В Вятской ГСХА на базе кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов осуществлена разработка дизеля для работы на этаноло-топливной эмульсии. В работе приводится анализ полученных результатов.
Ключевые слова: дизель, эмульсия.
На основании проведенных экспериментальных исследований и расчетов были построены графики влияния применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 на оптимальном установочном УОВТ при двух основных частотах вращения коленчатого вала: частоте, соответствующей максимальному крутящему моменту и номинальному режиму в зависимости от изменения нагрузки. Эти данные представлены на рисунке 1 [1–15].
При анализе нагрузочных характеристик, соответствующих работе дизеля на ДТ на номинальной частоте вращения и при оптимальном установочном УОВТ, выявляется ряд закономерностей. С увеличением значения среднего эффективного давления от pе = 0,13 МПа до pе = 0,69 МПа происходит линейное увеличение максимальной осредненной температуры от 1485 К до 2180 К соответственно. Увеличение составляет 695 К или 46,8 %. Также происходит увеличение максимального давления цикла pzmax от 7,2 МПа при pе = 0,13 МПа до 8,5 МПа при pе = 0,69 МПа, увеличение составляет 1,3 МПа или 18,1 %. Также линейно увеличивается степень повышения давления λ от 1,8 при pе = 0,13 МПа до 2,1 при pе = 0,69 МПа. Увеличение λ составляет 0,3 или 16,7 %. Также происходит увеличение скорости нарастания давления газов в цилиндре дизеля (dp/dj)max от 0,54 МПа/град при pе = 0,13 МПа до 0,74 МПа/град при pе = 0,69 МПа. Также с увеличением нагрузки происходит снижение значения φi, который соответствует ПЗВ, от 26,0º п. к.в. при pе = 0,13 МПа до 22, 0º п. к.в. Разница значений составляет 4, 0º п. к.в.
При анализе нагрузочных характеристик, соответствующих работе дизеля на ЭТЭ на номинальной частоте вращения и при оптимальном установочном УОВТ, значения основных характеристик изменяются по схожим закономерностям, как при работе дизеля на ДТ. Из графиков видно, что устойчивое горение, бес пропусков воспламенения горючей смеси при работе дизеля на ЭТЭ начинается при нагрузке соответствующей pе = 0,38 МПа. При увеличении нагрузки от pе = 0,38 МПа до pе = 0,69 МПа происходит увеличение максимальной осредненной температуры от 2233 К до 2530 К соответственно. Увеличение составляет 297 К или 13,3 %. Также происходит увеличение максимального давления цикла pzmax от 6,3 МПа при pе = 0,38 МПа до 9,1 МПа при pе = 0,69 МПа, увеличение составляет 2,8 МПа или 44,4 %. Также при увеличении нагрузки происходит увеличение степени повышения давления λ от 1,91 при pе = 0,38 МПа до 2,30 при pе = 0,69 МПа. Увеличение λ составляет 0,39 или 20,4 %. Также происходит увеличение скорости нарастания давления газов в цилиндре дизеля (dp/dj)max от 0,71 МПа/град при pе = 0,38 МПа до 1,06 МПа/град при pе = 0,69 МПа. Рост (dp/dj)max составляет 0,35 %. Также, с увеличением нагрузки происходит снижение значения φi, который соответствует ПЗВ, от 35,0º п. к.в. при pе = 0,38 МПа до 28,0º п. к.в. Разница значений составляет 7, 0º п. к.в. или 20,0 %.
