Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных направлений развития двигателей внутреннего сгорания и, в частности, автотракторных дизелей является использование новых топлив, позволяющих существенно улучшить экологические показатели ДВС Несмотря на то, что попытки использования диметилового эфира (ДМЭ) в качестве топлива были начаты сравнительно недавно, ДМЭ считается одним из перспективных топлив для автотракторных дизелей
Применение ДМЭ (в жидком виде) в дизелях позволяет полностью исключить выбросы сажи, снизить уровень шума и существенно уменьшить выбросы оксидов азота Отсутствие в отработавших газах сажи и соединений серы позволяет эффективно использовать окислительные нейтрализаторы и рециркуляцию отработавших газов (ОГ) и в итоге обеспечить выполнение самых жестких норм по токсичности Хотя уменьшение выбросов С02 на единицу мощности не столь велико (7,8 10,4% при условии полного сгорания), возможность производства ДМЭ из возобновляемых источников позволяет кардинально решить и проблему выбросов С02 ДМЭ по своим параметрам, определяющим работу топливной системы (ТС), является топливом, близким к сжиженному газу, и поэтому основной проблемой его использования в дизеле в жидком виде является организация рационального рабочего процесса ТС
Цель работы. Разработка и доводка системы питания дизеля для автомобиля, работающего на ДМЭ (основное топливо) и на дизельном топливе (резервное топливо)
Методы исследования. Расчетно-теоретические исследования проводились как по методам и программам, разработанным автором, так и по ранее созданным в МАДИ (ГТУ) Экспериментальные работы проводились на безмоторных стендах, разработанных для исследования ТС, использующих ДМЭ, в МАДИ (ГТУ), во ФГУП "НИИД" и на опытно-промышленной партии автомобилей-рефрижераторов, эксплуатирующейся в ГУП "Мосавтохолод"
Научная новизна результатов работы заключается в следующем разработан комплекс математических моделей агрегатов ТС и двухтопливной ТС в целом при ее' работе на ДМЭ,
обоснованы основные положения концепции использования ДМЭ как основного топлива на основе двухтопливной системы питания автомобильного дизеля,
в проведенном расчетном исследовании ТС выявлено влияние различных факторов на процессы в линии низкого давления (ЛНД) ТС,
показана целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ использования топливного насоса высокого давления с увеличенной размерностью (ход / диаметр плунжера), плунжерную пару с дренажной канавкой, нагнетательного клапана двойного действия и увеличенного проходного сечения распылителя,
в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний выявлены, проанализированы и устранены причины отказов системы питания дизеля автомобиля, использующего в качестве основного топлива ДМЭ
Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливаются применением фундаментальных законов гидродинамики и современных численных и аналитических исследований, экспериментальным подтверждением созданных математических моделей, а также использованием современного оборудования и приборов с соблюдением государственных стандартов
Практическая ценность работы заключается в следующем
разработанный пакет программ позволяет быстро и качественно моделировать рабочие процессы в линии низкого давления ТС при использовании в качестве топлива ДМЭ,
созданная и отлаженная в процессе сопровождения эксплуатационных испытаний двухтопливная ТС обеспечивает полноценное функционирование как на основном топливе (ДМЭ), так и на резервном дизельном топливе, а также в режимах перехода с одного вида топлива на другой и может быть рекомендована для промышленного производства,
обследование электромагнитных клапанов (ЭМК) позволило рекомендовать модернизированный трехходовой ЭМК с уплотнением металл по металлу для надежного переключения и разделения полостей основного и резервного топлив, а также с целью улучшения компоновки ТС
модернизированный роликовый топливоподкачивающий бензонасос фирмы
Bosch может быть рекомендован для ТС, работающей на ДМЭ,
результаты экспериментальных исследований, показавших преимущество
нагнетательных клапанов двойного действия по сравнению с серийным
нагнетательным клапаном с разгрузочным пояском, могут быть
использованы при проектировании ТНВД, работающих на ДМЭ
Реализация работы. Комплекс методов и пакет программ внедрены во ФГУП "НАМИ" и используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ) Технические решения, обеспечивающие эффективную и надежную работу опытно- промышленной партии автомобилей-рефрижераторов "ЗИЛ-5301", внедрены во ФГУП "НИИД" и в ГУП "Мосавтохолод"
Основные положения выносимые на защиту:
комплекс методов и программ расчета процессов в основных агрегатах ЛНД и в двухтопливной ТС в целом при ее работе на ДМЭ,
результаты экспериментального исследования, позволившие обосновать целесообразность увеличения размерности серийного ТНВД, использование плунжерной пары с дренажной канавкой и нагнетательного клапана двойного действия,
уточнение граничных минимально необходимых сочетаний избыточного (над давлением насыщенных паров) давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД,
модернизированные узлы и агрегаты, входящие в комплект двухтопливной системы питания модернизированный ТПН (в части выходного клапана и магистрали выхода), редукционный клапан-дроссель с дополнительным фильтрующим элементом, успокоитель колебаний топлива при работе на ДМЭ, модернизированный ЭМК, модернизированное заправочное устройство, доработанная система электропитания автомобиля
Личный вклад автора:
метод и программа расчета процессов ТПН, работающем на ДМЭ,
метод и программа расчета процессов в ЛНД ТНВД, работающем на ДМЭ,
комплекс методов и программ расчета процессов в линии низкого давления двухтопливной ТС при ее работе на ДМЭ,
результаты эксперимента, показавшие целесообразность при адаптации ТС для работы на ДМЭ увеличения размерности ТНВД и комплектации его нагнетательным клапаном двойного действия,
обработка результатов экспериментального исследования с целью уточнения граничных сочетаний избыточного давления перед ТНВД и интенсивности прокачки топлива через ТНВД,
участие в безмоторных испытаниях двухтопливной системы питания, позволивших разработать конкретные мероприятия для адаптации ТС к работе на двух топливах,
участие в анализе результатов эксплуатационных испытаний опытно-производственной партии автомобилей с целью обоснования необходимости модернизации узлов и агрегатов системы питания дизеля при его работе на ДМЭ и устранения причин отказов
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на научно-технических конференциях в МАДИ (ГТУ) (2007г), в МГТУ им Н Э Баумана (2005г) и на Международной конференции "Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов"-М 2005г
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ Из них 1 статья в журнале по списку ВАК и три патента РФ
Структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы Она включает 161 страниц основного текста, содержащего 15 таблиц и 56 рисунков Библиография включает 105 наименований
