Исследование предпламенных процессов и самовоспламенения в камере сгорания при двухфазной подаче топлива в условиях высокогорья тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

м&гкб'ер^гйо энергетики и угольной промышленности

республики казахстан

1 п ДПР ш

казахский научно-исследовательский институт энергетики имени академика ш.ч.чокина

На правах рукописи

мусабеков Расулбек Ахылбекович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДПЛАМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ПРИ ДВУХФАЗНОЙ ПОДАЧЕ ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ

Специальность 01,04.14-Теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы - 1995

Работа выполнена в лаборатории "Тепловые двигатели" и на кафедрах "Общая теплотехника" и "Теплоэнергетические установки" Алматинского энергетического института.

Научный руководитель -

кандидат технических наук, профессор К.Б. Ермекбаев.

Официальные оппоненты -

член-корреспондент Национальной Академии наук Республики Казахстан, д-р техн. наук, Ш.А. Ершим, кандидат технических наук, доцент А.М. Достияров

Ведущая организация -

АО "Научно-Исследовательский Институт Автомобильного транспорта" Республики Казахстан.

Защита состоится ' 1995 г. 8 МСО часов на

заседании специализированного совета Д27.08.01 прн Казахском научно-исследовательском институте энергетики имени академика Ш.Ч.Чокина по адресу: 480012, г.Алматы, ул.А.Байтурсьшова, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Автореферат разослан " 6 " М&р/тю, 1995 г

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, в двух экземплярах просим папрашггь по иышеуказашюму адресу на имя ученого секретаря Специализированного сог.ста.

Ученый секретарь спецналши

ропанлого совета Д27.08.01

с.н.с., к.т.н.

К.А.Сулейменов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На долю д гшгателей внутреннего сгорания приходится более 80% всей вырабатываемой в мире энергии и на обозримую перспективу они остаются основой мобильной энергетики многих отраслей народного хозяйства и по-прежнему будут активно влиять на интенсивность развития этих отраслей.

В основе рабочего процесса дизеля, как тепловой машины, лежит совокупность быстро протекающих н накладываемых друг па друга физико-химических п термодинамических процессов,составляющих круговой необратимый цикл. При нормальных условиях процессы смесеобразования и сгорания в дизельном двигателе не лимитируют эффективность машины в целом, однако, в некоторых случаях, в частности, п условиях высокогорья, уменьшение параметров окружающего воздуха приводит к нежелательным явлениям, основными из которых являются затягивание периода задержки воспламенения и процесса сгорания со всеми вытекающими последствиями - снижение мощности, ухудшение экономичности, увеличение дымностн, теалонапряжениости н др.

Опыт эксплуатации дизельных автомобилей п высокогорных условиях и намечаемые грузовые международные перевозки в страны Центральной Азии через кратчайшие высокогорные трассы ( на Каракорумском шоссе имеются сложные перевалы Торугарт - 3572 м н.у.м. п Худжараб - 4655 м н.у.м.) на автомобилях типа КамАЗ, а также все возрастающая напряженность в топливно-энергетическом балансе страны, н озабоченность уровнем загрязнения атмосферы в последние годы требуют проведения дальнейших исследований в области смесеобразования и сгорания в двигателях внутреннего сгорания.

Так как возможности традиционных методов по совершенствованию рабочего процесса а дизеле в существенной мере исчерпаны, необходимы исследования и разработка новых методов организации рабочих процессов, особенно подготовки, воспламенения и сгорания топлива. Одним из возможных направлений исследования и совершенствования характеристик тепловыделения в камере сгорания, обеспечивающих улучшение показателей транспортных дизелей, является двухфазная подача топлива (ДПТ). Исследования влияния двухфазной подачи топлива на показатели дизеля в условиях высокогорья до настоящего времени еще не проводились. А если учесть существование до сих пор достаточно разноречивых и абстрактных взглядов на природу воспламенения и сгорания в дизеле, то исследование работы дизеля с двухфазной подачей топлива представляет собой практический и научно-познавательный интерес и предстамяется актуальной задачей.

Цель н задачи исследования. Основной келью работы является разработка системы двухфазной подачи топлива, позволяющей улучшить показатели рабочего процесса дизеля н изучение преднламениых фнзшео-

химических явлений лри подаче части топлива во впускной трубопровод в испаренном виде.

