CC BY
12Совершенствование конструкции
W I W
распылителем форсунок дизелеи, работающих на утяжеленных топливах
B.А. Марков,
профессор Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана), д.т.н., А.А. Ефанов,
доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана, к.т.н.,
C.Н. Девянин,
зав. кафедрой Московского государственного агропромышленного университета (МГАУ) им. В.П. Горячкина, д.т.н.
Предложена конструкция распылителя форсунки, обеспечивающая улучшение качества процесса смесеобразования транспортного дизеля, работающего на утяжеленных альтернативных топливах. Проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С, оснащенного предложенными распылителями. Показана возможность значительного улучшения показателей токсичности отработавших газов при установке на дизель предложенных распылителей.
Ключевые слова: дизельный двигатель, дизельное топливо, рапсовое масло, утяжеленное альтернативное топливо, форсунка, распылитель.
Design Improvement of Sprayers in Diesel Engines Running on Heavy-cut Alternative Fuels
V.A. Markov, A.A. Yefanov, S.N. Devyanin
The construction of a sprayer ensuring mixture formation process improvement in vehicle engines running on heavy-cut alternative fuels is suggested. The experimental research on a type D-245.12C diesel engine equipped with the suggested sprayers is carried out. Considerable improvement potential for toxicity characteristics with the sprayers involved is shown.
Keywords: diesel engine, diesel fuel, rapeseed oil, heavy-cut alternative fuel, fuel injector, sprayer.
Важной задачей современного двигателестроения является разработка конструктивных решений, позволяющих использовать альтернативные сырьевые ресурсы, сохраняя или улучшая показатели двигателей внутреннего сгорания (ДВС) по топливной экономичности и показателям токсичности отработавших газов (ОГ) [1,2].
Альтернативные топлива получают из различных сырьевых ресурсов. К ним относятся невозобнов-ляемые (природный газ, каменный уголь и др.) и возобновляемые (растительные масла, биомасса и др.) источники энергии. К альтернативным топливам для дизельных двигателей относятся и топлива, получаемые из нефтяного сырья, но отличающиеся
от традиционных топлив фракционным составом. К ним можно отнести нефтяные топлива утяжеленного фракционного состава (УФС), легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК) и ряд других топлив.
Многие из указанных топлив имеют физико-химические свойства, значительно отличающиеся от свойств стандартного дизельного топлива (ДТ). Однако при смешивании данных топлив между собой или со стандартным ДТ можно получить смесе-вые топлива, близкие по своим свойствам к последнему. Примером могут служить смесевое биотопливо на основе рапсового масла (РМ), смесевое топливо на основе легкого газойля каталитического крекинга и синтетических парафиновых углеводородов (СПУ), смесевое топливо на основе топлива утяжеленного фракционного состава и СПУ. Основные физико-химические свойства некоторых из этих топлив приведены в табл. 1 [3, 4].
Анализ физико-химических
свойств указанных топлив показал, что некоторые из них (РМ, УФС, ЛГКК и др.) тяжелее стандартного ДТ и имеют повышенную вязкость. Это приводит к изменению характеристик впрыскивания и распыливания и, как правило, к ухудшению качества процесса смесеобразования. В первую очередь это относится к дизелям небольшой размерности, работающим на утяжеленных топливах. При росте плотности топлива увеличивается длина струй I распыливаемого топлива, причем, длина I может превышать геометрические размеры камеры сгорания (КС). Это сопровождается увеличением доли пленочного смесеобразования. Утяжеленные топлива, как правило, отличаются большей вязкостью и повышенным поверхностным натяжением в сравнении со стандартным ДТ, что приводит к ухудшению мелкости распыливания. Все эти факторы являются причиной ухудшения качества процесса смесеобразования, недостаточно полного сгорания топлива, ухудшения показателей топливной экономичности и токсичности ОГ.
Результаты ряда экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что к работе на альтернативных топливах в большей степени адап-
тированы дизельные двигатели с разделенными и полуразделенными камерами сгорания [3,4].
В них обеспечивается высокое качество процесса смесеобразования, что особенно важно для дизелей, работающих на утяжеленных топливах, и исключается возможность прямого попадания капель топлива на стенки цилиндра, что может повлечь за собой нагарообразование и загрязнение смазывающего масла. Но поскольку дизели с разделенными КС отличаются сравнительно невысокой топливной экономичностью, более целесообразным представляется использование дизелей с полуразделенными КС.
