Оптимизированный тяжелый

Aug 01, 2023

Команда из Empa - Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий и FPT Motorenforschung в статье с открытым доступом в журнале Fuel сообщает о производительности и характеристиках выбросов 11-литрового двигателя с воспламенением от сжатия для тяжелых условий эксплуатации, оптимизированного специально для DME. (диметиловый эфир) горение. Двигатель DME был основан на серийном двигателе FPT Cursor 11.

Тепловой КПД тормоза двигателя DME. Карта BTE выглядит так, как и следовало ожидать от двигателя с воспламенением от сжатия: наилучшие уровни эффективности на крейсерской скорости и средней и высокой нагрузке и снижение эффективности при более низких нагрузках. При давлении выше 6–7 бар КПД двигателя превышает 40 %, а максимальный КПД немного выше 45 %. Однако тестовый двигатель не имел новейшего пакета снижения трения. При использовании самой последней разработки можно ожидать повышения уровня эффективности примерно на 1–2 процентных пункта. Солтик и др.

Модификации включали адаптированный к DME насос высокого давления Common Rail, адаптированные форсунки, а также систему подачи топлива низкого давления, способную подавать DME при давлении 10 бар и соответственно возвращать обратный поток форсунок, а также насоса Common Rail. Насос Common Rail смазывался снаружи моторным маслом, чтобы он мог выдерживать низкую смазывающую способность топлива.

Двигатель также был оснащен объемным насосом с электроприводом в контуре рециркуляции выхлопных газов (EGR), который дает свободу устанавливать любую желаемую скорость EGR независимо от степени давления в турбонагнетателе.

Система EGR, состоящая из охладителя EGR, насоса EGR с электроприводом и соответствующих трубопроводов. Солтик и др.

Исследователи также оптимизировали геометрию камеры сгорания и степень сжатия (с 16,5 до 20,5) для DME.

Результаты экспериментов показали, что при работе DME сохраняются характеристики базового дизельного двигателя (пиковая мощность 338 кВт), при этом значительно снижаются выбросы на выходе двигателя.

Компоновка двигателя, установленного на испытательном стенде. Солтик и др.

Компромисс между NOx и сажей, типичный для дизельных двигателей, в принципе больше не существует, так что желаемый уровень NOx можно установить без ограничений сгорания сажи. Кроме того, сгорание является очень полным и могут быть обнаружены очень низкие уровни регулируемых и нерегулируемых выбросов загрязняющих веществ (например, угарного газа, ДМЭ, метана, бензола, толуола, ацетальдегида, формальдегида, муравьиной кислоты).

Переходная эксплуатация не представляет проблем, а очень низкий уровень выбросов может быть достигнут при использовании той же системы очистки выхлопных газов, что и для дизельного топлива. Общие уровни выбросов углеводородов, окиси углерода и твердых частиц, соответствующие действующему стандарту Евро VI и, возможно, даже предлагаемому дорожному законодательству Евро VII, могут быть соблюдены без какой-либо очистки выхлопных газов.

Схема экспериментальной установки (не показано: измерение аммиака после ATS). Солтик и др.

Что касается выбросов CO2 из выхлопных газов, возможно снижение примерно на 11% по сравнению с двигателем, работающим на дизельном топливе.

Хорошая энергетическая плотность ДМЭ в сочетании с многочисленными путями устойчивого производства, высокая эффективность преобразования, как у дизельного топлива, а также возможность соблюдать чрезвычайно строгие нормы выбросов при сравнительно небольших технических усилиях по очистке выхлопных газов делают ДМЭ очень привлекательным топливом для ряд приложений в будущем.

Поэтому авторы рекомендуют серьезно рассматривать ДМЭ как экологически безопасное будущее топливо для тяжелой техники на дорогах и бездорожье. ДМЭ обладает техническим, экономическим и экологическим потенциалом, позволяющим идеально дополнять другие экологически чистые виды топлива, такие как водород, метанол, метан или аммиак.

В ходе экспериментов, описанных в этой статье, не было обнаружено никаких проблем с насосом DME с внешней смазкой. Однако прежде чем эту технологию можно будет внедрить в промышленность, необходимо провести тщательную оценку долговечности такого насоса в течение желаемого срока службы.

Ресурсы