Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Деветьяров Руслан Раифович. Улучшение эффективных показателей тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) путем применения природного газа и оптимизации процессов сгорания и тепловыделения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.02.- Киров, 2003.- 225 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3688-5

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12

1.1. Социально-экологические аспекты влияния автотракторных
двигателей на окружающую среду

1.2. Применение природного газа в дизелях 20

  1. Природный газ в качестве моторного топлива. Методы подачи природного газа

  2. Применение природного газа в дизелях в РФ и за рубежом 24

1.3. Особенности процесса смесеобразования и горения в цилиндре
дизеля

1.3.1. Особенности процесса впрыскивания 32

1.3.1.1. Особенности процесса впрыскивания в цилиндре дизеля 33

1.3.1.2. Особенности процесса впрыскивания жидкого топлива в .„
цилиндре газодизеля

1.3.2. Особенности процесса смесеобразования 44

1.3.2.1. Особенности процесса смесеобразования в цилиндре дизеля 45

1.3.2.2. Особенности процесса смесеобразования в цилиндре
газодизеля

1.3.3. Особенности процессов воспламенения и горения 61

  1. Особенности процессов воспламенения и горения в цилиндре дизеле

  2. Особенности горения дизельного топлива в цилиндре 7? газодизеля

1.4. Задачи исследований 81

2. МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И ГОРЕНИЯ

В ЦИЛИНДРЕ ГАЗОДИЗЕЛЯ

  1. Феноменология смесеобразования в цилиндре газодизеля при впрыскивании дизельного топлива через многодырчатую 84 форсунку

  2. Феноменология воспламенения метановоздушнои среды в цилиндре газодизеля

  3. Феноменология горения дизельного топлива, впрыскиваемого _ . через многодырчатую форсунку в МВС цилиндра газодизеля

2.4. Двумерная модель неустойчивости пламени,
распространяющегося во вращающемся газе

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 117

  1. Цель и задачи исследований 117

  2. Объект испытаний 117

3.3. Методика исследований рабочего процесса дизеля 118
3.3.1. Экспериментальная установка, приборы и оборудование 123

3.4. Обработка результатов исследований. Ошибки измерений 132

4. УЛУЧШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ 44 11,0/12,5 ПУТЕМ
ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО
ТОПЛИВА ПРИРОДНОГО ГАЗА

4.1. Оптимизация параметров газового смесителя-дозатора 136

  1. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 44 11,0/12,5 при изменении установочного 140 угла опережения впрыскивания топлива

  2. Влияние применения природного газа на эффективные показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от 148 изменения нагрузки

  3. Влияние применения природного газа на эффективные показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5 в зависимости от 158 функции частоты вращения коленчатого вала

4.5. Влияние применения природного газа на индикаторные
показатели, характеристики сгорания и тепловыделения 164
тракторного дизеля 44 11,0/12,5

4.5.1. Влияние применения природного газа на индикаторные
показатели, характеристики сгорания и тепловыделения .,.
тракторного дизеля 44 11,0/12,5 на различных нагрузочных
режимах

4.5.2. Влияние применения природного газа на показатели процесса
сгорания и характеристики тепловыделения тракторного дизеля 179
44 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения

5. РАЗРАБОТКА МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА ТРАКТОРА МТЗ-80/82

ДЛЯ РАБОТЫ НА СЖАТОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

5.1. Разработка системы дозирования и регулирования подачи

природного газа в цилиндры дизеля Д-240, 183 сельскохозяйственного трактора МТЗ-80/82

5.2. Разработка и создание макетного образца трактора МТЗ-80/82 1R,

для работы на сжатом природном газе

6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРИРОДНОГО ГАЗА В КА4ЕСТВЕ МОТОРНОГО 192
ТОПЛИВА В ТРАКТОРНОМ ДИЗЕЛЕ 44 11,0/12,5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 195

ЛИТЕРАТУРА 197

ПРИЛОЖЕНИЯ 213

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

  1. п - частота вращения коленчатого вала дизеля, мин"1

  2. ре - среднее эффективное давление, МПа

  3. Ne - эффективная мощность дизеля, кВт

  4. Мк - крутящий момент дизеля, Н-м

  5. GB - часовой расход воздуха, кг/ч

  6. r|v - коэффициент наполнения

  7. GT - часовой расход топлива, кг/ч

  8. а - коэффициент избытка воздуха

  9. ge - удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч 10.г|е - эффективный коэффициент полезного действия

