Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Снижение сажесодержания в отработавших газах тракторного дизеля за счет улучшения условий смесеобразования и сгорания

Диссертация: Снижение сажесодержания в отработавших газах тракторного дизеля за счет улучшения условий смесеобразования и сгорания
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Улучшение экологических характеристик дизелей и, в частности, снижение сажесодержания в ОГ во многом определяется степенью совершенства рабочего цикла и, в первую очередь, процессов смесеобразования и сгорания. Необходимость снижения сажесодержания в ОГ дизелей обуславливается потребностью повышения экономичности работы дизеля и снижения токсичности ОГ. Кроме того, сажа, попадая в масло, вызывает… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СНИЖЕНИЯ САЖЕСОДЕРЖАНИЯ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЕЙ
    • 1. 1. Причина образования сажи. б
    • 1. 2. Экспериментальное и теоретическое определение сажесодержания в отработавших газах дизеля
    • 1. 3. Основные способы снижения сажесодержания
    • 1. 4. Задачи настоящего исследования
  • 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ САЖЕСОДЕРЖАНИЯ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЯ И РАСЧЕТНО- ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Методика теоретического определения сажесодержания в отработавших газах дизеля
    • 2. 2. Алгоритм и программа расчета на IBM PC сажесодержания в отработавших газах дизеля
    • 2. 3. Теоретические исследования по влиянию конструктивных и эксплуатационных параметров на сажесодержание в отработавших газах дизеля
      • 2. 3. 1. Влияние коэффициента избытка воздуха
      • 2. 3. 2. Влияние степени сжатия
      • 2. 3. 3. Влияние давления и температуры наддувочного воздуха
      • 2. 3. 4. Влияние продолжительности впрыскивания топлива
      • 2. 3. 5. Влияние диаметров цилиндра и распиливающих отверстий
      • 2. 3. 6. Влияние плотности отработавших газов
      • 2. 3. 7. Влияние цетанового числа топлив
  • 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО РЕГУЛЯТОРА ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 3. 1. Экспериментальная установка
    • 3. 2. Приборы и измерительная аппаратура
    • 3. 3. Разработка электронного регулятора частоты вращения
      • 3. 3. 1. Конструкция электронного регулятора частоты вращения
      • 3. 3. 2. Работа электронного регулятора частоты вращения
    • 3. 4. Методика экспериментального исследования и оценка погрешности измерений
  • 4. РАСЧЕТНО-ЭКШЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ЦИКЛА И САЖЕСОДЕРЖАНИЯ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ
    • 4. 1. Исследование рабочего цикла и сажесодержания в отработавших газах дизеля 1415,0/20,5 при работе на различных топливах
      • 4. 1. 1. Регулировочные характеристики дизеля по углу опережения подачи топлива
      • 4. 1. 2. Нагрузочные характеристики дизеля (п = 1250 мин-1)
      • 4. 1. 3. Скоростные характеристики дизеля
    • 4. 2. Исследование влияния наддува на показатели рабочего цикла и сажесодержание в отработавших газах дизеля
    • 4. 3. Исследование сажесодержания в отработавших газах дизеля при уменьшении «потерянных» объемов камеры сгорания
    • 4. 4. Исследование рабочего цикла и сажесодержания в отработавших газах дизеля 4ЧН15,0/20,5 при работе с электронным регулятором частоты вращения

Снижение сажесодержания в отработавших газах тракторного дизеля за счет улучшения условий смесеобразования и сгорания (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Важнейшей составной частью энергетического комплекса страны являются дизельные двигатели, анализ перспектив развития которых показывает, что они сохранят доминирующее положение в обозримом будущем благодаря их наиболее высокой экономичности по сравнению с другими тепловыми двигателями. В этой связи особое значение приобретают работы по улучшению энергетических, экономических, эксплуатационных и экологических характеристик тракторных дизелей. Однако, если два-три десятилетия тому назад на первом плане были энергетические, а в последнее время — экономические показатели двигателя, то в настоящее время особое внимание уделяется вопросам снижения токсичности отработавших газов (ОГ).

