Повышение экономичности дизеля 10Д100М
На Белорусской дороге с 1987 г. эксплуатируются тепловозы 2ТЭ10У с дизелями 10Д100М. У них по сравнению с базовым вариантом снижена минимальная частота вращения на холостом ходу до 270 об/мин, уменьшено передаточное число от вала к механическому нагнетателю до 8,87 (вместо 10), использован профиль кулачка привода топливного насоса с постоянной скоростью плунжера и применены двухрежимные форсунки. Это позволило улучшить технико-экономические показатели дизелей.
Однако опыт их эксплуатации показал ухудшение процесса сгорания топлива, повышенное дымление дизеля при работе на частичных режимах, загорание выхлопных окон Большой разброс по степени загорания выхлопных окон у разных дизелей свидетельствует о том, что качество сгорания в них различно и зависит от количества подаваемого топлива в цилиндр. Исследовав процесс подачи топлива в цилиндры на холостом ходу, выявили, что неравномерность его распределения может достигать 200 %, т.е. подача топлива в цилиндр прекращается.
Чтобы определить параметры топливоподачи, в Белорусском государственном университете транспорта (БелГУТе) на кафедре «Тепловозы и тепловые двигатели» провели испытания топливной аппаратуры с новым профилем кулачка привода топливного насоса. Результаты испытаний показали, что подача топлива увеличивается на всех скоростных режимах, а нагрузочные характеристики имеют более прямолинейный характер. Это объясняется повышением намического напора, а также уменьшением количества топлива, перетекающего из системы высокого давления при отсечке топлива плунжером.
Нагрузочные характеристики топливного насоса с новым профилем кулачка имеют большую крутизну в области малых подач топлива, так как с уменьшением выхода рейки топливо дополнительно отсекается торцом вертикальной канавки плунжера. Это приводит к резкому увеличению неравномерности подачи топлива по цилиндрам при работе дизеля в режиме холостого хода на 20-ти топливных насосах.
Анализ зависимостей максимальных давлений у насоса рн, под иглой форсунки рс и в трубопроводе р0 от цикловой подачи для топливной аппаратуры дизеля 10Д100М с серийным и новым профилями кулачка показал следующее. Практически на прежнем уровне сохранились остаточные давления в трубопроводе р0, у насоса рн и под иглой форсунки рс при частоте вращения вала п = 850 об/мин (с новым профилем кулачка) до цикловой подачи 0,15 г/цикл.
При подаче от 0,15 до 0,38 г/цикл давления рн и рс увеличились на 2 — 3 МПа и снизились на 5 — 12 МПа при цикловой подаче от 0,38 да 0,54 г/цикл. Давления у насоса рн при п = 400 об/мин (серийный) и п = 280 об/мин (новый профиль кулачка) остались на прежнем уровне, а давления под иглой форсунки рс уменьшились во всем диапазоне цикловых подач на 2 — 5 МПа при новом профиле кулачка. При работе дизеля 10Д100М по тепловозной характеристике также наблюдается снижение давления распыла топлива по сравнению с базовым вариантом
Для улучшения смесеобразования и повышения качества сгорания топлива в дизеле 10Д100М исследованы следующие технические решения:
-увеличение давления затяжки иглы форсунки с 21 до 28 МПа;
- замена десяти двухрежимных форсунок левого ряда на однорежимные с вытеснителями объема;
- отключение топливных насосов левого ряда при работе дизеля на холостом ходу;
- регулировка дизеля на равномерность распределения топлива по цилиндрам на режиме холостого хода.
Стендовые испытания топливного насоса с новым профилем кулачка показали, что увеличение давления затяжки иглы форсунки до 28 МПа приводит к возрастанию давлений впрыска топлива на всех скоростных режимах. На рис. 1 и 2 приведены зависимости максимальных давлений рн и рс от цикловой подачи при частотах вращения кулачкового вала п = 280 и 850 об/мин и давлениях затяжки иглы форсунки рз = 21 и 28 МПа.
Повышение давления затяжки иглы форсунки приводит к запаздыванию открытия иглы и сокращению продолжительности подачи топлива. На номинальном режиме работы запаздывание составляет 0,6, а сокращение продолжительности подачи — 2 градуса угла поворота кулачкового вала. Отключение одного ряда топливных насосов на режиме холостого хода позволяет увеличить цикловую подачу топлива через форсунку (практически в два раза), что повышает давление распыла топлива, так как игла поднимается на большую величину (см. рис. 2).
