vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2020-79-5-301-309vestnikvniizht-471Research ArticleДругоеMiscellaneousНекоторые аспекты применения газомоторного топлива на дизелях тепловозовSome aspects of the use of natural gas motor fuel in diesel locomotivesКоссовЕ. Е.KossovE. E.

Коссов Евгений Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник

Москва, 129626

Evgeniy E. KOSSOV, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

Moscow, 129626

АсабинВ. В.AsabinV. V.

Асабин Виталий Викторович, канд. техн. наук, доцент, первый проректор

Самара, 443066

Vitaliy V. ASABIN, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, First Vice-Rector

Samara, 443066

СилютаА. Г.SilyutaA. G.

Силюта Анатолий Геннадьевич, канд. техн. наук, заведующий лабораторией

Москва, 129626

Anatoliy G. SILYUTA, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

Moscow, 129626

ЖуравлевА. Н.ZhuravlevA. N.

Журавлев Андрей Николаевич, младший научный сотрудник

Москва, 129626

Andrey N. ZHURAVLEV, Junior Researcher

Moscow, 129626

КоссоваЛ. Е.KossovaL. E.

Коссова Лидия Евгеньевна, младший научный сотрудник

Москва, 129626

Lidiya E. KOSSOVA, Junior Researcher

Moscow, 129626

kossova.lidiya@vniizht.ruАкционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)РоссияJoint Stock Company “Railway Research Institute” (JSC “VNIIZHT”)Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО «СамГУПС»)РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Samara State Transport University” (FGBOU VO “SamGUPS”)Russian Federation202010112020795301309Copyright © Коссов Е.Е., Асабин В.В., Силюта А.Г., Журавлев А.Н., Коссова Л.Е., 20202020Коссов Е.Е., Асабин В.В., Силюта А.Г., Журавлев А.Н., Коссова Л.Е.Kossov E.E., Asabin V.V., Silyuta A.G., Zhuravlev A.N., Kossova L.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/471

В связи с увеличением стоимости дизельного топлива вопросу применения на тепловозах альтернативных видов топлива уделяется большое внимание. Рассматриваются варианты применения топлива, полученного из угля, растений, газовых месторождений и водорода. Сегодня самым дешевым и доступным является природный газ. Применение на тепловозах специально созданных газопоршневых двигателей, работающих при зажигании газовоздушной смеси от постороннего источника, является наиболее привлекательным вариантом. Однако такой подход имеет определенные недостатки:

• необходимо создание нового двигателя, так как при модернизации существующих требуются серьезные конструктивные изменения;

• газопоршневой двигатель работает по существу по циклу «Отто» и имеет более низкие показатели по КПД и мощности по сравнению с дизелем;

• при модернизации существующих тепловозов перевод на работу по циклу «Отто» исключает возможность использования дизельного топлива.

Перевод тепловозов на газовое топливо необходимо осуществлять, применяя газодизельный цикл. Такой подход наиболее приемлем при модернизации тепловозов существующего парка, поскольку сохраняет теплотехнические показатели двигателя и позволяет перевести тепловозы обратно на работу на дизельном топливе. Основным препятствием перевода тепловозных дизелей на газодизельный цикл является низкая степень замещения дизельного топлива газовым. Это обстоятельство определяется значительными трудностями обеспечения работы двигателя по газодизельному циклу на малых нагрузках и холостом ходу. Необходимо обеспечить устойчивую подачу запального топлива на этих режимах и гарантированное воспламенение от нее газовоздушной смеси. Решение данной задачи обеспечивается поддержанием заданного стехиометрического соотношения в газовоздушной смеси и температуры, достаточной для воспламенения запальной порции топлива. Основным способом регулирования стехиометрического соотношения является уменьшение количества поступающего в цилиндры воздуха за счет его дросселирования на входе в двигатель. В данной статье рассматривается методика расчета показателей работы двигателя при дросселировании воздуха на входе.

Due to the increase in the cost of diesel fuel, much attention is paid to the use of alternative types of fuel on diesel locomotives. Variants of using fuel obtained from coal, plants, gas fields and hydrogen are considered. Natural gas is the cheapest and most accessible today. The use of specially designed gas-piston engines on diesel locomotives, operating when the gas-air mixture is ignited from an external source, is the most attractive option. However, this approach has certain disadvantages:

• it is necessary to create a new engine, since the modernization of existing engines requires serious structural changes;

• gas piston engine operates essentially according to the Otto cycle and has lower efficiency and power indicators as compared to a diesel engine;

• when modernizing existing diesel locomotives, switching to the Otto cycle excludes the possibility of using diesel fuel.

