Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от установочного УОВТ

На рисунке 1, а представлено изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от установочного УОВТ на номинальном режиме (n = 2200 мин ^-1, р_е = 0,64 МПа). Для комплексной оценки влияния применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля, рассмотрим исследуемые показатели при различных значениях установочного УОВТ на обоих видах топлива. При работе на ДТ и значении установочного УОВТ Θ_{впр дт} = 20º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max составляет 2076 К, максимальное значение давления газов в цилиндре р_zmax составляет 7,9 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,203 г/м³ (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ), расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра дизеля на момент открытия выпускного клапана N_{вых дт расч} = 3,181∙10⁶ мм^-3. При работе на ДТ и значении установочного УОВТ Θ_{впр дт} = 23º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max составляет 2115 К, максимальное значение давления сгорания р_zmax составляет 8,4 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,146 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема в цилиндре дизеля на момент открытия выпускного клапана N_{вых дт расч} = 2,291∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} составляет 0,155 г/м³.

Увеличение установочного УОВТ до Θ_{впр дт} = 26º до ВМТ приводит к росту показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля. При работе на данном режиме температура T_max = 2199 К, давления сгорания р_zmax = 9,0 МПа. Проведенные расчеты показывают, что расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,153 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра N_{вых дт расч} = 2,405∙10⁶ мм^-3 (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ). Массовая концентрация сажи, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} = 0,163 г/м³.

а)

б)

Рис. 1. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от установочного УОВТ: а) n = 2200 мин ^-1, р_е = 0,64 МПа; б) n = 1700 мин^-1, р_е = 0,69 МПа; ¾ — ДТ; ― ― — ЭТЭ

При значении установочного УОВТ Θ_{впр дт} = 29º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max = 2240 К, максимальное значение давления сгорания р_zmax = 9,5 МПа. Расчетное значение массовой концентрации сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана возрастает до С_{вых дт расч} = 0,174 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема в цилиндре дизеля возрастает до N_{вых дт расч} = 2,736∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} = 0,187 г/м³.

При работе дизеля на ЭТЭ на номинальном режиме и значении установочного УОВТ Θ_{впр этэ} = 20º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max составляет 2426 К, максимальное значение давления газов в цилиндре р_zmax составляет 8,26 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых этэ расч} имеет значение 0,047 г/м³ (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ), расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра N_{вых этэ расч} = 0,745∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых этэ опыт} составляет 0,052 г/м³.

Анализ графиков показывает, что в случае увеличения установочного УОВТ до Θ_{впр этэ} = 23º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max = 2511 К, максимальное значение давления газов в цилиндре р_zmax = 8,9 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых этэ расч} = 0,043 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра N_{вых этэ расч} = 0,675∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых этэ опыт} составляет 0,047 г/м³.

Увеличение установочного УОВТ до Θ_{впр этэ} = 26º до ВМТ приводит к росту показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля. При работе на данном режиме максимальное значение осредненной температуры цикла T_max = 2575 К, максимальное значение давления сгорания р_zmax = 9,6 МПа. Массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых этэ расч} = 0,057 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема в цилиндре дизеля в момент открытия выпускного клапана N_{вых этэ расч} = 0,892∙10⁶ мм^-3. Значение массовой концентрации сажи, полученное опытным путем, С_{вых этэ опыт} составляет 0,063 г/м³.

При значении установочного УОВТ Θ_{впр этэ} = 29º до ВМТ максимальная температура T_max = 2635 К, а максимальное давление газов р_zmax = 10,0 МПа. Расчетное значение массовой концентрации сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана возрастает до С_{вых этэ расч} = 0,128 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра дизеля возрастает до N_{вых этэ расч} = 2,002∙10⁶ мм^-3. При этом массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых этэ опыт} = 0,133 г/м³.

Анализируя зависимости, соответствующие работе дизеля на номинальном режиме, можно отметить следующее. При переходе с ДТ на альтернативное топливо ЭТЭ при всех значениях установочного УОВТ наблюдается существенное снижение расчетных и опытных значений показателей сажесодержания в момент открытия выпускного клапана. Минимальные значения показателей сажесодержания при работе на ДТ и ЭТЭ достигаются при значении установочного УОВТ Θ_впр = 23º до ВМТ.

Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от установочного УОВТ на режиме максимального крутящего момента (n = 1700 мин ^-1, р_е = 0,69 МПа) представлено на рисунке 1, б.

Рассматривая зависимости, полученные при работе дизеля на ДТ и значении установочного УОВТ Θ_{впр дт} = 20º до ВМТ, можно отметить следующее. Максимальное значение осредненной температуры цикла T_max = 2103 К, максимальное значение давления газов в цилиндре р_zmax = 8,46 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,153 г/м³ (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ), расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра N_{вых дт расч} = 2,405∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} составляет 0,163 г/м³.

При работе на ДТ и значении установочного УОВТ Θ_{впр дт} = 23º до ВМТ максимальное значение осредненной температуры цикла T_max составляет 2145 К, максимальное значение давления сгорания р_zmax составляет 8,69 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,125 г/м³, при этом расчетное количество частиц сажи в единице объема цилиндра N_{вых дт расч} = 1,961∙10⁶ мм^-3. Массовая концентрация сажи в момент открытия выпускного клапана, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} составляет 0,133 г/м³.

Увеличение установочного УОВТ до Θ_{впр дт} = 26º до ВМТ приводит к росту показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля. При работе на данном режиме максимальное значение осредненной температуры цикла T_max = 2230 К, максимальное значение давления сгорания р_zmax = 9,2 МПа. Расчетная массовая концентрация сажи в цилиндре в момент открытия выпускного клапана С_{вых дт расч} = 0,138 г/м³, расчетное количество частиц сажи в единице объема в цилиндре дизеля N_{вых дт расч} = 2,166∙10⁶ мм^-3 (φ_Свых = 124,0º п. к.в. после ВМТ). Массовая концентрация сажи, полученная опытным путем, С_{вых дт опыт} = 0,147 г/м³.

Литература:

1.       Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с турбонаддувом Д-245.12С при работе на компримированном природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 223–226.

2.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Оценка влияния режимов работы дизеля Д-245.12С на дымность отработавших газов при работе на нефтяном и альтернативных топливах // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 226–229.

3.       Софронов М. В., Россохин А. В. Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 104–107.

4.       Софронов М. В., Тимшин Д. И., Россохин А. В. Влияние применения ЭТЭ на эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 107–109.

5.       Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 98–101.

6.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Особенности теплообмена излучением в цилиндре дизелей при работе на газомоторном топливе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10–1. с. 14–17.

7.       Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11–12. с. 3–10.

8.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Снижение выбросов сажи с отработавшими газами дизелей путем применения альтернативных топлив // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 13–16.

9.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Особенности работы автотранспортного дизеля на этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 16–19.

10.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Полевщиков А. С. Влияние этанола на показатели дизеля Д21А1 // Автомобильная промышленность. 2011. № 12. с. 26–27.

11.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2006.

12.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2006.

13.   Лиханов В. А., Лопарев А. А., Рудаков Л. В., Россохин А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 12. с. 15–19.

14.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.