Наиболее удобными и традиционно используемыми топливами для поршневого двигателя является жидкие (бензин или дизельное топливо) и газообразные (в основном высококалорийные природный и нефтяной газы). Однако, постоянный рост цен этих топлив, а также расходов на их транспортировку в отдаленные районы все настоятельнее требует активизировать переход на альтернативные, более дешевые, местные топлива, в том числе твердые: уголь, древесина, торф и т.п.
Одним из известных и широко применяемых в 40...50-е годы прошлого столетия способов использования твердых топлив является их газификация [1, 2].
Процесс горения углерода топлива может протекать по следующим реакциям:
C + 1/2O2 = CO.
В первом случае происходит полное горение, в результате которого образуется инертный углекислый газ и выделяется тепло.
Во втором случае в результате неполного окисления углерода образуется горючий газ - оксид углерода и выделяется соответственно меньшее количество теплоты.
Оксид углерода образуется также при восстановлении углекислого газа в раскалённом слое топлива:
C + CO2 = 2CO.
Эта реакция эндотермическая, т.е. протекает с поглощением тепла.
Образовавшаяся окись углерода может быть использована в качестве моторного топлива.
Выделившийся в результате газификации генераторный газ, который может быть получен практически из любых видов твердых топлив, а также из твердых отходов соответствующих производств, актуально использовать для энергоснабжения деревообрабатывающих и с/х предприятий, мебельных фабрик, торфоразработок, а также частного сектора. Исходя из этого, целью исследования являлось расчетно-теоретическое исследование цикла двигателя работающего на генераторном газе и жидком топливе.
Объектом исследования являлся двигатель семейства ВАЗ.
Исследование цикла двигателя на номинальной частоте вращения коленчатого вала проводилось по методике Гриневецкого-Мазинга с использованием программного комплекса кафедры ТД и ЭУ ВлГУ. В результате расчетов были определены основные энергетические показатели и параметры теоретического цикла. Анализ результатов (таблица) показывает, что мощность газогенераторного двигателя по сравнению с бензиновым снизилась примерно в 2 раза, что объясняется меньшей теплотворной способностью генераторного газа по сравнению с бензином примерно в 8 раз. Для увеличения мощностных показателей двигателя работающего на генераторном газе, целесообразно повышение степени сжатия, применение наддува и охладителя топливовоздушной смеси.
Показатели цикла двигателя
|
№ п/п |
Вычисленные параметры |
Бензин |
Генераторный газ |
|
1 |
Коэффициент наполнения |
0,840 |
0,817 |
|
2 |
Максимальная температура сгорания, К |
2759,3 |
2017,4 |
|
3 |
Максимальное давление цикла, МПа |
6,6818 |
3,8837 |
|
4 |
Эффективное среднее давление, МПа |
1,0004 |
0,4996 |
|
5 |
Индикаторный КПД |
0,395 |
0,327 |
|
6 |
Эффективный КПД |
0,336 |
0,268 |
|
7 |
Часовой расход топлива |
17,07 кг/ч |
88,76 м3/ч |
|
8 |
Индикаторная мощность, кВт |
82,3 |
42,62 |
|
9 |
Эффективная мощность, кВт |
70 |
34,95 |
Учитывая более высокое октановое число генераторного газа (110-140) по сравнению с бензином АИ-92 степень сжатия газового двигателя может быть повышена до 13, в результате мощность двигателя увеличится на 10,5%, а эффективный КПД на 9,7% (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость показателей газового двигателя от степени сжатия
Применение наддува более существенно влияет на прирост мощности. Так, например, при степени повышения давления πк = 2 мощность газового двигателя составляет Ne = 57,7 кВт, что соответствует 79% мощности бензинового двигателя, при росте эффективный КПД на 7% (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость показателей газового двигателя от степени повышения давления
Использование охлаждения топливовоздушной смеси в газовом двигателе с наддувом, как видно из рис. 3, дополнительно позволит увеличить мощность до 63,8 кВт с одновременным понижением эффективного КПД до 0,278.
Рис. 3. Зависимость показателей двигателя от величины снижения температуры топливовоздушной смеси (πк = 2)
Таким образом, на основе выполненных исследований установлено, что при прочих равных условиях мощность двигателя, работающего на генераторном газе, меньше бензинового двигателя на 50%, но применение наддува с одновременным использованием охлаждения топливовоздушной смеси в газовом двигателе, позволяет увеличить его мощность до значения, сопоставимого с мощностью двигателя работающего на жидком топливе.
Список литературы
-
Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили. - М.: МАШГИЗ, 1955.
-
Юдушкин Н.Г. Газогенераторные тракторы: теория, конструкция и расчет - М.: МАШГИЗ, 1955.