Исследование эффективности использования биотоплива в дизельных двигателях

Введение.

«Во всем мире идут интенсивные исследования по поиску альтернативных источников энергии. Весьма привлекательным является использование метанола в качестве топлива для дизелей. Это объясняется наличием сырья, отлаженного производства и относительной дешевизной метанола. Если для бензиновых двигателей использование метанола как добавки к бензину (15 %) не представляет проблемы, то при использовании метанола в дизелях возникают трудности. Основная причина это то, что дизельное топливо без специальных присадок не смешивается с метанолом, что исключает его подачу в смеси с дизельным топливом в камеру сгорания.» [1].

Цель задачи и исследования.

-        непосредственная подача во впускной патрубок;

-        подача непосредственно в камеру сгорания.

-        Проведение испытаний и выявление изменение показателей работы двигателя.

Основная часть.

Испытания проводились на двигателе КАМАЗ 8ЧН 120/130 объемом 11,67 л.

Была организована следующая подача топлива в двигатель (рис. 1).

Рис. 1. Схема двухтопливной системы топливоподачи в цилиндр дизеля (основное топливо — метанол, запальное топливо — ДТ): 1 — топливный бак для ДТ; 2 — топливопровод для ДТ; 3 — топливный насос для подачи ДТ; 4 — форсунка для подачи ДТ; 5 — цилиндр дизеля; 6 — топливный бак для метанола; 7 — топливопровод для метанола; 8 — топливный насос для метанола; 9 — форсунка для подачи метанола

Это позволяет при соответствующей разнице установочных углов опережения впрыскивания дизельного топлива и метанола подавать метанол в факел распыленного дизельного топлива и способствует лучшей организации воспламенения метанола в цилиндре.

«При работе на метаноле с воспламенением от запальной порции дизельного топлива снижается максимальное давление сгорания и жесткость процесса сгорания. Это объясняется тем, что метанол впрыскивается в уже горящий факел запального топлива и воспламеняется сразу же при соприкосновении с ним, сгорая постепенно по мере впрыскивания и поступления в цилиндр.» [2].

«Применение биодизельного топлива в сравнении с нефтяным дизельным топливом в полном жизненном цикле позволяет снизить расход невозобновляемых природных ресурсов на 55 — 65 %; уменьшить выбросы парниковых газов в 3,5—4,6 раза; снизить ущерб окружающей среде на 15—16 %; уменьшить затраты с учетом экологического ущерба на 40 %.В то же время применение биодизельного топлива связано с увеличением затрат энергии в полном жизненном цикле на 10—20 % по сравнению с дизельным топливом.» [2].

Для нормальной работы двигателя необходимо подавать не менее 10 % запальной дозы топлива. Это позволяет обеспечить экономию 80 % дизельного топлива.

При этом наблюдается снижение NO_x в 3,25 раза и сажи на 38 %.

Была организована следующая подача воздуха в двигатель, так как это наиболее хорошо конструктивно реализуется на разрабатываемом дизельном двигателе. (рис. 2).

Рис. 2. Подача воздуха в двигатель

Способ обеспечивает подачу метанола через центрально расположенный многодырчатый распылитель при закрутке воздушного потока. В данном случае обеспечивается снижение максимального давления сгорания, NOx , CO и CH.

Содержание метанола в метаноло-дизельной эмульсии не должно превышать 25 % объема с целью обеспечения нормальной долговечности работы двигателя.

Следует отметить, что должен использоваться обезвоженный метанол и учитываться, что со временем происходит поглощение влаги из атмосферы, что приводит к расслоению смесей.

Таблица 1

Результаты испытаний спиртов на дизеле 8ЧН 120/130

Как и следовало ожидать, добавка к дизельному топливу энергоносителя с меньшей теплотой сгорания увеличила расход топливной смеси. Однако не в том отношении, в каком уменьшилась ее расчетная Qн. Последнее объясняется эффектом утилизации теплоты и улучшением организации процесса сгорания, увеличением его термического и индикаторного КПД, уменьшением индикаторного расхода энергоносителя. Жесткость работы сохранялась при первоначальном незначительном увеличение скорости нарастания давления и неизменном положении точки максимального давления по углу поворота коленчатого вала. Концентрация сажи при добавлении 50 % метанола снизилась в 3 раза, расход ДТ в среднем на 20 %, в 3–4 раза CH при некотором росте CO. Выбросы NO_x, по мнению авторов, не изменились.

При таком способе реализации питания двигателя и применении метаноло-дизельной смеси ( в соотношении 90:10) были достигнуты следующие эффективные показатели:

N_{e max} = 223,6 (кВт) — Максимальная эффективная мощность при n_N = 1900 мин^-1.

M_{e max} =1334,4 (Н×м) — Максимальный эффективный крутящий момент при n_M = 1200 мин^-1.

P_{e max} = 1,425 (МПа) — Максимальное эффективное давление при n_M = 1200 мин^-1.

g_{e min} = 233,7 (г/кВт×ч) — минимальный удельный эффективный расход топлива при n_M = 1200 мин^-1.

Литература:

1.      Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенев В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. М.: НАМИ, 2001, 248 с.

2.      Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Методика оценки эффективности применения альтернативных топлив на автотранспорте в полном жизненном цикле. Сб. науч. тр. Моск. семинара по газохимии 2004—2005. М.: ФГУП Изд- во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006, с. 114—129.