В соответствии с поставленной целью задачами исследования являлись:

- выявление н анализ факторов, влияющих на величину периода задержки воспламенения в условиях высокогорья;

- разработка способа и схемы двухфазной подачи топлива и конструкции испарителя для получения парообразного тогмиг.а:

- исследование предпламенных процессов и оценка изменения периода задержки воспламенения при двухфазной подаче топлива;

- экспериментальное изучение влияния двухфазной лодачи топлива на показатели рабочего процесса дизеля и анализ полученных результатов.

Обгект и методы исследования. В качестве объекта исследовании выбран автомобильный дизель семейства КамАЗ, как наиболее массовый в производстве СНГ и эксплуатации в горных районах нашей страны. Решение поставленных задач осуществлялось па основе критического анализа работ по двухфазной подаче топлива советских и зарубежных авторов н подробного анализа классических подходов в теории самовоспламенеши и кинетики горения углеводородного топлива. При разработке конструкции испарителя для осуществления двухфазной подачи топлива использовались данные по кинетике испарения в вынужденный поток воздуха А.ВЛ ыковз, А.Г.Касаткина и яр. Экспериментальные исследования проводились на двигателях КамАЗ-740 в идентичных лабораториях тепловых двигателей АЭН, расположенных на высотах 750 и 3340 м над уровнем моря, оснащенных современными измерительными средствами в соответствии с ГОСТ 14846-81.

Научная новизна. В результате проведенных работ:

исследованы особенности предпламенных процессов низкотемпературного многостадийного самовоспламенения в дизеле при двухфазной подаче топлива в условиях высокогорья;

- разработан и исследован способ двухфазной подачи топлива для дизеля КамАЗ;

- получены впервые экспериментальные данные при работе дизеля с двухфазной подачей топлива в условиях высокогорья;

- разработана методика расчета динамики тепловыделения в камере сгорания дизеля с двухфазной подачей топлива;

- показан вероятный химический путь образования первичных активных центров самовоспламенения и предложена эмпирическая формула для расчета периода задержки воспламенения при двухфазной подаче топлива.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработан способ двухфазной подачи топлива для транспортного дизеля, не требующий больших капитальных затрат^работающий за счет утилизации теплоты отработавших газов (ОП;

- установлена возможность улучшения показателей дизеля в условиях высокогорья применением двухфазной подачи топлива н компенсации потери мощности до 35140%.

- определены оптимальные дозы добавочного топлива при ДПТ на различных режимах работы и ее влияние на основные показатели дизеля в условиях высокогорья.

полученные результаты теоретического исследования и экспериментальных работ могут быть использованы при проектировании новых двигателей для эксплуатации в различных климатических условиях, а также для совершенствования существующих.

Автор защищает следующие основные положения:

- результаты анализа особенностей самовоспламенения в камере сгорания дизеля в условиях высокогорья и существующих способов улучшения его показателен;

- особенности физико-химических процессов начальной фазы окисления углеводородного топлива при двухфазной подаче топлива в дизель;

- разработанный способ двухфазной подачи топлпва, методику экспериментальных исследований и их результаты;

- методику расчета динамики тепловыделеши при ДПТ и расчета периода задержки воспламенения.

Реализация результатов работы. Результаты работы приняты к использованию в Научно-техническом Центра АО "КамАЗ" для доводки рабочего процесса дизелей семейства КамАЗ (г.Набсрсжиые Челны) п в НИР АЭИ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались:

на XVII научно-технической конференции КазПТИ нм.В. И Ленина (29-31.10.1984);

- на VIII научно-технической конференции АлИИТ (15.04.86);

- на Всесоюзном научно-техническом семинаре по ДВС при МВТУ им. Н.Э.Баумана (21.05.86 и 05.04.90);

- на научно-техннчсской конференции АЭИ в 1986-1988 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2

статьи, получено 2 авторских свидетельств.

Объем и структура. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глаз, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 137 страницах машинописного текста, включающих 27 рисунков , 11 таблиц, список использованной литературы из 122 наименований и лрнложенш ла 7 страницах. 1

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования сформулированы основные положения диссертационной работы.