Характерным двигателем этого класса является дизель Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5) производства Минского моторного завода, имеющий полуразделенную камеру сгорания типа ЦНИДИ. В этом двигателе организовано объемно-пленочное (пристеночное) смесеобразование с частичным попаданием топливной струи на боковые стенки камеры в поршне, прилегающие к горловине. Камера сгорания типа ЦНИДИ выполнена с диаметром горловины ё=38 мм, наибольшим диаметром камеры ^=62 мм и глубиной ^к=29 мм, а форсунки установлены в головке цилиндров со смещением Л/ф=10 мм (рис. 1). Подача топлива осуществляется на горячие кромки горловины и внутренние
стенки камеры сгорания вблизи горловины, что обеспечивает стабильное воспламенение топлива. Характерная особенность этой КС состоит в том, что диаметр горловины составляет примерно 30% от диаметра поршня. В результате на такте сжатия в КС наблюдается выраженное торообраз-ное вихревое движение воздуха, что и обеспечивает требуемое качество смесеобразования. Сравнительно большой диаметр горловины КС способствует тому, что гидравлические потери при перетекании воздуха и топливовоздушной смеси на тактах сжатия и расширения сравнительно невелики, и топливная экономичность приближается к топливной
Таблица 1
Физико-химические свойства моторных топлив
Физико-химические свойства Топлива
ДТ РМ 80% ДТ + 20% РМ УФС ЛГКК СПУ 70% ЛГКК + 30% СПУ 70% УФС + 30% СПУ Топливная фракция угля
Температура перегонки, °С: начало 10% топлива 50% топлива 90% топлива 96% топлива 155 197 245 328 360 - - 197 227 276 337 360 189 235 260 290 306 52 70 103 145 157 62 106 238 284 306 63 112 244 356 360 160 350
Плотность при 20°С, кг/м3 833 916 848 836 938 679,8 856,3 785,4 863
Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с 4,58 75 9 4,9 3,45 0,62 1,55 2,06 5,5
Теплота сгорания низшая, МДж/кг 42,5 37,3 41,5 42,0 42,0 45,0 42,9 42,9 42,6
Цетановое число 56 36 - 56 20 60,5 33 57,5 43
Коэффициент поверхностного натяжения а при 20°С, мН/м 27,1 33,2 - - - - - - -
Температура самовоспламенения, °С 250 318 - - - - - - -
Температура помутнения, °С -5 -9 - 4 -26 -60 -35 -2 -6
Температура застывания, °С -10 -20 - -4 -31 -60 -46 -15 -15
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг 14,3 12,6 13,9 - - 15,3 - - -
Содержание, % по массе: С Н О 87,0 12,6 0,4 гоосо 000 - - - - - - -
Общее содержание серы, % по массе 0,2 0,002 - 0,533 0,72 0 0,5 0,38 0,04
Коксуемость 10%-ного остатка, % по массе 0,2 0,4 - 0,3 - - - - -
Примечание. «-» - свойства не определялись; для смесей указано объемное процентное содержание компонентов.
экономичности быстроходных дизелей с неразделенными КС.
Следует отметить, что при такой организации процесса смесеобразования большое значение имеет согласование длины струй топлива с формой КС. Из-за стесненности КС желательно сократить длину струй, сделать эти струи более объемными (увеличить ширину струи), обеспечить требуемую мелкость распыли-вания. Все эти факторы способствуют более равномерному распределению топлива по объему КС. При этом основные параметры впрыскивания и распыливания топлива (максимальное и среднее давление впрыскивания, показатели мелкости рас-пыливания и динамика развития топливных струй) во многом зависят от конструктивных особенностей проточной части распылителей форсунок дизелей. В частности, они определяются числом распыливающих отверстий, их эффективным проходным сечением и расположением их входных кромок [5-7].
