Способы улучшения топливной экономичности дизеля

Ниже рассмотрены и проанализированы различные пути и методы снижения удельного расхода топлива в транспортных дизелях.

13.2 Интенсификация процесса сгорания

Важнейшей характеристикой процесса сгорания, влияющей на его эффективность, является продолжительность сгорания, определяющая своевременность выделения теплоты по углу ПКВ. На общую продолжительность сгорания и уровень тепловых потерь существенное влияние оказывает интенсивность выгорания топлива в основном периоде. Роль основного периода сгорания состоит в формировании экономических и эффективных показателей цикла.

13.3 Камера сгорания, которая одновременно обеспечивает снижение расхода топлива и токсичных выбросов с ОГ дизеля. Эта цель достигнута за счет повышения локальной турбулизации заряда в зонах скопления топлива и использования катализатора на поверхностях турбулизаторов воздушного заряда в КС. Выбор катализатора производился с учетом каталитической активности и стойкости к окислению при высоких температурах.

13.4 Совершенствование топливной аппаратуры

Топливная экономичность дизелей во многом определяется конструкцией топливной аппаратуры (ТА) и использованием современных электронных систем управления (ЭСУ) топливоподачей.

13.5 Применение новых топливных систем аккумуляторного типа

Ведущие зарубежные дизелестроительные фирмы разрабатывают принци­пиально новые топливные системы аккумуляторного типа. Такие системы позволяют существенно облегчить компоновку двигателя за счет упрощения конструкции ТНВД и обеспечить гибкое управление всеми параметрами впрыска топлива. За рубежом аккумуляторная система называется Common Rail.

13.6 Разделенный впрыск топлива

Актуальной становится проблема многоцелевого совершенствования тракторных дизелей, однако решение ее сдерживается трудностями нахождения компромиссных решений. Ограничение р_г сопровождается ухудшением топливной экономичности; обеспечение высокой экономичности приводит к увеличению выбросов NO_X с ОГ; увеличение литровой мощности ограничивается ростом тепловой напряженности деталей и т.д. В этой связи следует вспомнить о разделенном впрыске, особенностью которого является переход от самовоспламенения к управляемому воспламенению основной порции топлива запальной дозой, подаваемой в цилиндр с опережением и предпламенной подготовкой.

13.7 Применение электроуправляемой гидроприводной насос - форсунки

Основные выводы:

• ЭГНФ позволяет получить более высокие средние давления впрыска, показал независимость их от частоты вращения и возможность управления формой характеристики впрыска;

• анализ рабочего процесса аккумуляторной топливной системы с ЭГНФ позволил установить количественные связи между конструктивными параметрами ЭГНФ и параметрами впрыска топлива;

• показано, что основной недостаток ЭГНФ предварительного дозирования, заключающийся в невысоких давлениях в начале впрыска, может быть устранен встроенным в ЭГНФ узлом задержки, выполненным в виде клапана с прецизионным пояском;

• аккумуляторная топливная система с ЭГНФ позволяет обеспечить высокие средние давления впрыска топлива (до 100 МПа и выше) при незначительном превышении максимальных давлений топлива в корпусе насос-форсунки над средними давлениями впрыска (на 40-45%);

• конструкция аккумуляторной топливной системы с трехклапанной ЭГНФ предварительного дозирования позволяет управлять формой характеристики впрыска, включая формирование двойного и ступенчатого впрыска топлива, и существенно сократить время наполнения.

13.8 Применение электронных систем управления топливоподачей

Технический уровень дизелей в значительной степени обусловлен параметрами и характеристиками топливной аппаратуры (ТА). Одним из элементов ТА является регулятор частоты вращения, который поддерживает требуемый скоростной режим, дозируя подачу топлива в цилиндры двигателя в зависимости от нагрузки. Совершенствование механических регуляторов достигло своих пределов, поэтому возникла необходимость создания электронных систем автоматического управления топливоподачей дизелей, которое явилось качественно новым этапом в развитии ДВС.

13.9 Повышение степени сжатия и максимального давления сгорания

Анализ параметров длинноходных судовых СОД показывает, что улучшение их топливной экономичности произошло в результате повышения степени сжатия е до 14,0-16,0 и максимального давления сгорания до 14,5-15,5 МПа (иногда до 18-20 МПа).

13.10 Повышение давления впрыска с целью сокращения продолжительности впрыска топлива

Анализ многочисленных исследований, выполненных дизелестроительными фирмами за последние годы, показывает, что одним из главных мероприятий повышения экономичности дизелей является сокращение продолжительности процесса сгорания топлива. Это подтверждает и анализ индикаторных диаграмм двигателей. Продолжительность сгорания существенно зависит от длительности процесса впрыска топлива, стремление к сокращению которой ведет к необходимости увеличения максимального давления впрыска.

Исследования показали, что уменьшение диаметра капель топлива с 21 до 13 мкм происходит при изменении давления впрыска от 30 до ПО МПа. Дальнейшее увеличение давления впрыска благотворно влияет на экономичность дизеля через сокращение продолжительности впрыска топлива.

13.11 Повышение аэродинамической эффективности каналов газообмена

Расширение использования турбонаддува на современных транспортных дизелях, повышение давления наддува, работы по созданию турбокомпаундных и адиабатных дизелей потребовали обратить особое внимание на профилирование впускных и выпускных каналов. Геометрическое профилирование поверхностей проточной части каналов газообмена ДВС с использованием ЭВМ позволило снизить потери на газообмен и повысить механический кпд и коэффициент наполнения цилиндра.

13.12 Увеличение отношения S/D в четырехтактных судовых СОД

С увеличением отношения до S/D 1,4-1,7 потери на трение уменьшаются, а механический КПД возрастает примерно на 1,5-3,0%; индикаторный КПД Т], также увеличивается. Даже умеренное увеличение отношения S/D до 1,4-1,5 в результате роста Рс и Тг приводит к снижению удельного расхода топлива ge на 7-12 г/кВтч.

13.13 Повышение механического КПД

Зарубежные и отечественные дизелестроительные фирмы стремятся увеличить механический КПД своих двигателей за счет:

• уменьшения числа поршневых колец на поршне;

• снижения частоты вращения коленчатого вала на номинальном режиме;

• уменьшения насосных потерь;

• улучшения свойств смазочных масел;

• доводки рабочих поверхностей поршней, колец и втулок цилиндров;

• оптимизации формы поршневых колец;

• применения молибденового покрытия рабочих поверхностей колец и др.

13.14 Использование топливных присадок

В дизельных топливах для предотвращения образования отложений на распылителях форсунок используют антинагарные присадки. Антинагарными свойствами обладают практически все присадки, улучшающие процессы воспламенения и горения топлива. Лучшие из них способны уменьшать нагарообразование при использовании в дизельном топливе на три порядка, что позволяет сберечь 1-3% топлива при увеличении КПД дизеля на 2-4%.