Автореферат (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 3

Количествотоплива, подаваемого в КС установки ИДТ-69, определялось для каждоготоплива из условия сохранения постоянства состава смеси (коэффициентизбытка воздуха поддерживался на уровне а « 2,25).Испытания проведены в два этапа. На первом этапе топлива исследовалисьпри степени сжатия в=18 и различных углах опережения впрыскивания топлива(УОВТ) 0. На втором этапе УОВТ был постоянным и равным 0=13 градусов9поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (п.к.в. до ВМТ), а степеньсжатия s изменялась. Испытания первого этапа показали, что использованиеРМ или его смеси с 10% ЭС приводит к снижению дымности ОГ по сравнениюс работой на ДТ (Рис.

11). Причем, во всем диапазоне изменения УОВТ (0 от 10до 26 град. п.к.в. до ВМТ) переход с ДТ на РМ приводит к снижению дымностина 0,2-0,8 единиц по шкале Bosch (на 3-19 %), а добавка к РМ 10% этаноладополнительно снижает дымность еще на 0,3 -0,7 единиц по шкале Bosch (на 7­18%). Максимальное снижение дымности ОГ достигнуто при работе с 0=13град.

п.к.в. до ВМТ на рапсовом масле с 10% ЭС и составило 1,6 единиц пошкале Bosch или 24%.Рис. 11.Зависимостьдымности ОГ К ХотУОВТ 0 при 8=18 дляразличных топлив:нефтяное ДТ (1); РМ(2); смесь 90% РМ и10% ЭС (3)Результаты второго этапа испытаний (Рис. 12) свидетельствуют о том, чтоиспользование РМ или его смесей с 10 и 30% ЭС приводит к снижениюдымности ОГ по сравнению с работой на ДТ. Причем, во всем исследованномдиапазоне изменения степени сжатия (8 от 18 до 22) работа на рапсовом маслеприводит к снижению дымности на 0,6-1,3 единиц по шкале Bosch, добавка кРМ 10% этанола дополнительно уменьшаем дымность еще на 0,5-0,7 единиц, адобавка к РМ 30% этанола снижает дымность еще на 0,7-1,1 единиц по шкалеBosch.Рис. 12.Зависимость дымности ОГ Kx отстепени сжатия s при УОВТ 0=13град.

п.к.в. до ВМТ для различныхтоплив: нефтяное ДТ (1); рапсовоемасло (2); смесь 90% РМ и 10% ЭС(3); смесь 70% РМ и 30% ЭС (4)Проведенные исследования подтвердили возможность и эффективностьприменения смесей (эмульсий) РМ и ЭС в качестве моторного топлива длядизелей. При этом использование указанных смесей оптимального составаобеспечит наибольшую эффективность работы дизеля. Возможна также работадизеля и на смесях ЭС с другими растительными маслами.10Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям дизеля,работающего на смесях нефтяного ДТ и абсолютного этанола. Отмечено, чтоодной из серьезных проблем, возникающих при использовании ЭС в качествемоторного топлива, является его плохая смешиваемостью с нефтяными инекоторыми альтернативными топливами.

Решение этой проблемы возможнопутем использования безводного (абсолютного) этанола, содержащего лишьдесятые доли процента воды. Такой этанол хорошо смешивается с нефтянымДТ, образуя стойкие смеси.Для оценки показателей дизеля, работающего на нефтяном ДТ и его смеси сабсолютным ЭС, проведены экспериментальные исследования дизеля типа Д245.12С (4 ЧН 11/12,5). При испытаниях использован абсолютный спиртАлексинского химического комбината (г.

Алексин Тульской обл.) по ТУ 2421­064-07506004-2003. Исследовались нефтяное ДТ марки «Л» по ГОСТ 305-82 исмесь, содержащая 96% ДТ и 4% ЭС (по объему).Дизель Д-245.12С исследован на режимах внешней скоростнойхарактеристики (ВСХ) и режимах 13-режимного испытательного цикла Правил49 ЕЭК ООН с установочным УОВТ 0=13 град.

п.к.в. до ВМТ и неизменнымположением упора рейки ТНВД. Результаты первого этапа испытаний дизеляна режимах ВСХ показаны на Рис. 13.Ne , кВт1 1---- - .о- - - - -о - 280(SS***60V40Me,NeЛНмУ "‘- I36 0у'А20sl\ 1е/ .32 0Ст,кг/ч28 018\1410га2 ,4>** ЧGT•2,0Рис. 13.Зависимость эффективноймощности Ne, крутящегомомента Me, часового расходатоплива От, коэффициентаизбытка воздуха а , дымностиОГ Kx и удельногоэффективного расходатоплива geот частотывращения n коленчатого валадизеля типа Д-245.12С нарежимах ВСХ: ДТ (1); смесь96% ДТ и 4% этанола (2)а5040%к<-J-‘ ^1,61,2ov30>>Ч/\°' /К х,%Кх20:)100И1 40 0!1эх7Г100026 0{() е----<— **-гкВтч\х/т1 80 02402202200М ИН' 1При использовании смеси 96% ДТ и 4% ЭС на всех исследованных режимахВСХ удельный эффективный расход топлива ge оказался несколько выше, чем11при работе на ДТ, но эффективный КПД це на этих режимах повысился на 0,5­0,8%.

