Снижение токсичности отработавших газов дизельного двигателя путем отключения части его цилиндров

Владимир Николаевич Кожанов, Андрей Александрович Петелин, Александр Владимирович Гриценко, Владимир Дмитриевич Шепелев

Аннотация


Ведущими направлениями конструктивного и технологического совершенствования автотракторных средств являются снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов. Одним из наиболее эффективных мероприятий по снижению расхода топлива и воздействия на экологию является использование комплексного метода полного и частичного отключения части цилиндров при эксплуатации ДВС на холостом ходу и малых нагрузках. Данный метод в ограниченном масштабе применяется на современных транспортных средствах. Однако сложность разработки и применения технических средств для его реализации состоит в отличительных особенностях режимов работы автотракторных средств, специфики условий эксплуатации. В приведенных исследованиях индивидуальная разработка мероприятий отключения топливоподачи и привода ГРМ применены к двигателю
Д-240 трактора МТЗ-80. Для проведения экспериментальных исследований использовались обкаточно-тормозной стенд КИ-5543 с измерительными приборами, дизельный двигатель Д-240 трактора МТЗ-80, дымомер «Инфракар Д1» и газоанализатор «Infralight 11P». При экспериментальной работе были выбраны три характерных режима работы двигателя Д-240 без нагрузки и под нагрузкой Ne = 0…35 кВт: 1) типовой режим работы всех 4 цилиндров; 2) искусственный режим работы, формируемый посредством отключения подачи топлива в 2 цилиндрах 4-цилиндрового двигателя; 3) искусственный режим работы, формируемый посредством отключения подачи топлива в 2 цилиндрах и газораспределительного механизма в 2 цилиндрах 4-цилиндрового двигателя. Установлено, что отключение части цилиндров дизельного двигателя приводит к снижению расхода топлива в среднем на 25–27 %, сажесодержания и дымности отработавших газов на 30–35 %, в зависимости от режима работы двигателя. Приведены зависимости часового расхода топлива, расхода воздуха, коэффициента избытка воздуха, сажесодержания и дымности отработавших газов четырехцилиндрового дизельного двигателя при отключении части его цилиндров на различных режимах нагружения.


Ключевые слова


двигатель; токсичность; экономичность; сажесодержание; дымность; отработавшие газы; коэффициент избытка воздуха; отключение цилиндров.

Полный текст:

PDF

Литература


Суркин, В.И. Снижение дымности отработавших газов дизеля отключением части цилиндров / В.И. Суркин, А.А. Петелин, С.Ю. Федосеев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». – 2012. – Вып. 20. – С. 69–74.

Shigemori, M. Development of a combustion system for a light duty D.I. diesel engine / M. Shigemori, S. Tsuruoka, M. Shimoda // International Off-Highway Meeting and Exposition (SAE). – 1983. – P. 831296. DOI: 10.4271/831296

Turbocharging modern diesel & gas engines up to 3200KW / H. Born, R. Meier, M. Kahi, M. Seiler // American Society of Mechanical Engineers, Internal Combustion Engine Division (Publication) ICE. – 1997. – Vol. 29. – P. 39–46.

Boguś, P. Short-time analysis of combustion engine vibroacoustic signals through pattern recognition techniques / P. Boguś, J. Merkisz // Noise and Vibration Conference and Exhibition (SAE). – 2005. DOI:10.4271/2005-01-2529

Kimmich, F. Model based fault detection for the injection, combustion and engine-transmission / F.Kimmich, R. Isermann // 15th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC-PapersOnline). – 2002. Vol. 15, Iss. 1. – P. 203–208. ISSN: 14746670

Hajari, S.C. Diagnosis and repair of excessively emitting vehicles / S.C. Hajari // Journal of the Air and Waste Management Association. – 1996. – Vol. 46, iss. 10. – P. 940–952. DOI: 10.1080/10473289

Gumus, M. Application of phase change materials to pre-heating of evaporator and pressure regulator of a gaseous sequential injection system / M. Gumus, A. Ugurlu // Applied Energy. – 2011. – Vol. 88, iss. 12. – P. 4803–4810. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2011.06.053

