Алтайский Краевой Инновационный Банк Данных
Министерство экономического развития Алтайского края
Управление инновационного развития и кластерной политики 
Алтайский Центр
Кластерного Развития
Инновации

Разработка и исследование альтернативной системы питания многотопливного дизеля

Отношение к критическим технологиям:
Технологии новых и возобновляемых источников энергии


Контактная информация

ФИО пользователя
Сагалаков Анатолий Михайлович


Почтовый адрес
,


ФИО руководителя проекта:
Сагалаков Анатолий Михайлович


Аннотация проекта

Постановка и описание научной или научно-технической проблемы, решаемой в рамках Проекта
В настоящее время в двигателестроении, согласно накопленному мировому опыту, перспективными возобновляемыми источниками являются органические виды топлив растительного происхождения, в частности рапс. В настоящее время применяют «смесевое топливо» – смесь «сырого» рапса с традиционным дизельным топливом – солярой, а также «биотопливо» на базе метилового эфира рапсового масла. «Биотопливо» изготавливают промышленно и по гидравлическим характеристикам максимально приближают к соляре, что позволяет его использовать для дизелей без переналадки топливной аппаратуры. Однако стоимость метилэфира рапсового масла больше стоимости соляры и к тому же он является химически активной жидкостью, что требует специальной защиты поверхностей элементов топливных систем, соприкасающихся с ним. Значительно дешевле «смесевое топливо», которое может изготавливать сам производитель рапса в кустарных условиях, т.к. компоненты смеси между собой хорошо смешиваются без последующего их расслоения. Однако из-за высокой вязкости рапсового масла процент содержания рапса в смеси при сохранении конструктивных параметров топливной системы ограничивают 20-30 %. Дальнейшее увеличение процентного содержания рапсового масла в смеси вынуждает производителя двигателей существенно повышать максимальное давление впрыскивания в системе топливоподачи дизеля (вплоть до 150-200 МПа), что приводит к ужесточению требований к материалам и технологии изготовления системы питания и, соответственно, существенному росту ее стоимости. Авторами проекта предложено разработать способ питания дизеля, основанный на приготовлении газо-топливных смесей в цикловой порции топлива, который позволяет достигнуть того же эффекта распыления топлива при меньших на порядок давлениях впрыска. Целью настоящей работы является разработка и исследование на мировом уровне альтернативной системы питания многотопливного дизеля с возможностью использования органических масел растительного происхождения, изучение влияния геометрических характеристик соплового канала, степени насыщения основного топлива газом, характеристик топлива, динамических параметров струи на структурные параметры распыления газотопливной смеси.


Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым
В настоящее время в связи с увеличением масштабов использования энергии, возрастанием экологической нагрузки, истощением природных ресурсов минерального топлива возникает актуальная проблема перевода объектов малой энергетики и транспорта на альтернативные виды топлив. Одним из перспективных альтернативных (возобновляемых) видов топлив являются органические (растительные) топлива. Особенностью данных топлив является их высокая вязкость. При организации традиционного способа питания это вынуждает повышать давление впрыскивания в системе топливоподачи дизеля, что повышает требования к материалам и технологии ее изготовления. Общеизвестным методом решения этой проблемы является использование смесей минеральных и органических топлив. Принципиально новым является исследуемый в данной работе способ питания дизеля, основанный на приготовлении газо-топливных смесей путем барботирования топлива присадкой сжатого воздуха. Данный способ позволяет интенсифицировать распыливание топлива при меньших на порядок давлениях впрыска за счет предложенного способа распыливания топлива, насыщенного газом. С 1 июля 2009 года в силу вступила директива Евросоюза по которой все заправочные станции обязаны перейти на разбавленное дизельное топливо и 95-й бензин. В них требуется добавить 5% биотоплива. Группой ученых предполагается изучить возможость применения смесевого топлива, содержащего больший процент биотоплива (25 % и выше).


Новизна подхода в решении обозначенной проблемы
Новизна состоит в полученных коэффициентах для полуэмпирических моделей впрыска и распыливания топлива и разработке нового программно-технического комплекса по регистрации топливных струй. Полученные результаты не имеют аналогов в публикациях по подобным исследованиям с распылением рапсового масла, проводимых в России и за рубежом.


