Меню Закрыть

Дизельный двигатель на метане: ГАЗ на дизель (дизельный двигатель). Принцип работы и сколько стоит оборудование

Содержание

гибриды, дизель и метан — Авторевю

На проходящем в Вене ежегодном моторном симпозиуме концерн Volkswagen представил свои новейшие разработки, которые скоро пойдут в серию. Наибольший интерес, конечно же, представляет турбодизель 2.0 TDI. Это новая модификация двигателя ЕА288 образца 2013 года, которая по образцу бензиновых моторов обзавелась приставкой Evo. У агрегата оптимизирован рабочий процесс, снижены вес, фрикционные и термические потери. Изменены размеры сажевого фильтра и селективного катализатора, а в результате вредные выбросы с запасом укладываются в действующие экологические нормы. Кроме того, на 9% выросла отдача — правда, точных показателей концерн пока не сообщает.

Обновленный дизель будет использован и в составе гибридных установок: речь идет о «мягком гибриде», который включает 12-вольтовый стартер-генератор и литий-ионную батарею. Это первый для компании опыт скрещивания дизельного двигателя с вспомогательным электромотором, а заявленная суммарная мощность системы — от 136 до 204 л.

с. Первыми такую силовую установку примерят автомобили Audi с продольным расположением двигателя, а после запланировано ее внедрение на всех моделях концерна, построенных на «поперечной» платформе MQB.

Но для следующего поколения модели Volkswagen Golf заготовлена другая новинка: 48-вольтовый стартер-генератор, работающий в паре с бензиновыми двигателями. Впоследствии эта технология станет доступной и для других моделей.

Наконец, третий венский экспонат концерна — метановый двигатель 1.5 TGI Evo (на фото). Это версия бензинового мотора EA211 Evo с торговым названием 1.5 TSI, впервые показанного здесь же, в Вене, два года назад. Двигатель с непосредственным впрыском и турбокомпрессором с изменяемой геометрией направляющего аппарата работает по циклу Миллера и в газовой версии выдает те же 130 л.с. и 200 Нм, что и бензиновый собрат в начальной версии. Утверждается, что Volkswagen Golf нынешнего поколения с таким мотором по расходу уложится в 3,5 кг метана на 100 км, а одной заправки газом хватит на 490 км (по циклу NEDC), не считая 190 км пробега на бензине.

По расчетам компании, новые силовые установки позволят ей уложиться в средний по линейке выброс углекислого газа 95 г/км, который станет обязательным по новым европейским нормам 2020 года.

Дизельный двигатель на газу — Dexpens

Как бензиновый, так и дизельный двигатель могут быть переоборудованы для работы с ГБО (и метан, и пропан-бутан). Грузовая или легковая машина — разницы нет. Однако при этом серьезным изменениям подвергается штатная система питания дизеля. Об этом и пойдет речь.Работа двигателя начинается с зажигания. Однако газ не воспламенятся от сжатия, поскольку температура его самовозгорания намного выше (около 700 градусов против 320-380 градусов у дизтоплива). Соответственно, использование только одного типа топлива даже теоретически невозможно, ввиду недостаточной температуры сжатого воздуха в цилиндрах. Есть два выхода, чтобы приспособить дизельный двигатель к работе на газе.

 

 

1. Газовый двигательЭтот способ более прост, но и более радикален. Производятся существенные изменения мотора: демонтируется топливная аппаратура, вместо которой устанавливается система зажигания. Вместо форсунок устанавливаются свечи зажигания. Производится монтаж ГБО, и при помощи дозатора газ подается во впускной коллектор. Степень сжатия, необходимая для дизтоплива, слишком высока для метана (его октановое число — 120). Если эксплуатировать двигатель только с этими изменениями, то детонация сделает свое дело и гибель мотора будет мучительной, хотя и недолгой. Для нормальной работы двигателя необходимо уменьшить степень сжатия до 12-14. Это достигается выборкой «лишнего» металла в камерах сгорания головки блока или на днищах поршней. Однако этого может оказаться недостаточно, и тогда под ГБЦ устанавливаются прокладки необходимой толщины. Изменения существенны, и на выходе получается не дизель, а так называемый «газовый» двигатель. По характеристикам он будет практически идентичен «поджатому» под газ (до такой же степени сжатия 12-14) бензиновому мотору, и существенным улучшением можно признать повышение ресурса двигателя, экологичность и экономичность.

Такое исполнение позволяет использовать только один вид топлива. В Европе этот способ практикуется довольно давно.

 

 

 

 

2. ГазодизельБолее простым вариантом является приспособление обычного дизеля для работы на смеси солярки и метана. Речь идет о той же проблеме — как поджечь метан. При изменении в сторону газодизельного двигателя это достигается следующим образом: в конце такта сжатия в цилиндры подается некоторое количество солярки, которая и поджигает газо-воздушную смесь, поступившую на такте впуска. Запальная порция для всех автомобильных двигателей (так называемых, быстроходных дизелей) составит 15-30 процентов, в зависимости от типа двигателя, его состояния, от самого ГБО.

Существенный плюс такого двигателя — возможность использовать как газ в качестве основного топлива, так и работать на одной солярке. Если газ закончился, движение продолжается, переход на дизтопливо можно заметить только по изменившемуся звуку работы двигателя (который начинает работать громче).

К слову об экологическом значении такой модификации: при работе в режиме «80 процентов газа и 20 процентов солярки» полностью исчезает характерный «дизельный» черный дым. В выхлопе увеличивается содержание углеводородов — СН, но за счет несгоревшего метана. Главный яд, идущий на выхлоп в обычном дизеле, — 3,4-бензпирен (сильнейший канцероген) практически отсутствует. Так же, как и у всех газифицированных двигателей, возрастают ресурс (из-за уменьшения отложений на деталях цилиндро-поршневой группы) и срок службы масла. 

Любой дизельный мотор может быть модифицирован таким образом. Помимо собственно установки ГБО, производится доводка топливной системы — установка насоса высокого давления для подачи небольших (запальных) порций дизтоплива.

 

 

 

 

Из истории вопроса.Грузовики с газодизельными двигателями когда-то производились в СССР серийно. Так, с 1987 г. Камский автозавод выпускал модели «53208», «53217», «53218» и «53219» с атмосферными двигателями КамАЗ-7409.

10. Параллельно велись работы по доводке турбодизеля КамАЗ-7403 для работы на бинарном топливе. Но грянули перестройка и распад СССР, и работы в этом направлении были прекращены.

 

 

 

 

В настоящее время тенденция цен на дизтопливо, метан и пропан-бутан такова, что выгоду установки ГБО сложно отрицать. Конечно, в первую очередь это интересно для владельцев автомобилей с большим суточным пробегом: у них ГБО окупится быстрее. Однако перспектива дальнейшего удорожания солярки и бензина приводит и владельцев легковых автомобилей к мысли о переходе на газ. Учитывая рост сети АГЗС, аргументов «против» становится все меньше. А наличие опытных специалистов, работающих на установке ГБО не один год, и предоставляющих гарантию на установленное оборудование, дает уверенность в надежности.

 

 

Газодизель — ООО «Ижевский МАЗ

Еще один вариант существенно оптимизировать свои расходы при эксплуатации грузового транспорта – это сделать Ваш дизельный двигатель двухтопливным, т. е. газодизельным.

Подобная доработка позволяет сократить расходы на топливе до 25-30% и оставляет возможность работы на традиционном дизеле в случае отсутствия газа.

Суть переоборудования заключается в том, что на стандартный дизельный двигатель устанавливается дополнительное оборудование, позволяющее работать на метане. При этом впрыск дизельного топлива происходит в существенно меньшем количестве и используется для воспламенения впрыскиваемого газа. Это связано с тем, что метан имеет более высокую температуру вспышки и самовоспламенения не происходит. Если в 100% газовом двигателе процесс горения запускается с помощью искры свечи зажигания, то здесь ее роль отведена запальной дозе дизельного топлива.

