Изменения токсичных компонентов в отработавших газах дизеля при работе на метаноле

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) при оптимальных значений установочных УОВТ на содержание токсичных компонентов в отработавших газах при n = 1800 мин^-1.

Ключевые слова: дизель, метанол, двойная система топливоподачи.

Влияние применения метанола на содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения коленчатого вала (n = 1800 мин^-1) и оптимальных значений установочных УОВТ представлены на рисунке 1 [1–9].

Анализируя изменения значений содержания токсичных компонентов в ОГ дизеля в зависимости от изменения нагрузки при частоте вращения n = 1800 мин^-1 и оптимальных установочных УОВТ, можно отметить следующее. Содержание оксидов азота в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ существенно ниже, чем при работе на ДТ во всем диапазоне изменения нагрузки.

Так, при р_е = 0,127 МПа содержание оксидов азота в ОГ снижается с 225 ppm при работе дизеля на ДТ до 215 ppm при работе на метаноле с ДСТ, или на 4,4 %. При р_е = 0,55 МПа снижение содержания NO_x в ОГ еще более существенно. Если при работе дизеля на ДТ содержание NO_x в ОГ составляет 420 ppm, то при этой же нагрузке, но при работе на метаноле с ДСТ — только 285 ppm. Снижение составляет 32,1 %. При максимальных нагрузках (при р_е = 0,65 МПа) снижение составляет от 380 ppm при работе дизеля на ДТ до 250 ppm при работе дизеля на метаноле с ДСТ, или 34,2 % [10–18].

Существенно снижается в ОГ содержание сажи при работе дизеля на метаноле с ДСТ во всем исследуемом диапазоне нагрузок. Так, при р_е = 0,127 МПа содержание сажи в ОГ снижается с 2,1 единицы по шкале bosch при работе дизеля на ДТ до 0,1 единицы по шкале bosch при работе дизеля на метаноле с ДСТ. При максимальных нагрузках (при р_е = 0,65 МПа) содержание сажи в ОГ снижается от 6,5 единицы по шкале bosch при работе на ДТ до 1,3 единицы по шкале bosch при работе дизеля на метаноле с ДСТ, или в 5 раз.

Анализируя содержание в ОГ суммарных углеводородов, можно констатировать следующие закономерности: содержание СН_х при работе дизеля на ДТ при увеличении нагрузки растет, а при работе на метаноле содержание СН_х сначала снижается, а затем возрастает и имеет значения выше, чем при работе на ДТ во всем диапазоне нагрузок. При р_е = 0,127 МПа и работе дизеля на метаноле с ДСТ значение СН_х в ОГ составляяет 0,28 %, а при работе на ДТ — 0,03 %. Затем содержание СН_х при работе дизеля на метаноле с ДСТ снижается до 0,12 % при р_е = 0,47 МПа. Значение содержания СН_х при работе на ДТ составляет при этом 0,07 %. Затем величина СН_х возрастает до 0,23 % при р_е = 0,65 МПа, в то время как при работе дизеля на ДТ содержание СН_х составляет лишь 0,19 % [19–25].

Рис. 1. Влияние применения метанола с ДСТ на содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля 2Ч 10,5/12,0 Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º в зависимости от изменения нагрузки при n = 1800 мин^-1; ¾ — дизельный процесс; — - — - метанол с запальным ДТ

Также необходимо отметить, что при работе дизеля на метаноле с ДСТ возрастает содержание СО в ОГ на малых и средних нагрузках (до р_е = 0,55 МПа). При работе дизеля на метаноле с ДСТ и р_е = 0,127 МПа содержание СО в ОГ составляет 0,28 %, а при работе на ДТ — 0,08 %. Происходит увеличение в 3,5 раза. Однако с увеличением нагрузки содержание СО при работе на метаноле в ОГ дизеля снижается и при значении р_е = 0,55 МПа сравнивается со значениями содержания СО в ОГ при работе дизеля на ДТ и составляет 0,21 %. При дальнейшем увеличении нагрузки содержание СО в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ лежит ниже значений содержания СО при работе дизеля на ДТ и при р_е = 0,65 МПа составляет 0,35 % против 0,48 % соответственно. Снижение составляет 27 %.

Это объясняется тем, что суммарные углеводороды и оксид углерода являются продуктами неполного сгорания и что на увеличение их процентного содержания в ОГ оказывает влияние ухудшение процесса сгорания на малых нагрузках из-за переобеднения смеси вследствие воспламенения запальным ДТ. В результате на малых нагрузках процесс распространения фронта пламени и весь процесс сгорания в целом протекает более «вяло», способствуя неполному сгоранию топлива и, как следствие, ухудшению эффективного к. п.д.

Содержание СО₂ в ОГ дизеля 2Ч 10,5/12,0 при изменении нагрузки мало зависит от вида топлива и изменяется практически по одной зависимости, хотя значения СО₂ при работе дизеля на метаноле с ДСТ во всем диапазоне выше значений содержания СО₂ в ОГ при работе дизеля на ДТ и растут от 1,8 % при р_е =0,127 МПа до 4,6 % при р_е = 0,65 МПа, в то время как при работе дизеля на ДТ при этих же нагрузках содержание СО₂ в ОГ составляет 0,8 % и 4,0 % соответственно. Происходит увеличение в 2,25 раза и на 15 % соответственно [26–28].

Литература:

1.                  Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 6. С. 19–21.

2.                  Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение токсических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 7. С. 6–7.

3.                  Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.

4.                  Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.

5.                  Скрябин М. Л. Разработка программы стендовых исследований газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 53–55.

6.                  Скрябин М. Л. Особенности горения капли дизельного топлива в турбулентном потоке метано-воздушной смеси в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 56–59.

7.                  Скрябин М. Л. Исследование мощностных и экономических показателей газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 59–62.

8.                  Скрябин М. Л. Влияние угла опережения впрыскивания топлива на экологические показатели газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 62–65.

9.                  Скрябин М. Л. Снижение дымности отработавших газов дизеля 2Ч 10,5/12 // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). С. 430–433.

10.              Скрябин М. Л. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 433–436.

11.              Скрябин М. Л. Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива на токсичность отработавших газов дизеля 4ЧН 11,0/12,5 // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 436–439.

12.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на содержание оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 439–442.

13.              Скрябин М. Л. Влияние применение метанола на дымность отработавших газов дизеля 2Ч 10,5/12 // Молодой ученый. 2015. № 11(91).С. 445–448.

14.              Скрябин М. Л. Влияние применения метанола с двойной системой топливоподачи в дизеле 2Ч 10,5/12,0 на показатели процесса сгорания и показатели сажесодержания // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 442–445.

15.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки на номинальной частоте вращения // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 301–303.

16.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки на частоте вращения максимального крутящего момента // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 298–301.

17.     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.

18.     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.

19.     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.

20.     Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.

21.     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.

22.     Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.

23.     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.

24.     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.

25.     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.

26.     Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. Т. 4. № 16. С. 170–173.

27.     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.

28.     Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование эффективных показателей дизеля при работе на природном газе, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 4–1 (35). С. 79–81.