В работе представлены результаты применения компримированного природного газа и рециркуляции отработавших газов на показатели процесса сгорания дизеля размерности 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива.
Ключевые слова:дизель, газодизель, природный газ, рециркуляция отработавших газов, показатели процесса сгорания.
На фоне неизбежного увеличения цен на нефтепродукты и ухудшающейся экологической обстановкой, связанной, прежде всего, с увеличением количества энергоустановок, работающих на жидком нефтяном топливе, происходит усиленное внедрение альтернативных источников энергии. В работе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных на базе научно-исследовательской лаборатории кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов Вятской государственной сельскохозяйственной академии (рис. 1), по улучшению экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения компримированного природного газа (КПГ) и рециркуляции отработавших газов (РОГ) [1–3].
Рис. 1. Общий вид газодизеля 4Ч 11,0/12,5 с системой РОГ, установленного на стенде
На рис. 2 представлены показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива для номинальной частоты вращения (n=2200 мин-1) и частоты, соответствующей максимальному крутящему моменту (n=1700 мин-1) [4, 5].
а
б
Рис. 2. Влияние применения РОГ на показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на КПГ в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива: а — n = 2200 мин-1; б — n = 1700 мин-1; 
— дизельный процесс; 
— газодизельный процесс; 
— рециркуляция 10 %; 
— рециркуляция 20 %
Из графиков (рис. 2, а) видно, что при работе по газодизельному процессу с РОГ снижается максимальное давление газов в цилиндре двигателя и при Θвпр = 26 градусов при работе с 10 %-ной РОГ составляет 9,7 МПа, что на 4,9 % ниже, чем при чисто газодизельном процессе и на 8,2 % выше дизельного процесса. Снижается жесткость процесса сгорания и при Θвпр = 26 градусов (dp/dφ)max составляет 0,95 МПа/град. Незначительно увеличивается угол, соответствующий периоду задержки воспламенения. При установочном угле опережения впрыскивания топлива 23 градуса максимальное давление в цилиндре дизеля при газодизельном процессе составляет 8,5 МПа, то при газодизельном процессе с 10 %-ной РОГ — 8,2 МПа, что на 3,5 % ниже, чем при чисто газодизельном процессе и всего на 1,2 % отличается от дизельного процесса [6, 7].
Жесткость процесса сгорания при установочном угле опережения впрыскивания топлива 23 градуса при газодизельном процессе с 10 %-ной РОГ составляет 0,60 МПа/град, что на 15,5 % ниже чисто газодизельного процесса и на 36,8 % ниже, чем при работе с 10 %-ной РОГ при установочном угле опережения впрыскивания топлива 26 градусов.
Таким образом, по показателям процесса сгорания необходимо для газодизельного процесса с РОГ устанавливать угол опережения впрыскивания топлива Θвпр = 23 градуса вместо 26 градусов при дизельном процессе [8, 9].
Из графиков (рис. 2, б) можно отметить, что при работе по газодизельному процессу с РОГ снижается максимальное давление газов в цилиндре двигателя, одновременно снижается (dp/dφ)max и степень повышения давления. С увеличением степени рециркуляции увеличивается угол, соответствующий периоду задержки воспламенения [10].
Подводя краткие итоги, можно отметить, что уменьшение показателей процесса сгорания при работе дизеля на КПГ с РОГ объясняется, в первую очередь, ограниченностью коэффициента избытка воздуха, что приводит к увеличению угла, соответствующего периоду задержки воспламенения, то есть процесс сгорания протекает за меньший период времени и менее интенсивно, что в свою очередь будет препятствовать окислению азота метано-воздушной смеси в условиях недостатка кислорода, замедлять процесс образования оксидов азота в цилиндре и соответственно снижать содержание оксидов азота в отработавших газах дизеля.
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование экологических показателей 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. 26–28.
2. 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.
3. Лопатин О. П. Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий на содержание токсичных компонентов в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 13–15.
4.Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с
5. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 28–30.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.
8. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
9. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
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.
