Влияние геометрии проточной части газоподающего модуля на процесс подачи газового топлива в малооборотном газодизельном двигателе

Abstract

Использование газовых топлив для судовых двухтактных малооборотных двигателей внутреннего сгорания рассматривается Международной морской организацией как основной инструмент реализации принятой в 2018 году программы по сокращению выбросов парниковых газов к 2050 году вдвое по сравнению с уровнем 2008 года. В этой связи ведущие мировые производители этого типа двигателей ведут активные научные и проектно-конструкторские работы, направленные на их разработку, проектирование, производство и внедрение в практику эксплуатации. В данном классе двигателей существует ряд ограничений, не позволяющих применить для них имеющийся опыт переоборудования на газовое топливо четырехтактных судовых двигателей. В этой связи каждый производитель разрабатывает свои подходы к решению данной проблемы. В результате наметились два принципиально отличающихся подхода – это подача газового топлива непосредственно в рабочий цилиндр в начале и в конце такта сжатия. Каждому из этих методов свойственны свои преимущества и недостатки. Ранее авторами было показано, что помимо уже реализованных технических решений могут быть использованы другие подходы, связанные с подачей газового топлива в рабочий цилиндр под давлением 4,0...6,0 МПа, которые позволяют сочетать в себе преимущества обоих реализованных на практике методов и существенно сократить свойственные им недостатки. В частности, как эффективный метод борьбы с детонационным сгоранием, имеющем место в двигателях низкого давления, является сокращение времени пребывания газовоздушной смеси в рабочем цилиндре двигателя на такте сжатия. В свою очередь, это время зависит от давления, под которым газовое топливо подводится к газопдающему модулю и от особенностей его истечения через проточную часть этого устройства. Исследованию влияния конструктивных особенностей проточной части на формирование траекторий движения газового топлива и параметров его истечения из газового модуля в рабочий цилиндр в условиях меняющегося противодавления посвящена данная статья.

The use of gas fuels for marine two-stroke low-speed internal combustion engines is considered by the International Mari-time Organization as the main tool for implementing the program adopted in 2018 to reduce greenhouse gas emissions by half by 2050 compared to 2008. In this regard, the world's leading manufacturers of this type of engines are actively engaged in research and development work aimed at developing, designing, manufacturing and putting them into operation. In this class of engines, there are a number of limitations that do not allow the existing experience of converting four-stroke marine engines to gas fuel to be applied to them. In this regard, each manufacturer develops its own approaches to solving this problem. As a result, two fun-damentally different approaches were outlined - this is the supply of gas fuel directly to the working cylinder at the beginning and at the end of the compression stroke. Each of these methods has its own advantages and disadvantages. Earlier, the authors showed that in addition to the already implemented technical solutions, other approaches can be used related to the supply of gas fuel into the working cylinder under a pressure of 4.0...6.0 MPa, which allow combining the advantages of both methods implemented in practice and significantly reduce their inherent disadvantages. In particular, reducing the residence time of the gas-air mixture in the working cylinder of the engine during the compression stroke is an effective method of combating knocking combustion that occurs in low-pressure engines. In turn, this time depends on the pressure under which the gas fuel is supplied to the gas supply module and on the characteristics of its outflow through the flow path of this device. This article is devoted to the study of the influence of the design features of the flow path on the formation of the trajectories of gas fuel movement and the parameters of its outflow from the gas module to the working cylinder under conditions of changing back pressure.