13. Основные сведения о перспективах развития судовых энергетических установок. Перспективные топлива. [5]

13.1 Повышение экономичности современного дизеля

Проблема улучшения топливной экономичности и экологических показателе дизелей может быть решена повышением давлений и объемной скорости впрыск топлива, сокращением продолжительности подачи топлива и процесса сгорания т.е. модернизацией топливных систем дизелей, обеспечивающих улучшение смесеобразования и сгорания на всех режимах работы как на дизельном топливе, так и на тяжелых сортах углеводородных топлив. Проблема решается за счет оптимизации формы камеры сгорания и впускных и выпускных каналов в головке блока цилиндров эффективного управления углом опережения впрыска топлива, настройки систем турбонаддува путем согласования характеристик дизеля и турбокомпрессора, регулирования теплового состояния двигателя, интенсификации процесса сгорания, снижения механических потерь, применения электронных систем управления дизелем использования добавок и присадок к дизельному топливу, применения биотоплив, перевода дизеля на газообразное топливо и др. Внедрение результатов научных исследований в производство транспортных дизелей позволило снизить удельный расход топлива на номинальном режиме работы. Это снижение в однокамерных дизелях отражено в табл. 3 (расход топлива в г/кВтч).

Таблица 3.

Тип дизеля	Годы
	1980	1985	1990	1995	2000
ВОД	258-204	232-188	231-182	225-177	220-175
ДПО	218-199	205-188	200-182	195-166	190-160
СОД	218-199	204-176	195-165	193-160	190-158

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.

Потери теплоты на диссоциацию продуктов сгорания в дизеле незначительны по сравнению с потерями теплоты в стенки камеры сгорания. Потери теплоты вследствие неполноты сгорания топлива зависят от концентрации окислителя в зоне горения, т.е. от состава топливовоздушной смеси.

Экспериментально установлено, что на продолжительность сгорания доминирующее влияние оказывают: частота вращения коленчатого вала дизеля n и коэффициент избытка воздуха альфа. Влияние других параметров (давление и температура воздуха на впуске, начало подачи топлива) оказалось не столь существенным.

Анализ индикаторных диаграмм позволил сделать следующие выводы:

• увеличение альфа способствует повышению коэффициента эффективности сгорания £.

• наибольшая интенсивность изменения £ наблюдается при более богатых топливовоздушных смесях (при повышенных нагрузках дизеля);

• с повышением n при неизменных значениях альфа коэффициент £ возрастает вследствие уменьшения времени на осуществление процесса сгорания и соответствующего снижения тепловых потерь в стенки камеры сгорания;

• потери тепла за процесс сгорания пропорциональны времени выгорания топлива;

• отмеченные закономерности качественно идентичны для всех исследованных дизелей.

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. Этим требованиям удовлетворяет катализатор MoSi, кроме того, молибден обладает легирующим воздействием на алюминий. Каталитическое воздействие обеспечивается слоем катализатора толщиной в один атом. Такой слой может быть нанесен способом корпускулярного легирования. Недостаток данного способа - сравнительно высокая стоимость установки.

В результате экспериментальных исследований сделаны выводы:

• локальная турбулизация заряда у стенок цилиндрической КС улучшает топливную экономичность дизеля ЧН 14/14 при работе по нагрузочной характеристике на 4,5-10 г/кВт-ч.;

• повышенная турбулизация рабочего заряда совместно с воздействием катализатора MoSi2, нанесенного на поверхности турбулизаторов, позволяет снизить выбросы СН с ОГ дизеля на 31-62%. Максимальное снижение выбросов NO, составило 31%;

• с целью дальнейшего повышения показателей дизеля необходимо согласование характеристик турбулентности воздушного заряда с параметрами топливоподачи.