Важнейший показатель газодизельного двигателя является степень замещения при работе в двухтопливном режиме.  Именно от него зависит сколько экономия финансовых средств.

Величина данного показателя при использовании метана может колебаться от 50% до 85%. Все зависит модели двигателя, типа его топливной системы, самой газодизельной системы, условий эксплуатации.    

Из-за специфики смесеобразования в газодизельном двигателе его кпд выше исходного на 3-5%. При этом расход метана несколько ниже чем при 100 % замещении.

 

 

Переоборудование для работы в газодизельном режиме не требует серьезного вмешательства в конструкцию двигателя и заключается, в основном, в установке дополнительного оборудования для впрыска газа и его настройка.

 

Центром устанавливаемой системы является электронный блок управления, который получает данные от датчиков и на их основе регулирует подачу газа и дизельного топлива в цилиндры ДВС. Количество датчиков, с которых поступает информация в ЭБУ, во многом зависит от топливной системы самого двигателя и типа ее реализации.

 

Баллоны для хранения газа используются те же, что и при 100 % переоборудовании на метан.

Установка гбо на дизельный двигатель


Всеобщий процесс перевода двигателей автомобилей на пропано-бутановую смесь, с целью экономии на цене топлива и улучшения экологического положения, охвативший все страны, не обошел и владельцев автомобилей с дизельными двигателями. Темой нашей сегодняшней статьи станет установка ГБО на дизель, мы попробуем рассказать какие подводные камни ждут владельцев дизельных двигателей, которые решились перевести свой автомобиль на газ.

Как работает ГБО?

Дизтопливо горит при давлении, а газ нет. Процесс будет происходить следующим образом:

  1. Уменьшается подача дизеля, который отвечает за поджигание.
  2. Происходит процесс впрыскивания газа.

Газовые форсунки будут работать одновременно с дизельными. Их соотношение зависит от оборота мотора. Чаще всего это 50 на 50 для пропана. Если метан – газовая доля увеличивается до 70 процентов и выше. Если вы двигаетесь по трассе, показатели использования газа будут самыми высокими.

Газ для дизельного двигателя

Итак, активное развитие систем газового впрыска привело к появлению пятого поколения ГБО. Такая схема позволяет реализовать жидкий фазированный распределенный впрыск. Решение подходит для установки на любые инжекторные авто, легко интегрируется и совместимо с системами бортовой диагностики OBD и EOBD.

В случае с дизелем за основу также берется данная схема, позволяя современному турбодизелю работать на сжиженном газе. В результате такой мотор часто называют газодизелем благодаря установленному ГБО

При этом важно понимать, что сам процесс установки и настройки сильно отличается от аналогичной процедуры на бензиновых моторах. Другими словами, поставить ГБО на дизель является более сложной задачей, которая требует значительных доработок

Принцип работы дизеля на газу: особенности

Главным отличием дизельного ДВС от бензинового является принцип воспламенения топлива в цилиндрах. В бензиновых агрегатах для поджига смеси воздуха и топлива используется искра, которая создается на свечах зажигания.

В дизеле сначала сильно сжимается воздух, который нагревается от такого сжатия. После этого в последний момент форсунка впрыскивает солярку в камеру сгорания, затем нагретая и сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно.

Теперь перейдем к ГБО. В качестве газового топлива используется метан или пропан. Однако если подать в цилиндры газ вместо дизтоплива, воспламенения не произойдет. Дело в том, что для самостоятельного поджига газо-воздушной смеси нужны более высокие температуры по сравнению с соляркой.

С учетом данной особенности в дизель необходимо сначала впрыскивать небольшое количество солярки, а уже затем подавать газ. Если просто, солярка воспламеняется от сжатия, затем поджигая газовое топливо.

Естественно, при такой схеме работы возможно только частичное замещение дизтоплива газом, однако в процентном соотношении можно говорить о показателях около 25-30% солярки на 70-75% сжиженного газа. Вполне очевидно, что данное решение способно обеспечить существенную экономию дорогостоящего дизельного топлива.

Добавим, что хотя обязательный подвпрыск солярки не позволяет полностью перейти на газ, однако такая особенность дает возможность сохранить работоспособность дизельных форсунок

На практике это немаловажно, особенно с учетом высокой стоимости любых элементов топливной аппаратуры дизельного двигателя

Еще отметим, что альтернативой описанному выше решению является полный перевод дизеля на газ. При этом необходимо полностью демонтировать топливную систему дизельного двигателя, поставить внешнюю систему зажигания, доработать ГБЦ и т.д. В результате дизель сможет работать на метане, однако сложность таких доработок и высокая стоимость работ не позволяют этому способу набрать широкую популярность.

Если говорить о первой схеме, система частичного впрыска газа учитывает частоту вращения двигателя, давление нагнетаемого турбокомпрессором воздуха, объем впрыскиваемой солярки, положение педали газа, нагрузку на мотор, температуру ОЖ и целый ряд других важных параметров.

Если просто, благодаря тесному взаимодействию со штатными системами управления ДВС, газовое оборудование «подбирает» и динамично корректирует нужное количество подаваемого газа. Это позволяет найти и сохранить оптимальный баланс между количеством дизтоплива и газа для нормальной и стабильной работы мотора во всех режимах.

Двухтопливный метан-дизельный двигатель: всесторонний обзор

‘) var head = document. getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove («расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document. querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption. classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form. querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма. представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox. смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window. buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Параметрическое исследование протекания/стадий двухтопливного сгорания дизель/метан в оптическом двигателе большой мощности

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.187Получить права и контент

Основные моменты

Мощный оптический двигатель с воспламенением от сжатия, работающий в двухтопливном режиме.

Анализ второй производной, новый метод определения стадий двухтопливного сгорания.

Увеличение пилотного коэффициента или коэффициента эквивалентности метана увеличивает локально богатые топливом зоны.

Перекрытие всех трех ступеней сгорания в условиях высокой нагрузки (богатой смеси).

Переход кривой ЧСС от многопиковой (М-образной) к квазиоднопиковой (колоколообразной).

Abstract

Одноцилиндровый сверхмощный оптический двигатель используется для характеристики двухтопливного (DF) сгорания. В экспериментах метан применяется в качестве основного топлива, в то время как пилотный дизель с прямым впрыском воспламеняет предварительно смешанную метано-воздушную смесь вблизи верхней мертвой точки (ВМТ). В настоящем исследовании сжигание дизель-метанового ДТ анализируется в зависимости от (1) коэффициента метанового эквивалента, (2) начальной температуры заряда и (3) количества пилотного дизельного топлива.Эксперименты проводятся при 1400 об/мин и нагрузке 9–10 бар IMEP, а сгорание дизельного топлива визуализируется в двигателе через оптический доступ, разработанный Боудичем. Между тем, высокоскоростная камера записывает цветные изображения естественной яркости (NL) с временным разрешением события горения. Результаты исследования показывают, что сгорание ДТ, основанное на данных по кажущейся скорости тепловыделения (HRR), состоит из трех перекрывающихся стадий сгорания, где уровень перекрытия зависит от долей смеси как пилотного дизельного топлива, так и метана в заряде цилиндров. Этапы идентифицируются путем анализа второй производной данных HRR. Исследование показало, что на первом этапе большая часть дежурного дизеля сгорает в режиме предварительного смешения, а время задержки воспламенения (ВЗВ) напрямую влияет на долю сгоревшего заряда в смеси дежурного дизеля и уносимой предварительно перемешанной метановоздушной смеси. Кроме того, горение первой ступени визуализируется как начальные очаги пламени, возникающие из форсунок пилотного дизеля. Установлено, что IDT особенно чувствителен к коэффициенту метанового эквивалента и начальной температуре загрузки.Кроме того, концентрация метана и количество пилотного дизельного топлива в заряде заметно влияют на тенденции продолжительности горения. (0) Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

(PDF) Двухтопливный метан-дизельный двигатель: всесторонний обзор

8

16.Мохамед С., Омари А.С., Абдулла А.А., Влияние впрыска пара в двухтопливный двигатель

на производительность, уровень шума и выбросы выхлопных газов. Технические документы SAE. 10.4271/2009-01-

1831, (2009).