Чтобы оценить влияния предложенных технических решений на экономичность дизеля 10Д100М, в депо Гомель Белорусской дороги на тепловозе 2ТЭ10У-0195(A) провели испытания дизеля по тепловозной характеристике и на режиме холостого хода с замером расхода топлива для двух вариантов: серийный — давление затяжки иглы (р3) 21 МПа, форсунки двухрежимные; опытный — р3 = 28 МПа, форсунки однорежимные с вытеснителями объема. Результаты замеров расхода топлива по тепловозной характеристике представлены в табл. 1.
Испытания показали, что увеличение давления затяжки иглы форсунки на 7 МПа повышает экономичность дизеля и практически не влияет на максимальное давление сгорания топлива по цилиндрам на номинальном режиме.
При работе дизеля на режиме холостого хода в обоих вариантах замеряли часовой расход топлива на десяти и двадцати топливных насосах. Минимальный расход зафиксирован при работе дизеля на десяти топливных насосах в обоих вариантах. Увеличение давления затяжки иглы форсунки и регулировка равномерности распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода снизили часовой расход топлива дизелем на 9,3 %.
Также исследовали токсичность отработавших газов дизеля при серийном давлении затяжки иглы форсунки и увеличенном на 7 МПа. Во время экспериментов на 4, 8, 10 и 15-й позициях контроллера машиниста измеряли концентрацию следующих компонентов отработавших газов: оксида азота (с последующим пересчетом на диоксид азота), оксида углерода, сажи — веществ, наиболее загрязняющих атмосферу
Так, при увеличении давления затяжки иглы форсунки содержание диоксида азота, оксида углерода и сажи в отработавших газах уменьшается. Наибольшее снижение содержания диоксида азота в отработавших газах (на 50 — 55 %) наблюдается при работе дизеля в диапазоне от 10 до 15-й позиции контроллера машиниста. Содержание оксида углерода в отработавших газах (до 45 %) уменьшается также при увеличении нагрузки. Наибольшее снижение содержания сажи (до 30 %) происходит на режимах средних нагрузок
Кроме того, исследовали токсичность отработавших газов при работе дизеля в режиме холостого хода на 10 и 20-ти топливных насосах при серийном и увеличенном давлениях затяжки иглы форсунки. Результаты измерений приведены в табл. 2.
Из таблицы видно, что при повышении давления затяжки иглы форсунки и работе дизеля на 10-ти топливных насосах содержание диоксида азота, оксида углерода и сажи в отработавших газах дизеля уменьшается Это указывает на более равномерное распределение топлива по камере сгорания. Уменьшаются зоны локального переобогащения смеси, что снижает эмиссию продуктов неполного сгорания топлива.
В депо Гомель провели сравнительные эксплуатационные испытания модернизированных дизелей 10Д100М тепловозов 2ТЭ10У. Они были оборудованы однорежимными (левый ряд) и двухрежимными (правый ряд) форсунками с повышенным до 28 МПа давлением затяжки иглы, переведены на работу в режиме холостого хода на десять топливных насосов (вместо двадцати). После реостатных испытаний дизели дополнительно регулировали на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода.
Испытания показали, что перевод дизелей в режиме холостого хода на один ряд топливных насосов не отражается на состоянии дизельного масла (вязкость масла в пределах нормы). Надежность работы форсунок и среднее падение давления затяжки иглы между ТО-3 практически не отличаются от форсунок с серийным давлением затяжки иглы.
За 12 месяцев эксплуатационных испытаний объем перевозочной работы опытными тепловозами составил 13 % от общего объема работы тепловозами 2ТЭ10У. При этом расход дизельного топлива на единицу выполненной перевозочной работы у опытных тепловозов по сравнению с серийными оказался меньше на 2,9 %.
Д-р техн. наук Р.К. ГИЗАТУЛЛИН,
канд. техн наук С.И. СУХОПАРОВ,
инж. Ю.Г. САМОДУМ, БелГУТ, г. Гомель
06.07.2011, 07:17
Похожие темы
Почта