В первой главе приведены особенности рабочего процесса в камере сгорания дизеля в условиях высокогорья и укачано, что подача топлива в среду с низкими параметрами приводит к сильному увеличению периода задержки воспламенения. После критического анализа способов улучшения показателей дизеля в условиях высокогорья показано, что одним из перспективных направлений совершенствования смесеобразования п рабочего процесса в дизеле является двухфазная подача топлива, когда к поступающему в цилиндры дизеля воздуху добавляется часть топлива, которая к моменту подачи основного топлива в камеру сгорания находится в газообразном состоянии и после в1 -рыска основного топлива происходит единый процесс горения и расширения в целом.

Вопросу применения ДПТ путем обогащения воздуха на впуске различными топливными добавками посвящены работы А.Д.Чаромского, А.Г.Сахарова, З.А.Хандова, В.Г Дьяченко, В.А. Ткачеико, А.А.Бурова, К.Б.Ермекбаева, Х.Т.Нгуен, Л.Я.Орлова и др. В этих работах подтверждается возможность улучшения показателей дизеля при ДПТ и его рассматривали в основном как способ повышенна мощности, а слияние ДПТ на работу дизеля при низких значениях коэффициента избытка воздуха, т.е. в условиях высокогорья, не изучалось.

Впервые возможность совершенствования смесеобразования путем уменьшения неравномерности состава смеси за счет двухфазной подачи топлива отметил Л.Д.Чаромскш". Оценивая роль периода задержки воспламенения топлива (ГО в процессе сгорания при ДПТ, он показывает, что управляемость процесса сгорания в дизеле зависит прежде всего от величины Г1.

До настоящего времени окончательно не решен вопрос о соотношении и взаимосвязи основных процессов, протекающих в камере сгорания в течение периода задержки воспламенения - испарения, термического распада топлива, процессов начальной фазы окисления и других. По современным представлениям . процесс окисления углеводородного топлива развивается как многостадийная разветвленная цепная реакция, в основе которой лежит утверждение, что реакции окисления протекают посредством активных центров - свободных радикалов и атомов. Большие значения периода задержки в условиях высокогорья указывают на вялое протекание всех предпламенных процессов, поэтому двухфазная подача должна обеспечить полное испарение добавочного топлива в испарителе и инициирование первичных активных центров в камере сгорания до впрыска основного топлива и сократить ТГ^

В результате анализа существующих способов осуществления двухфазной подачи топлива (подача присадочного топлива в тонкораспыленном, в испаренном виде с помощью электрического нагревателя, карбюрации и др.) нами предложена схема ДПТ с испарителем, обеспечивающим испарение добавочного топлива в вынужденный поток воздуха и работающего за счет тепла отработавших газов.

В конце главы на основе анализа проведенного обзора о состоянии вопроса сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены физико-химические особенности предпламенных процессов при двухфазной подаче топлива.

Возникновению пламени при горении жидких углеводородных топлив обязательно предшествует их испарение, т.к. средняя энергия активации многостадийных предпламенных процессов ( разрыв внутримолекулярных связей) порядка 125И50 кДж/моль, что значительно превосходит энергию разрыва межмолекулярных - связей (испарение) порядка 25»30 кДж/моль. Поэтому при изучении процесса самовоспламенения в камере сгорания дизеля важно исследовать кинетические закономерности воспламенения, т.е. химическую составляющую периода задержки воспламенения..

воспламенение а камере сгорания дизеля о условиях высокогорья представляет собой воспламенение низкотемпературного типа с ярко выраженным многостадийным предпламенным процессом.

Согласно теории цепных реакции и теплового взрыва И.Н.Семенова, получившей дальнейшую разработку в работах А.С.Соколика и его сотрудников в условиях низкотемпературного воспламенения от сжатия, в камере сгорания дизеля имеет место цепочно-тепловое воспламенение с механизмом разветвления через реакции промежуточных продуктов, т.е. вырожденными разветвлениями. Сама возможность цепного воспламенения в результате вырожденных разветвлений обусловлена тем, что воспламенение в этом случае связано с неполным превращением исходного вещества.При низких температурах 250-350 "С после общего для всех углеводородов реакций зарождения цепи 1Ш + НО н их

продолжения Й КОд развитие окислительного процесса вдет через устойчивые гидроперекиси ЙОО + ЯН-ЯООН + Й.

При горении углеводородного топлива параллельно первичным реакциям окисления идут и реакции первичного разложения топлива.