17. Раславичюс Л., Кершис А., Моцкус С., Кершене Н., Старявичюс М., Сжиженный нефтяной газ

(LPG) как среднесрочный вариант при переходе на устойчивые виды топлива и транспорт, Re-

обзоров новой и устойчивой энергетики, том 32 (2014 г.).

18. Тира Х.С., Эррерос Дж.М., Цолакис А., Вышинский М.Л., Характеристики двухдизельного двигателя

, работающего на рапсовом метиловом эфире и газожидкостном дизельном топливе, Энергетика,

Том 47, Выпуск 1 , (2012).

19. Огума, Мицухару Г., Сугияма С., Кадзивара К., Масатака и Мори, Макихико и Конно,

Мицуру и Яно, Томохиса. Характеристики распыления дизельного двигателя с непосредственным впрыском газа.

10.4271/2003-01-0764, (2003).

20. Р. Васу, Э. Рамакришнан, А. Рамеш, Б. Нагалингам, К.В. Gopalakrisnan, Измерение и контроль выбросов твердых частиц в четырехтактном однодизельном двигателе, работающем на сжиженном нефтяном газе.

Материалы XV Национальной конференции I.C. Двигатель и сгорание (1997).

21. Бадр О., Г.А. Карим, Б. Лю, Исследование пределов распространения пламени в двухтопливном двигателе,

, Applied Thermal Engineering 19(10):1071-1080, (1999).

22.LeermakersC.A.J., Berge B.V.D., Luijten CCM, de GoeyL.P.H., Jaasma S., Прямой впрыск дизель-бутановых смесей в двигатель большой мощности, SAE 2011-01-2400 (2011).

23. Карим Г.А., Сгорание при сжатии газа: двигатели с воспламенением двухтопливного типа.

J Eng Газовые турбины Power, (2003).

24. Papagiannakis RG, RakopoulosC.D., Hountalas DT, Rakopoulos DC, Характеристики выбросов

Характеристики высокоскоростного двухтопливного двигателя с воспламенением от сжатия, работающего в широком диапазоне

пропорций природного газа/дизельного топлива,( 2010).

25. Ганесан С., Рамеш А., Исследование использования водно-дизельной эмульсии в дизельном двухтопливном двигателе LPG-

, (2001).

26. Абу-Джрай А., Цолакис А., Тейнной К., Крэкнелл Р., Мегаритис А., Вышински М.Л. Влияние

дизельного топлива, преобразующего газ в жидкое, на характеристики сгорания, выбросы двигателя и выхлоп

риформинг газового топлива. Сравнительное исследование «Энергия и топливо» (2006 г.).

27. Свами Натан С., Нагараджан Г., Инновационное применение изомеризации сжиженного нефтяного газа с помощью катализатора

Al2O3/Pt для дизельного двигателя, работающего на двух видах топлива, SAE, (2003).

28. Нагараджан Г., Свами Натан С., Новый подход к изомеризованному сжиженному нефтяному газу и дизельному двойному топливу

Двигатели с двумя различными катализаторами изомеризации Кислотный AL2O3 против AL2O3/Pt, экспериментальное исследование, SAE, (2002) ).

29. Тивари Д.Р., Синха П.Г., Исследование производительности и выбросов двухтопливного дизельного двигателя, работающего на сжиженном нефтяном газе, Int.

Дж.англ. Доп. Технол. (ИДЖИТ), (2014).

30. Виджаябалан П., Нагараджан Г., Производительность, выбросы и сгорание газового дизельного двигателя Du-

al Fuel с использованием свечи накаливания, (2009).

31. Шах А., Типсе С.С., Тьяги А., Райрикар С.Д., Кавтекар К.П., Марате Н.В., Мандлои П.,

Обзор литературы и моделирование двухтопливных дизельных двигателей, работающих на сжатом природном газе, SAE, (2011).

32. Мурти К., Мадвеш Н., Шриниваса РаоБ.Р., Исследования параметров сгорания

двухтопливного дизельного двигателя с водородом и сжиженным нефтяным газом в качестве вторичного топлива (2012 г.).

33. Крукс Р.Дж., Нажа М.А.А., Кианнаджад Ф., Сравнение воспламенения и выбросов

Характеристики альтернативных дизельных топлив и эмульсий, I. мех. Э. Семинар, (1990).

34. Калгхатги Г., Качество самовоспламенения практических видов топлива и последствия для требований к топливу —

ов будущих двигателей SI и HCCI, Технический документ SAE, (2005).

35. Арапацакос К., Карканис А., Катирцоглу Г., Пантократорас И., Сжиженный нефтяной газ

(LPG) и природный газ (NG) в качестве топлива для дизельного двигателя – двухтопливный двигатель.Последние достижения

в области гидромеханики и тепломассообмена (2018 г.).

36. BorettiA., Модернизация дизельного двигателя большегрузного грузовика с инновационной силовой турбиной

, соединенной с коленчатым валом через бесступенчатую трансмиссию, для работы

с воспламенением от сжатия, работающего на двухтопливном дизельном топливе – сжиженном нефтяном газе. Технол, (2013)

37. Р.Г. Папагианнакис, Д.Т. Хоунталас, К.Д. Rakopoulos Теоретическое исследование влияния количества запального топлива

и времени его впрыска на характеристики и выбросы двухтопливного дизельного двигателя

.Преобразование энергии. Управ., 48 (2007), стр. 2951–2961.

38. Situmorang O., Sembiring R., Kawai R., Ambarita H… Производительность, скорость тепловыделения,

и стабильность горения в двухтопливном режиме в малом дизельном двигателе. Energy Science & En-

gineering, Kalghatgi G., Качество самовоспламенения практического топлива и последствия для топлива

Требования к будущим двигателям SI и HCCI», Технический документ SAE, (2019)

Произошла ошибка при настройке вашего пользователя Файл cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Влияние соотношения метана на характеристики сгорания MPDF (микропилотный двухтопливный двигатель) в одноцилиндровом двигателе большой мощности

Эксперимент с металлическим двигателем для изучения влияния соотношения топливной смеси