  1. tr - температура отработавших газов, С

  2. ф - угол поворота коленчатого вала, градус

  3. 0впр - установочный угол опережения впрыскивания топлива, градус

  4. т, - период задержки воспламенения

  5. pz - максимальное давление сгорания в цилиндре, МПа

  6. рс - давление конца сжатия, МПа

17.— - скорость нарастания давления в цилиндре, МПа/градус dcp

18.x " относительное тепловыделение от сгорания топлива

19. Хі - активное тепловыделение

  1. —^ - относительная скорость активного тепловыделения, 1/градус dtp

  2. Т - осредненная температура цикла в цилиндре, К

  3. GTO, Gt, GT3an - часовые расходы дизельного топлива, запального

дизельного топлива кг/ч

  1. Gr - часовой расход природного газа, кг /ч

  2. NOx - оксиды азота, %

  3. СО - оксид углерода, %

  4. СО2 - диоксид углерода, %

  5. СНХ, CnHm - суммарные углеводороды, %

  6. С - сажа, ед. по шкале Bosch

  7. ДТ - дизельное топливо

  8. ОГ - отработавшие газы

  9. ДВС - двигатель внутреннего сгорания

  10. КС - камера сгорания

  11. к.п.д. - коэффициент полезного действия

  12. в.м.т. - верхняя мертвая точка

  13. н.м.т. - нижняя мертвая точка

  14. п.к.в. - поворот коленчатого вала

  15. СПГ - сжатый природный газ

Введение к работе:

Двигатели тракторов и автомобилей, представляющие основу мобильного обеспечения сельскохозяйственного производства Российской Федерации и стран СНГ, являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды и потребителями моторных нефтяных топлив. Так, автотранспорт в странах СНГ потребляет в год около 60 млн. тонн топлива, только в сельском хозяйстве этих стран находится около 4 млн. тракторов и более миллиона комбайнов. При этом необходимо иметь в виду, что все тракторные и комбайновые двигатели - дизели.

В связи с тем, что дизели, кроме определенного экологического преимущества (меньшая эквивалентная токсичность в 1,5...2 раза по сравнению с карбюраторными двигателями), имеют высокую топливную экономичность (на 25...30 %), этот тип двигателей внутреннего сгорания (ДВС) необходимо рассматривать как наиболее перспективный практически во всех отраслях хозяйства.

В отработавших газах (ОГ) дизелей содержится несколько сотен различных компонентов, многие из которых токсичны. Они попадают на растения, почву, вдыхаются животными и людьми, снижают урожайность, ухудшают качество сельскохозяйственной продукции, оказываются в организмах животных и людей, в потребляемой ими пище.

Анализ состояния проблем антропогенного и техногенного воздействия транспортных средств на окружающую среду позволяет сделать вывод, что при существующих тенденциях в развитии транспортного комплекса России (технического уровня тракторов и автомобилей, качества топлив и масел, состоянию работ по контролю и уменьшению вредных выбросов) его негативное воздействие на окружающую среду через 5... 10 лет значительно усилится.

Как и за рубежом, основными направлениями по снижению загрязне-

ния атмосферного воздуха от вредных выбросов тракторов и автомобилей в сельском хозяйстве России будут: улучшение качества ДВС и их социально-экологических характеристик, снижение расхода топлива, ускоренное развитие транспортных средств, работающих на альтернативных моторных топли-вах ненефтяного происхождения и имеющих улучшенные эффективные показатели.

Крайне неблагоприятная экологическая обстановка во многих регионах, международные обязательства России по охране окружающей среды, определяют важность работ, направленных на ее оздоровление, в первую очередь на снижение загрязнения атмосферного воздуха от вредного выброса транспортных средств.

Отмечено, что на долю ДВС приходится более 50 % глобального и до 80...90 % регионального загрязнения воздуха, причем доля выбросов в локальных участках может значительно превышать средние значения по городу, региону, что приводит к созданию там экологически экстремальных условий.

Вместе с тем весьма актуальным для хозяйства России является проблема экономии нефтяного моторного топлива, исследование возможности его замены на альтернативные виды топлива ненефтяного происхождения и использование их в двигателях транспортных средств.

При этом особый интерес представляют задачи одновременного улучшения экологических и эффективных показателей дизелей транспортных средств.

Анализ передовых направлений научных исследований, проведенных за рубежом и в странах СНГ, посвященных данной задаче, позволяет сделать вывод, что для практической реализации в двигателях транспортных средств и, в первую очередь, в дизелях, возможно использование такого альтернативного топлива как природный газ, который имеет ненефтяное происхожде-

ние и может существенно улучшить эффективные и токсические показатели дизелей и при этом расширить ресурсы моторного топлива.