Описание области применения результатов научно-исследовательской работы
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ, в котором, по мнению исполнителей, могут быть использованы результаты данного проекта - это энергоэффективность и энергосбережение. Проведенное исследование может быть непосредственно использовано на моторостроительных предприятиях Алтайского края, в частности, на Алтайском заводе прецизионных изделий. Выполнение настоящего проекта соответствует требованиям краевой программы «Повышение энергетической эффективности экономики Алтайского края и сокращение издержек в бюджетном секторе на 2010÷2014 годы и на перспективу до 2020 года».


Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту, полученные ранее результаты, разработ
Теоретический задел. В работах руководителя проекта д.ф.-м.н., профессора Сагалакова А.М. исследованы устойчивость двухфазных течений вязкой жидкости и определены критерии возникновения турбулентности. Экспериментальный задел. Предлагаемый для исследования способ питания дизеля на традиционных топливах защищен авторским свидетельством № 1023120А и изложен в диссертационном исследовании на соискание степени к.т.н. участника проекта Дудкина В.И. "Резервы повышения экономичности и пути их реализации в современных тракторных дизелях", защищенной в Ленинградском политехническом институте им. М.И. Калинина. Модификация способа питания дизеля защищена патентом на изобретение РФ № 2214527 и устройство для диагностики проточной части двигателя – патентом на полезную модель № 15016 и в настоящее время находятся на поддержании. Экспериментальные исследования проводились на одноцилиндровом двигателе УК2 размерностью 13/14 в эксплутационном диапазоне работы двигателя и предварительно установлено, что применение данного способа питания может приводить к экономии традиционного топлива в зависимости от режима на 5-9 %, снижению сажесодержания в отработанных газах до 30-50 %, повышению устойчивости на холостом ходу с 600 до 500 оборотов коленчатого вала при давлении впрыскивания 10-15 МПа (значение для серийных двигателей 40 МПа, в настоящее время для смесевых топлив используется давление до 100-150 МПа). Данные параметры дизеля устойчиво воспроизводятся при конструктивном зазоре в направляющей части запорной иглы от 3 до 15 мкм; в то время как в серийно-выпускаемых дизелях по требованиям нормативных документов этот зазор составляет 1-2 мкм, а при высоких давлениях впрыскивания его величину ограничивают величиной 0,5 -1 мкм. В работах д.т.н. Еськова А.В. разработана методика оптического контроля топливных распылителей по скоростным характеристикам потока распыленного топлива с определением длин и углов топливных струй, а к.т.н. Дудкиным В.И. изготовлен исследовательский безмоторный стенд "Факел1" и разработан метод оптического анализа дисперсности распыления и пространственного распределения топливных струй с использованием лазерного «ножа».


Перечень основных публикаций и публичных выступлений, в которых отражены достигнутые результаты научно-исследовательских работ по проекту
-


Перечень международных, федеральных, региональных и муниципальных конкурсов, в которых проект был признан победителем
-


Текущая стадия разработки проекта
Научно-исследовательская работа


Патентная чистота научно-технического задела, его защищенность
Имеются патенты


Тип научно-исследовательской работы
Поисковые проблемно-ориентированные исследования


Описание основных ожидаемых научных результатов
Ожидаемые научные результаты: 1) Создать программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить оптическую регистрацию и анализ топливных струй, а также анализ геометрии проточной части корпуса распылителя. 2) Апробировать данный комплекс на предмет соответствия получаемых экспериментальных результатов с известными полуэмпирическими закономерностями распыливания моно-топливных струй. 3) Составить полуэмпирическую модель процесса течения и распыливания газотопливной струи исходя из критериальных зависимостей, мелкости распыливания, угла рассеивания топливной струи. 4) Провести статистические испытания распыления газотопливных смесей и определение эмпирических коэффициентов для этих зависимостей.


Ожидаемая научная, научно-техническая продукция
Разработан новый способ питания дизеля, основанный на приготовлении газо-топливных смесей в цикловой порции топлива, который позволяет достигнуть того же эффекта распыления топлива при меньших на порядок давлениях впрыска (при использовании смесевых топлив).


Срок реализации Проекта (месяцев)
12


Необходимый объем финансирования (тыс. руб.)
400


Ключевые слова

-


Графические, презентационные, текстовые и иные материалы к проекту

-