Давление в цилиндре и скорость тепловыделения (ROHR) по соотношению топливной смеси представлены на рис. 3. Давление в цилиндре и ROHR, которые показывают смешанную форму сгорания дизельного топлива и сгорания MPDF, определяются соотношением смеси дизельного топлива и метана. По мере увеличения соотношения смеси метана момент основного сгорания замедляется, а пиковое давление в цилиндре снижается. После продолжительности основного горения происходит сгорание остаточного газа в цилиндре, в результате чего ROHR сохраняется на низком уровне независимо от соотношения топливной смеси. Кроме того, он показывает, что значение давления в цилиндре для всех случаев эксперимента представляется почти одинаковым в конце сгорания.Это означает, что низкая теплотворная способность всех экспериментальных случаев постоянна. Двухтопливное сгорание представляет собой смесь дизельного топлива и MPDF. Следующие рисунки дают подробное объяснение формы сгорания дизельного топлива и сгорания MPDF. На рис. 4 показан показатель ROHR сгорания обычного дизельного топлива. Сгорание предварительно смешанной смеси происходит в начале сгорания, и ROHR резко увеличивается. После сжигания предварительного смешения большая часть сгорания дизельного топлива состояла из сгорания с регулируемой скоростью и позднего сгорания, а ROHR оставался ниже, чем при сгорании предварительного смешения.Как показано на рис. 3, впрыск большого количества дизельного топлива отражает форму сгорания дизельного топлива. С другой стороны, с уменьшением коэффициента впрыска дизельного топлива сжигание предварительно смешанного газа, которое резко увеличивало ROHR за счет сжигания дизельного топлива, уменьшалось. Сгорание с регулируемой скоростью также снижается. Однако ROHR позднего сгорания постепенно увеличивался, и в результате формы горения сближались в виде горения MPDF. В этом исследовании формы горения MPDF имеют тенденцию наряду с горением PREMIER, как показано на рис.5. По данным Ч. Аксу и соавт. 24 , формы сгорания MPDF можно разделить на «обычное», «PREMIER» и «детонационное» сгорание в зависимости от нагрузки двигателя. Воспламенение предварительно перемешанной смеси в области конечных газов, где происходит горение ПРЕМЬЕР, как отмечает Ю. Азимов с соавт. 25 , находится между обычным и детонационным сгоранием. Система сгорания PREMIER состоит из нескольких ступеней сгорания 26 . На первом этапе зажигалось предварительно впрыскиваемое дизельное топливо, что медленно увеличивало ROHR.Однако предварительно смешанный газ самовоспламенялся в области конечного газа на второй ступени, что привело к резкому увеличению ROHR. На третьем этапе ROHR постепенно снижался по мере медленного сжигания несгоревшего остаточного газа. Для более подробного анализа на рис. 6a,b показаны принципы сгорания дизельного топлива и сгорания MPDF соответственно. В случае дизельного сжигания дизельное топливо используется в качестве основного источника энергии. Поэтому на характеристики горения преимущественно влияет низкое самовоспламенение дизельного топлива.Впрыскиваемое дизельное топливо смешивается с воздухом и образует однородную смесь в камере сгорания во время задержки воспламенения, при этом происходит высокая интенсивность предварительного смешения. Это может быть источником детонационного горения. После периода сгорания предварительного смешения преимущественно проявляется диффузионное горение, поскольку высокая температура цилиндра уменьшает задержку воспламенения. Потому что основными источниками выбросов NOx и PM являются высокотемпературное сгорание и обогащенная смесь соответственно 27,28 .В этот период, в то время как область локального стехиометрического коэффициента эквивалентности производит выбросы NOx, выбросы ТЧ формируются из области локально богатой смеси. В отличие от дизельного сжигания, для сжигания MPDF используется большая часть предварительно смешанного газового топлива. Дизель используется только в качестве воспламенителя. От очага воспламенения происходит сгорание предварительно смешанной смеси, и поверхность пламени развивается по направлению к стенке цилиндра. При распространении пламени происходит самовоспламенение из локально высокотемпературной области, вызывающее детонационное горение.Поскольку при сжигании однородной смеси MPDF практически не образуются выбросы NOx и PM. Однако по той же причине низкая температура сгорания увеличивает количество неполного сгорания материалов, таких как CO, THC и т. д. Результаты энергетических балансов, показанные на рис. 7, подтверждают приведенное выше объяснение. Из-за высокой температуры сгорания при диффузионном сгорании результаты 100% дизельного режима показывают самые высокие потери охлаждающей жидкости, тепла и выхлопных газов, что приводит к самой низкой эффективности преобразования топлива.Чем больше соотношение предварительно смешанной газовой смеси, тем в большей степени наблюдаются уменьшенные разновидности потерь. В результате эффективность преобразования топлива в условиях MPDF является самой высокой. Как и результаты энергетических балансов, результаты выбросов в соответствии с соотношением топливной смеси также можно объяснить характеристиками сгорания дизеля и дизельного топлива. На рисунке 8 представлены нормализованные выбросы NOx, CO 2 и THC в зависимости от соотношения топливной смеси. Выбросы NOx экспоненциально снижаются с уменьшением соотношения компонентов дизельного топлива, и эта тенденция выбросов демонстрирует, что выбросы NOx в первую очередь связаны с температурой сгорания.В случае дизельного горения диффузионные поверхности пламени под локально стехиометрической областью топливно-воздушной смеси формируют высокую температуру, и в этой области образуются NOx 29 . По мере уменьшения соотношения компонентов дизельного топлива наблюдается снижение выбросов NOx за счет малой интенсивности диффузионного горения. В результате значительно снижаются выбросы NOx при сжигании MPDF. В отличие от тренда выбросов NOx, результаты выбросов CO 2 представляют собой линейную зависимость от соотношения дизельного топлива.В то время как выбросы NOx тесно связаны с температурой сгорания, выбросы CO 2 пропорциональны количеству углерода в топливе. В условиях одинаковой общей низкой теплотворной способности топлива дизельное топливо содержит больше углерода по сравнению с газообразным метаном, что объясняет линейное снижение выбросов CO 2 , коррелирующее с уменьшением коэффициента дизельного топлива. По мере уменьшения соотношения дизельного топлива выбросы ТГК экспоненциально снижаются, что указывает на противоположные тенденции с выбросами NOx.Вопреки принципу образования NOx, выбросы THC приписываются низкотемпературному сгоранию 27 . Чем выше соотношение дизельной смеси, тем ниже выбросы ТГК. Однако при увеличении соотношения предварительно смешанной газовой смеси пропуски зажигания возникают в области локально обедненной топливно-воздушной смеси из-за низкой температуры сгорания. В результате выбросы ТГК значительно увеличиваются. Скорость сгорания по отношению к соотношению топливной смеси хорошо объясняет тенденции выбросов NOx и ТГК.На основе ROHR рассчитывается время MFB для сравнения скорости сгорания по отношению к соотношению топливной смеси. На рисунке 9 представлены результаты MFB в отношении соотношения топливной смеси. В то время как кажущаяся разница скорости сгорания по отношению к соотношению топливной смеси показана в CA 00–70, синхронизация CA90 почти одинакова независимо от соотношения топливной смеси. MFB можно разделить на две зоны основного сжигания и сжигания остаточных газов. Продолжительность основного горения определяется как MFB CA 10 до CA 70.В этой области можно наблюдать заметные изменения скорости сгорания в зависимости от соотношения топливной смеси. До соотношения газовой смеси метана от 0 до 80% почти не было разницы в скорости сгорания по отношению к соотношению топливной смеси. Однако при соотношении метана в смеси 80% скорость горения резко снижалась. В результате, в то время как горение начиналось при нВМТ 2,5 градуса в условиях МДРП, в остальных условиях эксперимента основное горение практически заканчивалось.Этот результат подтверждает тенденции выбросов NOx и THC в зависимости от соотношения топливной смеси. Из-за самой низкой скорости сгорания, которая вызывает самую низкую температуру сгорания при сжигании MPDF, NOx почти не образуется. По той же причине сжигание MPDF значительно увеличило выбросы ТГК. После MFB CA70 происходит сжигание остаточного газа, и этот период показывает относительно медленную и одинаковую скорость сгорания во всех случаях. На рис. 9 самая высокая скорость горения представлена ​​при соотношении метана в смеси от 40 до 80%.Этот результат можно объяснить сочетанием сжигания дизельного топлива и сжигания предварительно смешанной смеси. За счет уменьшения соотношения компонентов дизельного топлива уменьшилась доля диффузионного горения, находящегося в середине продолжительности основного горения. Вместо этого поверхности пламени могут быстро распространяться из широкого диапазона пламени воспламенения. В результате интенсивность и скорость горения исходной предварительно смешанной смеси значительно увеличиваются. С другой стороны, меньшая скорость сгорания наблюдается при сгорании дизельного топлива и сгорании MPDF.При высоком соотношении компонентов дизельного топлива увеличение MFB CA50-70 можно объяснить диффузионным горением. И наоборот, поскольку период распространения пламени от точки воспламенения значительно увеличивается при меньшем количестве впрыска дизельного топлива, MFB CA00-30 сгорания MPDF является самым продолжительным. В период горения MFB CA30-50 высокая интенсивность предварительно перемешанного сгорание происходит как при сгорании дизельного топлива, так и при сгорании MPDF. В результате этот период не показал существенных различий во всех случаях.Продолжительность горения в зависимости от соотношения топливной смеси влияет не только на давление горения, но и на изменение горения. На рисунке 10 показаны пиковое давление в цилиндре и стандартное отклонение пикового давления в цилиндре в зависимости от соотношения топливной смеси. На этом рисунке показана обратно пропорциональная зависимость между пиковым давлением в цилиндре и продолжительностью сгорания. Напротив, результаты изменения сгорания в зависимости от продолжительности сгорания указывают на противоположную тенденцию с пиковым давлением в цилиндре.В то время как нестабильная и высокая скорость сгорания, вызванная детонационным сгоранием, увеличивает вибрацию сгорания, результаты этого исследования показывают, что вариацию сгорания можно уменьшить за счет высокой скорости сгорания двух видов топлива. Напротив, увеличение соотношения газовой смеси дизельного топлива и метана приводит к большим колебаниям сгорания. В частности, показана значительно большая вариация горения в условиях MPDF. Для того чтобы проанализировать влияние сжигания предварительно смешанной смеси на вариации горения, сравнивается взаимосвязь между периодом горения и вариациями горения.На рисунке 11 показана взаимосвязь между периодом MFB CA00-30 и стандартным отклонением пикового давления в цилиндре в зависимости от соотношения топливной смеси. На этом рисунке показано, что изменение горения тесно связано с начальным периодом горения предварительной смеси. Во время начального периода горения предварительной смеси MFB CA00-30 турбулентный поток неравномерно увеличивает скорость распространения пламени, что приводит к большим колебаниям горения. Согласно предыдущим исследованиям, непредсказуемые характеристики положения воспламенения и турбулентный поток приводят к увеличению вариации сгорания SI 30,31,32 . Подобно сгоранию SI, по мере уменьшения соотношения дизельной смеси не только турбулентный поток, но и изменение положения зажигания является важным фактором увеличения изменения сгорания. Таким образом, турбулентный поток и вариация положения зажигания являются основными факторами увеличения вариативности горения MPDF в период раннего горения. Для более детального анализа были проведены оптические эксперименты по горению при различных соотношениях топливной смеси с использованием оптического одноцилиндрового двигателя.