Улучшение экологических характеристик дизелей и, в частности, снижение сажесодержания в ОГ во многом определяется степенью совершенства рабочего цикла и, в первую очередь, процессов смесеобразования и сгорания. Необходимость снижения сажесодержания в ОГ дизелей обуславливается потребностью повышения экономичности работы дизеля и снижения токсичности ОГ. Кроме того, сажа, попадая в масло, вызывает его загрязнение и пригорание, а, оседая на стенках цилиндра, поршня, головки и клапанах, способствует образованию нагара, ухудшающего условия работы этих деталей.

Качество процессов смесеобразования и сгорания зависит от факторов, влияющих на условия в которых они протекают, а именно: свойства топлива, форма камеры сгорания, системы питания топливом и воздухом ит. д.

Целью диссертационной работы является — снижение сажесодержания в ОГ тракторного дизеля на базе научных основ, позволяющих создать методику определения и прогнозирования сажесодержания в ОГ, функциональные зависимости сажесодержания от параметров двигателя, а также реализовать способы снижения сажесодержания в тракторном дизеле, воздействуя на факторы, улучшающие условия смесеобразования и сгорания. Научную новизну работы представляют: методика теоретического определения сажесодержания в ОГ дизелярасчетно-теоретические зависимости сажесодержания в ОГ от конструктивных и эксплуатационных параметров дизелярешения по созданию электронного регулятора частоты вращения для управления подачей топлива, защищеные двумя патентами. Практическую ценность работы составляют: алгоритм и программа расчета на IBM PC сажесодержания в ОГ дизеляприменение электронного регуляторарезультаты расчетно-теоретических исследований по снижению сажесодержа-ния в ОГ тракторного дизеля.

В качестве объекта исследования выбраны дизели ОАО «Челябинский тракторный завод», которые широко применяются на тракторах, строительных, дорожных и других машинах. Большое народно-хозяйственное применение этих дизелей (в промышленности, шахтах, карьерах ит. д.) явилось основной причиной выбора их в качестве объекта исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализам причин образования сажи в процессе сгорания, экспериментального и теоретического её определения, описаны основные способы снижения сажесодержания в ОГ, а также представлены цели и задачи исследования.

Во второй главе изложена разработанная математическая модель определения сажесодержания в ОГ дизеля и проведены расчетно-теоретические исследования по определению влияния конструктивных (диаметра цилиндра, степени сжатия, диаметра распиливающих отверстий, продолжительности впрыскивания топлива) и эксплутацион-ных (коэффициента избытка воздуха, давления и температуры наддувочного воздуха, плотности ОГ и рода топлива) параметров на саже-содержание в ОГ.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки, измерительной аппаратуры и методики исследования. Кроме того, рассматривается разработка электронного регулятора частоты вращения тракторного дизеля, применяемый автором, как способ снижения сажесодержания в ОГ на переходных режимах.

Четвёртая глава посвящена расчетно-экспериментальным исследованиям рабочего цикла и возможности снижения сажесодержания в ОГ дизелей 1415,0/20,5 и 4ЧН15,0/20,5 при различных способах улучшения условий смесеобразования и сгорания, а именно, использование минимизации «потерянных» объемов камеры сгорания, применение наддува, различных топлив (керосин, смесь дизельного топлива с бензином А-76 (50%+50%)) и электронного регулятора частоты вращения.

Проведённые исследования послужили основанием для конкретных предложений по совершенствованию рабочего цикла и снижению сажесодержания в ОГ дизелей ОАО «Челябинский тракторный завод». Акт внедрения представлен в приложении 2.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

На основании выполненной работы можно сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Разработана методика теоретического определения сажесодержания в отработавших газах дизеля, учитывающая коэффициент избытка воздуха, давление и температура наддувочного воздуха, период задержки самовоспламенения, угол опережения подачи топлива, цетановое число топлива, продолжительность впрыскивания топлива, диаметры цилиндра и сопловых отверстий в распылителе, плотность отработавших газов. Математическая модель по определению сажесодержания в отработавших газах удовлетворительно описывает результаты эксперимента и может быть использована исследователями при модернизации и разработке новых дизелей.

