Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 15
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу". PDF-файл из архива "Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 15 страницы из PDF
Испытывалось два дизелямодели 4219D фирмы John Deere (США) с рабочим объемом iVh=3,6 л и105степенью сжатия ε=16,3. Дизели имели систему турбонаддува и мощностьNe=41,8 кВт при n=2200 мин-1. Один из них работал на ДТ, а другой наэкспериментальном микроэмульсионном топливе марки SNI-Shipp Nonionic,разработанном фирмой Shipp Implement Co.
Топливо содержало 50 % (об.) ДТ,25 % соевого масла, 20 % бутанола и 5 % этанола. Вязкость этого топливасоставляла ν=4,03 мм2/с при 38 оС и ЦЧ=34,7. После наработки 200 часовпараметры дизеля, работающего на ДТ, не изменились по сравнению сначальными, а в дизеле, работавшем на топливе SNI, значения Nе и ре снизилисьна 5 %. После 200 часов работы в нем обнаружены отложения нагара нараспылителях форсунок и уменьшение диаметра сопловых каналов. Побольшинству показателей топливо SNI может быть использовано дляисследуемого дизеля. Однако надежность его работы ограничена коксованиемфорсунок и ухудшением качества распыливания топлива, следствием которогоявляется снижение Nе на 5 %.
Результаты испытаний сопоставлены с даннымииспытаний дизеля аналогичного класса модели 4331 фирмы Allis-Chalmers,работавшего на смеси 75 % ДТ и 25 % растительного масла. После 200 часовработыэтогодизеляотмеченозначительнобольшеезакоксовываниераспылителей. Отмечено, что наличие спиртов в топливной смеси способствуеточищению игл и каналов распылителя. Кроме того, из-за повышенной теплотыпарообразования спиртов происходит дополнительное охлаждение КС.Проводятся работы по использованию этанола в качестве топлива длядизелей и в нашей стране [13, 61]. При этом используется различнаятопливоподающаяаппаратура(ТА).ВВятскойгосударственнойсельскохозяйственной академии (ГСХА) исследована система топливоподачи сраздельным впрыскиванием спирта и запальной дозы ДТ в КС дизеля [19].Испытывался дизель типа Д21А1 (2 Ч 10,5/12,0) при его работе на этаноле,подаваемом в КС с помощью ТНВД и штатных форсунок, а запальная доза ДТвпрыскивалась в цилиндры дополнительными ТНВД и форсунками (Рис.
3.1).106Рис. 3.1.Схема системы подачи в КС дизеля этанола и запальной дозы ДТ:автоматические регуляторы (1, 9); ТНВД для подачи ДТ и этанола (2, 8);топливопроводы высокого давления (3, 6); форсунки для впрыскивания ДТ иэтанола (4, 5); камера сгорания (7); топливопроводы низкого давления (10, 13);баки с этанолом и ДТ (11, 12)Значения основных показателей исследуемого дизеля на режимах сполной подачей топлива (режимы ВСХ) приведены на Рис. 3.2. На режиме счастотой вращения коленчатого вала n=1200 мин-1 расход ДТ составилGДТ=3,80 кг/ч, а суммарный расход топлива при работе двигателя на этанолеоказался равным Gт=4,65 кг/ч. На режиме с n=2000 мин-1 эти расходысоставили соответственно GДТ=5,50 кг/ч и Gт=8,51 кг/ч.
При этом при работена этаноле расход запального ДТ не превышал GДТ=1,0 кг/ч (Рис. 3.2). Такимобразом, по часовому расходу работа на этаноле с запальной дозой ДТ уступаетработе на дизельном топливе. Поэтому удельный эффективный расход топливав дизельном цикле ge оказался ниже, чем суммарный эффективный расходтоплива при двухтопливной работе ge.107Рис.
3.2. Показатели дизеля типа Д21А1 при его работе на режимах ВСХна дизельном топливе (1) и этаноле с запальной дозой ДТ (2)На режиме с n=1200 мин-1 на дизельном топливе эффективный КПДдизеля был равен ηе=0,275, а на этаноле с запальной дозой ДТ – ηе=0,325(увеличение на 18,2 %). Однако при n=2000 мин-1 значения ηе для дизеля,работающего на ДТ, равнялось 0,318, а на этаноле с запальным ДТ – лишь0,315.
При работе дизеля на этаноле во всем диапазоне изменения частотывращения n температура ОГ tг была заметно меньше, чем при работе на ДТ.При n=1200 мин-1 и работе на ДТ коэффициент наполнения был равен ηv=0,850,а при работе на этаноле – ηv=0,865. С ростом n до 2000 мин-1 значения ηvоказались равными соответственно 0,860 и 0,890. Такой рост коэффициентанаполнения обусловлен большей теплотой испарения этанола.Показатели токсичности ОГ дизеля типа Д21А1 представлены на Рис.