В результате обзора и анализа кинетических данных по горению углеводородов последних лет было установлено, что в интервале температур 500-800 "К преобладающим продуктом разложения углеводородов является метильный радикал СН3, Одной из главных реакции расходования радикалов являются реакции образования формальдегида;

с нэ + о

СН^+Оа

а также рекомбинации:

СН3 + СН3-~СгНе

Реакции рекомбинации в то же время являются источником углеводородов С^в результате термического разложения С^по известным механизмам, что может привести в дальнейшем к выделению свободного углерода, т.е. к повышению дымности.

Реакции формальдегида с метальным радикалом СН3, а также с Н, О, ОН не требуют большой энергии актив~-ации в интервале температур 300-750'К, а основной продукт этих реакций С110 играет ключевую роль при окислении углеводородов (табл.1..реакций Ь4).

Таблица 1

— сн2о + н ,

— снао +о снго + н

РЕАКЦИИ А, (см'/мольГс1 Е, кДж/моль т, к

1. СНаО + СНэ-СНО + СН< 2. СНаО + Н — СНО + На 3. СНаО + О—СНО + он 4. СИаО + Ог г- СНО + НОа СО + 20Н 5. СНО + 0« — СО + НОа . 6. СНО + Н -*- со + Н» 7. СНО + 0 —• СО + ОН 1,0-10" (1,3*2,0) 10" 1,8-10" 6,0 10" 2,0-10* 3,0 10" 25,5 15,4» 15,7 12,8 30,0 0 0 300-1000 250-652 250-750 1000-1450 300-2500 300,2000

Таблица 2

п. N6, «от, Ч После нспа рнтеля После чистого сжатия

об/мин кВт К г/с % На Оа гидроперекиси На Оа СО СНаО

1800 68,1 683 0 0 0 21 - 0 20,8 0

ШО 70,8 713 0,9 10 0,068 19,8 + 0,8 20,1 0,19 +

1800 71,1 721 1,07 12,1 0,07 19,75 + 0,101 20,3 0,21 +

1800 98,2 848 1,13 11,8 0,09 19,8 + 0,11 20,23 0,21 +

Здесь: п - частота вращения коленчатого вала двигателя; Ые- эффективная мощность двигателя; Юг • температура отработавших газов двигателя; Я - расход добавочного топлива через испаритель в г/с и в % к суммарному расходу топлива.

Константы скорости реакции СНО с Н, О, ОН и О4очень велики, а реакция с II ■ наиболее быстрый бимолекулярный процесс, известный в настоящее время. В этих реакциях происходит интенсивное окисление через формальдегид, исходный углерод окисляется до СО (табл.1, реакции 5-7) и образуется фронт так называемого голубого пламени. При впрыске основного топлива голубое пламя развивается с большим выделением тепла н переходит в горячее с последующим самопоснламенением. В табл.2 приведены результаты анализа проб смеси после испарителя и после чистого сжатия смеси в цилиндре дизеля. Наличие гидроперекисей после испарителя, формальдегида и окисн углерода после чистого сжатия в цилиндре указывает на возможность протекания приведенного механизма воспламенения в камере сгорания дизеля при двухфазной подаче топлива.

В результате экспериментальных исследований дизелей КамАЗ с двухфазной подаче топлива автором предложено следующее выражение для определения периода задержки воспламенения па основе формулы Семенова: Е -А Е

Ц-А-Р^е"*^, а,

гае А - постоянная, 1)-показатсль порядка реакции, Р, Т - давление (бар) и температура в щишпдре в конце сжатия, К - газовая постоянная, Е - энергия активации.

Величинм А,1} и Е постоянны для каждого вида топлива н являются их кинетическими характеристиками. Если весь комплекс физико-химических превращений, который претерпевает топливо-воздушная смесь сначала в испарителе, затем в цилиндре во время сжатия объединить под названием "эффекта ДПТ", то его эффективность имеет энергию порядка &£ и он является функцией от количества добавочного топлива С3. Для дизелей КамАЗ применительно к ранее полученной эмпирической зависимости %1 » 2,06-Ю"* Р'ш • о_етз00^т (АЭИ, Высокогорная лаборатория тепловых двигателей) было установлено, что

Здесь представляет собой количество тепла, необходимое для испарения добавочного топлива в испарителе, которое можно оценить по формуле:

где ст-теплоемкость топлива, Т„-температура стенкн испарителя, Тт - температура топлива перед испарителем, 2 — удельная теплота парообразования топлива.