Рисунок 3

Давление в цилиндре и ROHR в зависимости от соотношения топливной смеси.

Рисунок 4

Фаза сгорания дизельного топлива 33 .

Рисунок 5

Фаза сгорания MPDF PREMIER 26 .

Рисунок 6

Сравнение механизма сгорания дизельного топлива (a) и (b) MPDF.

Рисунок 7

Энергетические балансы в зависимости от состава топливной смеси.

Рисунок 8

Выхлопные газы в зависимости от состава топливной смеси.

Рисунок 9

MFB в зависимости от состава топливной смеси.

Рис. 10

Пиковое давление в цилиндре и изменения сгорания в зависимости от соотношения топливной смеси.

Рисунок 11

Взаимосвязь между MFB CA00-30 и изменением горения.

Оптический эксперимент двигателя для определения влияния соотношения топливной смеси

На рисунке 12 показано влияние соотношения топливной смеси на давление в цилиндре и ROHR в зависимости от угла поворота коленчатого вала.Как было показано ранее в результатах для металлических двигателей на рис. 3, меньшее соотношение дизельного топлива снижает пиковое значение ROHR, что вызвано сгоранием дизельного топлива с предварительно смешанной смесью. В результате снижается пиковое давление в баллоне, пропорциональное пиковому ROHR. ROHR, который представляет форму сгорания в оптическом двигателе, отличается от металлического двигателя. Поскольку эксперимент с оптическим двигателем проводился в условиях относительно низкой нагрузки двигателя, чем эксперимент с металлическим двигателем, форма сгорания, показанная на рис.12 — нормальное сгорание. При нормальных условиях горения отходящие газы не воспламеняются самовоспламенением, что не приводит к резкому увеличению ROHR. Несмотря на различия в условиях работы металлического и оптического двигателей, основное влияние на процесс горения MPDF по-прежнему оказывает турбулентный поток и изменение положения зажигания. На рисунке 13 показана взаимосвязь между изменением горения и продолжительностью MFB CA00-30 в оптическом двигателе. Как показано на рис. 11 и 13, тенденция результатов экспериментов с оптическим двигателем такая же, как и с металлическим двигателем.С увеличением соотношения газообразной смеси метана увеличиваются как вариации горения, так и продолжительность СА00-30, и эту тенденцию можно объяснить непредсказуемыми характеристиками положения зажигания и турбулентным течением при горении предварительно смешанной смеси. Как и результаты давления в цилиндре, изображения сгорания используются для анализа влияния турбулентного потока и положения зажигания на изменение сгорания. На рисунке 14 показано изменение поверхности пламени по углу поворота коленчатого вала при различном соотношении топливной смеси.Во время задержки воспламенения пламя горения не наблюдалось. Голубое пламя, вызванное сгоранием предварительно смешанной смеси, наблюдалось из центра камеры сгорания во всех экспериментальных случаях. В условиях горения MPDF голубое пламя распространяется из центра камеры сгорания с наименьшей скоростью. Это означает, что период, на который влияет турбулентный поток, который вызывает изменение горения при горении предварительно смешанной смеси, увеличивается с более высоким соотношением смеси предварительно смешанных газов.Напротив, экспериментальные результаты увеличения соотношения дизельного топлива показывают, что вместо синего пламени, которое приписывается сгоранию предварительно смешанного газа, шлейфы распыления дизеля показывают диффузионное сгорание с его красным пламенем. Даже при соотношении дизельной смеси 15% большая часть шлейфов пламени имеет красный цвет не только с высокой яркостью изображений сгорания, но и с высокой скоростью распространения пламени. Изображения сгорания в зависимости от соотношения топливной смеси хорошо объясняют тенденции изменения давления в цилиндре и ROHR, кроме того, они хорошо согласуются с результатами изменения скорости сгорания и изменения сгорания.В частности, изменение горения в зависимости от соотношения топливной смеси очевидно показано на изображениях горения. На изображении горения с самым высоким соотношением дизельной смеси видно, что диффузионное пламя уже выходит за пределы наблюдаемой области после 6 градусов СОЭ. Кроме того, положение зажигания меньше меняется из-за более высокой степени впрыска дизельного топлива. Напротив, изображения горения MPDF показывают как самую низкую скорость распространения пламени, так и самые высокие изменения положения воспламенения.Чтобы проанализировать влияние турбулентного потока и изменения положения зажигания на изменение горения в зависимости от соотношения топливной смеси, обработка изображений проводилась на 20 изображениях на угол поворота коленчатого вала. Путем обработки изображений с помощью программы MATLAB выделена граница поверхности пламени и рассчитаны центральные координаты поверхностей пламени. На рис. 15 показаны результаты обработки изображения. На этом рисунке поверхности пламени разделены зелеными граничными линиями посредством обработки изображения, а белая, красная и синяя точки обозначают центральные координаты камеры сгорания, каждой и всей поверхности пламени соответственно.Посредством обработки изображения рассчитывается средний радиус пламени и расстояние от центра между камерой сгорания и поверхностями пламени, а также можно проанализировать влияние турбулентного потока и изменение положения воспламенения в зависимости от соотношения топливной смеси. . На рис. 16 представлены изображения процесса распространения пламени в условиях горения МДФ. В начале сгорания каждое пламя распространялось от кончика факела дизельного топлива. После этого поверхности пламени объединялись и развивались.Изображение горения aSOE 14 градусов показывает, что поверхность пламени развивалась в одном направлении, и некоторые грани пламени уже находятся за пределами видимой области. Следует учитывать, что эти результаты вызывают ошибки при расчете скорости распространения пламени и центральных координат пламени. Однако, поскольку влияние этих погрешностей незначительно и не влияет на результаты экспериментов при раннем горении, то проблем с анализом изменения среднего радиуса пламени и центральных координат поверхностей пламени не возникает.Средний радиус пламени и изменение от цикла к циклу показаны на рис. 17a,b соответственно. Он показывает, что чем выше соотношение газовой смеси, тем медленнее средний радиус пламени достигает наблюдаемого предела, и увеличивается изменение от цикла к циклу. В частности, результаты условия MPDF показывают, что самый длинный период, в течение которого средний радиус пламени достигает наблюдаемого предела, является наибольшим изменением среднего радиуса пламени от цикла к циклу. Благодаря этому результату ясно установлено, что увеличение соотношения газовой смеси метана увеличивает вариацию горения из-за более сильного воздействия турбулентного потока на горение предварительно смешанной смеси.Как и в случае с турбулентным течением, влияние изменения положения воспламенения на изменение горения может быть подтверждено результатами центральных координат поверхностей пламени по отношению к соотношению топливной смеси. На рисунке 18 представлен центр поверхностей пламени при горении MPDF по отношению к углу поворота коленчатого вала, и одна точка соответствует одному циклу. В начале горения положение воспламенения широко рассредоточено, но точки центра поверхностей пламени сближены в центр камеры сгорания с развивающимися поверхностями пламени.Каждая линия представляет собой следы центральных координат поверхностей пламени, сходящиеся к направлению по часовой стрелке, которое является направлением турбулентного потока в камере сгорания. В дополнение к условию MPDF были рассчитаны центральные координаты поверхностей пламени для всех условий эксперимента, что показано на рис. 19. В условии MPDF наиболее широко распространены точки, означающие центральные координаты поверхностей пламени. , однако по мере увеличения соотношения дизельной смеси точки сходятся к центру камеры сгорания с направлением против часовой стрелки.На рис. 20 количественно представлены результаты рис. 19. На рис. 20a, b показаны среднее расстояние и отклонение между центром поверхностей пламени и центром камеры сгорания соответственно. Оба значения значительно снижаются при увеличении соотношения дизельного топлива. На этом рисунке показано, что увеличение соотношения дизельной смеси снижает вариацию сгорания за счет уменьшения вариации положения зажигания. С помощью оптического эксперимента можно объяснить, почему изменение горения при горении MPDF было увеличено по сравнению с другими условиями эксперимента.

