В работе представлены результаты применения компримированного природного газа и рециркуляции отработавших газов на индикаторные диаграммы дизеля размерности 4Ч 11,0/12,5.
Ключевые слова:дизель, газодизель, природный газ, рециркуляция отработавших газов, индикаторные показатели.
В настоящее время во многих регионах страны сложилась крайне негативная экологическая обстановка, обусловленная тем, что масштабы хозяйственной деятельности человека формируют существенное повышение допустимых нагрузок на природные комплексы, а восстановление нарушенных геосистем происходит крайне медленно. Это дает основание предполагать, что улучшение экологических показателей дизелей тракторов, предназначенных для эксплуатации в экологически экстремальных условиях, путем применения природного газа в комплексе с методами, снижающими токсичность отработавших газов дизелей, является весьма актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.
В вятской государственной сельскохозяйственной академии проведены исследования по влиянию компримированного природного газа (КПГ) и рециркуляции отработавших газов (РОГ) на показатели рабочего процесса дизеля 4Ч 11,0/12,5 [1–3].
Экспериментальная тормозная установка включала электротормозной стенд SAK-N670 с балансирной маятниковой машиной, дизель 4Ч 11,0/12,5, измерительную аппаратуру, газобаллонное оборудование, систему РОГ (рис. 1). Обработка индикаторных диаграмм рабочего процесса дизеля при работе на различных режимах осуществлялась с помощью ПЭВМ по программе ЦНИДИ-ЦНИИМ [4, 5].
Степень РОГ (ρ) регулировалась заслонкой, установленной в рециркуляционном трубопроводе, и определялась в зависимости от температуры окружающего воздуха (То), температуры рециркулируемых газов (Тρ) и температуры смеси (Тs) во впускной системе дизеля:
.
Дополнительно контроль степени РОГ осуществлялся газовым счетчиком РГ-400. Охлаждение рециркулируемых газов осуществлялось посредством теплообменника за счет передачи тепла охлаждающей жидкости в систему охлаждения дизеля и радиатора, установленного перед масляным радиатором, за счет передачи тепла в атмосферу [6, 7].
Рис. 1. Общий вид пульта управления тормозным стендом SAK-N670 и установленного оборудования
Индикаторные диаграммы газодизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе по дизельному, газодизельному и газодизельному с РОГ процессам на установочном угле опережения впрыскивания топлива 23 градуса представлены на рис. 2. Анализируя индикаторные показатели можно отметить, что общие закономерности изменения кривых давлений в зависимости от угла поворота коленчатого вала сохраняются как для номинальной частоты вращения (n=2200 мин-1), так и для частоты вращения при максимальном крутящем моменте (n=1700 мин-1). Так, при переходе на газодизельный процесс с РОГ уменьшается максимальное давление газов в цилиндре, жесткость процесса, увеличивается угол, соответствующий периоду задержки воспламенения. Из графиков видно, что при работе по газодизельному с РОГ процессу увеличивается период задержки воспламенения, снижается максимальное давление газов в цилиндре. При работе газодизеля с 10 %-ной РОГ максимальное давление газов в цилиндре составляет Рz = 8,2 МПа, при газодизельном процессе Рz = 8,5 МПа, при дизельном процессе Рz = 8,1 МПа. При работе с 20 %-ной РОГ максимальное давление газов в цилиндре составляет Рz = 7,7 МПа, что на 9,4 % ниже газодизельного процесса и на 4,9 % ниже дизельного. Применение 20 %-ной РОГ на газодизеле приводит к значительному повышению периода задержки воспламенения, применение же 10 %-ной РОГ практически оставляет период задержки воспламенения на уровне чисто газодизельного процесса. С увеличением степени рециркуляции уменьшается угол наклона кривой давления газов, что свидетельствует о снижении жесткости процесса сгорания [8–10].
Таким образом, применение КПГ и РОГ на дизеле 4Ч 11,0/12,5 обеспечивает надежную работу дизеля, при этом ухудшение индикаторных показателей при степени РОГ 10 % не превышает 5 %.
а
б
Рис. 2. Влияние применения КПГ и РОГ на индикаторные диаграммы дизеля 4Ч 11,0/12,5 при Θвпр = 23 градуса: а — n=2200 мин-1, ре = 0,63 МПа; б — n=1700 мин-1, ре = 0,69 МПа; 
— дизельный процесс; 
— газодизельный процесс; 
— рециркуляция 10 %; 
— рециркуляция 20 %
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 3–6.
2. Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции отработавших газов для снижения токсичности тракторного дизеля // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 11–13.
3.Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) при работе на природном газе путем применения рециркуляции отработавших газов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2004. — 18 с.
4.Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с
5. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование скоростного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 24–26.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.
8. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.
9. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Олейник М. А., Дубинецкий В. Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13–16.
10. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11–13.
