Впрыск сжиженного природного газа в камеру сгорания двигателя для работы по комбинированному циклу

Abstract

В статье приводятся теоретические и экспериментальные исследования для обоснования возможности управления подачей сжиженного природного газа (СПГ) в цилиндр двигателя. В настоящее время большинство двигателей, работающих на природном газе, имеют организацию рабочего цикла со сгоранием при постоянном объеме (цикл Н. Отто). Это объясняется труд¬ностями подачи природного газа в районе верхней мертвой точки. Цикл Н. Отто суще-ственно проигрывает в экономичности комбинированному циклу со сгоранием при постоянном объеме и постоянном давлении (цикл Г. Тринклера). Экспери-мент проведен на стенде судового дизельного двигателя «NVD-24» (Ч 17,5/24) на смеси дизельного топлива и нефтяного газа в различных пропорциях, на холостом ходу и с частичной нагрузкой двигателя. Установлено, что сжиженный нефтяной газ под давлением смешивается с дизельным топливом в любых пропорциях, при этом смесь остается однородной жидкостью, без видимых осадков и расслоений. Выполнены расчеты теоретических циклов, показывающие преимущества впрыска горючей смеси в верхней мертвой точке (ВМТ) по сравнению с предварительным смесеобразованием. В процессе эксперимента было установлено, что двигатель с золотниковым топливным насосом высокого давления (ТНВД) и пружинной форсункой может устойчиво работать, используя в качестве топлива жидкую смесь без добавления присадок. При этом давление смеси должно быть больше критического давления газовой фракции. Получены формулы расчета угла опережения подачи топлива до ВМТ и угла подачи за ВМТ. Проведенные расчеты применительно к двигателю «NVD-24» показывают, что аккумуляторная система подачи топлива (Common Rail) с пьезо¬керамической форсункой может обеспечить работу двигателя по комбиниро¬ванному циклу. Подобная организация рабочего процесса позволяет легко выполнить модернизацию как новых двигателей, так и находящихся в эксплуатации. При этом топливоподача может выполняться на всех двигателях, независимо от наличия газотурбинного наддува.