Отмечено заметное уменьшение дымности ОГ при работе дизеля науказанной смеси.На втором этапе испытаний дизель Д-245.12С исследовался на режимах 13режимного испытательного цикла. Результаты исследований дизеля на этихрежимах представлены на Рис. 14.абСсо'Ю4,С с о 'Ю 4, %75050011=900 м и н'10 /Х11=2400 м и н'1п=1500 мин’1■К500250250ЛV500250/ */ /t/1'1' X!* // /250П=2400 МИН 1N .(1=900 м и н'1П=1500мин"1100в200300М е, Н м100300200Ме.НмгРис. 14.Зависимость часового расхода топлива От(а), объемной концентрации в ОГоксидов азота CNOx (б), монооксида углерода Ссо (в), легких несгоревшихуглеводородов СсНх (г) от частоты вращения n и крутящего момента Медизеля Д-245.12С на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ R49: ДТ (1);смесь 96% ДТ и 4% этанола (2)Полученные при испытаниях концентрации в ОГ оксидов азота Сдах ,монооксида углерода Сс о , несгоревших углеводородов Сш х пересчитывались винтегральные удельные массовые выбросы (eN te, есо, еШх ).

Оценка топливнойэкономичности на режимах 13-режимного цикла проведена по среднему(условному) удельному эффективному расходу топлива и среднемуэффективному КПД дизеля, определяемым по формулам:12135 G ' ’K i’Se усл = "735 : N ei •K ii=1^ e усл3600zj^„’( ^■g e услгде GT i и N e i - часовой расход топлива и эффективная мощность двигателя наi -том режиме; K - доля времени этого режима в 13-режимном цикле; И и низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.Результаты расчетов подтвердили возможность улучшения экологическихпоказателей дизеля при его переводе с ДТ на смесь 96% ДТ и 4% ЭС. Так, приподаче в КС дизеля исследуемой смеси на режимах максимальной мощности имаксимального крутящего момента дымность ОГ снизилась на 15-25% посравнению с нефтяным ДТ.

Удельный массовый выброс оксидов азота e NOx нарежимах 13-режимного цикла снизился с 7,018 до 5,798 г/(кВт-ч), т.е. на 17,4%.Удельный массовый выброс монооксида углерода е С о возрос с 1,723 до 1,879г/(кВт-ч), т.е. на 9,0%, а выброс углеводородов е СНх увеличился с 0,788 до 0,856г/(кВт-ч), т.е. на 8,6%. Условный эффективный КПД дизеля ц е усл незначительноснизился (с 0,341 до 0,338, т.е. на 0,8%).

Исследования подтвердиливозможность использования абсолютного этанола как экологической добавки кнефтяному ДТ, а также целесообразность разработки методики сравнительнойоценки экологических качеств нефтяного ДТ и смесевого биотоплива сдобавкой этанола. Эта задача не имеет однозначного решения и являетсямногокритериальной оптимизационной задачей.Для сравнительной оценки экологических качеств нефтяного ДТ исмесевого биотоплива использован метод свертки, в котором частные критерииоптимальности сведены к обобщенному критерию / о , определяемому в видесуммы частных критериев, характеризующих концентрацию в ОГ оксидовазота J NOx и дымность ОГ по шкале Хартриджа J Kx , по выражению:J о = J NOx + J KX .(4)Указанные основные показатели токсичности ОГ дизеля учитывались надвух основных режимах - максимальной мощности N max и максимальногокрутящего момента M max, т.е.

выражение (4) принимает видJ о = J NOx Nmax + J NOx Mmax + J K x Nmax + J K x Mmax -(5)где J NOx Nmax- J NOx Mmax-, J K x Nmax 5J NOx Mmax - частные критерии на этих режимах.Так как в предлагаемой методике частные критерии имеют различнуюразмерность, целесообразно их использование в относительных величинах:JNOx Nmax = CNOx Nmaxi ^ ^ NOx Nmaxдт ;J K x N m ax = K X N m ax i 1 K X N m ax д т ;^ NOxMmax = ^ NOxMmaxi ^ ^ NOxMmax ;J K x M m ax = K X M m ax i 1 K X M m a x дт -(6 )где параметры с индексом «дт» соответствуют нефтяному ДТ, а параметры синдексом «i » - смесевому биотопливу с добавкой этанола. Обобщенныйкритерий оптимальности (5) также использован в относительном виде:13Jо(7)J о i J о дт,Предложенная методика использована для сравнительной оценкиэкологических качеств нефтяного ДТ и смесевого биотоплива с добавкойэтанола для дизеля Д-245.12С.

Результаты вычислений частных критериевоптимальности по выражениям (6) и обобщенного критерия оптимальности(целевой функции) по формулам (5) и (7) приведены в Таблице 1.Таблица 1.Экологические качества нефтяного ДТ и его смесис абсолютным спиртом для дизеля Д-245.12С_______________П оказатели дизеляВид топлива$1 |xa1ё£ДТ96% ДТ+4% ЭС6055151,0000,851£ma1 £б700575xamaxa,xaxamax1 £$xё,xa! ^11,0000,82116,012,01,0000,75043,036,5Jо1,000 4,000 1,0000,849 3,271 0,818Как следует из данных Таблицы 1, исследованная смесь 96% нефтяного ДТи 4% абсолютного этанола обладает заметно лучшими экологическимикачествами по сравнению с чистым ДТ. Для дизеля Д-245.12С, работающего нанефтяном ДТ, обобщенный критерий оптимальности J о был равен единице, апри переходе на указанную смесь он снизился до J о =0,818.

Причем, припереводе дизеля на эту смесь все четыре частных критерия оптимальностивыражения (5) уменьшились. В целом, проведенные исследования подтвердилиэффективность использования предложенной методики сравнительной оценкиэкологических качеств нефтяного ДТ и смесевого биотоплива с добавкойэтанола.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕПроведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, чтопутем использования этанола в качестве экологической добавки к дизельномутопливу можно обеспечить значительное улучшение показателей токсичностиОГ транспортного дизеля.