3.3.При работе на этаноле с запальной дозой ДТ во всем диапазоне исследованных108скоростных режимов содержание в ОГ оксидов азота СNOx оказалосьсущественно ниже, чем при работе на дизельном топливе. Так, если вдизельном цикле концентрация СNOx уменьшалась от 725 ppm на режиме сn=1200 мин-1 до 630 ppm на режиме с n=2000 мин-1, то в двухтопливном цикле– от 610 ppm на режиме с n=1200 мин-1 до 460 ppm на режиме с n=2000 мин-1.Таким образом, на режиме с n=1200 мин-1 разница в эмиссии NOх составила15,9%, а на режиме с n=2000 мин-1 – 27,0%.Рис.
3.3.Показатели токсичности ОГ дизеля типа Д21А1 при его работе нарежимах ВСХ на дизельном топливе (1) и этанолес запальной дозой ДТ (2)При работе дизеля на режимах ВСХ и изменении скоростного режимасодержание в ОГ диоксида углерода ССО2 (углекислого газа) изменялось109незначительно и сравнительно слабо зависело от вида применяемого топлива.В дизельном цикле концентрация ССО2 изменялась от 6,40% при n=1200 мин-1до 6,42% при n=2000 мин-1, а в двухтопливном цикле – соответственно от 6,65до 6,55 %. Таким образом, работа на этаноле с запальной дозой ДТсопровождалась несколько бóльшей эмиссией углекислого газа: на 3,9% приn=1200 мин-1 и на 2,0% при n=2000 мин-1.
В дизельном цикле содержаниемонооксида углерода в ОГ ССО снижалось с 0,73% при n=1200 мин-1 до 0,41%при n=2000 мин-1, а в двухтопливном цикле – соответственно от 0,47 до 0,37%.То есть на первом режиме снижение ССО составило 35,6%, а на втором – 9,8%.В дизельном цикле при n=1200 мин-1 концентрация в ОГ несгоревшихуглеводородов ССНх была равна 0,094%, а при n=2000 мин-1 – 0,047%.
Вдвухтопливном цикле эти величины были равны соответственно 0,071 и0,055%. Таким образом, на режиме с n=1200 мин-1 преимущество по эмиссииСНх имеет этанол с запальной дозой ДТ (на 25,4%), а на режиме с n=2000 мин-1– дизельное топливо (на 14,5%).При работе на дизельном топливе содержание в ОГ сажи (дымность ОГKх) изменялось с 3,5 ед.
по шкале Bosch на режиме с n=1200 мин-1 до 6,6 ед. нарежиме с n=2000 мин-1, а на этаноле соответственно с 0,16 до 0,70 ед. (см. Рис.3.3). То есть перевод дизеля на этанол с запальной дозой ДТ уменьшалэмиссию сажи в 21,9 раза при n=1200 мин-1 и в 9,4 раза при n=2000 мин-1.Таким образом, исследования работы [19] свидетельствуют о том, чтореализация двухтопливной работы – на этаноле с запальной дозой ДТпозволила заметно улучшить показатели токсичности ОГ исследуемого дизеля,в первую очередь по выбросам сажи, монооксида углерода и оксидов азота.Подача этанола и дизельного топлива в КС дизеля через одну форсункуисследована в ГТУ «МАДИ» [68].
Разработанная система топливоподачивключает форсунку, в которую одновременно подается этанол и ДТ, которыесмешиваются в подыгольной полости форсунки. При этом в первой фазевпрыскивания обеспечивается преимущественная подача дизельного топлива110(до 80 %), а во второй фазе подача смесевого топлива в КС происходит спреимущественным содержанием этанола (до 60 %). Испытания дизеля Д-120(2 Ч 10,5/12), укомплектованного этой топливной системой, подтвердили ееэффективность при улучшении показателей токсичности ОГ.
В частности, нарежиме максимального крутящего момента дымность ОГ снизилась в 1,5-2,0раза по сравнению с работой на чистом ДТ.Рассмотренныерезультатыполученыприэкспериментальныхисследованиях дизеля, работающего на смесях этанола и нефтяного дизельноготоплива.ПриэтомнефтяноеДТявляетсязапальнымтопливом,обеспечивающим воспламенение и горение этанола в КС дизеля. Вместе с тем,определенный интерес представляют исследования работы дизеля на смесяхэтанола с растительными маслами, в частности с рапсовым маслом.
В этомслучае рапсовое масло, несмотря на его несколько меньшее цетановое число(ЦЧ=36 у этанола против ЦЧ=45 у нефтяного дизельного топлива (Таблица 6)),также обеспечивает стабильное воспламенение и горение его смесей сэтанолом.3.2. Экспериментальные исследования дизеля, работающегона смесях рапсового масла и этанолаДля оценки показателей дизеля, работающего на смесях рапсового маслаи этанола, проведены экспериментальные исследования на одноцилиндровойустановке типа ИДТ-69, созданной в Российском университете дружбынародов (РУДН) [15, 48, 49]. Некоторые параметры этой установки,адаптированной к работе на различных альтернативных топливах, приведены вТаблице 24. На этой установке можно проводить не только традиционныемоторные испытания дизеля на различных топливах, но и определятьпараметры, характеризующие воспламеняемость этих топлив в условияхкамеры сгорания дизеля [133, 134].