Снижение расхода топлива и вредных выбросов дизеля на режимах постоянной мощности

• Автор: Матиевский, Герман Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ И СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ДВИГАТЕЛЕЙ НА РЕЖИМАХ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ
1.1 Скоростная характеристика с участком постоянной мощности и ограничения, 7 возникающие при создании двигателя постоянной мощности
1.2 Анализ процессов смесеобразования и сгорания и возможность их интенсификации в быстроходных дизелях с целью снижения расхода топлива.
1.3 Анализ современных способов снижения вредных выбросов
1.4 Снижение расхода топлива оптимизацией частоты вращения
1.5 Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА
АНАЛИЗА ИНДИКАТОРНОЙ И ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ
ДИЗЕЛЯ
2.1 Описание экспериментальной одноцилиндровой установки УК-2, средств
измерения и контроля
2.2 Топливная система испытательного стенда
2.2.1 Штатная система питания дизеля
2.2.2 Аккумуляторная топливоподающая система типа Common Rail
2.3 Программа и методика экспериментальных исследований, измерение и
обработка экспериментальных данных
2.4 Методика анализа индикаторного и эффективного КПД двигателя
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЯ
3.1 Анализ изменения крутящего момента, коэффициента приспособляемости и
подачи топлива
3.2 Анализ изменения эффективных расхода топлива и КПД
3.3 Определение оптимальной по наименьшему расходу топлива частоты
вращения коленчатого вала
3.4 Построение характеристик постоянной мощности
3.5 Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ НА РЕЖИМАХ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ
4.1 Оптимизация скоростного режима дизеля по заданной мощности
4.2 Реализация двойной подачи топлива в дизеле с топливной системой
непосредственного действия разделенного типа
4.3 Применение аккумуляторной системы впрыска топлива типа Common

4.3.1 Сравнительные исследования показателей работы дизеля с топливоподающей
аппаратурой типа Common Rail и непосредственного действия
4.3.2 Исследование и выбор давления и угла опережения впрыска топлива
аппаратурой типа Common Rail
4.4 Исследование и проверка эффективности очистки нейтрализатора,
принимаемого за базовый
4.5 Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Важной научно-технической проблемой современного двигателестроения является обеспечение постоянно ужесточающихся норм по расходу топлива и вредных выбросов отработавших газов (ОГ). Она решается комплексом разноплановых мероприятий, в том числе и выполнением ряда специфичных, связанных с особенностями работы потребителя. Так в дизель-генераторах с всережимным генератором и преобразователем частоты, используемых в энергетических комплексах на базе гибридных энергоустановок, предпочтительна работа дизеля по оптимизационной характеристике, обеспечивающей наименьший расход топлива на заданной мощности. Для дизелей промышленного и сельскохозяйственного назначения необходимо иметь значение коэффициента приспособляемости порядка 1,4, что дает преимущества в тягово-экономических показателях и разгонных качествах машино-тракторного агрегата.
Задачи оптимизации скоростного режима и условий обеспечения по расходу топлива и воздуха необходимого значения коэффициента приспособляемости имеют единый подход к решению, основанный на проведении расчетно-экспериментальных исследований характеристик постоянной мощности (ХПМ) и разработке мероприятий, повышающих экономические и экологические показатели дизеля на режимах ХПМ, чему и посвящена данная работа.
Из мероприятий актуально рассмотрение возможностей топливоподающих систем высокого давления типа Common Rail (CR) с электронным управлением параметрами впрыска, дающими, в том числе, возможность двухступенчатой подачи топлива. Важно и накопление опьгга работы с системами CR, созданными на компонентах отечественных производителей.
В работе представлен ряд мероприятий, обеспечивающий снижение расхода топлива и вредных выбросов отработавших газов на режимах постоянной мощности оптимизацией частоты вращения коленчатого вала и регулировочных параметров топливной аппаратуры непосредственного действия и типа CR.
В процессе выполнения работы достигается следующее. Проведено исследование совокупности ХПМ, располагаемых в поле возможных режимов работы дизеля и отличающихся значением мощности Nесош1, и предложена их
классификация по влиянию на величину коэффициента приспособляемости, характер изменения и величину эффективного КПД.
Разработана инженерная методика расчета оптимизационной зависимости между частотой вращения коленчатого вала и заданным значением постоянной мощности попт =.Я^есот1) из условия получения наименьшего расхода топлива.
Для реализации которой предложен методический комплекс, позволяющий проводить анализ и построение ХПМ, а также отыскание оптимизационной зависимости попт =/( Месот) )•
Реализован методический комплекс при исследовании ХПМ дизелей ОАО «АМЗ» для выявления главных факторов обеспечения работы дизеля по ХПМ и основных направлений снижения расхода топлива, предложены алгоритмы отыскания оптимизационных зависимостей попт ~А^еСОп5^'
В результате стендовых испытаний дизелей оценена эффективность предложенных алгоритмов оптимизационных зависимостей попт = /(Л/е ) в
сравнении с нагрузочной характеристикой на номинальной частоте при условии одинаковых значений мощностей по показателям расхода топлива и вредности отработавших газов. Выявлен наиболее эффективный вариант оптимизации.
Экспериментальными исследованиями опытного одноцилиндрового дизеля проверена эффективность снижения расхода топлива и вредных выбросов ОГ разработанным способом двухступенчатого впрыска топливной аппаратурой непосредственного действия и аккумуляторной аппаратурой типа СЯ, созданной на отечественных компонентах, с оптимизацией ее параметров по давлению и моменту впрыскивания при работе по ХПМ в сравнении с типовой системой топливоподачи.
Для каталитического нейтрализатора ОГ конструкции СО РАН определено значение оптимальной температуры каталитического блока и достигаемая степень очистки от оксидов азота, и оценена возможность достижения рабочей температуры каталитического блока на режимах ХПМ при его установке в систему выпуска.
Подавление эмиссии токсичных вешрств в процессе сгорания топлива
Снижение содержания токсичных вешрств в ОГ вне рабочей полости (нейтрализация ОГ)
Уменьшение образования Уменьшение образования
продуктов неполного сгорания окислов азота
Обеспечение достаточной Сокращение Снижение сре дгей и Угжкыненне
общей и локальной продолжительное ти локальной концентр ацни
концентр. Ог сгорания температуры сгорания о
Рисунок 1.8 - Методы обеспечения экологической безопасности дизелей [20]
Восстановление N О, в 3-х компонентных каталитических жйтралгсагорах