Научная статья на тему 'О возможности применения рециркуляции отработавших газов в двигателе с комбинированным смесеобразованием'

О возможности применения рециркуляции отработавших газов в двигателе с комбинированным смесеобразованием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
200
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ / РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС / КОМБИНИРОВАННОЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ / РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ / INTERNAL COMBUSTION ENGINE / WORKING PROCESS / COMBINED MIXTURE FORMATION / RECIRCULATION OF EXHAUST GASES

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Исаев Александр Павлович, Каргин Сергей Александрович

Проанализированы различные способы снижения максимальных значений температуры цикла, применение которых возможно в двигателе с комбинированным смесеобразованием. В качестве наиболее приемлемого для двигателя с комбинированным смесеобразованием выбран способ рециркуляции отработавших газов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Исаев Александр Павлович, Каргин Сергей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE POSSIBILITY OF EXHAUST GAS RECIRCULATION IN ENGINE WITH COMBINED MIXTURE FORMATION

The possible ways of reduction of the maximum temperatures of the cycle, the use of which is possible in the engine with combined mixture formation processes are analyzed. The method of exhaust gas recirculation is chosen as the most acceptable method for an engine with combined mixture formation.

Текст научной работы на тему «О возможности применения рециркуляции отработавших газов в двигателе с комбинированным смесеобразованием»

КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 621.431.74 ББК 31.365-04-012

А. П. Исаев, С. А. Каргин

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В ДВИГАТЕЛЕ С КОМБИНИРОВАННЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ

A. P. Isaev, S. A. Kargin

ON THE POSSIBILITY OF EXHAUST GAS RECIRCULATION IN ENGINE WITH COMBINED MIXTURE FORMATION

Проанализированы различные способы снижения максимальных значений температуры цикла, применение которых возможно в двигателе с комбинированным смесеобразованием.

В качестве наиболее приемлемого для двигателя с комбинированным смесеобразованием выбран способ рециркуляции отработавших газов.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, рабочий процесс, комбинированное смесеобразование, рециркуляция отработавших газов.

The possible ways of reduction of the maximum temperatures of the cycle, the use of which is possible in the engine with combined mixture formation processes are analyzed. The method of exhaust gas recirculation is chosen as the most acceptable method for an engine with combined mixture formation.

Key words: internal combustion engine, working process, combined mixture formation, recirculation of exhaust gases.

В 2010-2011 гг. на кафедре «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» Астраханского государственного технического университета (АГТУ) был разработан и изготовлен опытный образец двигателя с комбинированным смесеобразованием (ДКС) [1-3], построенный на базе судового дизеля 2Ч 9,5/11.

По результатам испытаний выявлено следующее:

— среднее эффективное и индикаторное давление увеличилось: для двигателя с вихревой камерой сгорания (КС) - на 8,3 и 6,41 % соответственно; для двигателя с КС в поршне -на 9,21 и 2,17 % соответственно;

— удельная мощность ДКС увеличилась в среднем на 10 %;

— удельный эффективный расход топлива ДКС при вихревой КС уменьшился на 2,92 %, при КС в поршне - на 1,35 %, что, в свою очередь, привело к увеличению эффективного и индикаторного КПД цикла;

— снижен коэффициент избытка воздуха а, что является положительной тенденцией при применении комбинированного смесеобразования.

Однако экспериментальные исследования показали: применение комбинированного смесеобразования приводит к повышению температуры отработавших газов (ОГ) в цилиндрах двигателя (табл.), что вызвано большей степенью форсирования рабочего процесса.

Экспериментальные значения температуры ОГ ДКС

Тип КС Лц Of-л t ОГ, С *2ц о f-л t ОГ, С Норма, °С

Вихревая КС 530 425 370

КС в поршне 460 450 390

Данное обстоятельство является негативным фактором, поскольку увеличение тепловой нагруженности цилиндра двигателя внутреннего сгорания приводит к перегреву деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Это особенно неблагоприятно для двигателя с КС в поршне, т. к. даже в серийном исполнении этот тип двигателя более теплонагружен, что приводит к прогоранию межклапанных перемычек и обгоранию и растрескиванию кромок горловины КС.

Таким образом, возникает проблема снижения максимальных значений температуры цикла и, как следствие, значений температуры ОГ.