2. Разработана программа расчета сажесодержания в отработавших газах дизеля на IBM PC, которая в сочетании с программами расчета замкнутого цикла комбинированного дизеля и регулятора топливного насоса высокого давления позволяет определять сажесодержание в отработавших газах не только на установившихся режимах, но и на переходных, характеризующихся интенсивным сажевыделением.

3. Проведены расчетно-теоретические исследования по выявлению влияния коэффициента избытка воздуха, продолжительности впрыскивания топлива, давления и температуры наддувочного воздуха, степени сжатия, диаметров цилиндра и распиливающих отверстий, цетанового числа топлива и плотности отработавших газов на сажесодержание в отработавших газах и представлены однознаяные зависимости. Данные зависимости могут быть использованы конструкторами и исследователями, занимающимися вопросами совершенствования дизелей. Проведенные исследования дают основания заключить, что для выполнения норм по ГОСТу на дымность отработавших газов дизель Д-160 на номинальном режиме должен иметь коэффициент избытка воздуха не меньше 1,58- а на режиме максимального крутящего момента не меньше 1,64.

4. Разработан электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива, обеспечивающий оптимизацию состава горючей смеси, а следовательно улучшающий условия смесеобразования и сгорания, новизна которого защищена двумя патентами.

5. Результаты расчетно-экспериментальных исследований рабочего цикла тракторного дизеля при улучшении различными способами условий смесеобразования и сгорания позволяют заключить, что:

— применение керосина, смеси дизельного топлива с бензином А-76 (50%+50%) приводит при Ре — 0,7 МПа и п = 1250 мин" 1 в дизеле 1415.0/20.5 к снижению сажесодержания соответственно на 23,3% и 39%. Снижение сажесодержания наблюдается и на других режимах работы;

— уменьшение «потерянных» объемов пространства камеры сгорания с 60 до 40 см³ приводит к снижению сажесодержания в отработавших газах на номинальном режиме дизеля Д-160 на 30%;

— применение наддува в тракторном дизеле размерности 15.0/20.5 с объемно-пленочным смесеобразованием приводит к существенному снижению содержания сажи в отработавших газах. На номинальном режиме (Ре — 0,828 МПа, п — 1250 мин" 1) сажесодержание составляет 0,138 г/м3, что на 25% меньше допустимой нормы по ГОСТу на дым-ность;