Рисунок 12

Давление в цилиндре и ROHR в зависимости от соотношения топливной смеси в оптическом двигателе.

Рисунок 13

Взаимосвязь между MFB CA00-30 и вариациями сгорания в оптическом двигателе.

Рисунок 14

Картины горения в зависимости от соотношения топливной смеси.

Рисунок 15

Центральные координаты камеры сгорания, каждой поверхности пламени и всей поверхности пламени.

Рисунок 16

Процесс распространения пламени при горении MPDF.

Рисунок 17

(a) Радиус пламени и (b) изменение соотношения топливной смеси.

Рисунок 18

Изменение центральных координат поверхностей пламени при горении MPDF.

Рисунок 19

Изменение центральных координат поверхностей пламени в зависимости от соотношения топливной смеси.

Рисунок 20

(a) Расстояние между центром камеры сгорания и поверхностями пламени и (b) вариант.

Исследование двойного сжигания газодизельного топлива для повышения тепловой эффективности и снижения выбросов|Технический обзор YANMAR|Технологии|О компании YANMAR|YANMAR

Исследование двойного сжигания газодизельного топлива для повышения тепловой эффективности и снижения выбросов

Аннотация

Двойное сжигание бедной гомогенной газовой смеси, воспламеняемой впрыском микродизеля, может обеспечить низкий уровень выбросов и высокую тепловую эффективность. Исследование, описанное в этом отчете, было сосредоточено на влиянии состава газа на характеристики горения.Дизельный двигатель был испытан с использованием различных видов газового топлива, включая водород (H 2 ), монооксид углерода (CO), метан (CH 4 ) и их смеси, и были получены основные характеристики сгорания каждого газа. . В этом отчете рассматриваются оптимальные составы газов с точки зрения воспламеняемости и степени постоянного объема для различных условий работы двигателя, которые были получены на основе этих результатов.

1. Введение

Поскольку дизельные двигатели обладают высокими экономическими показателями, они широко используются в автомобильной и различной промышленной технике.Однако к ним предъявляются строгие требования по сокращению выбросов, таких как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM). При сгорании дизельного топлива, благодаря широкому диапазону распределения соотношения воздух-топливо в процессе сгорания, NOx (образующиеся в локализованных областях с высокой температурой) и ТЧ (образующиеся в областях с избытком топлива) образуются почти одновременно (1 ) . Несмотря на то, что были предприняты многочисленные усилия по сокращению выбросов за счет достижения однородного сгорания на обедненной смеси путем оптимизации процесса смесеобразования (2)(3) , все еще сложно применить это в широком диапазоне рабочих условий из-за трудностей воспламенения. контроль.Ранее автор изучал систему двигателя для риформинга топлива, которая преобразует дизельное топливо в газифицированное топливо, такое как водород, монооксид углерода или метан, и воспламеняет эту обедненную смесь с помощью микровпрыска дизельного топлива (4) . Газообразные топлива с низкой воспламеняемостью могут предотвратить раннее воспламенение в такте сжатия, а непосредственный впрыск дизельного топлива с высокой воспламеняемостью в ВМТ позволяет контролировать точное опережение зажигания во всем диапазоне работы двигателя.С другой стороны, необходимость сокращения выбросов двуокиси углерода (CO 2 ) в последнее время также привлекла внимание к технологиям газификации, которые преобразуют древесную биомассу, углеродно-нейтральное топливо, в легкий газ для подачи в двигатели внутреннего сгорания . (5) . В обоих случаях ключом к достижению высокой эффективности и низкого уровня выбросов является поиск наилучшего сочетания свойств газифицированного топлива в каждом рабочем режиме двигателя.

Исходя из этого, в данном отчете описывается экспериментальная оценка влияния состава предварительно смешанного газа на характеристики сгорания двухтопливных газодизельных двигателей. Далее описываются результаты рассмотрения оптимальных свойств газа при различных режимах работы двигателя.

2. Экспериментальное оборудование и метод

2.1. Испытательный двигатель

В таблице 1 показаны технические характеристики испытательного двигателя, а на рисунке 1 показана схема экспериментального устройства, использованного в этом исследовании.Двигатель представляет собой дизельный двигатель с непосредственным впрыском топлива и системой впрыска топлива Common-Rail (CRS), способный впрыскивать дизельное топливо в цилиндры при любом угле поворота коленчатого вала. Он также был модифицирован для подачи газового топлива перед впускным коллектором для образования обедненной гомогенной газовой смеси. Всасываемый воздух сжимается электрическим компрессором, а во впускной системе предусмотрен расширительный бачок, чтобы свести к минимуму колебания давления от компрессора. Давление газа во впускном коллекторе регулируется регулятором давления и впускным дросселем.

