Переоборудование крышки цилиндра двигателя для подачи дизельного топлива и диметилового эфира Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.431.74.004.69-222:662.76

ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ КРЫШКИ ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОДАЧИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА

© 2008 г. М.НПокусаев, Г.А. Джихинто, С.В. Виноградова, С.С. Дмитриев

Введение

Экологические проблемы, связанные с использованием традиционного моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания, актуальны не только для России. Во многих странах мира приняты жесткие требования по экологизации. В настоящее время многие зарубежные моторостроительные фирмы взяли курс на решение задачи достижения нулевой токсичности отработанных газов. Их многолетний опыт показывает, что добиться этого можно только в случае использования альтернативных (не нефтяных) топлив. Сейчас практически в каждой промышленно развитой стране проводятся значительные исследовательские работы среди производителей и научных организаций в области создания оптимальных с точки зрения экологии, эффективности, низких издержек производства и значительных запасов, новых видов моторных топ-лив [1-4].

Одним из основных путей снижения негативного влияния отработавших газов двигателей на окружающую среду является использование экологически более чистых альтернативных топлив, которые замещают дизельное топливо. Это, прежде всего, газовые виды моторного топлива, которые обладают, кроме всего прочего, экономической привлекательностью -они существенно дешевле традиционного топлива, здесь мы говорим о диметиловом эфире. Вопрос внедрения альтернативных экологически чистых видов топлива приобретает все более важное значение. Для наиболее распространенных видов бензиновых двигателей с искровым зажиганием набор топлива достаточно широк. Это природный газ метан, сжиженный нефтяной газ пропан-бутан, спирты. А что касается дизельных двигателей, то одной из реальных альтернатив соляровому маслу и мазуту можно считать ди-метиловый эфир [1-4].

Условия для применения диметилового эфира в двигателях внутреннего сгорания

Для применения диметилового эфира в двигателях внутреннего сгорания нужно учитывать ряд обстоятельств:

- во-первых, ДМЭ необходимо впрыскивать в цилиндры дизеля в жидком виде, для чего требуется поддерживать в системе избыточное давление, превышающее давление насыщенных паров в самой нагретой зоне на величину не менее 0,5 МПа;

- во-вторых, объемная величина цикловой подачи диметилэфира должна быть увеличена не менее чем в 1,6 раза из-за меньших энергосодержания и плотности по сравнению с дизельным топливом (ДТ);

- в-третьих, из-за низкой вязкости ДМЭ (0,25 сСт при Т= 20 °С) по сравнению с дизельным топливом (2,5 сСт при Т= 20 °С) и плохих смазочных свойств необходимо введение в топливо специальных проти-возадирных присадок;

- в-четвертых, поскольку ДМЭ обладает высокой коррозионной агрессивностью к некоторым материалам и покрытиям, необходимо заменить их другими, более стойкими [2, 5].

В Астраханском государственном техническом университете на кафедре «Эксплуатация водного транспорта» планируется провести экспериментальные исследования по использованию в различных комбинациях ДТ и ДМЭ в судовых двигателях внутреннего сгорания. Целью работы является оценка токсичности выхлопных газов при использовании ДМЭ как при смешивании с ДТ (присадка в ДТ), так и в качестве основного топлива. Объектом исследования является судовой вспомогательный дизель 1Ч17,5/24 (ШУБ24), жёстко связанный с генератором переменного тока.

Дизель, установленный в лаборатории тепловых двигателей кафедры, переоборудован в одноцилиндровый отсек. Поршневая группа, шатун сняты с 1 и 3-го цилиндров. При этом маслоподводящие отверстия в коленчатый вал заглушены. На двигателе работает только одна цилиндровая секция [2, 3].

Основные технические характеристики установки: номинальная эффективная мощность Ре = 15,33 кВт; номинальная частота вращения коленвала п = 630 об/мин; среднее эффективное давление на номинальном режиме рте = 0,535МПа; максимальное давление сгорания Ртах = 5,2 МПа; средняя скорость поршня Ст = 5,05 м/с;

степень сжатия е = 14,85; удельный расход топлива на

номинальной мощности ge = 245 + 10 % г/(кВт-ч) [6].

