К вопросу интенсификации процесса сгорания топлива в дизелях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

К ВОПРОСУ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЯХ

М.А. Кульчев - канд. техн. наук, проф.;

Е.И. Выбрик - канд. техн. наук, проф.

В статье приводятся результаты исследования влияния химической природы различных топливных присадок к воздушному заряду на основные показатели процесса горения тракторного дизеля. Приведена схема экспериментальной установки. Представлены графики зависимостей изменения периода задержки воспламенения и изменения периода задержки воспламенения двигателя от расхода присадки на впуске, построенные по опытным данным. топливный горение дизель двигатель

Двигатели с воспламенением от сжатия обладают высокой экономичностью, надежностью в работе, потребляют более дешевое (по себестоимости) топливо, что способствует их широкому распространению во многих отраслях народного хозяйства как у нас в России, так и за рубежом. Но все же в настоящее время отечественное дизелестроение не может в полной мере удовлетворить нужды народного хозяйства в дизелях, особенно, в качественном отношении.

Необходимо дальнейшее развитие и совершенствование дизелестроения по всем технико-экономическим показателям.

Эксплуатация техники в сельском хозяйстве, на автомобильном, железнодорожном и водном транспорте показывает, что затраты на топливосмазочные материалы составляют основную долю от всех эксплуатационных расходов. Это заставляет изыскивать возможности использования в дизелях более дешевых, и следовательно, низкоцетановых топлив. Для обеспечения этой цели необходимо продолжать работы в области усовершенствования конструкций существующих быстроходных дизелей, а также изыскание способов интенсификации процессов смесеобразования и сгорания, обеспечивающих нормальное сгорание низкоцетановых топлив.

Опыт применения в тракторных дизелях сернистых сортов дизельных топлив, использование низкоцетановых погонов, а также вторичных продуктов каталитического крекинга как у нас, так и в некоторых зарубежных странах говорят о том, что увеличенное содержание серы и ароматических углеводородов, снижение цетанового числа в топливе, что характерно для крекинговых продуктов, сопровождается рядом нежелательных явлений. При этом повышается износ деталей дизеля, ухудшаются пусковые свойства, ускоряется старения моторного масла, повышается отложение лаков и нагаров и, как следствие, сопровождается снижением моторесурсов двигателей.

С другой стороны, следует отметить, что подбор специальных условий и мероприятий при использовании подобных топлив в дизелях может позволить свести к минимуму эти нежелательные явления. К числу таких мероприятий относятся: применение эффективных присадок к топливам и моторным маслам, увеличение степени сжатия двигателя, улучшение распыливания и изменение закона подачи топлива, а также двухфазное питание дизелей.

Наибольше внимание исследователей привлекает двухфазное питание дизелей (двухфазная подача топлива).

По опубликованным в технической литературе сведениям, путем двухфазной подачи топлива в дизеле возможно значительное увеличение его эффективной мощности, снижение удельного расхода топлива и уменьшения дымности выхлопа. Кроме того, в качестве дополнительного топлива при данном способе питания дизеля могут с успехом применяться легкие низкооктановые топлива (бензины), которые в значительной степени будут интенсифицировать процесс сгорания топлива, уменьшать период задержки самовоспламенения основного топлива и снижать жесткость работы дизеля.

С целью более широкого внедрения в практику эксплуатации дизелей двухфазного питания необходимо дальнейшее расширение работ, особенно по изучению присадочных топлив. С этой целью были проведены исследования по выявлению влияния химической природы топливной присадки к воздушному заряду на основные показатели процесса сгорания тракторного дизеля Д-20.

В качестве основного топлива применялось дизельное летнее топливо по ГОСТ 305-82.

Для качественной оценки процесса сгорания в дизеле по степени дымности выхлопа стремились подобрать присадку, которая способствовала бы значительному снижению сажи (свободного углерода) в отработавшем газе (ОГ) дизеля.

Исходя из этих соображений, были приняты в качестве присадок к воздушному заряду дизеля индивидуальные углеводороды n-гептан (С₇Н₁₆), изооктан (С₈Н₁₈) и бензол (С₆Н₆), а также узкие фракции прямой перегонки нефти, входящие в состав бензинов. Легкая фракция с температурой кипения 40…60єС - петролейный эфир и тяжелая фракция - уайт-спирит с температурой кипения 150…200єС. В качестве кислородосодержащей присадки был принят этиловый спирт (С₂Н₅ОН) (крепостью 86%).

Индивидуальные углеводороды n-гетан (С₇Н₁₆), и изооктан (С₈Н₁₈) являются представителями парафинового ряда, но имеют различное строение молекул (цепное и изостроение). Поэтому они, обладая близкими по абсолютным значениям физическими свойствами (плотность, вязкость, температура кипения), имеют резко различные химические свойства, особенно по стойкости к термическому окислению, которые в условиях двигателя оцениваются октановым числом.

Бензол (С₆Н₆) - углеводород ароматического ряда, имеющий отличную от парафиновых углеводородов кольцевую структуру строения молекул с двойными связями метильных групп. Эта присадка имеет, примерно, одинаковую детонационную стойкость с изооктаном, но обладая пониженной температурой кипения и теплотой сгорания, имеет более высокую плотность и температуру самовоспламенения.

Выбранные в качестве присадок к воздушному заряду дизеля петролейный эфир и уайт-спирит существенно отличаются по плотности и температуре кипения. По этим показателям петролейный эфир обладает лучшими свойствами, по сравнению с уайт-спиритом с точки зрения испарения и смесеобразования.

Таким образом, выбранные присадки отличаются между собой не только структурным строением молекул. Некоторые из них, имея достаточно близкий углеводородный состав, имеют различные физические свойства, что позволило проверить влияние как химических, так и физических свойств углеводородов на процесс самовоспламенения основного топлива в дизеле. В случае превалирующего влияния химических свойств присадок к воздушному заряду, по сравнению с физическими свойствами, при прочих равных условиях, момент самовоспламенения основного топлива, впрыснутого через форсунку при использовании химически активных присадок, должен происходить раньше, чем без их использования. Период задержки самовоспламенения основного топлива () при этом будет меньше, а следовательно, будет меньше и жесткость работы дизеля (/) в МПа/1п.к.в.

При испытании дизеля Д-20 с подачей топливной присадки на впуске, подача основного топлива была постоянной (G = 3,6 кг/ч), а угол опережения впрыска () был равным 22п.к.в. до ВМТ. Измерение () проводилось по индикаторным диаграммам, снятым с помощью электропневматического индикатора МАИ-2.

Как видно, величина периода задержки самовоспламенения при подаче на впуске изооктана, бензола, этилового спирта и петролейного эфира практически не изменяется. В то время, как подача на впуске n-гептана и уайт-спирита приводит к значительному снижению (). Это свидетельствует о существенной интенсификации реакций предпламенного окисления и самовоспламенения дизельного топлива, впрыснутого не в сжатый свежий воздушный заряд дизеля, при стандартной системе питания, а в более активную топливовоздушную среду.

Выводы

Проведенные испытания дизеля Д-20 при обогащении воздушного заряда топливными присадками на впуске показали, что мощностно-экономические показатели дизеля несколько улучшаются с подачей на впуске топливных присадок с высокой температурой самовоспламенения. Однако наиболее предпочтительными являются присадки, имеющие более низкие температуры самовоспламенения.

Размещено на Allbest.ru