Расчетное исследование влияния запальной дозы дизельного топлива на рабочий процесс газодизельного двигателя

Актуальность статьи обусловлена необходимостью замещения нефтяного дизельного топлива моторными топливами, получаемыми из альтернативных сырьевых ресурсов. В качестве перспективного альтернативного топлива рассмотрен природный газ. С использованием программного комплекса ДИЗЕЛЬ-РК проведены расчетные исследования влияния запальной дозы дизельного топлива на рабочий процесс тепловозного газодизельного двигателя 6 ЧН 31,8/33. Определены дизельный цикл двигателя и его газодизельный цикл с запальной дозой дизельного топлива, равной 5, 10, 15 и 20 %. Различия в значениях эффективного коэффициента полезного действия исследуемого дизеля при изменении запальной дозы дизельного топлива не превышали 2,7 %. Перевод дизеля на газодизельный цикл позволил существенно уменьшить дымность отработавших газов (до 90 %), а также удельные массовые выбросы с отработавшими газами оксидов азота (до 18 %) и углекислого газа (до 23 %). Отмечена целесообразность изменения запальной дозы дизельного топлива газодизельного двигателя с изменением скоростного и нагрузочного режимов его работы.

Литература

[1] Александров А.А., Марков В.А., ред. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания. Москва, Инженер, Онико-М, 2012. 791 с.

[2] Ерохов В.И. Экологические показатели современных наземных транспортных средств. Грузовик, 2020, № 9, с. 16–27.

[3] Долганов К.Е., Вербовский В.С., Ковалев С.А. и др. Исследование топливной экономичности и токсичности отработавших газов газодизеля. Двигателестроение, 1991, № 8–9, с. 6–9.

[4] Пискунов И.В., Глаголева О.Ф., Голубева И.А. Альтернативные виды топлив для устойчивого развития транспортного сектора. Часть 1. Газомоторное топливо. Транспорт на альтернативном топливе, 2021, № 4, с. 68–77.

[5] Гайворонский А.И., Марков В.А., Илатовский Ю.В. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях. Москва, ИРЦ Газпром, 2007. 480 с.

[6] Дружинин П.В., Картуков А.Г., Волокушин Р.В. Анализ и перспективы использования альтернативных моторных топлив на автомобильном транспорте. Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо, 2020, т. 19, № 10, с. 467–472.

[7] Долганов К.Е. Автомобильные газодизели. Двигателестроение, 1995, № 1, с. 6–10.

[8] Фофанов Г.А., Григорович Д.Н., Нестрахов А.С. Альтернативные виды топлива на подвижном составе железнодорожного транспорта. Москва, Интекст, 2008. 144 с.

[9] Ватолин Д.С. Особенности применения СПГ в качестве топлива для судовых ДВС. Двигателестроение, 2020, № 3, с. 28–34.

[10] Галышев Ю.В., Магидович Л.Е., Корешонков Н.А. и др. Перспективы и проблемы перевода судовых дизелей на газовое топливо. Двигателестроение, 1998, № 1, с. 8–9.

[11] Галышев Ю.В. Исследование и разработка двухтопливного судового двигателя. Двигателестроение, 2006, № 1, с. 10–14.

[12] Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. Москва, Колос, 1994. 224 с.

[13] Анискин В.И. Внедрение в сельскохозяйственное производство техники, работающей на компримированном природном газе. Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо, 2005, № 1, с. 17–18.

[14] Лупачев П.Д., Филимонов А.И. Газовые и газодизельные тракторы: преимущества и недостатки. Тракторы и сельхозмашины, 1998, № 6, с. 28–30.

[15] Савельев Г.С., Кочетков М.Н., Овчинников Е.В. Эффективность газомоторного топлива для сельхозтехники. Сельскохозяйственные машины и технологии, 2015, № 1, с. 12–15.

[16] Марков В.А., Гайворонский А.И., Грехов Л.В. и др. Работа дизелей на нетрадиционных топливах. Москва, Легион-Автодата, 2008. 464 с.

[17] Букреев Г.А., Нижник М.Е. Применение различных газов в качестве топлива для ДВС. Двигатели внутреннего сгорания. Сер. 4, вып. 4. Москва, ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991. 36 с.

[18] Нижник М.Е., Веженков И.В. Газовый двигатель 12 ГЧН 18/20. В: Сб. трудов ЦНИДИ. Ленинград, ЦНИДИ, 1985, с. 136–142.

[19] Виноградов Л.В., Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. и др. Применение газовых топлив в двигателях внутреннего сгорания. Москва, ИРЦ Газпром, 1996. 186 с.

