ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Двухтопливная система трактора»

Рекомендуемая область пременения

Тракторо- и двигателестроение

Назначение, цели и задачи проекта

Улучшение эксплуатационных показателей тракторов путем обогащения воздушного заряда на такте впуска углеводородным активатором (бензинами, спиртами, биотопливными композициями и др.), подаваемого во впускной трубопровод дизеля дополнительной впрысковой системой в количестве, замещающем основное дизельное топливо в зависимости от нагрузочно-скоростного режима.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Основным потребителем моторных углеводородных топлив нефтяного происхождения в АПК РФ является автотракторная техника. Причем доля такой техники, оснащенной поршневым дизельным двигателем, в общей структуре машинно-тракторного парка возрастает из года в год. Такая тенденция характерна и для зарубежных производителей с.-х. продукции.

К настоящему времени дизели достигли высокого уровня совершенства. Однако опыт использования дизелей на тракторах с.-х. назначения показывает, что темпы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по улучшению их технико-эксплуатационных показателей в последние годы снизились. Одной из основных причин этого, на наш взгляд, является недостаточная информативность, некоторый «консерватизм», а зачастую и нежелание заводов-производителей использовать научные идеи с целью доведения их до практического применения, причем во многом из-за слабых творческих связей между вузовской наукой и производством.

Примером этого может служить достаточно широко известный специалистам в области двигателе- и тракторостроения способ обогащения воздушного заряда углеводородным активатором (бензином, керосином, спиртом и др.) путем подачи последнего во впускной трубопровод дизеля на такте впуска. Наиболее известным техническим решением, реализующим данный способ, является устройство, выполненное в виде карбюратора, распылитель которого сообщен с впускным трубопроводом дизеля. При падении давления во впускном трубопроводе на такте впуска активатор начинает вытекать из распылителя и перемешиваться со свежим зарядом. При этом в цилиндры двигателя поступает уже не воздух, а смесь, состоящая из воздуха и активатора в определенном процентном соотношении.

Основным препятствием к широкому применению этого способа на автотракторной технике явилось отсутствие на тот момент «думающих» устройств, которые бы обеспечивали точную дозировку необходимого количества активатора в зависимости от нагрузочного, скоростного и теплового режимов работы дизеля. От точности дозировки того или иного вида активатора и качества перемешивания его с воздухом зависит и величина получаемого эффекта по мощности дизеля, расходу топлива, содержанию вредных веществ в отработавших газах и другим показателям. Для этого на тракторе наряду со штатной системой подачи дизельного топлива дополнительно устанавливается впрысковая система, содержащая электрический насос, электромагнитную форсунку, электронный блок управления и датчики скоростного и нагрузочного режимов, температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения. Такая система получила название «двухтопливная система».

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Двухтопливная система, наряду со штатной системой подачи дизельного топлива, дополнительно содержит систему электронного впрыска, которая позволяет обогащать воздушный заряд автомобильными и авиационными бензинами, спиртами, авиационным керосином, биотопливом, биодитотопливными композициями и другими видами топлива на различных нагрузочно-скоростных режимах путем впрыска во впускной трубопровод, причем в количестве, замещающем основное дизельное топливо в суммарном массовом расходе комплексного топлива (дизельное топливо + углеводородный активатор).

Для этого у топливного насоса высокого давления цикловая подача дизельного топлива, путем регулировки на безмоторном стенде, занижается на величину впрыскиваемого активатора (обычно на 10-30% меньше нормативного значения для данной модели дизеля).

Система электронного впрыска содержит электрический насос 23 (рис. 1), сообщенный с емкостью 1 для активатора, электромагнитную форсунку 9, установленную во впускном трубопроводе 10 дизеля, электронный блок управления 19, электрически соединенный через датчики 15 и 7 скоростного и нагрузочного режимов с источником питания 16. Подключение электронного блока 19 и электронасоса 23 к источнику питания 16 происходит автоматически по сигналам датчиков 17 и 18 температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения в бортовой сети соответственно при температуре 50+5°С и напряжении 9-14 В, а отключение – при температуре 95+5°С и напряжении ниже 9 В.

После пуска и прогрева дизеля, в зависимости от нагрузочно-скоростного режима, информативные сигналы от соответствующих датчиков поступают в электронный блок, который формирует командный импульсный сигнал по величине напряжения и посылает его в обмотку электромагнитной форсунки. При напряжении низкого уровня обмотка обесточивается, игла форсунки закрывается и подача активатора через форсунку прекращается. При напряжении высокого уровня в момент такта впуска подача активатора через форсунку возобновится.

С изменением нагрузочно-скоростного режима дизеля меняются параметры (длительность и пауза) управляющих импульсных сигналов, а следовательно, и количество подаваемого активатора через форсунку.

Электромагнитная форсунка и электронасос являются штатными узлами системы электронного впрыска бензинового двигателя. Бак для дополнительного топлива и фильтр-отстойник взяты из системы питания пускового двигателя. В качестве датчиков нагрузочного и скоростного режимов использованы соответственно потенциометрический датчик перемещения рейки топливного насоса высокого давления и индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала. В основе электрической схемы электронного блока впрысковой системы лежит генератор прямоугольных импульсов. Общий вид впрысковой системы трактора представлен на рисунке 2.

Рисунок 1 – Схема двухтопливной системы трактора: 2 – кран расходный;
3 – трубопроводы соединительные; 4 – фильтр очистки активатора; 5 – фильтр грубой очистки;6 – фильтр тонкой очистки;

 8 – топливопровод высокого давления; 11 – форсунка топливная;

 12 – трубопровод выпускной; 13 – цилиндр двигателя; 14 – маховик; 20 – ТНВД; 21 – насос ручной подкачки; 22 – насос подкачивающий (остальные позиции в тексте)

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Анализ выполненных теоретических (табл. 1, 2) и экспериментальных исследований тракторного дизеля 4Ч11/12,5 (Д-240) на режимах номинальной мощности, максимального крутящего момента, частичных нагрузок и холостого хода при работе на товарном дизельном топливе Л-0,2-62 без обогащения воздушного заряда и с обогащением воздушного заряда активатором в количестве 10, 20 и 30% от нормативного часового расхода дизельного топлива, предварительно заниженного на величину подаваемого активатора, показывает, что наилучшие показатели рабочего цикла, мощностные, экономические и экологические показатели дизеля достигаются на режиме номинальной мощности при 10%-ной подаче активатора. На режиме холостого хода наименьший расход топлива и дымность отработавших газов наблюдаются при работе дизеля с 20%-ным обогащением.

Так, например, на номинальном режиме при подаче бензинов АИ-92, А-76 и спирта коэффициент избытка воздуха уменьшается соответственно на 12%, 8% и 2% (рис. 10). В основном это объясняется тем, что теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания комплексного топлива (дизельного топлива и активатора), увеличивается, а действительный – уменьшается по причине снижения коэффициента наполнения вследствие возрастания максимальной температуры цикла.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

-

Новые потребительские свойства продукции

- снижение металлоемкости;
- уменьшены габариты;
- высокая эффективность

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые инвестиции

5 млн. руб.

Рынки сбыта

Организации, эксплуатирующие автотракторную технику (тракторы, комбайны, автодорожная техника; техника, используемая в мелиорации и др.).

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование не имеет аналогов на российском рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

18

Дата поступления материала

27.04.2007