Conversion of diesel locomotives to gas fuel must be carried out using the gas-diesel cycle. This approach is most acceptable for the modernization of diesel locomotives of the existing fleet, since it preserves the thermal performance of the engine and makes it possible to transfer diesel locomotives back to operation on diesel fuel. The main obstacle to the transfer of diesel locomotives to the gas-diesel cycle is the low degree of replacement of diesel fuel with gas. This circumstance is determined by the significant difficulties in ensuring the operation of the engine in the gas-diesel cycle at low loads and idling. It is necessary to ensure a stable supply of ignition fuel in these modes and guaranteed ignition of the gas-air mixture from it. The solution to this problem is ensured by maintaining a given stoichiometric ratio in the gas-air mixture and a temperature sufficient to ignite the ignition portion of the fuel.

The main way to regulate the stoichiometric ratio is to reduce the amount of air entering the cylinders by throttling it at the engine inlet. This article discusses the methodology for calculating the performance of the engine when throttling the air inlet.

тепловоздизельгазомоторное топливопроцессыдросселированиепродувканаполнениеработатемпературадозарядкасвободный выпускпринудительный выпусктурбинамощность механических потерьdiesel locomotivedieselgas engine fuelprocessesthrottlingblowdownfillingperformancetemperaturerechargefree releaseforced releaseturbinepower of mechanical lossesReferencesГапанович В. А. Внедрение газомоторных локомотивов в ОАО «РЖД» // Железнодорожный транспорт. 2017. № 9. С. 35 – 38.Gapanovich V. A. Vnedrenie gazomotornykh lokomotivov v OAO “RZhD” [Implementation of gas engine locomotives in JSC “Russian Railways”]. Zheleznodorozhnyy transport, 2017, no. 9, pp. 35 – 38.Фофанов Г. А. Природный газ — моторное топливо для тепловозов // Железные дороги мира. 2006. № 7. С. 43 – 48.Fofanov G. A. Prirodnyy gaz — motornoe toplivo dlya teplovozov [Natural gas — motor fuel for diesel locomotives]. Rail International, 2006, no. 7, pp. 43 – 48.ГОСТ Р 56286 – 2014. Локомотивы маневровые, работающие на сжиженном природном газе. Общие технические требования (с поправками): нац. стандарт Российской Федерации: утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 нояб. 2014 г. № 1928-ст: дата введения: 2015-05-01. М.: Стандартинформ, 2019. 30 с.GOST R 56286–2014. Shunting locomotives running on liquefied natural gas. General technical requirements (as amended): nat. standard of the Russian Federation. Approved and put into effect by order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated 26 November, 2014 No. 1928-st. Moscow, Standartinform Publ., 2019, 30 p. (in Russ.).Коссов Е. Е., Сухопаров С. И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов. М.: Интекст, 1999. 184 с.Kossov E. E., Sukhoparov S. I. Optimizatsiya rezhimov raboty teplovoznykh dizel'-generatorov [Optimization of operating modes of diesel generators]. Moscow, Intext Publ., 1999, 184 p.Орлин А. С., Круглов М. Г. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983. 372 с.Orlin A. S., Kruglov M. G. Teoriya porshnevykh i kombinirovannykh dvigateley [Theory of piston and combined engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1983, 372 p.Симсон А. Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.: Машиностроение, 1964. 248 с.Simson A. E. Gazoturbinnyy nadduv dizeley [Gas turbine supercharging of diesel engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1964, 248 p.Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания / пер. с нем. В. И. Федышина; ред. Н. Н. Иванченко. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд., 1978. 263 с.Tsinner K., Fedyshina V., Ivanchenko N. Nadduv dvigateley vnutrennego sgoraniya [Pressurization of internal combustion engines]. St. Petersburg, Mashinostroenie Publ., 1978, 263 p.Рыжов В. А. Совершенствование характеристик форсированных среднеоборотных двигателей двойного назначения средствами топливоподачи и воздухоснабжения: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.04.02. М.: МГТУ им. Баумана, 2018. 325 с.Ryzhov V. A. Sovershenstvovanie kharakteristik forsirovannykh sredneoborotnykh dvigateley dvoynogo naznacheniya sredstvami toplivopodachi i vozdukhosnabzheniya. Avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk [Improving the characteristics of forced mediumspeed dual-purpose engines by means of fuel supply and air supply. Dr. tech. sci. dis. synopsis]. Moscow, MGTU im. Baumana Publ., 2018, 325 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.