Для улучшения качества смесеобразования в быстроходных дизелях транспортного назначения, работающих на утяжеленных топливах, авторами статьи предлагается использовать распылитель, отличительной особенностью которого является наличие нескольких распыливающих отверстий 6 и 7, выполненных попарно и расположенных равномерно по поверхности носка 4 распылителя (рис. 2). При этом входные кромки 8 и 9 распыливающих отверстий 6 и 7 расположены на конической запорной поверхности 3 корпуса 1 распылителя, а оси этих отверстий расположены в плоскости, проходящей через ось цилиндрической полости 2 корпуса распылителя и выполнены под углом ф относительно друг друга. Этот угол выбран таким, чтобы струи, образуемые спаренными отверстиями, сталкивались друг с другом на расстоянии около 10 мм от поверхности носка распылителя (как показывает ряд исследований, именно в этой области наиболее интенсивно образуются начальные очаги воспламенения рабочей смеси в КС быстроходных дизелей [8]). При этом струи дополнительно турбулизуются,
а б
Рис. 1. Камера сгорания дизеля Д-245.12С со схемой расположения форсунки (а) и ориентация струй распыливаемого топлива в КС (б): 1-5 - номера струй распыливаемого топлива
и образуется одна общая струя большего объема, распространяющаяся в объеме КС. Причем, длина этой струи несколько меньше длины струи топлива, формируемой одним
распыливающим отверстием с эффективным проходным сечением, равным сумме эффективных проходных сечений спаренных распыливающих отверстий.
Таблица 2
Некоторые параметры дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5)
Параметры Значение
Тип двигателя Четырехтактный, рядный, дизельный
Число цилиндров 4
Диаметр цилиндра 0, мм 110
Ход поршня Б, мм 125
Рабочий объем цилиндра V, л 1,08
Общий рабочий объем ¡Уь, л 4,32
Степень сжатия е 16,0
Система турбонаддува Турбокомпрессор ТКР-6 Борисовского завода автоагрегатов
Тип камеры сгорания, способ смесеобразования Камера сгорания типа ЦНИДИ, объемно-пленочное смесеобразование
Номинальная частота вращения п, мин1 2400
Номинальная мощность кВт 80
Литровая мощность Ыдл, кВт/л 18,5
Механизм газораспределения Клапанного типа с верхним расположением клапанов
Система охлаждения Водяная, принудительная
Система смазки Принудительная, с разбрызгиванием
Фильтр масляный Сетчатый
Насос масляный Шестеренчатый
Система питания Разделенного типа
Топливный насос высокого давления (ТНВД) Типа РР4М10и1 фирмы «МоЬгра!» с
всережимным центробежным регулятором
Диаметр плунжеров ТНВД мм 10
Ход плунжеров ТНВД мм 10
Длина нагнетательных топливопроводов £ , мм 540
Форсунки Типа ФДМ-22 производства ОАО «Куроаппаратура» (г. Вильнюс)
Давление начала впрыскивания форсунок РФ, МПа 21,5
Рис. 2. Конструктивная схема распылителя форсунки: 1 - корпус; 2 - цилиндрическая полость; 3 - коническая запорная поверхность корпуса; 4 - носок распылителя; 5 - поды-гольная полость; 6, 7 - распыливающие отверстия; 8, 9 - входные кромки распы-ливающих отверстий; 10 - игла; 11 - коническая поверхность иглы; 12 - коническая запорная часть иглы
Для оценки влияния конструкции распылителей на параметры процессов распыливания, смесеобразования и в конечном счете на показатели работы дизеля, работающего на утяжеленных топливах, на Алтайском заводе прецизионных изделий (АЗПИ, г. Барнаул) были изготовлены распылители с 10 распыливающими отверстиями, выполненные по схеме, показанной на рис. 2. Оценка влияния конструкции проточной части распылителя форсунки на экономические и экологические показатели проведена с использованием результатов экспериментальных исследований дизеля Д-245.12С. Некоторые параметры
исследуемого дизеля приведены в табл. 2.
Экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С проведены на моторном стенде АМО «ЗиЛ». Моторный стенд был оборудован комплектом необходимой измерительной аппаратуры. Дымность ОГ измерялась с помощью ручного дымомера MK-3 фирмы «Наг1:п0де» (Великобритания) с погрешностью измерения ±1%. Концентрации оксидов азота NOx, монооксида углерода CO и несгоревших углеводородов CHx в ОГ определялись газоанализатором SAE-7532 японской фирмы «YANACO» с погрешностью ±1%. Концентрация этих токсичных компонентов в сухих ОГ определялась в ррт (миллионных объемных долях; 1000 ррт =0,1%).
