Исследование топливо-водяной эмульсии для безразборного восстановления работоспособности двигателей внутреннего сгорания

В процессе работы двигателей внутреннего сгорания возможно образование коксовых отложений. Отложения можно подразделить на нагары, лаки, шламы. Основная их часть образуется в результате разложения и окисления моторного масла. Попадая на нагретые детали двигателя (днище поршня, стенки камеры сгорания, форсунки, свечи зажигания, клапаны) вместе с остатками топлива оно образует отложения — нагар. Нагар вызывает повышение температуры внутри цилиндров двигателя, а в бензиновых двигателях нагар вызывает калильное зажигание. Следовательно, нагарообразование недопустимо в двигателе.

Нагар можно удалить механическим способом, изменением режима работы двигателя, введением в камеру сгорания специальных веществ которые способствуют удалению или выжиганию на- гара. Одним из таких веществ является топливоводяная эмульсия.

Все методы получения топливоводяных эмульсии можно разделить на конденсационные и диспергационные. Конденсационный метод связан с образованием капелек эмульсии из молекул. В промышленности используются диспергационные методы, то есть получение эмульсии путем взбалтывания и перемешивания, воздействия на смесь ультразвуковой, электрической энергией [1]. Применение ультразвуковой обработки смеси топлива и воды или других компонентов позволяет получить гомогенную и стабильную топливоводяную эмульсию.

Наиболее простыми устройствами для получения эмульсии являются ультразвуковые гидромеханические преобразователи (излучатели), в которых источниками ультразвуковой энергии служат различные механические устройства.

На кафедре тракторов и автомобилей Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В.Верещагина был разработан и испытан ультразвуковой излучатель для обработки топлива или смеси топлива с водой или с другими компонентами, в котором эмульгирование смеси происходит за счёт воздействия на смесь ультразвуковой энергии колебаний пластин, колеблющихся за счет энергии движущейся струи жидкости. Ультразвуковой преобразователь состоит из корпуса, в который установлено кольцевое или плоское ной эмульсии, то есть капельки воды с эмульгатором образуют сгустки, что не улучшает качество топливоводяной эмульсии.

Таким образом, размер капель обратнопропорционален времени обработки. Длительная обработка не улучшает качества топливоводяной эмульсии. Достаточно 10... 15 минутной обработки для получения работоспособной эмульсии.

Применение водотопливных эмульсий в автотракторных двигателях приводит к удалению нагара с деталей цилиндропоршневой группы и с сопловых наконечников распылителей форсунок,

Рисунок 1. Ультразвуковой излучатель

сопло (1) и резонансные пластины (2), расположенные напротив сопла (рис. 2). Два насоса: один для подачи топлива (3), другой – для подачи воды (4).

Так как за один проход не образуется достаточное количество топливоводяной эмульсии, необходимо несколько циклов обработки смеси топлива, воды, и эмульгатора, или установка в цепи нескольких ультразвуковых излучателей. Проведённые испытания [3] показали, что с увеличением времени обработки смеси компонентов размер капелек эмульсии уменьшается. (Рис. 2). Однако при значительном времени обработки возможна коагуляция топливоводя- что восстанавливает работоспособность двигателя[3].

Для оценки эффективности без-разборного восстановления работоспособности двигателя Д 240 (трактор МТЗ) были проведены испытания работы двигателя на топливоводяной эмульсии, в результате чего коксовые отложения были удалены из распыли-вающих отверстий и с кончиков игл сопловых наконечников распылителей форсунок ФД-22. Раскоксовывание проводилось с применением топливоводяной эмульсии, состоящей из 10 % воды, 89,75 % дизельного топлива Л-02-40 и 0,25 % эмульгатора натрия олеиново-

Рисунок 2. Изменение среднего диаметра капель ТВЭ

(вода 10%; дизельное топливо Л-02-40 89,75%; эмульгатор натрий олеиновокислый 0,25%) приготовленной на стенде КИ-15705 в течение:

а - 5 мин; 6 - 10 мин; в - 15 мин; г - 25 мин. Цена деления шкалы окуляр-микрометра 10 мкм.

кислого. Мощность двигателя при этом восстановилась до 100 % , а эффективные проходные сечения распыливаю-щих отверстий сопловых наконечников распылителей форсунок на 97,1 %.

При работе двигателя на эмульсии с топливом утяжелённого состава в аналогичном составе мощность двигателя восстановилась до 96,7 %, а эффективные проходные сечения распыливаю-щих отверстий сопловых наконечников распылителей форсунок на 93,4 %.

Установлено, что дисперсность частиц воды во ВТЭ оказывает существенное влияние на скорость изнашивания прецизионных пар топливной аппаратуры. При поступлении в ТНВД высоко дисперсной эмульсии с размерами водных капель не более 30–40 мкм скорость изнашивания трущихся пар уменьшается по сравнению со случаем использования безводного дизельного топлива. Наоборот, грубые водотопливные эмульсии с размерами частиц воды около 1 мм вызывают существенное изнашивание пре- цизионных деталей. [2]

Для получения качественной топливоводяной эмульсии необходимо, чтобы частота генерируемой ультразвуковой энергии составляла от 0,3 до 35 кГц, а эффективность составляет от 1,2•10-4 до 2,5•10-4 Вт/м2 .

Для эффективной работы необходимое давление составляет не менее 0.2 МПа.

Безразборное восстановление двигателей внутреннего сгорания можно проводить при втором техническом обслуживании для этого достаточно, чтобы двигатель поработал на топливоводяной эмульсии от 30 до 40 минут, после чего необходима работа двигателя на чистом топливе с целью удаления капель топливоводяной эмульсии из системы питания двигателя в течении 10…15 минут.