В ряде институтов бывшего СССР в разные годы велись работы по использованию в дизелях альтернативных топлив ненефтяного происхождения, в первую очередь природного газа. Результаты теоретических работ и экспериментальных исследований отражены в работах: Аксенова Д.Т., Васильева Ю.Н., Вырубова Д.Н., Генкина К.И., Гуревича Н.А., Гольдблата И.И., Дол-ганова К.Е., Капустина А.А., Кайдалова А.А., Кеймаха Я.И., Ксенофонто-ва СИ., Коллерова Л.К., Кудряша А.П., Лебедева С.Е., Лиханова В.А., Ма-зинга Е.К., Мансфельда Г.Г., Мараховского В.П., Мурашова О.Д., Муталибо-ва А.А., Основенко Н.Е., Пятниченко А.И., Равкинда А.А., Самоля Г.И., Струнге Б.Н., Субоча Н.И., Чудакова Е.А. и других.

Обобщение результатов научных исследований по экологическим работам в области отечественного дизелестроения показывает, что учеными стран бывшего СССР исследовались в разные годы проблемы в этой отрасли, в первую очередь, по созданию малотоксичных дизелей подземного назначения, автомобильных дизелей, дизелей для железнодорожного транспорта. Эти вопросы отражены в работах Батурина С.А., Варшавского И.Л., Вихер-таМ.М., Воинова А.Н., Гиршовича В.Е., Гладкова О.А., Жегалина О.П., Кратко А.П., Круглова М.Г., Кутенева В.Ф., Лермана Е.Ю., Мочешнико-ваН.А., Николаенко А.В., Павловича Л.М., Рафаелес-Ламарка Э.Э., Сало-вой Т.Ю., Сайкина A.M., Свиридова Ю.Б., Смайлиса В.И., Филипосянца Т.Р., Фурсы В.В., Френкеля А.И., Шатрова Е.В. и других.

Углубленный анализ результатов научных исследований показывает, что зарубежными учеными и отечественными исследователями разработаны предпосылки, проведены глубокие экспериментальные работы на базе высококачественной измерительной техники по экологическим исследованиям дизелей. Имеются некоторые работы по исследованию возможности использования в дизелях природного газа.

Вместе с тем необходимо отметить, что исследования по применению природного газа проводились без должного учета взаимосвязи экологических и эффективных показателей дизелей, практически нет работ по применению природного газа в тракторных дизелях малой размерности, отсутствуют работы по созданию систем регулирования подачи газа для дизелей с насосами рядного типа. Мало работ, заканчивающихся созданием макетных образцов и проведением функциональных испытаний.

Все это дает основание предполагать, что улучшение эффективных показателей дизелей тракторов, предназначенных для эксплуатации в экологически экстремальных условиях, путем применения природного газа и оптимизации процессов сгорания и тепловыделения, для снижения токсичности и дымности ОГ, экономии нефтяного моторного топлива, является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение и включенной в перечень критических технологий федерального уровня.

В связи с вышеизложенным, научная задача сформулирована как улучшение эффективных показателей тракторного дизеля 44 11,0/12,5 (Д-240) путем применения природного газа и оптимизации процессов сгорания и тепловыделения.

Целью исследований является улучшение эффективных показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и оптимизации процессов сгорания и тепловыделения.

Народнохозяйственное значение научной задачи состоит в улучшении эффективных показателей дизелей тракторов, предназначенных для эксплуатации в экологически экстремальных условиях, путем применения природного газа и оптимизации процессов сгорания и тепловыделения для снижения токсичности и дымности ОГ, экономии нефтяного моторного топлива.

Научная новизна работы. Исследование влияния природного газа на процесс сгорания, характеристики тепловыделения, мощностные, экономические и токсические показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5 с камерой

сгорания ЦНИДИ.

Феноменологическая модель, основывающаяся на особенностях воспламенения и горения метановоздушной среды в цилиндре газодизеля размерности 44 11,0/12,5 с камерой сгорания ЦНИДИ при впрыскивании дизельного топлива (запального) через многодырчатую форсунку.

Двумерная модель неустойчивости пламени, распространяющегося во вращающемся газе, для определения устойчивой работы газодизеля на критических режимах работы и границ устойчивого горения.

Система дозирования и регулирования подачи природного газа в цилиндры тракторного дизеля 44 11,0/12,5.