При испытаниях дизеля Д-245.12С серийные форсунки поочередно оснащались серийными распылителями Motorpal DOP 119S534, имеющими пять распыливающих отверстий, и опытными распылителями АЗПИ с 10 распыливающими отверстиями. Некоторые параметры и геометрические размеры исследуемых распылителей представлены в табл. 3 и 4.
Дизель исследовался на режимах внешней скоростной характеристики и 13-ступенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН с установочным углом опережения впрыскивания топлива (УОВТ) 0=13° поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (п.к.в. до ВМТ) и неизменным
положением упора дозирующей рейки ТНВД (упора максимальной подачи топлива).
Для оценки возможности использования опытных распылителей в дизеле, работающем на утяжеленных топливах, проведены исследования дизеля на стандартном ДТ и на его смеси с РМ в пропорции 80% ДТ и 20% РМ. Физико-химические свойства указанных топлив представлены в табл. 1.
Результаты испытаний дизеля Д-245.12С с распылителями Motorpal DOP 119S534 и опытными распылителями АЗПИ с 10 распыливающими отверстиями представлены на рис. 3-7 и в табл. 5. При этом удельные массовые выбросы токсичных компонентов ОГ на режимах 13-ступен-чатого цикла определялись по общепринятой методике [1, 2]. Оценка топливной экономичности дизеля проведена по условному средне-эксплуатационному удельному эффективному расходу топлива на режимах 13-ступенчатого цикла g ,
J ^ -/ e уСЛ
который определялся с использованием зависимости
13 13
Seyen = HGTi' Ki1 HNei' Ki' i=1 i=1
где Gri - часовой расход топлива на i-м режиме; Ne. - мощность двигателя на этом режиме; K. - коэффициент, отражающий долю времени каждого режима, i - номер режима.
Таблица 3
Основные конструктивные параметры распылителей
№ распылителя Тип и маркировка распылителя Число распыливающих отверстий, ip Диаметр распыливающих отверстий, d, мм Максимальный ход иглы распылителя мм Суммарная эффективная площадь распылителя в сборе мм2
1 Motorpal DOP 119S534 5 0,34 0,30 0,250
2 АЗПИ 10 0,25 0,31 0,270
Таблица 4
Расположение распыливающих отверстий распылителей
№ Угловое расположение отверстия относительно штифта, град Угол наклона отверстия относительно оси распылителя, град
отверстий распылитель Motorpal DOP 119S534 распылитель АЗПИ распылитель Motorpal DOP 119S534 распылитель АЗПИ
1 8 8 63,5 67,0/36,0
2 90 90 72,0 75,0/45,0
3 172 172 63,0 67,0/36,0
4 237 237 52,5 55,0/30,0
5 303 303 53,5 55,0/30,0
Поскольку исследуемое смесевое биотопливо имеет меньшую теплотворную способность, топливную экономичность дизеля при его работе на различных топливах целесообразно оценивать не удельным эффективным расходом топлива де, а эффективным КПД двигателя пе. Причем, для интегральной оценки работы дизеля на режимах 13-ступенчатого цикла использован условный эффективный КПД, определяемый в виде
П = 3600/(Н„ • д ),
' е усл и -'в усл
где Ни - низшая теплота сгорания исследуемого топлива, МДж/кг.
Испытания дизеля Д-245.12С на режимах внешней скоростной характеристики показали, что распылители Мо1:огра1, имеющие меньшую в сравнении с распылителями АЗПИ суммарную эффективную площадь ц f (табл. 3), обеспечивают меньший
От , х[ •" I
15
Рис. 3. Зависимость эффективной мощности Ыв, крутящего момента Ме, часового расхода топлива вт, коэффициента избытка воздуха а, дымности ОГ Кх и удельного эффективного расхода топлива де от частоты вращения п коленчатого вала дизеля Д-245.12С на режимах внешней скоростной характеристики при использовании различных распылителей и работе на различныхтопливах: 1 - распылитель МоЬгрэ!, дизельное топливо; 2 - распылитель МоЬгрэ!, смесь 80% ДТ и 20% РМ; 3 - распылитель АЗПИ, дизельное топливо; 4 - распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ и 20% РМ
часовой расход топлива Gт во всем интервале исследованных скоростных режимов (рис. 3). При работе дизеля с распылителями АЗПИ на номинальном режиме с п=2400 мин-1 на стандартном ДТ и смеси 80% ДТ и 20% РМ расход топлива Gт возрастает на 5-7% в сравнении с дизелем с распылителями Мо1:огра1. При этом отмечены повышенные значения часового расхода топлива Gт при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ, что вызвано большей плотностью исследуемой смеси и ее повышенной вязкостью в сравнении со стандартным ДТ.
