Разработка и исследование системы питания сжиженным газом в перегретом состоянии для двигателей внутреннего сгорания

Предложено новое техническое решение, которое обеспечивает улучшение и упрощение процесса смесеобразования за счет использования эффекта взрывного вскипания топлива («flashboiling») при его подаче в перегретом состоянии. Изготовлен экспериментальный образец разработанной системы питания двигателя сжиженным газом в жидком состоянии, позволяющий улучшить энергетические и экологические показатели двигателя, уменьшить потребление дорогого традиционного топлива и привлечь к топливному фонду дешевые экологически чистые газовые топлива.
Выполнено экспериментальное исследование процесса впрыска сжиженного газа (на одной форсунке), определены основные эксплуатационные особенности и требования по работе таких систем. Процесс испарения жидкого топлива сопровождается снижением температуры смеси (экспериментальные данные приведены в отчете), что для реального двигателя существенно улучшает наполнение цилиндров. Указанные факторы приводят к тому, что распыленая масса перегретой жидкости быстрее испаряется и лучше сгорает, что возможно использовать как для двигателей с подготовкой топливной смеси в камеру сгорания, так и с прямым впрыском топлива. Так в современных системах прямого впрыска (Common Rail) для достижения необходимого размера капель давление распыления может составлять более 250 МПа. Использование эффекта взрывного вскипания топлива позволяет существенно уменьшить необходимое давление распыления (до 3 МПа), упростить систему топливоподачи и снизить ее стоимость.
Разработана численная модель, позволяющая моделировать теплогидродинамические процессы впрыска сжиженных газов в канал подачи подготовленной воздушно-топливной смеси и в цилиндр ДВС. Выполнена проверка ее адекватности на основе реальных экспериментальных результатов. Проведенные многочисленные эксперименты с использованием разработанной модели, которые позволили определить оптимальные теплофизические и конструктивные параметры системы впрыска газа в жидком состоянии.
Комплекс предлагаемых мер позволяет существенно улучшить как точность дозирования газового топлива, так и процесс сгорания газовоздушной смеси в цилиндрах двигателя, что позволяет уменьшить токсичность отработанных газов до уровня современных требований.