Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 15

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].