При замене распылителей Мо1:огра1 распылителями АЗПИ отмечен рост крутящего момента двигателя Ме, составляющий Д/М,=20-40 Н^м. Причем, такой рост крутящего момента отмечен как при работе на стандартном ДТ, так и на смеси 80% ДТ и 20% РМ (рис. 3). Это обусловлено, с одной стороны, увеличением часового расхода топлива Gт при использовании распылителей АЗПИ, а с другой стороны - увеличением эффективности процесса сгорания топлива дизеля с такими распылителями. Соответственно увеличилась и эффективная мощность двигателя Ые.
Рост часового расхода топлива Gт при использовании распылителей АЗПИ привел к некоторому снижению значений коэффициента избытка воздуха а, однако, это не привело к ухудшению показателей топливной экономичности и токсичности ОГ исследуемого дизеля. На режиме максимального кру-
*-»-1 о-----о - 3 ^---а-4 г=2400 НИН"'.; 7/
А* Л' / п=1500мин~'"
п=850 мин"' 0
100
200
300 Ме. Н I
Рис. 4. Зависимость часового расхода топлива вт дизеля Д-245.12С от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения п коленчатого вала и эффективного крутящего момента Ме) при использовании различных распылителей и работе на различных топливах: 1 - распылитель МоЬгрэ!, дизельное топливо; 2 - распылитель МоЬгрэ!, смесь 80% ДТ и 20% РМ; 3 - распылитель АЗПИ, дизельное топливо; 4 - распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ и 20% РМ
тящего момента при п=1500 мин-1 удельный эффективный расход топлива де уменьшился как при работе на стандартном ДТ (с 225,8 до 221,8 г/кВт^ч), так и при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ (с 231,2 до 225,8 г/кВт-ч). На
режиме максимальной мощности при п=2400 мин-1 использование распылителей АЗПИ позволило снизить расход топлива де с 249,0 до 243,2 г/кВт^ч при работе на стандартном ДТ и с 255,3 до 254,1 г/кВт^ч при использовании смеси 80% ДТ и 20% РМ (рис. 3).
Замена распылителей Мо1:огра1 распылителями АЗПИ приводит к уменьшению дымности ОГ. При такой замене распылителей на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин-1 дымность ОГ Кх сократилась и при работе на стандартном ДТ (с 25 до 17% по шкале Хартриджа), и при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ (с 16 до 13,5% по шкале Хартриджа). На режиме максимальной мощности при п=2400 мин-1 дымность ОГ снизилась с 11 до 8% по шкале Хартриджа при использовании ДТ и с 8 до 7,4% по шкале Хартриджа при использовании смеси 80% ДТ и 20% РМ (рис. 3). Такое улучшение показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизеля Д-245.12С при его оснащении распылителями АЗПИ объясняется повышением качества смесеобразования.
Результаты экспериментальных исследований дизеля Д-245.12С на
Рис. 5. Зависимость концентрации в ОГ дизеля Д-245.12С оксидов азота СШх от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения п коленчатого вала и эффективного крутящего момента Ме) при использовании различных распылителей и работе на различных топливах: 1 - распылитель Мок>гра!, дизельное топливо; 2 - распылитель 1Шогра1, смесь 80% ДТ и 20% РМ; 3 - распылитель АЗПИ, дизельное топливо; 4 - распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ и 20% РМ
режимах 13-ступенчатого цикла приведены на рис. 4-7. Полученные характеристики часового расхода топлива
тенденцию
Gt (рис. 4) подтвердили
роста часового расхода топлива при замене распылителей Motorpal распылителями АЗПИ. Минимальный часовой расход топлива Gt на всех режимах наблюдался при работе на стандартном ДТ и использовании распылителей Motorpal, максимальный - при работе смеси 80% ДТ и 20% РМ и использовании распылителей АЗПИ.