— применение электронного регулятора частоты вращения в дизеле Д-160 приводит к более устойчивой работе, возможности снижения минимальной частоты вращения холостого хода до 300.500 мин" 1 (вместо 600 мин" 1) и обеспечивает уменьшение сажесодержания в отработавших газах за время переходного процесса при резком набросе нагрузки от 0 до 100% на 0,11 г/м3.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания.- М.: Машгиз, I960. 411 с.
  2. MEURER J.S. Evalution of reaction kinetics eliminates diesel knock. The M-ocmbustion system of MAN //SAE Transactions, 1956.- P. 5−8.
  3. SCHWEITZER P.H. A new concept of diesel combustion // Automotive Industries, 1956, N 12. 23 P.
  4. А.С. 0 физико-химической природе самовоспламенения и сгорания в двигателях с воспламенением от сжатия // Двигатели с воспламенением от сжатия.- М., 1951, вып. 18.- С. 35−55.
  5. А.С. Кинетическая интерпретация М процесса //Сгорание и смесеобразование в дизелях. М., 1960, вып 5. -С. 23−27.
  6. Д.Д. Сгороние в поршневых двигателях. М.: Машгиз, 1969. — 247 с.
  7. А.Н. Процессы сгорания в быстроходных поршневых двигателях. -М.: Машиностроение, 1965. 278 с.
  8. А.И. К проблеме смесеобразования в быстроходных дизелях с наддувом //Исследование быстроходных дизелей. 1961, N10.- С. 14−17.
  9. Н.Ф. Кинетическое уравнение динамики образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. -Харьков.: ХПИ, 1977, N 26. С. 22−27.
  10. В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания.- М.: Машиностроение, 1981. 160 с.
  11. В.И., Соколов B.C., Петров В. А. Влияние конструктивных факторов и условий эксплуатации на токсичность выхлопных газов дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. -М.: Машиностроение, 1965. С. 11−14.
  12. GROSS-GR0N0MSKI L. Diesel smoke. Flame cooling as the main cause. Automob. Eng., 1964, N13. 23 P.
  13. О.И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. -М., 1985. 112 с.
  14. Ф.Г., Захаров В. М., Полещук И.3., Шайкутдинов 3.Г. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив. -М.: Машиностроение, 1989. 129 с.
  15. З.М., Завлин М. Я. Исследование процесса сгорания в цилиндре дизеля с камерой в поршне методом скоростного фотографирования // Двигатели внутреннего сгорания. М.-Л.: Машиностроение, 1965, — С. 430−442.
  16. ALC0CKJ.F., SCOTT W.M. Some More Light on Diesel Combustion the Institution of Mechanical Engineers. 1962−63, N5. 23 P.
  17. JI.А., Вольская H.A. Проблемы и перспективы создания малотоксичных дизелей // Двигателестроение. -Л.: ЦНИДИ, 1993, N 1−2. С. 7−9.
  18. Chernich D.J., Jacobs Р.Е., Kowalski J.D. A Comporason of Heavy-duty Diesel Truck Engine Smoke Opacities at High Altitude //SAE Techn. Pap. Ser. 1991, N 911 671, P. 1−9.
  19. С.П. Сажевые фильтры // Автомобильная промышленность. 1993, N10. С. 7−9.
  20. А.Р. Влияние субъективного фактора при оценке состава ОГ дизеля // Проблемы повышения технического уровня тракторных и комбайновых двигателей. М.: ЦНИТА, 1988. С.15−17.
  21. С.А., Макаров В. В. Физико-химический механизм и методика расчета результирующего сажевыделения в дизелях. -Л.: ЦНИДИ, 1985. Вып. 85. С. 82−94.
  22. Ю.Ф. Охрана окружающей среды от загрязнения выбросами двигателей. -К. :Вьпца шк., 1989. 204 с.
  23. Е.В. Исследование влияния основных параметров работы тепловозных дизелей на дымность отработавших газов с целью снижения её уровня: Автореф. дис.. канд. техн. наук.- Харьков, 1984. 20 с.
  24. Г. И. Определение программы регулирования давления наддува тракторного дизеля // Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков: ХПИ, 1985. С. 9−11.
  25. GARNER F., GRIGG G., MORTIN F., REID W. Pre-flame reaktions in diesel engines. P. III. I. Inst, of Petroleum. 1969, N 42.- P. 6−8.
  26. LYN W. Diesel combustion study by infra-red emission spektoroscopy. Journ. Inst, of Petroleum. 1957, N 43.- P. 11−14.
  27. P.M., Батурин С. А. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС. Алгоритмы прикладных программ. Учебное пособие., Л. Машиностроение, 1990. — 328 с.
