Изменение дымности отработавших газов дизеля КАМАЗ-740 в зависимости от режимов работы в жарких условиях
Автор: Афанасьев А.С., Хакимов Р.Т., Загорский С.М.
Журнал: Технико-технологические проблемы сервиса @ttps
Рубрика: Диагностика и ремонт
Статья в выпуске: 4 (26), 2013 года.
Бесплатный доступ
Исследования технико-экономических и экологических параметров дизеля на основе экспериментальных данных позволили определить экологически безопасный и эффективный режим работы дизеля при оптимальной частоте вращения коленчатого вала и нагрузке. Полученные данные используются для определения влияния основных эксплуатационных факторов на дымность отработавших газов дизеля в жарких условиях.
Дизель, отработавшие газы, дымность, испытания эксплуатационный фактор
Короткий адрес: https://sciup.org/148186113
IDR: 148186113
Текст научной статьи Изменение дымности отработавших газов дизеля КАМАЗ-740 в зависимости от режимов работы в жарких условиях
Исследование проводилось с целью выбора наиболее эффективного и наиболее часто используемого при эксплуатации дизелей режима работы, а также определения экологически безопасных режимов их использования [ 1,2,3 ] .
Из анализа внешней скоростной характеристики (рис.1, 2), построенной на основе данных, полученных при исследовании дизеля, (табл.1 – 3), установлено:
-
- максимальный крутящий момент (635 Н - м) при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1;
-
- максимальное значение удельного расхода топлива (221 г/(кВт - ч)) также соответствует частоте вращения коленчатого вала дизеля при максимальном крутящем моменте;
-
- эффективная мощность дизеля при данной частоте достигает 93 кВт.
Полученные результаты позволили сделать вывод и считать частоту вращения 1400 мин-1 соответствующей наиболее эффективно- му функционированию работоспособного дизеля.
Исследование дымности отработавших газов (ОГ) дизеля проводилось по результатам анализа нагрузочной характеристики при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя 1400 мин-1, как соответствующей наиболее эффективной работе дизеля.
Из проведенных исследований установлено, что дизель при заданных условиях нагрузочной характеристики имеет мощностной диапазон от 32 до 92 кВт. При возрастании нагрузки на дизель до реализуемой мощности 65 кВт дымность ОГ изменяется незначительно и находится на уровне допустимых значений (коэффициент поглощения света, Кд не более 2,5 м-1).
Дальнейшее увеличение нагрузки (Nе > 65 кВт) приводит к существенному росту дымности ОГ дизеля. При реализации предельной мощности в заданном диапазоне коэффициент Кд достигает значения 25 м-1 (рис. 3-5).
Таблица 1 - Результаты испытаний дизеля КамАЗ-740 при моделировании эксплуатационных факторов
|
№пп |
Наименование параметра |
Обозначение, ед. измерения |
Значение |
|
1 |
Стехиометрический коэффициент |
l 0 ,кг.возд./кг.топл. |
14,32 |
|
2 |
Теплотворная сособность топлива |
Q H ,кДж/кг.топл. |
42674 |
|
3 |
Навеска топлива |
Δ G т , г |
120 |
|
4 |
Рабочий объём двигателя |
V h , л |
10,85 |
|
5 |
Атмосферное давление |