2.2. Как поставляется газовое топливо

В качестве газового топлива для экспериментальных испытаний использовались водород, окись углерода и метан. Газы подавались из баллонов под давлением через первичный регулятор с давлением примерно 0,6 МПа, через клапаны управления потоком, приводимые в действие для достижения желаемого состава газа, и вводились в бак для смешения газов для образования однородной смеси. Затем газовая смесь отбиралась из бака через вторичный регулятор при давлении 0,3 МПа и подавалась в двигатель с расходом, определяемым клапаном управления потоком, расположенным перед впускным коллектором.Состав газа в смесительном баке анализировали с помощью газового хроматографа каждый раз при замене тестового газа для определения фактического состава газа, подаваемого в двигатель.

Таблица 1 Технические характеристики двигателя Рис.1 Схема экспериментальной установки
2.3. Экспериментальный метод

В таблице 2 показаны условия эксперимента. Двигатель работал на постоянной скорости 1000 мин -1 при малых, средних и высоких нагрузках (со средним эффективным давлением тормоза (BMEP) 0.12 МПа, 0,48 МПа и 0,84 МПа соответственно).

Во-первых, чтобы определить условия работы двигателя, при которых двигатель мог работать непрерывно без избыточного давления в цилиндре или пропусков зажигания, двигатель работал с постоянной выходной мощностью при изменении количества подаваемого газового топлива и моментов начала впрыска дизельного топлива. Первоначально водород (H 2 ), окись углерода (CO) и метан (CH 4 ) были протестированы по отдельности, чтобы оценить влияние различных газовых составов на характеристики сгорания топлива на двух видах топлива.Далее были проведены испытания с использованием смесей окиси углерода и водорода, а также метана и водорода. Давление во всех цилиндрах контролировалось во время испытаний, а эксплуатационные пределы определялись путем выявления условий, при которых давление в цилиндрах превышало предел, происходило раннее воспламенение или наблюдалась значительная изменчивость сгорания (в случае пропусков зажигания). Давление на впуске, эквивалентное естественному всасыванию (N/A), было выбрано в качестве условия по умолчанию, а испытания с переменным давлением на впуске проводились только для испытаний с переменным коэффициентом избытка воздуха для предварительно смешанного газа.

Таблица 2. Условия эксперимента
2.4. Определение показателей эффективности сгорания

Следующие показатели были определены для оценки результатов эксперимента в этом отчете.

(1) ГФЭР

Энергетический коэффициент газового топлива () определяется как доля энергии, подаваемой в двигатель, на долю газового топлива. Значение получается из измеренного расхода газа и количества впрыскиваемого дизельного топлива с использованием уравнения (1). Здесь и представляют собой количество энергии, обеспечиваемое газовым топливом и дизельным топливом соответственно и полученное по уравнениям (2) и (3).

Здесь и – измеренные массовые расходы газового топлива и дизельного топлива соответственно, и – низшая теплота сгорания. В случае смешанного газового топлива значение получают путем распределения более низких значений теплоты сгорания каждого топлива пропорционально их соответствующим мольным долям, измеренным с помощью газовой хроматографии.

(2) Задержка зажигания

Задержка зажигания () используется в качестве индикатора характеристик зажигания и определяется как угол поворота коленчатого вала между началом сигнала впрыска и точкой, в которой скорость тепловыделения (RoHR) становится положительной.

(3) Продолжительность горения и коэффициент продолжительности горения

Продолжительность сгорания () используется для определения относительной скорости сгорания и определяется как угол поворота коленчатого вала между зажиганием и кумулятивным количеством RoHR, достигающим 90% от общего количества. Затем это используется для расчета отношения продолжительности сгорания () путем деления на продолжительность сгорания дизельного топлива при прочих равных условиях (), как показано в уравнении (4).

3. Результаты эксперимента

3.1. Эксплуатационные ограничения при использовании дизельного топлива и другого газа

Рис. 2 (a)-(c) показаны рабочие пределы, когда дизельное топливо используется с одним из водорода, монооксидом углерода или метаном.

Рис. 2 Пределы работы двигателя с H 2 , CO и CH 4 Двойное сгорание топлива

В случае дизельного топлива и водорода (рис. 2(а)) повышенное давление в цилиндре, возникающее в результате более высокого GFER при высокой нагрузке (BMEP = 0,84 МПа), вызывает сужение рабочего диапазона при увеличении момента впрыска.Также раннее воспламенение происходило при СКФВ выше 50%. Рабочий диапазон также становится более ограниченным по мере увеличения момента впрыска при работе со средней нагрузкой (BMEP = 0,48 МПа), но в этом случае двигатель может работать с более чем 90% GFER. При малой нагрузке (BMEP = 0,12 МПа) опережение момента впрыска не накладывает никаких ограничений, а рабочий диапазон при замедлении впрыска во многом такой же, как и при сгорании дизельного топлива.

В случае дизельного топлива и угарного газа (рис.2(b)) или метана (рис. 2(c)), более высокий GFER вызывает сужение рабочего диапазона при высокой нагрузке (BMEP = 0,84 МПа), как это наблюдается для водорода. Однако при обеспечении соответствующего момента зажигания двигатель может работать при GFER более 90% без раннего зажигания. При средней нагрузке (BMEP = 0,48 МПа) рабочий диапазон становится шире, когда момент впрыска увеличивается, а GFER высок. Это связано с более медленной скоростью сгорания по сравнению с обычным дизельным двигателем, что приводит к более низкому максимальному давлению в цилиндре при том же времени впрыска.При низкой нагрузке (BMEP = 0,12 МПа) происходит сужение рабочего диапазона для запаздывающих моментов впрыска, при этом двигатель становится более нестабильным при высоких GFER как для угарного газа, так и для метана.

На рис. 3 показано соотношение длительности сгорания () для различных соотношений энергии газового топлива (), при одинаковом моменте впрыска дизельного топлива (ВМТ). При высокой нагрузке (BMEP = 0,84 МПа) более высокий GFER приводит к RoCD 1,0 или меньше для всех газов, а это означает, что период сгорания сокращается по сравнению с периодом сгорания дизельного топлива.При высокой нагрузке с высоким GFER коэффициент избытка воздуха в предварительно смешанном газе ниже, что приводит к более высокой скорости сгорания. При средней нагрузке (BMEP = 0,48 МПа) при использовании водорода, как и при высокой нагрузке, RoCD падает при увеличении GFER. Однако RoCD увеличивается для других газов. При низкой нагрузке (BMEP = 0,12 МПа) RoCD увеличивается при высоких GFER для всех газов. Эти результаты можно объяснить замедлением скорости сгорания из-за увеличения коэффициента избытка воздуха при более низкой нагрузке.

Основываясь на результатах, можно сделать вывод, что основные проблемы двухтопливного газодизельного двигателя состоят в том, чтобы предотвратить раннее воспламенение при высокой нагрузке и сохранить более высокую степень постоянного объема против замедления скорости сгорания при высокой температуре воздуха. коэффициент превышения.

Рис.3 Влияние состава газов на период горения
3.2. Влияние коэффициента избытка воздуха на степень сгорания при постоянном объеме

На рис. 4 показана зависимость между RoCD и коэффициентом избытка воздуха для каждого предварительно смешанного газового топлива при работе на средней нагрузке (BMEP = 0,48 МПа). Независимо от состава газа RoCD уменьшается с уменьшением коэффициента избытка воздуха. Это указывает на то, что степень постоянного объема может быть улучшена за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха.Однако чрезмерное дросселирование впуска для уменьшения коэффициента избытка воздуха приводит к увеличению насосных потерь. Для повышения теплового КПД за счет оптимизации коэффициента избытка воздуха требуется баланс между улучшением степени сгорания при постоянном объеме и более высокими насосными потерями.

