В работе приводятся результаты исследований влияния установочного угла опережения впрыскивания топлива на токсичность отработавших газов дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на дизельном топливе и на природном газе.
Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, оксиды азота, объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота, промежуточное охлаждение надувочного воздуха.
В Вятской ГСХА на кафедре ДВС были проведены исследования влияния применения природного газа (ПГ) на эффективные и экологические показатели дизеля с турбонаддувом и промежуточным охлаждением надувочного воздуха (ПОНВ) 4ЧН 11,0/12,5 при работе на различных установочных углах опережения впрыскивания топлива (УОВТ) [1–15].
При работе дизеля с турбонаддувом и промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 были сняты нагрузочные и скоростные характеристики при равных значениях эффективной мощности и крутящего момента на четырех углах опережения впрыскивания топлива Θвпр = 5º, Θвпр = 7º, Θвпр = 9º и Θвпр = 11º до в. м.т. по дизельному и газодизельному процессам с одновременным индицированием рабочего процесса и определением токсичности и дымности ОГ. Характеристики снимались для определения и оптимизации эффективных и экологических показателей двигателя, а также показателей горения и характеристик тепловыделения. По результатам нагрузочных характеристик на различных установочных углах опережения впрыскивания топлива были построены регулировочные характеристики, как по дизельному, так и по газодизельному процессу.
На рисунке 1 представлено содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля с турбонаддувом и ПОНВ 4ЧН 11,0/12,5, в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива для номинальной частоты вращения n = 2400 мин-1 при работе на дизельном топливе и на природном газе.
Как видно из графиков при всех значениях установочных УОВТ при переходе на газодизельный процесс в отработавших газах происходит снижение содержания оксидов азота и сажи, но происходит увеличение содержания углеводородов, углекислого и угарного газа.
Рис. 1. Влияние применения природного газа на содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля с турбонаддувом и ПОНВ 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ при n = 2400 мин-1, ре = 0,947 МПа;
—––––– — дизельный процесс, — – — – — газодизельный процесс
Таким образом, по показателям объемного содержания оксидов азота и показателям процесса сгорания, с учетом эффективных показателей необходимо принять оптимальный установочный УОВТ Θвпр = 7º для газодизельного процесса и Θвпр = 9º для дизельного процесса [16–25].
Сравнивая оптимальные установочные УОВТ (оптимальный установочный УОВТ Θвпр = 7º для газодизельного процесса и Θвпр = 9º для дизельного процесса), следует отметить, что при n = 2400 мин-1 при работе по газодизельному процессу содержание СО в отработавших газах составляет 0,10 %. Для дизельного процесса — 0,029 %. Таким образом, разница между дизельным и газодизельным процессом равна 0,071 %. Содержание СО2 при работе на данном режиме по газодизельному циклу составляет 4,72 %, при работе по дизельному циклу — 3,75 %. Содержание NOx на газодизельном цикле составляет 499 ppm, при работе по дизельному циклу — 650 ppm. Таким образом снижение объемного содержания оксидов азота при работе по газодизельному циклу на установочном УОВТ Θвпр = 9º, n = 2400 мин-1 составляет 151 ppm или 23 %. Разница между дизельным и газодизельным процессом равна 0,9 единицы Bosch, т. е. снижение содержания сажи при работе на данном режиме по газодизельному циклу составляет 50 % [26–32].
Для оптимальных установочных УОВТ характерна устойчивая работа, жесткость рабочего процесса dP/dφ находится в пределах допустимых значений и составляет менее 1 МПа/град.
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 3–6.
2. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследования эффективных и экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на природном газе с рециркуляцией отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 5. С. 22–25.
3.Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с
4. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.
5. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей тракторного дизеля Д-240 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Научно-практический журнал Пермский аграрный вестник: 2013. № 1 (1). С. 29–32.
8. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.
9. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
10. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11–13.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.
13. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Олейник М. А., Дубинецкий В. Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13–16.
14. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование нагрузочного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Потенциал современной науки. 2015. № 3 (11). С. 40–44.
15. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование скоростного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 24–26.
16. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 28–30.
17. Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции отработавших газов для снижения токсичности тракторного дизеля // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 11–13.
18. Лопатин О. П. Зонная модель процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 261–265.
19. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 265–268.
20. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.
21. Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров, 2008. — 155 с.
22. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.
23. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.
24. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
25. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.
26. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.
27. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). с. 151–154.
28. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 211 с.
29. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
30. Лиханов В. А., Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения: Монография. — Киров, 2008. — 154 с.
31. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 139–142.
32. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 142–145.