[20] Рыспанов Н.Б. Расчетно-экспериментальное исследование влияния запальной дозы топлива на рабочий процесс газожидкостного двигателя. Двигателестроение, 1991, № 6, с. 7–8.

[21] Кулешов А.С., Грехов Л.В. Расчетное формирование оптимальных законов управления дизелями на традиционных и альтернативных топливах. Безопасность в техносфере, 2007, № 5, с. 30–32.

[22] Kuleshov A.S. Model for predicting air-fuel mixing, combustion and emissions in di diesel engines over whole operating range. SAE Tech. Pap., 2005, no. 2005-01-2119, doi: https://doi.org/10.4271/2005-01-2119

[23] Kuleshov A.S. Multi-zone DI diesel spray combustion model and its application for matching the injector design with piston bowl shape. SAE Tech. Pap., 2007, no. 2007-01-1908, doi: https://doi.org/10.4271/2007-01-1908

[24] Шеховцов А.Ф., ред., Разлейцев Н.Ф. и др. Процессы в перспективных дизелях. Харьков, Основа, 1992. 352 с.

[25] Kuleshov A., Mahkamov Kh., Kozlov A. et al. Simulation of dual-fuel diesel combustion with multi-zone fuel spray combustion model. ASME ICEF2014-5700, 2014, paper ICEF2014-5700, V002T06A020, doi: https://doi.org/10.1115/ICEF2014-5700

[26] Kuleshov A., Grekhov L. Multidimensional optimization of DI diesel engine process using multi-zone fuel spray combustion model and detailed chemistry NOx formation model. SAE Tech. Pap., 2016, no. 2013-01-0882, doi: https://doi.org/10.4271/2013-01-0882

[27] Кулешов А.С. Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС. Дисс. … док. тех. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 235 c.

[28] Разлейцев В.Н. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков, Вища школа, 1980. 169 с.

[29] Hiroysu Y., Arai M. Structures of fuel sprays in diesel engines. SAE Tech. Pap., 1990, no. 900475, doi: https://doi.org/10.4271/900475

[30] Hiroysu Y., Kadota T., Arai M. Development and use of a spray combustion modeling to predict diesel engine efficiency and pollutant emissions. Part 1. Combustion modeling. Bull. JSME, 1983, vol. 26, no. 214, pp. 569–575, doi: https://doi.org/10.1299/jsme1958.26.562

[31] Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Системы топливоподачи и управления дизелей. Москва, Легион-Автодата, 2005. 344 с.

[32] Марков В.А., Фурман В.В., Лобода С.С. Расчетные исследования рабочего процесса дизеля с электронным управлением топливоподачей. Грузовик, 2015, № 10, с. 28–33.

[33] Марков В.А., Трифонов В.Л., Маркова И.Г. и др. Расчетное исследование рабочего процесса дизельного двигателя. Грузовик, 2020, № 10, с. 9–16.

[34] Марков В.А., Кулешов А.С., Неверов В.А. и др. Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования при работе дизеля на смесевых биотопливах. Двигателестроение, 2021, № 1, с. 3–12.

[35] Ohashi I., Kazuo N., Koichi H. New marine gas engine development in YANMAR. CIMAC Congress, 2016, paper 49.

[36] Umierski M., Stommel P. Fuel efficient natural gas engine with common-rail micro-pilot injection. SAE Tech. Pap., 2000, no. 2000-01-3080, doi: https://doi.org/10.4271/2000-01-3080

[37] Senghaas С. New injector family for high-pressure gas and low-caloric liquid fuels. CIMAC Congress, 2019, paper 119.

[38] Kuo T.W., Bracco F.V. On the scaling of transient laminar, turbulent and spray jets. SAE Tech. Pap., 1982, no. 820038, doi: https://doi.org/10.4271/820038

[39] Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Ленинград, Судостроение, 1971. 248 с.

[40] Livengood J.C., Wu P.C. Correlation of autoignition phenomena in internal combustion engines and rapid compression machines. 5th Int. Symp. on Combustion, 1955, vol. 5, no. 1, pp. 347–356, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(55)80047-1

[41] Kozlov A., Grinev V., Terenchenko A. et al. An investigation of the effect of fuel supply parameters on combustion process of the heavy-duty dual-fuel diesel ignited gas engine. Energies, 2019, vol. 12, no. 12, art. 2280, doi: https://doi.org/10.3390/en12122280

[42] Kubesh J.T., Podnar D.J., Guglielmo K.H. et al. Development of an electronically-controlled natural gas-fueled John Deere power Tech 8.1 L engine. SAE Tech. Pap., 1995, paper 951940, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(55)80047-1