Введение к работе
Актуальность работы. Принятая государственная комплексная топливно-энергетическая программа на период до 2010 года «Энергетическая стратегия России» определила важнейшими направлениями повышение эффективности энергопотребления и энергосбережение, глубокую переработку нефти и комплексное использование углеводородного сырья. Решением этой проблемы можно считать увеличение использования дизелей на всех видах транспорта, обусловленное более высокой их экономичностью, лучшей экологичностью по сравнению с бензиновыми ДВС, а также расширение диапазона топлив для работы дизелей с совершенствованием процессов тошшвоподачи, смесеобразования, сгорания и сокращением расхода топлива. Проблема улучшения топливной экономичности и экологических показателей дизелей в основном с объемным смесеобразованием в первую очередь может быть решена повышением давления и объемной скорости впрыскивания топлива, сокращением продолжительности впрыскивания, т. е. модернизацией топливных систем дизелей при работе как на дизельном топливе, так и на других видах углеводородных топлив.
Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что представляемая работа, направленная на совфшенствование процессов впрыскивания топлива с целью улучшения экономических, мощностных, надежностных и экологических показателей дизелей и использования углеводородных топлив с различными физико-химическими свойствами, является актуальной.
Цель работы и задачи исследования. Обоснование, разработка и оптимизация нового процесса топливоподачи и принципов конструирования топливных систем дизелей, обеспечивающих улучшение характеристик впрыскивания, распиливания и параметров процесса сгорания с повышением экономических, мощностных , экологических и надежностных показателей дизелей при практическом использовании топлив с широким диапазоном физических и химических свойств.
Для достижения цели были сформулированы задачи исследования:
1. Анализ свойств УВТ и их изменения в выбранном диапазоне температур и давлений, а также существующих систем и процессов топливоподачи для обес-
печения их эффективного использования в дизелях.
-
Разработка физической модели, математическое обоснование и экспериментальное подтверждение нового бессливного процесса топливоподачи, обеспечивающего улучшение параметров впрыскивания и распиливания на всех видах УВТ, во всем диапазоне нагррочных и скоростных режимов работы дизеля.
-
Разработка метода гидродинамического расчета топливной системы, осуществляющей бессливной процесс топливоподачи, с учетом его особенностей, различных свойств УВТ и повышением сходимости результатов расчетных и экспериментальных исследований.
-
Исследование процессов смесеобразования и сгорания с новым процессом топливоподачи при использовании УВТРФС.
-
Подтверждение эффективности использования бессливного процесса топливоподачи с улучшением экономических, экологических и надежностных показателей стендовыми и эксплуатационными испытаниями дизелей.
-
Разработка принципов конструирования топливных систем для обеспечения нового процесса с наименьшими изменениями узлов и деталей и технологии изготовления.
-
Обоснование возможности производства разработанных новых топливных систем или отдельных их элементов для перевода дизелей различного назначения на работу с использованием УВТ широкого диапазона свойств, в том числе полученных из местных топливно-энергетических ресурсов.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и доказана возможность организации нового бессливного процесса впрыскивания топлива, обеспечива* ющего получение более качественных характеристик впрыскивания и распыли-вания как на дизельном топливе, так и на топливах различных фракционных составов.
Для организации бессливного процесса впрыскивания, улучшающего пара* метры процесса топливоподачи использовано постоянное остаточное давление заданной величины, создаваемое в ЛВД и надыгольной герметичной полости форсунки, регулируемое специальной конструкцией тошшвоподающей системы, включающей нагнетательный клапан двойного действия в ТНДВ и дополнительный клапан в соединительном канале ЛВД с надыгольной полостью форсунки.
Разработан метод гидродинамического расчета бессливного процесса топливоподачи с использованем существующих методик, конструктивных особенностей БТС и свойств УВТРФС.
. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена путем использования БТС возможность увеличения давлений впрыскивания, стабильности цикловой подачи от цикла к циклу, сокращения продолжительности и динамического запаздывания начала подачи, улучшения параметров распиливания, и испарения, что способствует сокращению ПЗВ, повышению индикаторных и эффективных показателей дизелей. Показано, что во всем диапазоне режимов
работы и на разных топливах, в той числе маловязких, разработанный бессливной процесс топливолодачи обеспечил в период между впрыскиваниями благоприятные условия для работы распылителя без гидравлического запирания иглы, препятствующие проникновению отработавших газов в распылитель.снн-жению коксо-и смолоотложений на его внутренних поверхностях и увеличивающие надежность работы распылителя в несколько раз.