(2)

(3)

В третьей главе приведены разработка способа двухфазной подачи топлива, описание экспериментальной установки и методика экспериментальных исследований.

Для осуществления надежной работы двигателя с ДПТ необходимо количественно оценить процессы массообмена и испарения топлива с нагретой поверхности испарителя, который явялется основным элементом системы ДПТ. Нами разработана конструкция испарителя в котором происходит пле,ночно-динамическое испарение топлива в вынужденный поток воздуха. При этом подвод тепла осуществляется со стороны отработавших газов двигателя через стенку испарителя и температура ею поверхности при 573-593 *К обеспечивает образование пленки топлива. При этом температура поверхности топливной пленки определяет значение давления насыщенных паров, коэффициента диффузии и других параметров массообмена. Экспериментальное определение температуры поверхности тонких пленок встречает большие трудности, поэтому определение ее для данной конструкции испарителя произведено расчетным путем, на основе решения дифференциального уравнения, описывающего распределение температур по толщине пленки: -г 9Ь _л дЧ ~

(4)

с граничными условиями: 1(о,у)=*,при х*Ю; Кхйа^при у»*»; К*,{Н,при у»-|:

при У=0 (5) ^ *

гае й*- средняя скорость потока воздуха; л - коэффициент температура-проводност» пленки топлива. Рис.1.

Так как отношение <Х 1 (А-высота топливной пленки) считаем, что распределение температуры в слое имеет линейный характер. Тоща приводя условие (5) к виду дШ.о)

- ¿у "Ч-я ' (6)

гае П=д-| • отношение коэффициентов теплопроводности пленки и воздуха, деленное на толщину { . и применив преобразование Лапласа к уравнению (4) оносительно х, получим обыкновенное дифферешшальное уравнечие, решение которого при данных граничных условиях и при у=0, т.е. на поверхности пленки имеет вил

12

ч Ч

1 1

1

/ Ч

I1!

и

-----„ь

& -их,с) _

и-и

ег[е(и) -дополнительнынинтеграл вероятностей, ег/с(*°)шО.

Анализ этого решены^ показал, что при малых толщинах топливных пленок порядка (10^50) 10 м тем пература": поверхности стенки испарителя определяет н температуру всею профиля по толщине пленки.

В результате проведенных исследований и в соответствии с поставленной задачей была разработана " и изготовлена система двухфазной подачи топлива для дизелей КамАЗ ( рис.2 ).

Она работает с использованием теплоты отработавших газов двигателя и обеспечивает полное испарение подаваемого добавочного топлива на режимах N > 0,3 • ГЧт<„.. Добавочное топливо подается по кольцевой трубке 1, которая имеет с внутренней стороны отверстия и посажена на выступ 2 поверхности нагрева испарителя 3. Поверхность нагрева выполнена таким образом, что по ходу стекания топливной пленки толщина стенки уменьшается с 7-9 мм до 1,0 мм, благодаря чему достигается нарастающий профиль температуры поверхности нагрева и исключается пузырьковое кипение и переход топлива в сфероидальное состояние с брызгоуносом. Снизу через патрубок 4 подается воздух, а через потрубок 5 отводится паровоздушная смесь, которая поступает к специальному смесителю, выполненному в виде трубы Вентури и установленному непосредственно перед впускным коллектором двигателя (рис.3).

Для количественной оценки работоспособности испарителя использованы уравнение скорости испарения по закону Фика для конвективной диффузии и диффузионное число Нуссельта:

где коэффициент массообмена, Г- плошадь, /- характерный линейный размер, 5 - коэффициент диффузии паров дизельного топлива, д2- разность концентраций, а1=1я1л..

Концентрацию паров топлива на поверхности определяли по уравнению состояния в предположения, ч-го при испарении жидкость находится в термодинамическом равновесии со своим паром ¿„= , Т„= Цхс}*2/} ,а концентрацией паров в набегающем потоке пренебрегаем.

Результаты расчетов скорости испарения и ее значения по экспериментам на электрической модели испарителя привезены на рис.2б. Расхождение между кривыми 1 и 2 можно объяснить тем, что нет данных о действительной площади топливной пленки при разных температурах.

