6.2.Влияние регулировочных, конструктивных и эксплуатационных параметров на экологию и экономичность дизеля

Если существующий двигатель не удовлетворяет Правилам IMO, то ему не выдается сертификат о предотвращении загрязнения двигателем воздуха. Такой двигатель должен пройти дополнительные стендовые ис­пытания для доводки экологических параметров. Они включают исследо­вания влияния конструктивных изменений или регулировочных парамет­ров на вредные выбросы.

З начительное влияние на выбросы NO_x оказывает угол задержки впрыска топлива. Поданным фирмы МАН-«Бурмейстер и Вайн» впрыск топлива при 8° п.к.в. после ВМТ приводит к снижению выбросов прибли­зительно на 25 - 30% на различных нагрузках (рис. 6.2). Но при этом по­вышается удельный расход топлива - на 8-10% и увеличивается дымность на 2-5%. Таким образом, этот метод снижения выбросов на стен­дах завода может использоваться, если двигатель имеет запас по эконо­мичности, т.е. если он перекрывается допуском на величину удельного расхода топлива, а во время эксплуатации только для судов, работающих в местных акваториях, с жесткими экологическими требованиями.

Рис. 6.2. - Влияние угла задержки впрыска топлива на выбросы NO_x и экономичность на различных нагрузках.

Для большой скорости впрыскивания топлива необходимо очень вы­сокое давление начала впрыскивания. Экспериментально установлено, что оптимальное значение n_е может быть получено при давлении 150 МПа. При росте давления с 50 до 150 МПа n_е повышается на 28%, уменьшается дымность ОГ в 4,75 раза, выброс СН в 1,6 раза и выброс NO_x в 8,1 раза.

Наиболее ощутимый эффект по снижению вредных выбросов без снижения экономичности двигателя и повышения температурной напря­женности дают изменения конструкции топливной аппаратуры. Так, фир­ма МАН - «Бурмейстер и Вайн» предлагает заменить существующие рас­пылители форсунок на распылители, дающие низкое содержание NO_x (low NO_x).

Распылители имеют такую конструкцию, которая обеспечивает низ­кий удельный расход топлива с равномерной и низкой температурой и напряженностью деталей камеры сгорания.

Сопловый наконечник low NOx отличается от стандартного количест­вом, диаметром и расположением сопловых отверстий. Так, двигатель S50MC со стандартным распылителем имел 4 отверстия, диаметром 1,15 мм, а распылитель low NO_x ^_ 6 отверстий, диаметром 0,95 мм и из­мененные углы их расположения. Выбор количества, проходных сечений отверстий и углов осуществлялся вначале расчетным методом по про­грамме оптимизации, а затем проводилась экспериментальная проверка на двигателе.

Относительно большой объем между распыливающими отверстиями и запорной иглой форсунки в стандартной конструкции имеет отрицатель­ное влияние на образование частиц сажи и СН.

Значительное влияние на токсичность выхлопных газов оказывает фа­за, продолжительность и форма впрыска. Оптимальный выбор этих пара­метров может осуществить аккумуляторная система впрыска топлива с электронным управлением.

У современных малооборотных двигателей оптимальная продолжи­тельность впрыска составляет 18-20 градусов поворота коленчатого вала и максимальное давление сгорания достигается во второй половине это­го периода. Для получения лучшего термического КПД и снижения токсичности выпускных газов топливо, впрыснутое после достижения максимального давления сгорания, должно подаваться и сгорать как можно быстрее.

В отличие от обычного насоса с кулачковым приводом, аккумуляторная система впрыска с электронным управлением может иметь регулиру­емый ход плунжера и подавать топливо под необходимым давлением и количеством, которое должно впрыскиваться при определенной нагрузке. Система может обеспечить как одиночный впрыск, так и двойной впрыск с варьированием впрыска по форме, фазам, продолжительности, давлению и т.п.

Рис. 6.3.- Влияние формы впрыска на эмиссию NO_x (а) и экономичность двигателя (б).

1 - при постоянном давлении впрыска; 2 - двойной впрыск; 3 - традиционная, с распределительным валом

Рис. 6.4.- Влияние рециркуляции

выпускного газа на эмиссию

NO_x малооборотных дизелей

Существенный эф­фект для снижения эмиссии NO_x может быть достигнут при ре­циркуляции части отра­ботанных газов из выпу­скной системы на всасы­вание центробежного компрессора. При этом уменьшается концент­рация кислорода в сме­си газов в цилиндре, возрастают теплоем­кость и газовая постоян­ная рабочего тела и, как следствие, уменьшается температура газов в ци­линдре при сгорании топлива. Оба фактора обусловливают умень­шение количества NO_x, образующихся в цилин­дре. Однако перепуск газов ведет к снижению коэффициента избытка воздуха при сгорании, поэтому такой способ применим, когда имеется достаточный запас по воздуху (например, на малых нагрузках). В дизелях, работающих на вы­сокосернистых топливах, этот способ неприемлем, так как в отработан­ных газах, перепускаемых на всасывание, содержится значительное ко­личество SO_x. При наличии значительного количества паров воды в наддувочном воздухе будет происходить интенсивное образование серной кислоты в воздушном тракте и цилиндрах при про­дувке.

Рециркуляция части от­работанных газов, хотя и яв­ляется эффективным средст­вом уменьшения образования NO_x (рис. 6.4), но очистка выпускного газа до того, как он смешива­ется с продувочным воздухом, сложна, а остаточные продукты процесса очистки: кислотные, грязевые и масляные образуют шлам, который труд­но удалить. Кроме того, следы серной кислоты в очищенном выпускном газе могут привести к коррозии компрессора на стороне всасывания ТК и в воздухоохладителе. Поэтому система рециркуляции выпускных газов в данный момент не считается готовой к практическому применению на больших двухтактных двигателях.

ВЫВОДЫ

Выводы по результатам курсового проекта не должны носить декларативный характер в виде перечня этапов проделанной работы, а должны отражать конкретные полученные результаты и их сравнение с прототипом.