CC BY
8ые разработки и исследования
lijitii
''"Сацл***
Стендовые испытания системы эжекционной подачи газообразного топлива в дизелях
Б.П. Загородских,
профессор Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (СГАУ), д.т.н., В.В. Володин,
доцент СГАУ им. Н.И. Вавилова, к.т.н., Е.В. Бебенин,
доцент СГАУ им. Н.И. Вавилова, к.т.н.
В настоящее время расходы на топливо достигают 50 % в себестоимости производства сельскохозяйственной продукции, поэтому совершенствование системы питания тракторных дизелей для работы на более дешевом топливе - природном газе - является одним из направлений повышения эффективности работы машинно-тракторного парка в сельском хозяйстве.
Ключевые слова: газодизель, система подачи газа в двигатель.
The results of bench tests of ejection supply of gaseous fuels in diesel engines
В.Р. Zagorodsky, V.V. Volodin, E.V. Bebenin
Currently fuel costs up to 50 % in prime cost of agricultural production, therefore improving the power system of tractor diesel engines to run on cheaper fuel (natural gas) is one of the ways to increase the efficiency of machinery-tractors in the agricultural economy.
Keywords: gas diesel, gas supply system to the engine.
Нарастающий дефицит добычи нефти делает переход на газомоторное топливо одной из актуальных проблем для сельского хозяйства России. Сейчас существуют два типа газообразного топлива: пропан-бутановые смеси и природный газ (метан). В развитых странах идут интенсивные разработки систем, которые позволяют двигателям на жидком топливе адаптироваться к потреблению газообразного топлива. Анализируя различные источники информации, ведущие эксперты в области двигате-лестроения делают вывод о том, что самой совершенной системой подачи газа является система с распределенным по цилиндрам дозированием газообразного топлива. Создание подобной системы, которая позволит качественно улучшить показатели двигателя, работающего на газообразном топливе, является
актуальной проблемой и технически достижимым результатом.
В Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова совместно с ООО «Дизельавтоматика» создана система распределенной подачи газообразного топлива на примере двигателя ЯМЗ-238НД5. Все оборудование, которое было использовано, - отечественного производства. Полученный технический результат - полная автоматизация работы системы и максимальная эффективность использования газообразного топлива. Для увеличения степени автоматизации в систему управления ввели устройство управления топливным насосом для работы на газодизельном и дизельном циклах.
Газодизельный цикл нашел широкое применение в связи с возможностью его использования на двигателях совместно с дизельным циклом, поэтому
автоматическое переключение, например, при нехватке газообразного топлива с цикла на цикл является актуальной задачей. Устройство управления топливным насосом крепится непосредственно на рейку топливного насоса высокого давления. С помощью этой рейки имеется возможность ограничить подачу дизельного топлива по сигналу из электронного блока управления для перевода режима работы на газодизельный цикл. Для эффективного использования газообразного топлива на впускной коллектор двигателя устанавливаются устройства эжекционной подачи газообразного топлива, которые по сигналу из электронного блока управления определяют количество подаваемого в цилиндры двигателя газообразного топлива, поступающего в устройства эжекционной подачи из газового коллектора. Для улучшения качества газовоздушной смеси используется эффект эжекции, который позволяет передавать энергию от одного газообразного потока другому в результате их турбулентного смешения и повышать энергию потока, что положительно сказывается на наполнении цилиндра рабочей смесью, а следовательно на мощности и экономичности двигателя.
Для обеспечения стабильности работы системы и сглаживания скачков давления газовый коллектор выполнен в виде пневмоаккумулятора. Система распределенной подачи топлива (рис. 1) размещается на двигателе 6, оснащенном стандартным топливным насосом высокого давления (ТНВД) 2, который имеет возможность подавать топливо в стандартные дизельные форсунки 5. Топливный насос высокого давления 2 оснащен стандартной топливной рейкой, которая позволяет изменять количество топлива, подаваемого в двигатель 6. На ТНВД 2 устанавливается диск с магнитной меткой, а напротив него датчик 1, контролирующий подачу газообразного топлива. В ТНВД 2 включено устройство 4 управления циклами. Рядом с топливной рейкой насоса расположен датчик 3 положения топливной рейки насоса высокого давления 2, имеющий возможность вести контроль за работой двигателя 6 по дизельному или газодизельному циклу. Двигатель 6 оснащен датчиком 9 частоты вращения коленчатого вала, расположенным на его корпусе. Для подачи газообразного топлива на двигатель смонтирована система, состоящая из устройств 17 эжекци-онной подачи газообразного топлива в
«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (26) апрель 2012 г.