Р 0 ,мм.рт.ст. |
753 |
|
6 |
Т д и я |
z |
2 |
|
7 |
Об ъем воздуха |
Δ V в, м3 |
1 |
|
8 |
Температура окружающей среды |
о t o |
30 |
|
9 |
Давление начала впр. топл. |
Р впр. , Мпа |
19 |
|
10 |
Угол опережения впр. топл. |
Q о пкв |
18 |
|
11 |
Гидравл. сопр. возд.на впуске |
Δ р , Мпа |
0,04 |
Таблица 2 – Внешняя скоростная характеристика
|
Измеряемые параметры |
Расчетные параметры |
|||||||||||||
|
№ пп |
Mк Н м |
n -1 мин |
t T c |
tв c |
К -1 м |
N e кВт |
G T кг/ч |
g e г/кВт ч |
p e Мпа |
G в кг/ч |
a |
h е |
h v |
p в кг/м3 |
|
1 |
652 |
1100 |
23,3 |
12 |
75,1 |
18,54 |
246,88 |
0,76 |
347 |
1,31 |
0,34 |
0,84 |
1,16 |
|
|
2 |
656 |
1400 |
20,30 |
10 |
96,17 |
21,28 |
221,29 |
0,76 |
416 |
1,37 |
0,38 |
0,79 |
1,16 |
|
|
3 |
639 |
1700 |
14,2 |
8 |
113,7 |
30,42 |
267,45 |
0,74 |
520 |
1,19 |
0,32 |
0,81 |
1,16 |
|
|
4 |
614 |
2000 |
12,2 |
7 |
128,6 |
35,41 |
275,38 |
0,71 |
594 |
1,17 |
0,31 |
0,79 |
1,16 |
|
|
5 |
565 |
2300 |
11,7 |
6 |
136,1 |
36,92 |
271,35 |
0,65 |
693 |
1,31 |
0,31 |
0,80 |
1,16 |
|
|
6 |
516 |
2600 |
11,4 |
5,5 |
140,5 |
37,89 |
269,75 |
0,60 |
756 |
1,39 |
0,31 |
0,77 |
1,16 |
|
Таблица 3 – Нагрузочная характеристика
|
Измеряемые параметры |
Расчетные параметры |
|||||||||||||
|
№ пп |
Mк Н м |
n -1 м |
t T c |
tв c |
К -1 м |
N e кВт |
G T кг/ч |
g e г/кВт ч |
p e Мпа |
G в кг/ч |
a |
h е |
h v |
p в кг/м3 |
|
1 |
249 |
1400 |
49 |
10 |
0,475 |
36,5 |
8,82 |
241,53 |
0,29 |
416 |
3,30 |
0,35 |
0,79 |
1,16 |
|
2 |
342 |
1400 |
39,5 |
10 |
0,57 |
50,14 |
10,94 |
218,14 |
0,40 |
416 |
2,66 |
0,39 |
0,79 |
1,16 |
|
3 |
447 |
1400 |
31,3 |
10 |
1,115 |
65,53 |
13,80 |
210,62 |
0,52 |
416 |
2,10 |
0,40 |
0,79 |
1,16 |
|
4 |
543 |
1400 |
25,1 |
10 |
6,621 |
79,6 |
17,21 |
216,21 |
0,63 |
416 |
1,69 |
0,39 |
0,79 |
1,16 |
|
5 |
648 |
1400 |
18,6 |
10 |
94,99 |
23,23 |
244,50 |
0,75 |
416 |
1,25 |
0,35 |
0,79 |
1,16 |
|
Это объясняется существенным снижением коэффициента избытка воздуха (от 3,87 до 1,32), так как происходит увеличение цикловой подачи топлива, в условиях мало изменяющейся цикловой подачи воздуха. Эффективность работы дизеля при мощности более 65 кВт также резко снижается. Подтверждением этому является значительный рост расхода топлива (от 195 до 234 г/(кВт ⋅ ч)).
Таким образом, определен экологически безопасный и эффективный режим работы дизеля при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и нагрузке, не превышающей реализуемой мощности 65 кВт. Полученные данные будут использоваться для определения влияния основных эксплуатационных факторов на дымность ОГ дизеля.
Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика
Рисунок 2. Внешняя скоростная характеристика
Влияние эксплуатационных факторов: изменение угла опережения впрыскивания топлива (Qвпр.); давления начала впрыскивания топлива форсунами (Рвпр.); гидравлического сопротивления воздухоочистителя (Ар) температуры окружающего воздуха (tв) производилось по программе экспериментального исследования путем анализа нагрузочных характеристик дизеля.
