. -277 с.
2 Гусаров, А. П. Оксиды азота основная забота разработчиков АТС // Автомобильная промышленность. - 1992. -№ 8. - С. 13-15.
3 Дмитриевский, А. В., Шатров, Е. В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. -М.: Машиностроение, 1985. -208 с.
4 Жегалин, О. И., Пугачев, П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. -М.: Транспорт, 1985. - 120 с.
5 Звонов, В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - М. : Машиностроение, 1981 - 160 с.
6 Смайлис, В. И. Малотоксичные дизели. - Л.: Машиностроение, -1972. -128 с.
7 Якубовский, К. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды : пер. с ил. - М. : Транспорт, 1979. - 198 с.
8 Ордабаев, Е. К. К проблемам принудительного холостого хода карбюраторного двигателя // Автомобильная промышленность. - 1986. - № 1. - С. 8.
9 Лопатин, О. П. Влияние угла опережения впрыскивания топлива на показатели рабочего процесса газодизеля при работе с рециркуляцией // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания -Киров. - 2016. - С. 252-257.
10 Марков, В. А., Камалтдинов, В. Г., Хрипунов, С. А. Рециркуляция отработавших газов в двигателях с воспламенением от сжатия. // Грузовик. -№ 6. - Челябинск, 2011. - С. 14-25
11 Шапко, С. В., Ордабаев, Е. К., Сарбалаев, Е. Ж. Стабильность экологических характеристик автомобиля с каталитическим нейтрализатором в условиях эксплуатации // Наука и техника Казахстана. - 2015. - № 3—4. - С. 119-126.
Материал поступил в редакцию 27.02.19.
Ордабаев Ерсш Цапсамадулы
т.г.к., профессор, «Келштш техника жэне логистика» кафедрасы, Металлургия, машина жасау жэне келш факультет^
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету Павлодар к;., 140008, ^азакстан Республикасы. Ахметов Серж Имангалщлы
PhD докторанты, ага окытушы, «Келштш техника жэне логистика» кафедрасы,
Металлургия, машина жасау жэне келш факультету
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету
Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы,
e-mail: [email protected].
Есаулков Валерий Сергеевич
магистрант, «Келш, келштш техника жэне технологиялары» мамандыгы,
«Келштш техника жэне логистика» кафедрасы,
Металлургия, машина жасау жэне келш факультету
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету
Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы.
Материал баспага 27.02.19 тYCтi.
Пайдаланьь^ан газдардьщ рециркуляциясы эдiciHiн мYмкiндiктерiн кенейту туралы поршенд1 штен жану козFалткышта
Атмосферага улы заттардыц шыгарылуын азайту жэне цозгалтцыштыц отын Yнемдiлiгiн арттыру мацсатында азайту тэсiлдерi ретшде пайдаланылган газдарды штара жэне толыц рециркуляциялау эдiстерi царастырылды, мэжбурлi бос жур^тщ жYмыс режимi сипатталган, газ алмасудыц туйыц циклына ауыстыру арцылы цозгалтцышты цоршаган ортадан оцшаулама жазылган
Ключевые слова: рециркуляция, сыртща шыгатын газдары, уыттылыгы, азот оксидтерi, штен жану моторы, бос жYрiс.
KA3AKCTAH FblflblMbl MEH TEXHMKACbl. ISSN 1680-9165. № 1, 2019
Ordabayev Ersen Kapsamadovitch
Candidate of Technical Sciences, professor, Department of «Transport Equipment and Logistics», Faculty of Metallurgy, Engineering and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan, Akhmetov Serik Imangalievitch
PhD student, senior lecturer, Department of «Transport Equipment and Logistics»,
Faculty of Metallurgy, Engineering and Transport,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Yessaulkov Valeriy Sergeevitch
undergraduate student, «Transport, Transport Equipment and Technologies» specialty, Departement of «Transport Equipment Logistics», Faculty of Metallurgy, Engineering and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Material received on 27.02.19.
On the expanding of possibilities of recycling methods in piston internal combustion engines
The methods of partial and full recycling of exhaust gases as ways of reducing the toxic emissions into the atmosphere and increasing the fuel efficiency of an engine are viewed, the working mode offorced idling is characterized, the isolation of an engine from environment by shifting it into closed gas exchange cycle is described.
Keywords: recycling, exhaust gases, toxicity, nitric oxides, internal combustion engine, idling,
