Транспорт/Механизация сельского хозяйства

Д.т.н. Курманов А.К., магистрант Тупатов К..К.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан.

Повышение эффективности дизельного двигателя подачей воды в цилиндры

Эффективность использования транспортных средств в значительной степени определяется характеристиками установленных на них ДВС. Один из эффективных методов повышения эффективности дизельных двигателей - подача воды в камеру сгорания. Это снижает термонапряжённость деталей, токсичность выбросов и повышает детонационную стойкость смеси и экономичность двигателей, расширяет ресурс применяемых топлив. Подача в камеру сгорания некоторого количества воды – один из эффективных методов улучшения экономических и экологических показателей дизельных двигателей. Особое внимание к данному методу стали проявлять разработчики средств и методов снижения токсичности и дымности выбросов ДВС, снижение выбросов оксидов азота и сажи. Так, подача воды во впускной коллектор дизеля с помощью карбюратора в количествах, равных цикловым подачам топлива, позволяет снизить выбросы оксидов азота на 40% на номинальном режиме и до 60% на режиме максимального крутящего момента. При испытаниях дизеля с подачей воды на впуске показал снижение выбросов оксидов азота на 40%, повышение выбросов сажи и СО соответственно на 23% и 28% и повышение экономичности на 2%.

Впрыскивание в камеру сгорания двигателей водо-топливных эмульсий позволяет решить кроме проблемы повышения эксплуатационной топливной экономичности энергетической установки, улучшения ее экологических показателей, снижения тепловой напряженности, использования вязких сортов топлива. Возросший интерес к подаче воды в цилиндры быстроходных дизелей автотракторного назначения обусловлен возможностью заметного улучшения показателей токсичности.

Однако, нет единого мнения авторов по вопросу приготовлена ли эта эмульсия заранее, в топливной ёмкости, или она готовится во время работы дизеля с помощью соответствующих средств на линии низкого давления, или же она готовится в линиях высокого давления вблизи форсунок также во время работы дизеля..

Исследованию воздействия водо-топливных эмульсий на процесс сгорания разных топлив и на показатели двигателей посвящены работы ряда российских и зарубежных учёных, таких как Горячкин А. В., Даншиков В. В., Ильин А. К., Исаков А. Я., Кондратьев Е. Н., Кормилицын В. И., Кустов М. В., Лебедев О. Н., Мироненко И. Г., Новиков Л. А., Патров Ф. В., Скогарев В. Г., Ценев В. А., Цырфа А. А., Abu-Zaid M., Armas O., Crdenas D., Fu W. B., Hountalas D., Kadota T., Leung P., Maria R. B., Morozumi Y., Nakashima M., Saito Y., Tajima H., Takasaki K., Toncu D. C., Yoshimoto Y.и др., а вопросам применения мембранного эмульгирования при приготовлении эмульсии посвящены работы Седышева С. А., Arnaud C., Charcosset C., Cheng C.-J., Chu L.-Y., Fessi H., Giorgi M.-L., Isambert A., Lambrich U., Lepercq-Bost E., Limayem I., Schubert H., Silvestre de los Reyes, Vladisavljevic G. T., Xie R. и др [1-6].

Как один из возможных вариантов решения проблемы разработки средств и методов снижения токсичности и дымности выбросов ДВС, снижение выбросов оксидов азота и сажи нами была разработана система подачи воды во впускной трубопровод двигателя КамАЗ-740 (рис.1).

Устройство работает следующим образом. При пуске двигателя электронный блок подает импульс на обмотку клапана электромагнитного 1. При этом якорь притягиваясь к электромагниту, преодолевая усилия, пружины закрывает иглой канал. При этом вода не подается в цилиндры двигателя. После достижения оптимальной температуры нагрева двигателя электронный блок при получении информации от датчиков прекращает подачу импульса к электромагниту 1. При этом игла под действием пружины возвращается в исходное положение. При открытие канала, вода из бака поступает во впускной трубопровод и далее в цилиндры двигателя.

Рис.1-Устройство для подачи воды во впускной трубопровод двигателя КамАЗ-740

1-клапан электромагнитный; 2- штуцер с клапанным механизмом; 3- впускной коллектор; 4- втулка; 5- корпус; 6- штуцер; 7- кольцо; 8- кольцо; 9- уплотнительное кольцо

Для предлагаемого насоса необходимо разработать электронный блок управления на основе быстродействующего микроконтроллера [7]. Функциональная схема блока управления представлена на рис.3.2.

Моментом, длительностью и регулярностью соединений линий высокого и низкого давлений системы топливоподачи управляет электромагнит перепускного клапана 1 через процессор 3 электронного блока управления II и коммутатор 2 в соответствии с сигналами, поступающими от датчиков III и IV. Получаемые сигналы предварительно преобразовываются в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 7. Затем процессор 3 вычисляет адрес значения числа пропусков подач топлива, оптимального для данного режима работы двигателя в постоянно запоминающем устройстве 5 и считывает значение через шину 6

Рис.3.2- Функциональная схема электронного регулятора пропуска подач воды для дизеля КамАЗ-740.

I- дизель; II-электронный блок управления; III и IV - датчики частоты вращения и углового положения коленчатого вала; 1 - электромагнитный клапан; 2- коммутатор; 3- микропроцессор; 4-оперативно-запоминающее устройство; 5- постоянно-запоминающее устройство; 6- шина; 7 - аналого-цифровой преобразователь.

Разработанное устройство для подачи воды во впускной трубопровод снабжено регулятором, подающим воду при прогретом двигателе, что резко повышает эффективность процесса, так как температура двигателя - один из важнейших критериев его работы. Электронный регулятор обеспечивает устойчивое функционирование устройства, что подтвердила осцилограмма процесса и математический аппарат по расчету основных параметров электромагнита. Экономический эффект устройства составил 40961 казахстанских тенге (более 8 тыс. рублей РФ), срок его окупаемости менее года.

Литература

1 Грехов Л. В., Иващенко Н. А., Марков В. А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов/ 2-е изд. – М.: Легион – Автодата, 2005. – 344с., ил.-1

2. Горбунов В. В., Патрахальцев Н. Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. – М.: Изд-во Российского университета дружбы народов. 1998. – 216 с.-5

3. Жегалин О. И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М.: Транспорт. 1985. -120 с.-13

4.Вихерт М. М., Мазинг М. В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей: конструкция и параметры. – М.: Машиностроение, 1978. – 176 с.-2.

5. Грехов Л. В. Аккумуляторные топливные системы двигателей внутреннего сгорания типа Common Rail. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2000 – 64 с.-6

6. Пинский Ф. И., Кузин В. Е. Электроимпульсный метод управления законом подачи топлива // Двигателестроение. -1984. - №8. – 145 с.

7. Кулешов А. С., Грехов Л. В., Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. – М.: Изд-во МГТУ. 2000. – 64 с. -15