Результаты экологических исследований трактора К-700А, работающего по газодизельному циклу

№ 1 (33), 2014

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.354.2

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРАКТОРА К-700А, РАБОТАЮЩЕГО ПО ГАЗОДИЗЕЛЬНОМУ ЦИКЛУ

Б.П. Загородских, доктор технических наук, профессор В.В. Володин, кандидат технических наук, доцент Е.В. Бебенин, кандидат технических наук, доцент

Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова

Значительную часть в себестоимости продукции занимает расходы на энергоносители. Так, в производстве сельскохозяйственной продукции затраты на горюче-смазочные материалы достигают 50 %. В настоящее время активно разрабатываются и внедряются технологии по использованию альтернативных видов топлива, в частности газообразного топлива.

Ключевые слова: газодизель, система подачи газа в двигатель, экология ДВС.

В нашей стране активно развивается рынок природного газа, который охватывает большое количество автотракторной техники, данная ситуация способствует увеличению количества автоматических газонаполнительных компрессорных станций и инфраструктуры, что создает хорошие предпосылки для перевода сельскохозяйственной техники на газообразное топливо в нашей стране.

Одним из преимуществ применения газообразного топлива является снижение показателей дымности и токсичности отработанных газов. Наиболее совершенными системами подачи газообразного топлива в двигатель считаются системы с распределенной подачей, но в открытых литературных источниках нет данных о влиянии на показатели дымности и токсичности в результате применения систем с распределенной подачей газообразного топлива. Поэтому целью данной статьи является практическое измерение показателей дымности и токсичности отработанных газов в результате применения системы с распределенной подачей газообразного топлива в дизель трактора К-700А, оснащенного двигателем ЯМЗ-238 НД3 при работе по газодизельному циклу.

В настоящее время актуальным является использование газодизельного цикла, при котором основным топливом является природный газ, а его возгорание осуществляется путем подачи запальной дозы дизельного топлива. Порция запального дизельного топлива на всех режимах остается неизменной и составляет 20 %-30 % от общего расхода топлива. На режиме холостого хода двигатели работают только на дизельном топливе [4, 6].

В Саратовским ГАУ им. Н.И. Вавилова, совместно с ООО «ППП Дизельавтома-тика», создана система распределенной подачи газообразного топлива по эжекционно-му принципу, новизна которой подтверждена патентами на полезную модель [2, 5, 7].

На базе фермерского хозяйства были проведены эксплуатационные исследования тракторов К-700А, оснащенного системой с центральной подачей газообразного топлива типа СЭРГ-500 и оснащенного системой распределенной подачи газообразного топлива по эжекционному принципу для работы по газодизельному циклу. В ходе проведения экологических исследований концентрации основных токсичных элементов в отработанных газах двигателя трактора, которые определяли с помощью газоанализатора «АВТОТЕСТ-01.02». Исследования производились при выполнении основных сельскохозяйственных операций: пахоты, культивации, посева, дискования. Для полу-

№ 1 (33), 2014

чения объективных данных проводились измерения при работе трактора К-700А по дизельному и газодизельному циклу. Данная методика проведения экологических эксплуатационных исследований представлена на рисунке 1.

Полученные результаты эксплуатационных экологических исследований показаны на рисунке 1.

Сплошная линия (1) - результаты исследования при работе по дизельному циклу; прерывистая линия (2) - результаты исследования при работе по газодизельному циклу под управлением системы с центральной подачей газа типа СЭРГ-500; двойная прерывистая линия (3) - результаты исследования при работе по газодизельному циклу под управлением разработанной системы с распределенной подачей газа по эжекционному принципу; справа от графика представлены эпюры изменения экологических показателей, в зависимости от мощности.

При исследованиях отмечено улучшение основных показателей токсичности при переводе дизеля на газодизельный цикл. В первую очередь это относится к дымности ОГ, уменьшающейся во всем диапазоне нагрузочных режимов работы дизеля.

