CC BY
78
УДК [621.431.74:621.436]:662.758
М. Н. Покусаев, Г. А. Джихинто, С. В. Виноградов
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ 3Ч17,5/24 ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА В КАЧЕСТВЕ ПРИСАДКИ К ВОЗДУХУ
В последнее время большой интерес стал вызывать диметиловый эфир (ДМЭ). Благодаря своим физико-химическим свойствам он может применяться в дизелях без использования запальной дозы дизельного топлива (ЗДДТ). Исследования доказывают, что применение ДМЭ в качестве моторного топлива для дизелей является основанием для оптимистичных прогнозов. Целью использования ДМЭ как топлива является снижения вредных выбросов отработавших газов (ОГ) и улучшение рабочего процесса двигателя.
Для реализации экспериментальных исследований были предложены и обоснованы несколько способов подачи ДМЭ в цилиндр дизеля 3417,5/24:
- дополнительная подача ДМЭ на всасывании (как присадка к воздуху);
- подача ДМЭ и ДТ в цилиндр двигателя через раздельные форсунки.
Для практической реализации данных способов была переоборудована крышка цилиндра двигателя 3417,5/24 для подачи ДТ и ДМЭ, а также система топливоподачи. Была предложена и реализована абсолютно новая независимая система электрического пуска - электропусковое устройство дизель-генератора (ЭПУ ДГ) постоянного тока мощностью 42 кВт.
Была разработана методика проведения экспериментальных исследований. Испытания двигателя были проведены при работе двигателя 3417,5/24 по нагрузочной характеристике с применением ДМЭ в качестве присадки к воздуху.
Испытания дизеля проводились в лаборатории тепловых двигателей Астраханского государственного технического университета (АГТУ).
На двигателе работает только одна цилиндровая секция мощностью Pe = 16 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 630 об/мин: среднее эффективное давление на номинальном режиме pme = 0,535 МПа; максимальное давление сгорания pmax = 5,2 МПа; средняя скорость поршня Ст = 5,05 м/с; номинальная степень сжатия е = 14,85; удельный расход топлива на номинальной мощности Ь = 245 + 10 % г/(кВт-ч).
Нагрузочным устройством служит электрогенератор, питающий нагреватель воздуха, состоящий из стандартных электронагревательных элементов ТЭН-400, которые соединены группами для обеспечения нагрузки дизеля от 0 до 110 % его нагрузки. Кроме того, ступенчатое включение пяти электронагревательных элементов по 0,4 кВт обеспечивает высокую точность создаваемой нагрузки.
Для экспериментальных исследований была выбрана система подачи ДМЭ как присадки к воздуху. Смонтирована и испытана система подачи ДМЭ с воздухом через всасывающий коллектор.
В состав системы (рис. 1) входят: баллон объёмом 50 л с рабочим давлением 1,6 МПа; запорный клапан; газовый редуктор, выдающий давление на выходе 0,1 МПа; регулировочный клапан; проставка-смеситель; вакуумная трубка, соединяющая всасывающий коллектор двигателя и газовый редуктор.
Работа системы происходит следующим образом. Диметиловый эфир под давлением из баллона подается в газовый редуктор. Расход воздуха двигателем определяется дифференциальным манометром на всасывающем ресивере. При открытии запорного клапана ДМЭ в жидкой фазе под давлением около 0,7 МПа подаётся в 2-ступенчатый редуктор, где давление понижается до 0,1 МПа, что приводит к переходу жидкой фазы ДМЭ в паровую (газовую). Регулировка процентного соотношения смеси воздуха и ДМЭ осуществляется посредством регулирующего клапана. В зависимости от положения диафрагмы редуктора и степени открытия запорного клапана подаётся необходимое количество газа. Замер расхода ДМЭ осуществляется весовым способом. При работе двигателя смесь через проставку-смеситель подаётся во всасывающий коллектор двигателя.
Рис. 1. Схема подачи ДМЭ с воздухом
По результатам экспериментальных испытаний двигателя 3417,5/24 по нагрузочной характеристике были составлены протоколы испытаний и построены диаграммы (рис. 2, 3).
400 350 300 U 250
о
200
150
100
50-
0+
0
100 120 %
Рис. 2. Зависимость температуры ОГ от мощности
450
40С 350 300 25С 200 150 100 50 0 -
‘ ДТ + ДМЭ; о ДТ
20 40 60 80 100 120
%
Рис. 3. Зависимость удельного расхода топлива от мощности
Для измерения давления в цилиндре был использован пьезоэлектрический датчик, сконструированный в Центральном научно-исследовательском дизельном институте. Работа пьезоэлектрических датчиков давления основана на способности кристаллов некоторых веществ (кварц, титанат бария, ниобат бария) преобразовывать механическую энергию сжатия в электрическую. При помощи программного продукта «Spectra PLUS - FFT Spectral Analysis System» были рассчитаны показания датчика и построены индикаторные диаграммы (рис. 4, 5).
0
Рис. 5. Индикаторная диаграмма (ДТ + ДМЭ)
Экспериментальные исследования показали следующее:
- температура выхлопных газов снизилась на 5-20 °С, что свидетельствует о снижении температуры цикла;
- удельный расход топлива снизился на 15 %;
- на исследуемых режимах наблюдалось снижение расхода воздуха от 1,04 до 2,4 %;
- наблюдалось снижение давления газов при применении ДМЭ как присадки к воздуху;
- среднее содержание ДМЭ в воздухе составило 1,09 %.
В ходе эксперимента было замечено, что при использовании ДМЭ в качестве присадки к воздуху наблюдается более мягкая работа двигателя.
Заключение
Использование ДМЭ в качестве присадки к воздуху позволяет не только улучшить экономические показатели, но и уменьшить шумность работы дизеля ввиду большего значения цета-нового числа ДМЭ в сравнение с ДТ. Как следствие, уменьшается период задержки воспламенения и жесткость работы двигателя. За счет подачи ДТ как основного компонента смесевого топлива удается сохранить высокое давление и малую продолжительность впрыскивания, оставить без изменения базовую топливную аппаратуру и обеспечить практическую простоту перехода на чистое ДТ.
Статья поступила в редакцию 30.01.2008
RESULTS OF MARINE DIESEL ENGINE 3H17,5/24 TESTS BY USING DIMETHYL ETHER AS AN AIR ADDITIVE
M. N. Pokusaev, G. A. Djikhinto, S. V. Vinogradov
Diesel engine test is conducted at the heat-engine laboratories in Astrakhan state technical university (ASTU). By the results of diesel engine 17.5/24 tests the test report is drawn up according to the loading characteristic and the indices are calculated. During the experiment it is proved that when using dimethyl ether as an air additive the softer diesel engine work and exhaust gas temperature reducing per five degrees Celsius are observed. The average percentage of dimethyl ether in air becomes 1.09 %.
Key words: dimethyl ether, an air additive, loading characteristic, percentage of dimethyl ether in air.