При участии автора обоснованы и пракпгчески реализованы принципы конструирования и технологии изготовления бессливной топливной аппаратуры, осуществляющей бессливной процесс тошшвоподачи для дизелей любого назначения, как вновь создаваемых, так и модернизируемых.
Практическая ценность. Бессливной процесс подачи топлива с постоянным остаточным давлением может быть использован для дизелей любого назначения при работе на различных видах углеводородныхтоплив. Конструктивное исполнение топливной системы для реализации бессливного процесса осуществлено в габаритах существующей дизельной топливной аппаратуры и не требует дополнительных гопливоподзюших агрегатов. Дизели, оснащенные бессливной топливной аппаратурой, могут работать на различных углеводородных топливах с повышением экономичности и надежности в эксплуатации, причем при использовании более дешевого местного топливного сырья, например, газового конденсата, применение БТС дает большой экономический эффект. Изготовление новых конструкций БТС не требует новых технологических процессов и оборудования.
Реализация работы. Бессливная трпливная аппаратура внедрена в серийное производство на Челябинском трзктррном заводе для дизелей специального назначения 12ЧН15/18 и 6ЧШ/1б; разработана техническая документация, ИЗГРТОвлена дпытно-промышлрнная партия БТС, проходящая в настоящее время эксплуатационные испытания на дизелях типа В2 буровых установок в геологических производственных, объединениях Тюменской области; разработана техническая документация и изготовлена опытная партия БТС для тракторных дизелей Д-160, находящаяся в настоящее время на испытаниях в ПО «Ямалнефт?пдзгеолРГИЯ», разработаны опытные варианты бессливной топливной аппаратуры для дизелей ЧН21/21 карьерного самосвала большой грузоподъемности, ЯМ3438 и тепловозного дизеля 310DR. В геологических производственных объединениях Тюменского Севера на буровых установках и тракторах ТГ-\У0 дизели с бессливной топливной аппаратурой работают с использованием местного топливного сырья — маловязкого газового конденсата. Метод гидродинамического расчета БПТП применяется для расчета бессливных ТС дизелей любого назначения, а предложенный принцип конструирования«- для разработки их конструкции. Результаты работы реализованы также в учебных программах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на технических советах, семинарах и конференциях ежегодных научно-
технических конференциях ЧПИ — ЧГТУ (с 1982 по 1994 гг.), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности использования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов» (Ташкент, 1982 г.); Всесоюзной научной конференции «Проблемы совершенствования рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания» (Москва, 1986 г.); региональной научно-технической конференции «Повышение топливной экономичности автомобилей и тракторов» (Челябинск, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Альтернативные топлива в двигателях внутреннего сгорания» (г. Киров,1988 г.); Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы энергетики транспорта» (г. Москва, 1988 г.); Всероссийском семинаре по ДВС при МГТУ им. Н. Э. Баумана (г. Москва, 1994 г.); заседании секции научно-технического совета Мингазпрома «Пути улучшения качества моторных топлив, полученных из газового конденсата месторождений Севера Тюменской области» (г. Москва, 1986 г.); совещании энергослужбы отрасли Мингео СССР (г. Ташкент, 1989 г.); научно-технических советах производственных объединений «ЧТЗ им. В.И.Ленина» (г. Челябинск), «Турбомоторный завод» (г. Свердловск), «Главтюменьгеология» (г. Тюмень), «Пурнефтегазгеологая» (г. Тарко-Сале), «Уренгойнефтегазгеология» (п. Уренгой), «Красноярскнефтегазгеология» (г. Красноярск), «Ямалнефтегаз-геология» (г. Салехард ) в период с 1982 по 1993 годы; управлении ЮУЖД и АО «Новороссийское морское пароходство» в 1994—1995 году.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (167 наименований), приложений. Работа содержит 226 страниц основного текста, 67 рисунков, 16 таблиц, 10 приложениий.