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

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 трудностями подачи природного газа в районе верхней мертвой точки. Цикл Н. Отто существенно проигрывает в экономичности комбинированному циклу со сгоранием при постоянном объеме и постоянном давлении (цикл Г. Тринклера). Эксперимент 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 пьезокерамической форсункой может обеспечить работу двигателя по комбинированному 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.

1. Вершина Г. А., Быстренков О. С. Способы организации рабочего процесса газодизельного двигателя // Наука и техника. 2017. № 5. С. 383-390.

2. Хачиян А. С., Шишлов И. Г., Карпов Д. М. Сравнительный анализ циклов газового и газодизельного двигателей большой размерности // Транспорт на альтернативном топливе. 2013. № 2 (32). С. 30–33.

3. Семенов Б. Н. Применение сжиженного газа в судовых дизелях. Ленинград: Судостроение, 1969. 176 с.

4. Слепнева Н. П. Комина Г. П., Нефедова М. А. Метан как перспективное топливо // Вестник науки и образования. 2019. № 21. С. 22–24.

5. Международная Морская Организация. Предотвращение загрязнения воздуха с судов. URL: http://www.imo.org/en/OurWork/Environment/-Pollution Prevention/AirPollution/Pages/Air-Pollution.aspx (дата обращения: 10.09. 2020).

6. Газпром Нефть. Бункеровка судов. URL: https://www.gazpromneft.ru/company/retail/bunkering (дата обращения: 12.09.2020).

7. Sea News. 60 % судов на СПГ к 2025 году. URL: https://seanews.ru/2019/04/30/ru-60-sudov-na-spg-k-2025-godu (дата обращения: 15.05.2019).

8. Матвейчук А. А. Газовая развилка // Сибирская нефть: электронный научный журнал. 2016. № 128. URL: https://www.Gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/archive/2016-february/1111828 (дата обращения: 18.09.2020).

9. Новицкий И. Россия переходит на газомоторное топливо. Коллективный блог «Конт». 23.07.2015. URL: http://cont.ws/post/103554 (дата обращения: 26.09.2020).

10. Об использовании сжиженного нефтяного газа в качестве топлива для тепловозных дизелей / В. Р. Ведрученко, А. И. Володин, В. Т. Данковцев, В. В. Крайнов, Е. В. Панькин // Омский научный вестник. 2001. С. 78–81.

11. Ваншейдт В. А. Дизели: справочник. Ленинград: Машиностроение, 1977. 490 с.

12. Рогалев Н. Д., Дудолин А. А.,Олейникова Е. Н. Тепловые электрические станции: учебник. Москва: МЭИ, 2022. 768 с.

13. Гольдинер А. Я., Цыркин М. И., Бондаренко В. В. Газопоршневые электроагрегаты. Санкт-Петербург: Галерея Принт, 2006. 240 с.

14. Термодинамические свойства метана / В. В. Сычев, А. А. Вассерман, В. А. Загорученко, А. Д. Козлов. Москва: Издательство стандартов, 1979. 348 с.

15. Габитов И. И., Неговора А. В., Сафин Ф. Р. Оценка технического состояния электроуправляемых форсунок дизелей по характеристике топливоподачи // Инженерные технологии и системы. 2021. Т. 31, № 2. С. 207–226.