Рис. 1. Крышка цилиндра двигателя 1417,5/24 (ШУБ24): 1 - форсунка для подачи ДТ; 2 - форсунка для подачи ДМЭ; 3 - термометр; 4 - патрубки для отвода охлаждающей воды;

5 - крышка; 6 - индикаторный кран; 7 - коромысла;

8 - подача ДТ

Для эксперимента была переоборудована крышка цилиндра двигателя 1417,5/24 (ШУБ24) для подачи ДТ и ДМЭ (рис. 1). В крышке установлены две

форсунки, первая - для подачи ДТ, а вторая - для подачи ДМЭ. Форсунка для подачи ДМЭ была установлена на место пускового клапана. Для пуска двигателя была разработана система электрического привода [7, 8].

На рис. 2 показаны системы подачи ДМЭ и ДТ в цилиндр двигателя, состоящие из следующих элементов:

а) система для подачи ДТ: танк запаса топлива для ДТ; фильтр очитки топлива; манометры; расходная цистерна; топливоподкачивающий насос; магнитный фильтр очистки топлива после топливоподкачиваю-щего насоса; топливный насос высокого давления (ТНВД); форсунка для подачи ДМЭ;

б) система для подачи ДМЭ: баллон объёмом 50 л, с рабочим давлением 1,6 МПа; два запорных клапана; фильтр; топливоподкачивающий насос; ТНВД; форсунка для подачи ДМЭ; манометры; магистраль отсечек для ДМЭ.

При открытии запорного клапана на всасывающей магистрали подкачивающего насоса ДМЭ после фильтра тонкой очистки под давлением приблизительно 0,7 МПа поступает в насос. После насоса давление возрастает. Подкачивающий насос служит для снижения пульсации потока жидкости во всасывающей магистрали ТНВД.

Всасывающая магистраль ТНВД является нагнетательной магистралью подкачивающего насоса. Топливным насосом высокого давления ДМЭ подаётся через форсунку в цилиндр двигателя.

Подкачивающий насос

^ / Л

—Днх—

Манометр Клапан запорный Манометр

Баллон 50 л с ДМЭ, р = 7 бар

Клапан запорный Подкачивающий насос

Магистраль отсечек

ТНВД ДТ

ТНВД

Форсунка

Форсунка

Рис. 2. Система подачи ДМЭ и ДТ в цилиндр двигателя

7

4

6

Все отсечки диметилэфира от форсунки и ТНВД отводятся во всасывающую магистраль подкачивающего насоса [2, 7].

Заключение

В ходе проделанной работы переоборудована экспериментальная модельная крышка блока цилиндра двигателя, позволяющая исследовать подачу двух видов топлива в цилиндр двигателя при использовании двух форсунок в одной крышке. Эта система позволяет подавать диметиловый эфир под высоким давлением, что приводит к хорошему смешиванию в цилиндре двигателя ДТ иДМЭ.

Проведенные исследования являются частью научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре «Эксплуатация водного транспорта» Института морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ по изучению применения альтернативных экологически чистых не нефтяных топлив с целью снижения вредных выбросов отработавших газов при эксплуатации судового дизеля.

Литература

1 Гайнуллин Ф.Г., Андреев А.Е. Использование углеводородных газов в качестве моторного топлива. М., 1986. С. 41 - 43.

2. Елисеев В.Г., Кунис И.Д. Экологические аспекты применения сжиженного природного газа как альтернативного топлива // Конверсия в машиностроении. 2001. № 2. С. 21-23.

3. Филиппов А.З. Токсичность отработавших газов тепловых двигателей. Киев, 1980.

4. Рыжих Н.Е. Способы уменьшения выброса двигателями внутреннего сгорания токсичных газов в атмосферу // Научный электронный журн. КубГАУ. № 05(7). 2004.

5. Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян А.С. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях. М., 1972.

6. Покусаев М.Н. Судовое главное энергетическое оборудование. Метод. указания к лабораторной работе «Испытание дизеля 3Ч 17,5/24 (3КУБ 24) по нагрузочной характеристике» для студентов специальности 140200 - Проектирование и монтаж судовых энергетических установок. Астрахань, 1989.

7. http://www.energobaza.ru. Система питания для двигателя внутреннего сгорания.

8. Гальперович Л.Г. Системы впрыскивания топлива судовых дизелей. Л., 1961.

9 октября 2007 г.

Астраханский государственный технический университет