  28. В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. -М.: Агропромиздат, 1991. 208 с.
  29. Т.Д. Дымность дизелей и пути её уменьшения. М.: МВТУ, 1985. — 47 с.
  30. Ю.Б., Малявский Л. В., Вихерт М. М. Топливо и топливо-подача автотракторных дизелей. Л.: Машиностроение, 1979.- 248 с.
  31. В.А., Петров В. А. Математическое описание характеристики тепловыделения в турбопоршневых двигателях на различных режимах // Двигателестроение. -М., 1981, N 6. С. 7−10.
  32. Н.Н. Тепловой баланс и теплопередача в предкамерном двигателе. -М., 1937. с. 23.
  33. М.М. Рабочие процессы и расчет комбинированных двигателей транспортного типа // Двигатели внутреннего сгорания.- М., 1958, N 3. С. 23−37.
  34. .А., Фарафонтов П. М., Горшков В. А. Моделирование рабочего цикла дизеля, снабженного системой защиты от перегру-зок//Двигателестроение. М., 1991, N 10−11. — С. 28−30.
  35. W0CHNI. GERHARD. Eine Methode zur Vorausberechnung der Anderung des Brennverlaufs mittelschell-laufender Dieselmoto-ren bei geranderten Betriebsbedingungen. MTZ, 1973, N 4.
  36. С.А., Лебедев O.H. Определение задержки воспламенения в судовых четырехтактных дизелях // Судовые силовые установки и механизмы. -Новосибирск.: 1970. Вып. 46. -С.169−190.
  37. Л.К. Определение кинетических параметров процесса сгорания при оделировании рабочего цикла дизеля // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск, 1978, N 214. — С. 17−20.
  38. Исследование путей снижения токсичности выхлопных газов дизелей. Отчет о НИР N 15−73−21. Л.: ЦНИДИ, 1964. — 34 с.
  39. Г. Д., Егоров В. В. Исследование рабочего цикла дизеля 4ЧН14.5/20.5 при форсировании его до 200.220 л.е. Челябинск. 1976. — 37 с.
  40. Н.Н., Семенов Б. Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизелей с камерой сгорания в поршне. Л.-.Машиностроение, 1972. — 228 с.
  41. А.Н., Ставров А. П. Влияние вида топлива и режимов работы дизеля типа Д-108 на период задержки воспламенения // Автомобили, тракторы и двигатели.- Челябинск. 1974, N 148.- С. 109−114.
  42. А.Н., Ставров А. П. Влияние вида топлива на рабочий цикл дизеля // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск, 1973, N 131. — С. 106−112.
  43. О.Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. -М., «1970. С. 47.
  44. А.В. Применение электронных систем управления дозированием подачи топлива. Л.: ЦНИТА, 1988. — с. 112.
  45. Патент N 94 011 535 от 25.07.95. Электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива насосом высокого давления. / Бунова Е. В., Гладышев С. П., Шешуков В.В.
  46. Патент N 94 014 940/014554 от 12.08.95. Электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива насосом высокого давления. / Бунова Е. В., Гладышев С.П.
  47. ХанинН.С., Ванин В. К. Вопросы совершенствования процессов форсирования автомобильных дизелей // Исследование, конструирование и расчет тепловых двигателей внутреннего сгорания.- М.: Машиностроение, 1979. 168 с.
  48. А.С., Гальговский В. Р., Никитин С. Е. Доводка рабочего процесса автомобильных дизелей. -М.: Машиностроение, 1976.- 104 с.
  49. Е.А., ГитисМ.С., Пономарев Е. Г. Совершенствование процесса сгорания топлива изменением относительного объема камеры сгорания в поршне тракторного дизеля // Двигателестро-ение, 1990, N 3. С. 14−18.
  50. М.С., Басистый Л. Н., Бунова Е. В. Токсичность тракторного дизеля и возможности ее снижения // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: Тематический сборник научных трудов. -Челябинск: ЧГТУ, 1991. С. 3−8.
  51. Г. Д. Расчет рабочего цикла дизеля с газотурбинным наддувом. Учебное пособие. Челябинск: ЧПИ, 1978. 117 с.
  52. И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1975. — с. 316.
  53. Н.А., Френкель А. И. Обобщенные зависимости влияния регулировок дизелй на его токсичность и экономические показатели. М.: Автомобильная промышленность, 1974. — N 11. — С.17.20.
  54. JI.M. Защита окружающей среды. Методы определения концентрации токсичных продуктов неполного сгорания газа. М., 1977. — 76 с.113
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?