Конструкция макетного образца трактора МТЗ-80, работающего на сжатом природном газе с оптимизированными показателями процесса сгорания, тепловыделения и улучшенными эффективными показателями, предназначенного для эксплуатации в экологически экстремальных условиях.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Результаты научно-технической разработки, созданной при выполнении диссертационной работы доведены до стадии создания макетного образца трактора МТЗ-80 и проведения функциональных испытаний. Результаты НИР по созданию макетного образца трактора МТЗ-80 с системой питания, модернизированной для работы на сжатом природном газе (СПГ) переданы НПО СКТ НАТИ (г. Москва) для внедрения в перспективных работах. Макетный образец трактора МТЗ-80 используется в учебно-опытном хозяйстве «Чистые пруды» Вятской ГСХА, чертежно-конструкторская документация передана в ООО «Волготрансгаз» Кировского ЛПУ МГ РАО «Газпром». Результаты исследований рекомендованы для перевода мобильных энергетических средств на природный газ в Республике Татарстан.

Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской, Нижегородской государственных сельскохозяйственных академий и Чувашском институте Московского открытого государственного университета.

Экономический эффект от внедрения макетного образца газодизельной модификации трактора МТЗ-80 составляет 40 тыс. руб. в год на один трактор при средней годовой наработке 1000 мото-часов.

Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР Вятской ГСХА на 2000...2005 г. г. (номер государственной регистрации в ВНТИ Центре 01.2002.06497).

На защиту выносятся следующие положения.

  1. Феноменологическая модель смесеобразования, воспламенения и горения метановоздушной среды в цилиндре дизеля размерностью 44 11,0/12,5 с камерой сгорания ЦНИДИ, при впрыскивании запального дизельного топлива через многодырчатую форсунку.

  2. Двумерная модель неустойчивости пламени, распространяющегося во вращающемся газе с целью определения устойчивой работы газодизеля на критических режимах работы и границ устойчивого горения.

  3. Система дозирования и регулирования подачи природного газа в цилиндры тракторного дизеля 44 11,0/12,5.

  4. Результаты стендовых исследований по влиянию применения природного газа на процесс сгорания, характеристики тепловыделения и их оптимизации, воздействия на токсичность и дымность ОГ, мощностные и экономические показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5.

  5. Макетный образец трактора МТЗ-80 с системой питания, модернизированной для работы на природном газе.

Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях Вятской государственной сельскохозяйственной академии в 2000...2003 г. г., на 12-ой научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Улучшение эксплуатационных показателей мобильной энергетики», 2001 г. (г. Киров), на 9-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные про-

блемы управления качеством производства и эксплуатации автотранспортных средств», 2002 г. (ВлГУ, г. Владимир), на Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей», 2002, 2003 г. г. (Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, г. Санкт-Петербург-Пушкин), на Международной научно-практической конференции «Здоровье - Питание - Биологические ресурсы», 2002 г. (НИИСХ Северо - Востока, г. Киров), на ВВЦ России, 2002 г. (г. Москва) и на научном совете по механизации сельского хозяйства Академии наук Татарстана, 2003 г. (г. Казань).

Результаты работы демонстрировались на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2002» и отмечены бронзовой медалью и дипломом третьей степени победителя смотра - конкурса «Прогрессивные виды сельскохозяйственной техники и оборудования для АПК», 2002 г., ВВЦ (г. Москва).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 21 печатной работе.

Подобные работы
Рудаков Леонид Викторович
Улучшение эффективных показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем оптимизации процессов сгорания и тепловыделения
Ишханян Артур Эдуардович
Улучшение экологических показателей дизелей путем использования в качестве топлива диметилового эфира
Габбасов Айнур Галеевич
Улучшение показателей тракторного дизеля совершенствованием топливоподачи и смесеобразования
Смирнов Дмитрий Михайлович
Направление повышения интенсивности впрыскивания топлива с целью улучшения показателей автотракторных дизелей
Сидоров Михаил Игоревич
Метод улучшения показателей работы дизеля подачей на впуск водородосодержащего газа
Россохин Алексей Валерьевич
Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов
Олейник Михаил Анатольевич
Улучшение экологических показателей дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах
Коршунов Денис Андреевич
Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования биотоплив на основе рапсового масла
Рыженков Анатолий Анатольевич
Улучшение экологических показателей транспортного дизеля путем совершенствования системы рециркуляции отработавших газов
Поваляев Валентин Александрович
Улучшение показателей работы тракторного дизеля совершенствованием впускных каналов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net