Экспериментальный стенд создан на базе установки для испытания мощности ЦМ-250/3000 (ГДР) с балансирной машиной постоянного тока БАК-|Ьб70 типа СРР-<7Ь . Установка отличается плавностью к широкими

пределами регулирования скоростных к нагрузочных режимов, имеет цифровые устройства для измерения момыгга вращения и частоты врашения двигателя. Для определения токсичных компонентов (•'"„СО),

испаритель

а) ¿) i -расчетная tpuíon,

2-э*£пе/н/ментал/>№Я

рис. г

Схема дБухсраъной подави теп г, aña

Sosdyx

t!_ ротаметр ^\Jo¡a6o4H(>? томи h

дымности и состава отработавших газов двигателя применялись газоанализаторы "Бекман-951" (США), Инфралит-2200, дымомер "Хартридж" и хроматофаф ЦВЕТ-500 (модель 530). Давление газов в цилиндре двигателя измерялось с помощью ггьезокварцевого датчика 1АЕ-105 фирмы АУ1. (Австрия) и усилителя заряда П 142-30-01, а запись индихяторных днафамм производился на двухлучевом запоминающем катодном осциллофафе С8-14 и светолучевом осцнплофафе Н 117/1. Установка оснащена также датчиками и приборами, позволяющими контролировать и поддерживать нормальное тепловое состояние двигателя.

Объектом экспериментальных исследований явились широко используемым в народном хозяйстве транспортный двигатель КамАЗ-740 и КамАЗ-7402.

В четвертой . главе приведены результаты и анализ экспериментальных исследований. На первом этапе были определены оптимальные дозы добавочного топлива: для дизеля КамАЗ-740 они в зависимости от нафузки составили 15+20%, для дизеля КамАЗ-7402 - 7т 15% от суммарного расхода топлива.

Влияние двухфазной подачи топлива на предпламенные процессы и самовоспламенение в камере сгорания дизеля изучалось снятием серии нафузочных характеристик и индикаторных днафамм. При этом изменение периода задержки воспламенения определялось по индикаторным диафаммам, а соответствующие изменения показателей дизеля - по нафузочным характеристикам.

.На рис.4 показано, иафузочная характеристика двигателя КамАЗ-740 на характерном режиме п=1800 мин"1. Улучшение экономических показателей происходит начиная с нагрузки 0.4^, когда (ог?350 *С, а экологических - практически во всем днапозоне мощности. Некоторое увеличение окислов азота связано уменьшением периода задержки воспламенения и смещением его к ВМТ.'

На рис.5 приведены сравнение характеристик двигателя КамАЗ-740 с двухфазной подачей топлива с одним из способов улучшения его экономических и. экологических показателей - работой двигателя с высотным корректором топливопедачи.

Влияние двухфазной подачи топлива па показатели дизеля в условиях средкегорья^т.е. в условиях г.Алматы) представлено на рис.6. На режиме N=0,85- ¡^„снижение дымности достигает 37-40%, а удельный расход топлива уменьшается на 10И2 1/кВт ч (т.е. на 3,5)4,0%).

Изменение показателей процесса сгорания в цилиндре приведены'на рис.7. В основу расчета динамики тепловыделения лети уравнения термодинамики и принципы математического моделирования индикаторного процесса в ДВС. При этом учитывалось уменьшение цикловой подачи через форсунки и величина добавочного топлива,

Нагрузочная характеристика

биэедя КамАЗ-740, Н^ЗЗАОмн^М., n»tèOO мин-1

о-о-безАПТ •"•-сДПТ

Сравнительные характеристики Визеля КамАЭ-ТЗД, Н=ЗЗАО м н.у.м. о—о-прис®ычном смесеоброэобании «-•«-с бысотным корректором х—к-при ОЬухфазной поваче топлиба

20 40 50 60 ?0 80 Ne,KßT Рис. А

1200 <600

2000 2400 n.MUH 1

Влияние Эбухсразной подами топлиба на показатели 0изеля КамАЗна бысо-те 750 м н.у.м., п » 2600 мин"1 о-о-ВезДПТ •"•-сДПТ

Рис.5

20 40 60 30 100 120 Ne,кВт

Рис. б

изменение инЭикаторных' показателей Оизеля КамАЭ-?402, Н0340мн.у.м., ср0П-*4°п.к.б.

680 rao 0 20 АО 5). Динамика теплобыЭеления dx Т>к

-Ц-' 2200

ÍSOO

г par)

0.16 r woo

60 9,грай.п.к.&.