11^ ffHi ОТПИТ I мтШ| Т1Г1Г т^п^ПТгТШИВВ!>1%-
<Щ
Научные разработки и исследов
1 2 } 4 5 6 7 X 9 10 и 12 13 N
15 К' .17
Рис. 1. Система распределенной подачи газообразного топлива в двигатель: желтый - подача газообразного топлива; сине-зеленый - электронные цепи управления; красный - подача дизельного топлива
двигатель, соединенных при помощи газовых рукавов 7 с газовым коллектором 8, с размещенными на нем датчиками температуры 11 и давления 12 газа.
Для поступления газа из газовых баллонов 14 в газовый коллектор 8 давление газа может корректироваться в газовом редукторе 10. Для возможности обслуживания система оборудована вентильной группой 13. Контроль за подачей газообразного топлива осуществляет электронный блок управления 16, который позволяет обрабатывать сигналы, получаемые с датчиков положения топливной рейки, частоты вращения коленчатого вала, температуры и давления газа, и формировать сигналы для устройств управления циклами и эжекци-онной подачи газообразного топлива в двигатель. Задачу подачи газообразного топлива система получает от педального электронного задатчика 15. На предлагаемую систему был получен патент на полезную модель № 105372 МПК Ш F02M21/02
«Система распределенного эжекционно-го впрыска газообразного топлива».
Данная система прошла испытания на нагрузочном стенде КИ-1751 Балашов-ского ремонтного завода, в ходе которых к электронному блоку управления был подключен переносной компьютер, записывающий параметры и команды данного блока при помощи соответствующей программы, разработанной ООО «Дизельав-томатика» и выводящей на экран монитора (рис. 2) требуемые характеристики работы двигателя и системы.
Так, из графика видно, что двигатель ЯМЗ-238НД3 запущен в работу по дизельному циклу. В течение 20 с он работал без нагрузки при частоте вращения коленчатого вала 800 мин-1, далее частоту увеличили до 2000 мин-1. После стабилизации параметров работы двигателя на стенде была дана нагрузка в виде момента сопротивления, равного 70 кН-м, о чем свидетельствует
незначительное снижение частоты вращения на протяжении 5 с. В таком режиме двигатель работал до 85 с, после чего его перевели на работу по газодизельному циклу. В этот момент частота вращения коленчатого вала двигателя упала до 1800 мин-1 и восстановилась в течение 10 с. Это произошло после того, как электронное регулирующее устройство перевело рейку топливного насоса в положение подачи топлива 20 % от номинального, а газовые форсунки начали постепенно увеличивать количество подаваемого компримирован-ного природного газа в цилиндры двигателя. После стабилизации системы двигатель работал с указанной нагрузкой в течение 30 с, за это время были замерены расходы газообразного и дизельного топлива при помощи измерительных устройств. Затем была дана команда понизить нагрузку. На 140-й секунде при уменьшении момента сопротивления до 50 кН-м двигатель начал увеличивать число оборотов и достиг 2050 мин-1 за 3 с. За это время система выдала команду газовым форсункам уменьшить количество подаваемого природного газа, вследствие чего частота вращения вернулась за 5 с в заданный диапазон, который колебался возле отметки в 2000 мин-1. После замеров расхода газообразного и дизельного топлива была дана команда на остановку двигателя.
Испытания данной системы были признаны успешными, так как система во время работы по газодизельному циклу позволяла двигателю работать без значительных отклонений по заданным параметрам, к которым относятся частота оборотов коленчатого вала двигателя и время реакции системы на изменение стендовых нагрузок.