Тип распылителя оказывает влияние и на концентрацию в ОГ оксидов азота СМОх (рис.5). На большинстве исследованных режимов установка распылителей АЗПИ приводит к некоторому увеличению содержания в ОГ этого токсичного компонента, составившего в среднем 15-20%. Причем, при замене распылителей Motorpal распылителями АЗПИ увеличение содержания в ОГ оксидов азота отмечено и при работе на стандартном ДТ, и
Рис. 6. Зависимость концентрации в ОГ дизеля Д-245.12С монооксида углерода СС0 от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения п коленчатого вала и эффективного крутящего момента Ме) при использовании различных распылителей и работе на различных топливах: 1 - распылитель Мо№гра!, дизельное топливо; 2 - распылитель МоЬгра!, смесь 80% ДТ и 20% РМ; 3 - распылитель АЗПИ, дизельное топливо; 4 - распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ и 20% РМ
при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ.
Установка распылителей АЗПИ обеспечивает значительное снижение
Таблица 5
Показатели дизеля Д-245.12С, работающего с УОВТ 6 = 13° п.к.в. до ВМТ на различных топливах и оснащенного различными распылителями
Вариант распылителя Условный средний эффективный расход топлива на режимах 13-ступенчатого цикла, Удельные массовые выбросы токсичных компонентов при работе на режимах 13-ступенчатого цикла, г/кВм
д , г/кВм усл' ®NOx есо e0Hx
Распылитель Motorpal, ДТ 247,2 (Л< усл=0,343) 7,442 3,482 1,519
Распылитель Motorpal, смесь 80 % ДТ + 20% РМ 254,4 (п усл=0,341) 7,159 3,814 0,965
Распылитель АЗПИ, ДТ 244,5 (п усл=0,346) 8,772 2,646 0,869
Распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ + 20% РМ 253,1 (Л< усл=0,343) 8,430 2,636 0,597
Таблица 6
Показатели дизеля Д-245.12С c распылителями АЗПИ, работающего на смеси 80% ДТ и 20% РМ, при различных углах опережения впрыскивания топлива
Угол опережения впрыскивания топлива Условный средний расход топлива на режимах 13-ступенчатого цикла, Удельные массовые выбросы токсичных компонентов при работе на режимах 13-ступенчатого цикла, г/кВм
9*усл' г/кВт-4 ®NOx есо ®CHx
0 = 16° п.к.в. до ВМТ 248,6 10,167 2,177 0,569
0 = 13° п.к.в. до ВМТ 253,1 8,430 2,636 0,597
0 = 10° п.к.в. до ВМТ 269,2 6,111 3,685 0,735
Рис. 7. Зависимость концентрации в ОГ дизеля Д-245.12С несгоревших углеводородов CCHx от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения n коленчатого вала и эффективного крутящего момента Ме) при использовании различных распылителей и работе на различных топливах: 1 - распылитель Motorpal, дизельное топливо; 2
- распылитель Motorpal, смесь 80% ДТ и 20% РМ; 3
- распылитель АЗПИ, дизельное топливо; 4 - распылитель АЗПИ, смесь 80% ДТ и 20% РМ
эмиссии продуктов неполного сгорания топлива - монооксида углерода и несгоревших углеводородов. При установке распылителей АЗПИ вместо распылителей Мо1:огра1 концентрация монооксида углерода в ОГ ССО снижается практически на всех исследованных режимах в среднем на 25-30% (рис. 6). Причем, эффект снижения содержания в ОГ монооксида углерода более значителен при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ.
На всех исследованных режимах замена распылителей Мо1:огра1 на распылители АЗПИ приводила к значительному уменьшению концентрации в ОГ несгоревших углеводородов ССНх, составившей в среднем 35-45% (рис. 7). Причем, при замене распылителей Мо1:огра1 распылителями АЗПИ снижение содержания в ОГ несгоревших углеводородов отмечено и при работе на стандартном ДТ, и при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ. Поскольку эмиссия углеводородов в наибольшей степени зависит от количества топлива, оказавшегося в холодных пристеночных слоях КС, то такое снижение концентрации СНх в ОГ при использовании распылителей АЗПИ свидетельствует об уменьшении количества топлива, попадающего на
стенки КС, и улучшении качества смесеобразования при работе с этими распылителями.