0,12 0,08 0,04 О L

1000

24 32 АО 48 ф, граЭ.п.к.6.

КамАЗ-?402 n'-t мин 1 Ne> кВт бт.Зоб, кг/ч gg, г/(к5т-ч) •ч, гроЭлкВ

с обычным смесеобраз. 2200 Ю7 34,7 — • 324 19

с ДПТ 2200 <06,6 28,6 3,6 302. <2

Рис.7

характеристика впрыска топлива и изменение коэффенциента избытка воздуха для основного топлива:

, _ и -% Я1о

ще Ьо, -теоретический и действительный расходы воздуха; цикловый расход топлива при обычной работе; ^ - доля добавочного топлива при ДПТ.

При работе двигателя с двухфазной подачей топлива сокращается С 19° п.к.в. до 12, скорость тепловыделения па начальном участке немного увеличивается - с 0,14 до 0,15, что обуславливает некоторое повышение жесткости сгорания. При работе с обычным смесеобразованием горения в четвертой фазе практически нет, а с двухфазной подачей топлива наблюдается некоторое догорание, сгорание В целом более полное (0,85 против 0,74).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Улучшение показателей рабочего процесса дизелей в условиях высокогорья и изучение процесса самовоспламенения при низких коэффициентах избытка воздуха представляют собой важную народнохозяйственную задачу и научно-исследовательский интерес.

2. Установлено, что в условиях высокогорья при чрезмерном затяшсанпн периода задержки воспламенения решающим условием нормальной работы дизеля является обеспечение своевременного военлам ененш.

3. Показано, что в процессе воспламенения в условиях высокогорья большую роль играют активные центры, т.е. цепочно - тепловое воспламенение смещается в сторону цепочного, а основную часть задержки воспламенения составляет химическая составляющая.

4. Установлена возможность улучшения показателен рабочего процесса дизеля КамАЗ-740 п 7402 в условиях высокогорья и обычных условиях с помощью ДПТ, осуществляемой путем введения части топлива во всасывающую систему .в испаренном виде.

5. Разработаны способ ДПТ и конструкция испарителя на основе проведенного исследования по пленочно-динамнческому испарению дизельного топлива.

6. При работе дизеля с ДПТ в испарителе образуется гидроперекиси алхилов, которые лежат в основе механизмов окисления углеводородного топлива, а во время сжатия паровоздушной смеси до спрыска основного топлива в цилиндре образуются промежуточные продукты окисления (СНЮ, СО, Н н др.).

7. Разработана программа расчета дшшткн тепловыделения вшшшшре дизеля при работе с двухфазной подачей топлива с учетом характеристики подачи топлива.

8. Экспериментальные исследования показали улучшение эффективных, экономических и экологических показателей (за исключением NOxHa некоторых режимах) дизелей КамАЗ-740 и 7402 при работе с двухфазной подачей топлива на нагрузках выше (0,3í0,4)-Nnnpn данной частоте вращения. Определены оптимальные дозы добавочного топлива. Установлена возможность компенсации потерь мощности дизеля в условиях высокогорья до 35*40 % .

Показано улучшение экономических и экологических показателен дизелей КамАЗ при ДПТ на высоте 750 м н.у.м. (г.Алматы).

9. В результате экспериментальных исследований получена эмпирическая формула для расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля с двухфазной подачей топлива.

Основные положения диссертации опубликованы и работах:

1. Авторское свидетельство Ns, 1196526 (СССР) от 08.08.85, F02M31/I8. Двигатель внутреннего сгорания /АЭИ, Ермекбаев К.Б., Сазаев Ж.О., Мусабеков P.A. и др. Заявл. 20.07.84/

2. Авторское свидетельство NS 1321S88 (СССР) от 08.03.87, F02M31/18. Двигатель внутреннего сгорания /АЭИ, Ермекбаев К.Б., Сазаев Ж.О., Аспандияров Б.Б., Мусабеков P.A. и др. Заявл. 07.01.86 /

3. Ермекбаев К.Б., Сазаев Ж.О., Мусабеков P.A. Влияние двухфазной подачи топлива на эффективные и экологические показатели двигателя КамАЗ-740. Межвуз. сб. науч. трудов Электрофизические способы пылеулавливания. - Алматы: 1987, с.71-75.