Рисунок 1 - Результаты эксплуатационных экологических исследований

Так, на режиме с N =152 кВт при п = 2100 мин-1 дымность снижается с 70 до 20 %. На номинальном режиме отмечается жесткое сгорание топлива и, как следствие, увеличение выброса оксидов азота.

№ 1 (Щ 2014

На других нагрузочных режимах работы газодизеля содержание NOx в его ОГ меньше, чем у двигателя, работающего только на дизельном топливе. В то же время отмечено увеличение эмиссии углеводородов CHX и монооксида углерода СО. Большие выбросы СНх особенно характерны для режимов работы газодизеля с малыми нагрузками и большим коэффициентом избытка воздуха (рисунок 2). Это объясняется неполнотой сгорания газового топлива в газодизеле при работе на бедных смесях. На этих режимах отмечено и ухудшение топливной экономичности. Таким образом, результаты испытаний показали целесообразность перехода на дизельный цикл на режимах малых нагрузок и холостого хода с целью уменьшения выбросов углеводородов и расхода топлива. Исследования также показали, что для улучшения показателей работы двигателя по газодизельному циклу необходимы оптимизация состава горючей смеси на всех режимах, управление моментом впрыскивания (УОВТ) запальной дозы дизельного топлива, подбор и регулирование фаз газораспределения [1].

В результате анализа проведенных исследований можно сделать вывод, что экологическая эффективность разработанной системы с распределенной подачей газа по эжекционному принципу превышает экологическую эффективность системы с центральной подачей газа типа СЭРГ-500, по показателю NOx на 50 %, СНх - на 30 %, СО -на 10 %, СО2 - на 100 %, а коэффициент задымленности снизился на 15 %, за счет оптимизации процессов горения газообразного топлива. Данные значения показывают, что переход дизеля на работу по газодизельному циклу позволяет приблизиться по нормам выбросов токсичных газов к стандарту ЕВРО 5, введенного с 2008 года.

Библиографический список

1. Выбор и обоснование газо-воздушного смесителя двигателя внутреннего сгорания [Текст] / В.В. Володин, Е.В. Бебенин // Грузовик и строительно-дорожные машины. - 2012. -№10. - С. 41-44.

2. Газовый коллектор [Текст] : патент РФ на полезную модель №123847 МПК: F02M 43/00/ Володин В.В., Загородских Б.П., Осовин Н.В. приоритет от 07 октября 2011г., бюл. №1 от 10.01.2013 г.

3. Загородских, Б.П. Стендовые испытания системы эжекционной подачи подачи газообразного топлива в дизелях [Текст] / Б.П. Загородских, Е.В. Бебенин, В.В. Володин // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - №2 (26). - С.17-19.

4. Система впрыска природного газа в двигатель внутреннего сгорания [Текст] : патент РФ на полезную модель №49128 МПК: F02M/ Загородских Б.П., Агабабян Р.Е., Бебенин Е.В. - А01В 15/00, PU 2169998; Опубликовано: 10.07.2006, Бюл. №19, 4с.

5. Система распределенного эжекционного впрыска газообразного топлива [Текст] : патент РФ на полезную модель №105372 МПК: F02M / Володин В.В., Загородских Б.П., Бебенин Е.В. приоритет 21 декабря 2010, бюл №16 от 10.06.2011г.

6. Устройство подачи природного газа с внешним смесеобразованием [Текст] : патент РФ №2291316 МПК: F02M/ Загородских Б.П. , Агабабян Р.Е., Бебенин Е.В. - А01В 15/00, PU 2169998; Опубликовано: 10.07.2006, Бюл. №19, 4 с.

7. Устройство эжекционной подачи топлива в двигатель [Текст] : патент РФ на полезную модель №108491 МПК: F02B / Володин В.В., Загородских Б.П., Бебенин Е.В. приоритет от 21 декабря 2010г., бюл. №26 от 20.09.2011 г.

E-mail: nirm@sgau.ru