Рис. 1. Показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ в зависимости от изменения нагрузки при n = 2200 мин-1; —— — ДТ; — — — — ЭТЭ
Сравнивая работу дизеля 4Ч 11,0/12,5 на ДТ и ЭТЭ на оптимальном установочном УОВТ и номинальной частоте вращения (n = 2200 мин-1) при варьировании нагрузкой можно отметить следующие особенности. При нагрузке соответствующей pе = 0,38 МПа происходит увеличение максимальной осредненной температуры цикла от 1897 К при работе на ДТ до 2233 К при работе на ЭТЭ. С увеличением нагрузки до pе = 0,69 МПа также прослеживается увеличение Тmax от 2180 К при работе на ДТ до 2530 К при работе на ЭТЭ. Увеличение составляет 350 К или 16,1 %. Максимальное давление цикла pzmax при нагрузке pе = 0,38 МПа ниже при работе на ЭТЭ. При работе на ЭТЭ pzmax=6,30 МПа, а при работе на ДТ pzmax=7,88 МПа. Снижение составляет 1,58 МПа. При нагрузке pе = 0,38 МПа λ = 1,88 при работе на ДТ и вырастает до λ = 1,91 при работе на ЭТЭ. С повышением нагрузки до pе = 0,69 МПа λ вырастает от 2,05 при работе на ДТ до 2,30 при работе на ЭТЭ. Сравнивая работу дизеля на ДТ и ЭТЭ можно отметить, что происходит рост скорости нарастания давления газов во всем диапазоне изменения нагрузки. Так при pе = 0,38 МПа (dp/dj)max вырастает от 0,60 МПа/град при работе на ДТ до 0,71 МПа/град при работе на ЭТЭ. Увеличение составляет 0,11 МПа/град или 18,3 %. При максимальной нагрузке соответствующей pе = 0,69 МПа разница в значениях жесткости вырастает. Так при pе = 0,69 МПа (dp/dj)max = 0,73 МПа/град при работе дизеля на ДТ, а при переводе на ЭТЭ вырастает до (dp/dj)max = 1,07 МПа/град. Увеличение на режиме максимальной нагрузки составляет 0,34 МПа/град или 46,6 %. Также выявляется увеличение φi. На режиме средних нагрузок при pе = 0,38 МПа φi = 23,0 п.к.в. при работе на ДТ и φi = 35,0 п.к.в. при работе на ЭТЭ. С увеличением нагрузки до pе = 0,69 МПа φi = 21,5 п.к.в. при работе на ДТ, а при работе на ЭТЭ φi = 28,0 п.к.в. Увеличение составляет 6,5 п.к.в. При анализе нагрузочных характеристик (рисунок 4.19, б), соответствующих работе дизеля на ДТ, на частоте вращения соответствующей максимальному крутящему моменту (n = 1700 мин-1) и на оптимальном установочном УОВТ выявляется ряд закономерностей. С увеличением значения среднего эффективного давления от pе = 0,13 МПа до pе = 0,76 МПа происходит увеличение максимальной осредненной температуры от 1720 К до 2194 К соответственно. Увеличение составляет 474 К или 27,6 %. Также происходит увеличение максимального [16–23].
Литература:
1. Чупраков А. И. Возможность использования оксигенатных топлив в дизельных двигателях. // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009»: Материалы V Всероссийской научно-технической конференции. — Казань: КГУ им. А. Н. Туполева, 2009. — С.58–62.
2. Зонов А. В., Чупраков А. И., Шаромов И. М. Влияние применения этаноло-топливной эмульсии в дизеле 4Ч 11,0/12,5 на мощностные и экономические показатели в зависимости от изменения нагрузки // Сборник научных трудов международной конференции Двигатель-2010, посвященной 180-летию МГТУ им. Н. Э. Баумана — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. — С. 390–392.
3. Шаромов И. М., Зонов А. В., Чупраков А. И. Анализ свойств этаноло-топливных эмульсий // Сборник научных трудов международной конференции Двигатель-2010, посвященной 180-летию МГТУ им. Н. Э. Баумана — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. — С. 416–420.
4. Лиханов В. А., Чупраков А. И., Зонов А. В., Шаромов И. М. Влияние применения этаноло-топливных эмульсий на индикаторные, экологические показатели и характеристики тепловыделения дизеля. // Тракторы и сельхозмашины: Ежемесячный научно-практический журнал. — М: Редакция журнала «ТСМ», 2011. — Вып. № 9. — С.13–16.
5. Лиханов В. А., Чупраков А. И., Зонов А. В., Шаромов И. М. Влияние применения этаноло-топливных эмульсий на эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5. // Транспорт на альтернативном топливе: журнал. — М, август 2011. — Вып. № 4. — С.50–53.
6. Лиханов В. А., Чупраков А. И., Зонов А. В., Шаромов И. М. Этаноло-топливная эмульсия и ее влияние на характеристики дизеля Д-240 // Автомобильная промышленность, 2012, № 3. — С.28–29.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий на содержание токсичных компонентов в ОГ // Транспорт на альтернативном топливе. 2015. № 4 (46). С. 42–47.
8. 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. № 5–1. С. 22–25.
9. 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.
10. 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.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование экологических показателей 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. 26–28.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование показателей процесса сгорания газодизеля при работе с рециркуляцией отработавших газов // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 33–36.
13. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Результаты исследований содержания оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 5–1. С. 66–68.
14. 24. 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., 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.
16. 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.
17. 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.
18. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эффективных показателей тракторного дизеля путем применения компримированного природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 7. С. 12–15.
19. 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.
20. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование экологических показателей 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. 26–28.
21. Лиханов, В. А., Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2007. — 129 с.
22. Лиханов, В. А., Чувашев А. Н., Полевщиков А. С., Долгих М. А., Верстаков С. А. Эффективные и экологические показатели дизеля с двойной системой топливоподачи. Тракторы и сельхозмашины, 2011. — № 10, с. 8–10.
23. Чувашев, А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2007. -167с.