Результаты проведенных расчетов интегральных показателей дизеля Д-245.12С на режимах 13-ступенчатого цикла сведены в табл. 5. Они показывают, что при замене штатных распылителей Motorpal на распылители АЗПИ и работе на стандартном ДТ условный средний эффективный расход топлива на режимах 13-ступен-чатого цикла g снизился на
^ е усл
1,1%, а при использовании смеси 80% ДТ и 20% РМ - на 0,6%.
Переход от распылителей Motorpal к распылителям АЗПИ сопровождался значительным снижением удельных массовых выбросов монооксида углерода eCO (при работе на ДТ - на 24,1%, при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ - на 30,6%) и несгоревших углеводородов eCHx (при работе на ДТ - на 42,7%, при работе на смеси 80% ДТ и 20% РМ - на 38,1%). Это указывает на улучшение мелкости распыливания топлива, снижение неравномерности распределения топлива в объеме КС и уменьшение доли пленочного смесеобразования при установке распылителей АЗПИ. В то же время установка распылителей АЗПИ приводит к росту удельных массовых выбросов оксидов азота eNOx при работе на обоих видах исследуемых топлив. Увеличение выбросов Шх составило 17,6% при работе на стандартном ДТ и 17,7% - при использовании смеси 80% ДТ и 20% РМ. Рост удельных массовых выбросов оксидов азота eNOx при использовании распылителей АЗПИ объясняется ростом максимальных давлений и температур цикла, вызванных улучшением процесса сгорания.
Анализ полученных данных (см. табл. 5) указывает на целесообразность установки опытных распылителей АЗПИ на транспортные дизели. В то же время для достижения наилучших показателей токсичности ОГ использование этих распылителей необходимо сочетать с реализацией других мероприятий по снижению выбросов вредных веществ. В частности,
для снижения выбросов оксидов азота NO» целесообразна оптимизация значений УOВT [1, 2]. Для оценки влияния УOВT на показатели дизеля Д-245.12С, оснащенного опытными распылителями АЗПИ, проведены его исследования на смеси 80% ДT и 20% РM при различных установочных УOВT 0=13, 10 и 16° п.к.в. до ВMT. Результаты этих исследований приведены в табл. 6.
Данные табл. 6 показывают, что в дизеле Д-245.12С с распылителями АЗПИ, работающем на смеси 80% Д1 и 20% РM, установка меньшего УOВT (9=10° п.к.в. до ВMT) позволяет уменьшить выброс наиболее значимого токсичного компонента - оксидов азота eNOx с 8,430 до 6,111 г/(кВт-ч), то есть на 27,5%. Oднако наиболее приемлемым решением задачи обеспечения благоприятного компромисса между показателями топливной экономичности и токсичности OГ в исследуемом дизеле с распылителями АЗПИ является реализация регулирования УOВT в соответствии со скоростным и нагрузочным режимами дизеля.
Проведенные исследования подтвердили улучшение показателей топливной экономичности и токсичности OГ дизеля при использовании распылителей форсунок с перекрещивающимися распыливающими отверстиями, в том числе и на утяжеленных топливах.
Литература
1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А.
Системы топливоподачи и управления дизелей: Учебник для ВУЗов. Второе издание. - M.: Изд-во «Легион-Автодата», 2005. - 344 с.
2. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. ^жс^чность отработавших газов дизелей - M.: Изд-во Mm* им. Н.Э. Баумана, 2002. - 376 с
3. Гайворонский А.И., Марков В.А., Илатовс-кий Ю.В. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях.
- M.: OOO «ИРЦ Газпром», 2007. - 480 с.
4. Марков В.А., Гайворонский А.И., Грехов Л.В., Иващенко Н.А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах. - M.: Изд-во «Легион-Автодата», 2008. - 464 с.
5. Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях.
- M.: Изд-во MHY им. Н.Э.Баумана, 2007. - 360 с
6. Астахов И.В., Голубков Л.Н., Трусов В.И. и др. Топливные системы и экономичность дизелей
- M.: Mашиностроeниe, 1990. - 288 с.
7. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - П.: Mашино-строение, 1990. - 352 с.
8. Frolov S.M., Skripnik A.A., Kavtaradze R.Z. Modeling of Diesel Spray Ignition - Combustion and Atmospheric Pollution. - M.: Torus Press Ltd, 2003. - P. 220-227.
