На рис. 1, а представлено изменение показателей сажесодержания и процесса сгорания в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала на номинальном режиме работы (n =1800 мин-1, ре = 0,585 МПа).
При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 12º п. к.в. после ВМТ. Сmax дт расч. имеет значение 4,2 г/м3, а rmax дт расч.= 2,95 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до Свых дт расч.= 0,471 г/м3 и rвых дт расч. =0,287 г/кг.
При работе дизеля на метаноле с ДСТ массовая и относительная концентрации достигают своего максимального значения через φCmax м расч = 10º п. к.в. после ВМТ. Сmaxм расч. имеет значение 0,356 г/м3, а rmax м расч. =0,235 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до Свых м расч. = 0,028 г/м3 и rвых м расч. = 0,019 г/кг (φCвых=140,0 º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 93,0 %.
Максимальная осредненная температура цикла Тzmax при работе дизеля на ДТ составляет 1920 К и наблюдается при угле φTzmax = 18,5º п. к.в. после ВМТ, при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Тzmax = 1960 К достигается при угле φTzmax =21º п. к.в. после ВМТ.
Максимальное значение давления сгорания увеличивается с рz = 6,97 МПа при работе на ДТ до рz = 7,09 МПа при работе на метаноле с ДСТ. При этом следует отметить, что процесс сгорания при работе дизеля на метаноле с ДСТ несколько сдвигается на линию расширения. Максимальное значение давления сгорания при работе на ДТ достигается при значении угла φPz max = 7,0° п.к.в. после ВМТ. При работе на метаноле с ДСТ максимальное значение давления сгорания достигается при значении угла φPz max = 10,1° п.к.в. после ВМТ.
Результирующее сажесодержание складывается из трех этапов процесса сажеобразования.
На первом этапе идет интенсивное возрастание массовой концентрации в цилиндре дизеля, поскольку образование сажи происходит в ядре струи запального ДТ в результате термического и окислительного пиролиза топлива в условиях окислителя. Поэтому можно предположить, что на первом этапе основное влияние на результирующее сажесодержание оказывает запальная порция ДТ. На данном этапе преобладающим механизмом образования является НТФМ. Отсутствие окислителя и низкая температура приводят к тому, что процессы окисления сажи идут медленнее, чем процессы образования сажи.
На втором этапе процесса сажеобразования температура достигает своего максимального значения, общий коэффициент избытка воздуха увеличивается из-за того, что молекула метанола содержит 50 % кислорода.
Эти условия приводят к тому, что процесс выгорания частиц сажи начинает преобладать над процессом образования частиц сажи.
На третьем этапе процесс выгорания преобладает над процессом сажеобразования, поскольку сгорание основного заряда уже завершилось и происходит лишь догорание локальных объемов смеси и частиц сажи. Процесс выгорания длится до открытия выпускного клапана, и содержание сажи снижается до значения, определяющего дымность ОГ.
На рис. 1, б представлено изменение показателей сажесодержания и процесса сгорания в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала на режиме максимального крутящего момента (n = 1400 мин-1, ре= 0,594 МПа).
При работе дизеля на ДТ массовая и относительная концентрации сажи достигают своего максимального значения через φCmax дт расч = 13,6º п. к.в. после ВМТ. Сmax дт расч. имеет значение 2,2 г/м3, а rmax дт расч. = 1,50 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до Свых дт расч. = 0,260 г/м3 и rвых дт расч. = 0,180 г/кг (φC вых=140,0 º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 88,2 %.
При работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ ΘДТ= 34º и метанола ΘМ = 34º массовая и относительная концентрации достигают своего максимального значения через φCmax м расч = 3,0º п. к.в. после ВМТ. Сmax м расч. имеет значение 0,307 г/м3, а rmax м расч. = 0,213 г/кг. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования сажи, и концентрация сажи снижается до Свых м расч.= 0,018 г/м3 и rвых м расч.= 0,012 г/кг (φCвых= 140,0º п. к.в. после ВМТ). Концентрации снижаются на 93,0 %.
а)
б)
Рис. 1. Влияние применения метанола на показатели сажесодержания и процесса сгорания дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ при ΘДТ = 34º и ΘМ = 34º в зависимости от угла поворота коленчатого вала: а) при n = 1800 мин-1; б) при n = 1400 мин-1; ¾¾¾ — дизельный процесс; ― ― ― метанол с запальным ДТ
Максимальная осредненная температура цикла Тzmax при работе дизеля на ДТ составляет 1850 К и наблюдается при угле φTzmax =16,0º п. к.в. после ВМТ, при работе дизеля на метаноле с ДСТ значение Тzmax =1900 К достигается при угле φTzmax = 18º п. к.в. после ВМТ.
Максимальное значение давления сгорания увеличивается с рz = 7,03 МПа при работе на ДТ до рz = 7,42 МПа при работе на метаноле с ДСТ. Максимальное значение давления сгорания при работе на ДТ достигается при значении угла φPz max = 6,0° п.к.в. после ВМТ. При работе на метаноле с ДСТ максимальное значение давления сгорания достигается при значении угла φPz max = 7,8° п.к.в. после ВМТ.
Литература:
1. Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.
2. Скрябин М. Л. Разработка программы стендовых исследований газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 53–55.
3. Скрябин М. Л. Особенности горения капли дизельного топлива в турбулентном потоке метано-воздушной смеси в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 56–59.
4. Скрябин М. Л. Исследование мощностных и экономических показателей газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 59–62.
5. Скрябин М. Л. Влияние угла опережения впрыскивания топлива на экологические показатели газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 62–65.
6. Анфилатов А. А. Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 226–229.
7. Анфилатов А. А. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 229–232.
8. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты содержания оксидов азота в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 232–235.
9. Чувашев, А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербург, 2007. — 18 с.
10. Чувашев, А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2007. -167с.