4. Алейников ÍO.П., Мусабеков М.О., Мусабеков Р.Д. Анализ протекания рабочего процесса ' дизеля КамАЗ-740 по составу отработавших газов различных присадках к топливу. Межвуз.сб. науч. трудов. Процессы переноса и повышения эффективности работы теплоэнергетических установок. -Алматы: КазПТИ, 1991, с.72-75.

НЕПЗП НЭТИЖЕЛЕР1 МЕН' К,ОРЫТЫНДЫЛАРЫ

1. Ди.челъд! коттолпулитардыц жумыстык. процесипц керссткштерш 6hík тау жагдайларында жакспрту мен я рты к, aya коэффициентшщ темен шамаллрындага ездгшен тутаиу гтроцестгрш окып-бшудщ мапызды халыкд1аруашылык.ть[к, жопе гылми-зерттеулк mdhí бар.

2. Бш'к тау жагдайларында ездгшен тутапудыц Keiiiiry кезешищ созылып кеткеишде уакытьшда тутапуды кдмтамасыз ету дизельдац кдлыпты жумыс ¡cTcyinIn шешуш1 шлрты болып табылдды.

3. Биис тау жагдайларыпдагы тутвну проц^сище белсенд! балшектердщ улкеч роль аткяратьшдыгы, гЬбек-п-жылулык. тутанудьщ твбек-п жагыпа ыгысатындыгы жопе тутанудьщ кешй-ушщ химиялык. куряушысы оныц нелзп балт балатыны кврсеттлген.

4. КямАЗ-740 жопе КямАЗ-7402 дияельдерннн бит тау жоме ко;нмл жагдайлардагы да керсетпаштерш отынды eKi фпзада беру яркллы жак^артут болятыидыгы кврсетмген.

5. Дизельдк отынныц жука 1слбык.ть1к,-динлмикау1ык. булануын эерттеудщ нотижесшде отынды eKi фаяадл берудщ тосии мен бу ланды рты штын конструкциясы жлслп шытрылшн.

6. Дизель отынды eni фаяада беру аркылы жумыс ¡стегенде буландыргышта KOMipcyrwvii отындардыц тутануыныц непзшде жптптын алкилдер гидроасатотыктпры ппйдп боляды, ал отыниыц неггчп бол!пи асану камерлсына шашырптк/шт дейш цилиндрде бу мен ауа коспасын сыкхдн к езде тогыгудыи аролицтагы тулектер) (СНгО, СО, 11 , т.б.) пайда болады.

7. Отынды eKi фпзада бергенде отынды шашыряту силаттямасын ескеретш дизель цилиидршдеп жылу бмлшудщ динамиклсын есептеудщ профаммясы жасалгап.

8. Экспериментах зерттеулер КамАЗ-740, 7402 дизель крзголткыштарыныц бшк тау жагдайлярыида отынды ек! фазада беру оркдллы жумыс ¡стегеишде тшмдшк, эргоиомикалык, керсеткиктерш жякрартып, к^аттыц аяпюын 35*40%-ке дейш KCMiiyre болатыны корсетшпен. Сондай-ак, КамАЗ дизельдерипц тендз децгейшен 750 ы. жогары жпгдпйда (Алмдты к,) отынды eKi фазяда беру аркылы жумыс ¡стегенде корсеташтерипн жа&спруц корсетыгсн.

9. Экспериментпк зерттеулер нотижесшде дизель отынды er.i фазада беру пртц^ли жумыс ¡стегенде тутапудыц Keuiiry кезеидн eceincyie арналган эмпирикалык. формула алъшгаи.

Principal Results and Conclusions

1.Diesel modal improvements in high moimtainous conditions represent an important task of national economy and scientific research.

2.1Гs arranged that iD high mountainous conditions the most decisive of normal work of diesel is ensuring in timely igniting.

3.1fs evident, that the main role during the ignite process play the active centers: ignite thermal chain displaces to the chain side, and the main part of delay forms chemical components.

4.Model improvement of diesel working process of KAMAZ-740 and 7402 are established with the lielp of double feed fuel (DFF).

5.0n the basis of diesel fuel evaporation DFF is worked out.

6.1ntermediate exidate products (CHzO,CO,H and others) form in the time of diesel work with DFF.

7 .Calculation programme of thermal yield oo account of fuel feed characteristics.

5.Expcrimenial researches show effective economical, ecological diesel models of KAMAZ-740 and 7402 in DFF by loading above (0,3 t 0,4) N max