Gritsenko, A. Theoretical Underpinning of Diagnosing the Cylinder Group During Motoring / A. Gritsenko, S. Kukov, K. Glemba // 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE). – 2016. – Vol. 150. – P. 1182–1187. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.233

Gritsenko, A. Experimental Studies of Cylinder Group State During Motoring / A. Gritsenko, A. Plaksin, K. Glemba // 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE). – 2016. – Vol. 150. – P. 1188–1191. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.234

Суркин, В.И. Регулирование работы двигателя тракторно-транспортного агрегата отключением части его цилиндров / В.И. Суркин, С.Ю. Федосеев, А.А. Петелин // Известия Самар. гос. с.-х. академии. – 2012. – Вып. 3. – С. 41–45.

Theotokatos, G. Investigation of a large high-speed diesel engine transient behavior including compressor surging and emergency shutdown / G. Theotokatos, N.P. Kyrtatos // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2003. – Vol. 125, iss. 2. – P. 580–589. DOI: 10.1115/1.1559903

Chiatti, G. Turbocharging a small displacement diesel engine for urban vehicles / G. Chiatti, O. Chiavola, E. Recco // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. – 2017. – Vol. 8, iss. 7. – P. 1916–1928.

Zamboni, G. Effects of a dual-loop exhaust gas recirculation system and variable nozzle turbine control on the operating parameters of an automotive diesel engine / G. Zamboni, S. Moggia, M. Capobianco // Energies. – 2017. – Vol. 10, iss. 1. DOI: 10.3390/en1001004713

Химченко, А.В. Снижение неравномерности крутящего момента двигателя с отключением цилиндров на режимах частичного нагружения / А.В. Химченко, Д.Г. Мишин, А.В. Бузов // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013. – № 1. – С. 46–51.

Отключение цилиндров как способ улучшения топливной экономичности бензиновых двигателей / В.А. Марков, С.Н. Девянин, Э.А. Савастенко, А.А. Савастенко // Автомобильная промышленность. – 2014. – № 1. – С. 5–8.

Журавлев, С.С. Апробация способа управления мощности ДВС отключением цилиндров / С.С. Журавлев, К.В. Зубарев // Техника и технологии строительства. – 2015. – № 3 (3). – С. 14–20.

Иванов, Р.В. Диагностирование ДВС по параметру мощности механических потерь: автореф. дис. канд. техн. наук / Р.В. Иванов. – Волгоград, 2010. – 40 с.

Gritsenko, A.V. Studuing lubrication system of turbocompressor rotor with integrated electronic control / A.V. Gritsenko, A.M. Plaksin, V.D. Shepelev // International Conference on Industrial Engineering (ICIE). – 2017. – Vol. 206. – Р. 611–616. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.525

Влияние отключения некоторых цилиндров двигателя на токсичность отработавших газов / В.Н. Кожанов, Н.А. Баганов, А.А. Петелин, Т.Г. Бехтольд // Новости науки Казахстана. – 2014. – № 1 (119). – С. 104–114.

Изучение снижения токсичности отработавших газов дизельного двигателя / В.Н. Кожанов, А.А. Петелин, Н.А. Баганов, Т.Г. Бехтольд // Вестник Нац. инженер. академии Республики Казахстан. – 2017. – № 1 (63). – С. 97–104.

Stein, R.A. An overview of the effects of ethanol-gasoline blends on SI engine performance, fuel efficiency, and emissions / R.A. Stein, J.E. Anderson, T.J. Wallington // SAE International Journal of Engines. – 2013. – Vol. 6, iss. 1. – P. 470–487. DOI: 10.4271/2013-01-1635

Gonçalves, M. Emissions variation in urban areas resulting from the introduction of natural gas vehicles: Application to Barcelona and Madrid greater areas (Spain) / M. Gonçalves, P. Jiménez-Guerrero, J.M. Baldasano // Science of the Total Environment. – 2009. – Vol. 407, iss. 10. – P. 3269–3281. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2009.01.039


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.