Рис.4 Влияние коэффициента избытка воздуха на период горения
3.3. Влияние водорода на степень сгорания при постоянном объеме

Исследовать изменения характеристик горения в результате добавления водорода к двум другим (сравнительно медленно воспламеняющимся) газам, при этом водород легче всего воспламеняется и быстрее всего сгорает из трех.На рис. 5 и 6 представлены графики энергоемкости газового топлива () и продолжительности горения () для ряда смесей (содержащих различное соотношение водорода) оксида углерода и водорода и метана и водорода соответственно.

При высокой нагрузке (BMEP = 0,84 МПа) добавление водорода к монооксиду углерода (рис. 5) увеличивает скорость сгорания, так что при процентном содержании водорода 50% и более значительно снижает максимальную GFER, при которой двигатель способен работать из-за ограничения давления в баллоне.Точно так же при средней нагрузке (BMEP = 0,48 МПа) RoCD показывает заметное падение по мере увеличения процентного содержания водорода при высоком GFER. RoCD также падает с увеличением процентного содержания водорода при добавлении водорода к метану (рис. 6). Однако для всех нагрузок изменение RoCD было меньше, чем при добавлении водорода к монооксиду углерода. Это указывает на то, что не существует простой зависимости между количеством водорода и улучшением степени постоянного объема. Скорее это указывает на то, что эффект также зависит от того, с каким газом смешивается водород.

Рис.5 Влияние H 2 на сжигание CO газодизельного топлива Рис.6 Влияние H 2 на CH 4 газодизельное сгорание
3.4. Оценка эффективности управления зажиганием

На рис. 7 показан график задержки воспламенения () при различных моментах впрыска топлива и компонентах газа. На графике видно, что угол опережения зажигания остается в основном в фиксированном диапазоне, причем случаи раннего зажигания возникают только при высокой нагрузке при использовании дизельного топлива со 100% газообразным водородом.Другими словами, это указывает на то, что риск раннего воспламенения низок, если только не используется газ с очень высокой долей водорода, и что управление воспламенением предварительно смешанного газа возможно с помощью микровпрыска дизельного топлива.

Рис.7 Задержка зажигания при всех условиях испытаний

4. Оптимальный состав газа с точки зрения мощности двигателя

На рис. 8 показаны факторы, влияющие на оптимальный состав газа по мощности (нагрузке) для двухтопливного газодизельного двигателя с различным составом газа.Горизонтальная ось графика представляет собой процентное содержание метана и водорода (или смешанного газа водорода и монооксида углерода) в газовом топливе, а вертикальная ось представляет собой среднее эффективное давление тормоза (BMEP).

При высоких нагрузках, когда коэффициент избытка воздуха () предварительно смешанного газа низкий, а температура в цилиндре высокая, желательно максимально уменьшить количество водорода в подаваемом газе, чтобы свести к минимуму риск чрезмерное давление в цилиндре или раннее зажигание.Кроме того, в качестве основного газа желательно использовать метан, поскольку скорость горения и воспламеняемость относительно ниже даже при смешивании с водородом. При частичных нагрузках для предотвращения пропусков зажигания и поддержания высокой степени постоянного объема желательно использовать водород или газ с высоким процентным содержанием окиси углерода, который можно смешивать с водородом для увеличения скорости сгорания. Кроме того, для достижения оптимального коэффициента избытка воздуха в каждом рабочем режиме можно использовать наддув при высоких нагрузках и дросселирование впуска при средних и низких нагрузках.

Рис.8 Требуемый состав газа при рабочих условиях двигателя

5. Выводы

Частично из-за быстро развивающегося перехода к электрификации на автомобильном рынке многие OEM-производители легковых автомобилей объявили об уходе с европейского рынка автомобилей с дизельными двигателями. Прогнозируется, что в будущем эта тенденция распространится и на внедорожные двигатели. Несмотря на это, дизельные двигатели с их «всеядной» способностью использовать различные виды топлива также могут служить полезным инструментом для сокращения выбросов CO 2 за счет использования энергии, которая в противном случае могла бы остаться неиспользованной.Таким образом, считается, что за счет улучшения характеристик выбросов и устранения их основных недостатков эти двигатели могут продолжать вносить свой вклад в будущее развитие общества. Это исследование — только начало работы по достижению этой цели, и еще предстоит решить множество проблем, прежде чем технология сможет быть реализована на практике. В будущем YANMAR намерена продолжить более глубокое изучение технологий, чтобы внести свой вклад в улучшение общества посредством создаваемых знаний.

Каталожные номера

  • (1) Камимото, Т. и др.: Высокая температура сгорания для снижения содержания твердых частиц в дизельных двигателях, Технический документ SAE (1988), 880423
  • (2) Наоя Исикава, «Исследование воспламенения от сжатия с предварительно смешанной смесью в многоцилиндровом дизельном двигателе», Труды Общества автомобильных инженеров Японии, Том 37, № 4, стр. 155-160 (2006)
  • (3) Мичио Накано, «Характеристики сгорания и управление воспламенением двигателей с воспламенением от сжатия с однородным зарядом», Труды Общества автомобильных инженеров Японии, Vol.2007. Т. 38. № 3. С. 37-42.
  • (4) Го Асаи, «Реформация дизельного топлива путем поршневого сжатия богатой смеси», Труды Общества автомобильных инженеров Японии, Том 49, № 1, стр. 24-29 (2018)
  • (5) Сатоши Хирата, «Газификация комбинированной теплоэнергетической системы из древесной биомассы», Журнал Общества инженеров по приборам и системам управления, том 45, № 10, 2006 г.

-ВАЖНО-

Оригинальный технический отчет написан на японском языке.

Этот документ был переведен отделом управления исследованиями и разработками.

грузовиков Volvo начнут полевые испытания метан-дизельных двигателей

В феврале Volvo Trucks приступит к полевым испытаниям метан-дизельных двигателей в коммерческой эксплуатации вместе с рядом клиентов из Швеции. Речь идет о двух 7-литровых моделях Volvo: Volvo FL и Volvo FE.

Решение основано на проверенных дизельных двигателях Volvo Евро-5. Когда двигатели переоборудуются для работы на газе, добавляются специальные баки для сжатого метана (CNG/CBG).Кроме того, добавляется отдельная топливная система с газовыми форсунками во впускном коллекторе. Грузовики переоборудованы для работы на метан-дизеле в сотрудничестве со Stadspartner с использованием технологии Hardstaff (ранее).

Небольшое количество дизельного топлива впрыскивается и воспламеняется при сжатии, что, в свою очередь, воспламеняет смесь метана с воздухом. Это устраняет необходимость в свече зажигания и позволяет Volvo в полной мере использовать эффективную дизельную технологию. В результате мощность и управляемость такие же, как у обычного дизельного грузовика.

Количество дизельного топлива, необходимого во время работы, варьируется, но Volvo Trucks стремится свести долю дизельного топлива к минимуму.

Первыми семью клиентами, участвующими в полевых испытаниях, являются Borås Energi & Miljö, Ragn-Sells Sollentuna, Schenker-TGM Göteborg, Slaka Potatis Linköping, Svebol Logistics/Lidl Tumba, Viebke Åkeri Helsingborg и XR Miljöhantering Skövde. Восьмой грузовик в программе полевых испытаний будет передан выбранному клиенту в ближайшие несколько дней.

По словам представителей Volvo, по мере того, как сеть биогазовых станций продолжает расширяться, рынок проявляет гораздо больший интерес к более совершенным автомобилям, работающим на газе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.