Данную проблему можно решить несколькими способами:

- увеличением а (в частности, применением системы наддува);

- уменьшением угла опережения подачи топлива фоп;

- введением инертного вещества в цилиндр двигателя.

Увеличение а противоречит принципу комбинированного смесеобразования. Применение систем наддува целесообразно в качестве способа повышения удельной мощности. Однако при равном повышении мощности данный способ, в сравнении с комбинированным смесеобразованием, менее безопасен с экологической точки зрения, т. к. вовлекает в тепломассообмен больший объем воздуха и приводит к увеличению степени теплового загрязнения окружающей среды.

Снижение максимальной температуры цикла достигается уменьшением угла опережения подачи топлива фоп. Это также приводит к снижению эмиссии окислов азота, что следует признать положительным фактором. Кроме того, формы полученных при индицировании ДКС индикаторных диаграмм [2, 3] позволяют рекомендовать снижение фоп основной порции топлива. Однако чрезмерное уменьшение фоп приводит к снижению эффективности цикла и топливной экономичности. Кроме того, в связи с тем, что процесс сгорания смещен в сторону нижней мертвой точки, увеличиваются внутренние потери, связанные с недогоранием, следствием чего является повышенная эмиссия СО в ОГ.

Третий способ реализуется с использованием различных инертных веществ. В ДВС наиболее приемлемыми следует считать подачу воды в цилиндр и рециркуляцию ОГ.

Подача воды либо водяного пара в цилиндр двигателя является предметом отдельного исследования. Такие исследования ведутся в лабораториях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» АГТУ.

На наш взгляд, наиболее перспективным способом снижения максимальной температуры цикла является рециркуляция ОГ. Применение ОГ, кроме снижения температуры, позволит уменьшить эмиссию СО и КОх.

Следует отметить, что рециркуляция ОГ - наиболее удобный и наименее «вредный» с точки зрения ухудшения показателей двигателя способ снижения выброса оксидов азота среди других известных способов, таких как уменьшение угла опережения зажигания, снижение степени сжатия, подача воды и т. п. [4], поскольку мощностные характеристики изменяются незначительно.

На отдельных двигателях в системе рециркуляции ОГ применяется охлаждение газов. Охлаждение ОГ дополнительно снижает температуру сгорания и тем самым уменьшает образование оксидов азота. Охлаждение производится путем прохождения охлаждающей жидкости через клапан рециркуляции. Реже в системе рециркуляции ОГ используется специальный радиатор, включенный в систему охлаждения.

Материалы, представленные в статье, являются начальным этапом исследований в ряде мероприятий по совершенствованию параметров рабочего цикла ДКС. Результаты будут публиковаться по мере их появления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. РФ № 2388916 С2; МПК Г02В 19/18. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, устройство для осуществления комбинированного смесеобразования // Дорохов А. Ф., Исаев А. П., Колосов К. К., Малютин Е. А.; заявл. 10.06.2008 г.; опубл. 10.05.2010 г.; Бюл. № 13.

2. Исследование, разработка и научное обоснование принципа комбинированного смесеобразования в двигателях внутреннего сгорания // Отчет о НИР (заключительный за 2010 г., грант РФФИ № 08-08-00105а), рук. А. Ф. Дорохов, № госрегистрации 01200906068. - Астрахань, 2011. - 113 с.

3. Исаев А. П. Разработка и исследование принципа комбинированного смесеобразования в двигателях внутреннего сгорания // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. -2011. - № 2. - С. 74-83.

4. Система рециркуляции отработавших газов // http://www.niva-faq.msk.ru/tehnika/dvigatel/karb/ solex/index.htm#1.

Статья поступила в редакцию 25.11.2011

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Исаев Александр Павлович - Астраханский государственный технический университет; ведущий инженер кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; isaevalexx@yandex.ru.

Isaev Alexander Pavlovich - Astrakhan State Technical University; Leading Engineer of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Equipment"; isaevalexx@yandex.ru.

Каргин Сергей Александрович - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; serjxxx@inbox.ru.

Kargin Sergey Aleksandrovich - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Shipbuilding and Energetic Complexes of Marine Equipment"; serjxxx@inbox.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.