Некоторые аспекты применения газомоторного топлива на дизелях тепловозов

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.

1. Гапанович В. А. Внедрение газомоторных локомотивов в ОАО «РЖД» // Железнодорожный транспорт. 2017. № 9. С. 35 – 38.

2. Фофанов Г. А. Природный газ — моторное топливо для тепловозов // Железные дороги мира. 2006. № 7. С. 43 – 48.

3. 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.

4. Коссов Е. Е., Сухопаров С. И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов. М.: Интекст, 1999. 184 с.

5. Орлин А. С., Круглов М. Г. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983. 372 с.

6. Симсон А. Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.: Машиностроение, 1964. 248 с.

7. Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания / пер. с нем. В. И. Федышина; ред. Н. Н. Иванченко. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд., 1978. 263 с.

8. 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.