РЫЖКИН Сергей Владимирович

Анализ и расчет свойств диметилового

эфира и улучшение экологических показателей дизеля путем адаптации топливной аппаратуры

(05.04.02 – Тепловые двигатели)

Автореферат

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре “Теплотехника и автотракторные двигатели” Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

доктор технических наук, профессор Камфер Г.М.

доктор технических наук, профессор Голубков Л.Н.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Девянин С.Н.

кандидат технических наук, доцент Савастенко А.А.

Ведущая организация -

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»

Защита состоится «20» октября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК Минобрнауки РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническим университете) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, д.64, ауд. 42.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «17» сентября 2009 г.

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (499) 155-93-24.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор В. А. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Улучшение экологических показателей современного дизеля является важной задачей, которая решается различными путями, в том числе и применением альтернативных топлив. Одной из перспективных альтернатив дизельному топливу, рассматриваемых в последние годы, является диметиловый эфир (ДМЭ). Применение ДМЭ в качестве топлива для дизелей начато сравнительно недавно, и его физико-химические свойства как моторного топлива изучены недостаточно полно. Топливные системы (ТС) дизелей и сами дизели требуют адаптации для обеспечения их работы на ДМЭ, что также обуславливает актуальность проведения научно-исследовательских работ в этом направлении.

Цель работы. Улучшение экологических показателей рабочего процесса дизеля путем использования ДМЭ в качестве топлива, анализ и расчет свойств ДМЭ как моторного топлива для дизеля.

Методы исследования. Расчетно-теоретическое исследование работы ТС проведено с использованием методов и программ, разработанных в МАДИ (ГТУ) на кафедре “Теплотехника и автотракторные двигатели” и частично дополненных автором. Экспериментальные работы проводились на безмоторном топливном стенде и моторном стенде для испытания двигателей с системами регистрации на ЭВМ.

Достоверность результатов обеспечена соблюдением требований государственных стандартов, использованием современных аттестованных методов и средств регистрации, повторяемостью результатов измерений, а также удовлетворительным совпадением результатов расчетного анализа с опытными данными.

Научная новизна. Проведено уточнение метода гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, с учетом двухфазного состояния топлива, позволяющее рассчитывать характеристики впрыскивания с учетом физических особенностей ДМЭ, а также подбирать и обосновывать рациональные параметры ТА. Показана целесообразность увеличения размерности топливного насоса высокого давления и проходного сечения распылителей при переводе дизеля с дизельного топлива на ДМЭ.

Дополнен комплекс полуэмпирических уравнений для определения важных с точки зрения организации процессов топливоподачи и теплоиспользования свойств ДМЭ, в частности, для расчета свойств ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения Бертло. Проведены расчеты скрытой теплоты парообразования, поверхностного натяжения и динамической вязкости паров ДМЭ с использованием принципа термодинамического подобия по аналогичным величинам для пропана и н-бутана. Проведен анализ свойств ДМЭ как топлива для дизелей.

Практическая ценность работы. Предложенные подходы к адаптации ТС для работы на ДМЭ, подтвержденные и дополненные во время моторных испытаний, и результаты расчетных исследований могут быть использованы для дальнейшей разработки и совершенствования ТС, работающих на ДМЭ. Программа гидродинамического расчета ТА с учетом предложенного дополнения позволяет с достаточной для практики точностью быстро и качественно решать задачи проектирования и исследования физических явлений при работе ТА на ДМЭ.

На двигателе Д-120 (2Ч 10,5/12) с оптимизированной ТА, имеющей увеличенные размерность ТНВД (dп/hп увеличена с 9/9 до 10/10 мм) и проходное сечение распылителей (на 60%), показана возможность улучшения экологических характеристик дизеля (в частности, выбросов оксидов азота) при сохранении его мощностных показателей.

Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета ТА и результаты расчетных и экспериментальных исследований внедрены в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и используются в учебном процессе кафедры “Теплотехника и автотракторные двигатели” МАДИ (ГТУ). Результаты работы использованы в ОАО «НИИ двигателей», а также в ГУП «Мосавтохолод».

Основные положения выносимые на защиту:

результаты расчета некоторых свойств диметилового эфира, в частности, теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ с применением метода термодинамического подобия ДМЭ, пропана и н-бутана;

результаты расчета свойств ДМЭ в газовой фазе с использованием уравнения Бертло, в частности, скорости звука, теплоемкостей и удельного объема;

анализ свойств ДМЭ как моторного топлива для дизеля;

уточнение метода гидродинамического расчета ТА при её работе на ДМЭ;