В результате анализа экспериментальных данных по влиянию на дымность угла опережения впрыскивания установлено, что наименьшая дымность наблюдается при угле ( Q впр ) 18 и 21 град. п.к.в., а с уменьшением Q впр до 15 град. п.к.в. (при Ne > 75 кВт) резко увеличивается дымность ОГ, К Д м -1. Это объясняется тем, что изменение угла опережения впрыскивания топлива от рекомендуемого приводит к ухудшению условий протекания рабочего процесса в камерах сгорания дизеля, и как следствие – неполному сгоранию рабочей смеси и увеличению выброса твердых частиц в виде сажи.
Давление начала впрыскивания топлива Р впр оказывает значительное влияние на процесс образования дымности ОГ дизеля, так как от него зависит качество распыления топлива и процесс сгорания. Изменение давления начала подъема иглы форсунки Р впр может происходить как в сторону увеличения (после проведения работ технического обслуживания), так и в сторону уменьшения (по причине естественной усадки пружины или износа сопловых отверстий).
Также увеличение Р впр может привести к обрыву носика распылителя, в результате закоксовывания его сопловых отверстий. Из анализа рисунков 43, 44 следует, что с понижением Р впр до 16 мПа резко возрастает дымность ОГ ( К д), это объясняется тем, что процесс впрыскивания топлива начинается несколько раньше и заканчивается позже оптимального, что приводит к увеличению количества подачи топлива в данный цилиндр. Процесс сгорания из-за изменившихся условий смесеобразования сдвигается на линию расширения и протекает «вяло», вследствие этого вся топливовоздушная рабочая смесь не достаточно подготовлена и не успевает сгореть.
Исследование влияния гидравлического сопротивления воздухоочистителя ( А Р ) на экономические, экологические показатели дизеля проводилось с использованием устройства, которое имитирует засорение фильтра воздухоочистителя на определенную величину ( А Р ).
В данном эксперименте, подтверждено, что при эксплуатации автомобилей с дизельными двигателями, необходимо поддерживать воздухоочиститель в состоянии, когда его гидравлическое сопротивление ( А Р ) не превышает 0,04 МПа, в противном случае, заметно ухудшаются силовые, экономические характеристики и экологические показатели.
Температура воздуха (окружающей среды).
В процесс эксплуатации дизеля температура окружающего воздуха t в оказывает значительное влияние на дымность ОГ дизеля К д.
В результате экспериментального исследования установлено, что при повышении температуры воздуха до 50 оС, увеличивается дымность ОГ ( К д ) дизеля КамАЗ-740 до 5,5 м -1 при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и нагрузке, соответствующей эффективной мощности (Nе) 65 кВт.
Это объясняется тем, что при повышении температуры воздуха с 30 оС до 40-50 оС, снижается плотность воздушного заряда и вследствие этого уменьшается количество воздуха, поступающего в цилиндр дизеля. Это приводит к увеличению дымности ОГ дизеля.
Увеличение значения К д при повышении температуры воздуха t в свидетельствует о необходимости соблюдения нагрузочного режима для экологически безопасного использования дизеля.
‘» h/J3‘9 '[-W>|
Рисунок 3. Нагрузочная характеристика. Зависи-
мость параметров: дымности, часового расхода топли- ва; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин -1 (при температуре воздуха 30 ºС).
Рисунок 4. Нагрузочная характеристика. Зависимость параметров: дымности; часового расхода топлива; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин-1, (при температуре воздуха 40 ºС).
Дымность
Часовой расход топлива Коэффициент избытка воздуха
Рисунок 5. Нагрузочная характеристика. Зависимость параметров дымности; часового расхода топлива; удельного эффективного расхода топлива; коэффициента избытка воздуха от мощности дизеля при частоте 1400 мин-1, (при температуре воздуха 50ºС).
