Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 16

Приведенные ниже результаты получены111доцентом РУДН П.Р. Вальехо Мальдонадо при участии автора диссертации[15].Исследование рабочего процесса дизеля, питаемого эмульсиями РМ иэтанола, проведено на указанной установке ИДТ-69, предназначенной дляоценки воспламеняемости различных топлив методом совпадения вспышек(определенияПЗВτi).Общаясхемаэкспериментальнойустановкипредставлена на Рис.

3.4. Для получения более точных данных повоспламеняемости моторных топлив одноцилиндровая установка оснащенаустройствами, необходимыми для стабилизации внешних условий, которыеобеспечивают идентичность температур в КС при воспламенении различныхтоплив.Таблица 24.Основные параметры и характеристики установки ИДТ-69№12345678910111213ПараметрЧастота вращения валаДиаметр цилиндраХод поршняСтепень сжатияРасход топливаУголопережениявпрыскиваниятоплива (УОВТ)Давление впрыскивания топливаТемпература всасываемого воздухаТемпература жидкости, охлаждающейцилиндрТемпература жидкости, охлаждающейфорсункуТемпература масла в картереДавление масла в магистралиЗазор между штоками и коромысламиклапанов на холодном двигателе- впускной клапан- выпускной клапанЕдиницаизмерениямин-1смсмЗначениеМПаСС900108,511,57-230…1,30…30  п.к.в.до ВМТ10,60,46911001С301СМПа6010,190,02мммм0,200,25кг/ч112Установка представляет собой стенд с одноцилиндровым вихрекамернымдизельным отсеком 43 (Рис.

3.4), приводимым электродвигателем 48 дляподдержания постоянной частоты вращения коленчатого вала и осуществленияпуска. Управление работой установки производится с пульта управления 1,имеющего органы управления работой установки и контрольно-измерительныеприборы.Рис.

3.4.Схема установки ИДТ-69: пульт управления (1); емкости исследуемых топлив(2); мензурка (3); слив и подвод охлаждающей воды (4, 5); расходомер воздуха(6); впускной коллектор (7); термометры (8, 17, 38); подогреватель воздуха навпуске (9); теплообменник (10); расширительный бак (11);краны воды (12, 39); выхлопная трубка (13); головка отсека (14); отборник ОГ(15); оптический приемник (16); световод (18); фотодатчик (19); фотодиод (20);частотомер (21); осциллограф (22); усилитель (23); блок питания (24);электрический фильтр (25); подогреватель масла (26); слив топлива форсунки(27); изолятор (28); контакты движения иглы форсунки (29, 34);клемма и винты регулировки зазора между контактами (30, 31-33); датчик ходаиглы форсунки (35); штифтовая форсунка (36); мензурка системы охлажденияотсека (37); регулировочный поршень (40); маховик отсека (41);ТНВД (42); одноцилиндровый отсек (43); топливопроводы высокого и низкогодавления (44, 46); ременная передача (45); кран переключения исследуемыхтоплив (47); электродвигатель привода отсека (48); манометр (49);реостат (50); термометр (51)113Для поддержания требуемой температуры воздуха на впуске установкаимеет установленный во впускном коллекторе 7 (Рис.

3.4) подогреватель 8входящего в цилиндр воздуха, расход которого контролируется расходомером6. Температура масла в картере двигателя стабилизируется подогревателем 26,а температура воды в системе охлаждения – с помощью теплообменника 10,установленного в расширительном баке 11 с проточной водой. Изменениестепени сжатия производится перемещением с помощью винтовой парырегулировочного поршня 40, размещенного в головке 14 отсека. В результатеизменяется объем вихревой КС цилиндрической формы, имеющей соединительныйканал, расположенный тангенциально в вихревой камере и соединяющий ее сполостью над поршнем.

В вихревой КС на оси ее цилиндрической частиустановлена форсунка 36 со штифтовым распылителем с контактным датчиком 35контроля движения иглы распылителя. Выхлопная система 13 имеет отвод, ккоторому через штуцер присоединен отборник ОГ 15, предназначенный дляпроведения анализа ОГ по дымности выхлопа.Для измерения содержания сажи в ОГ использовался дымомер фирмыBosch типа EFAW-65. Зонд для отбора ОГ в дымомерное устройство 15 (см.Рис. 3.4) представляет собой Г-образную трубку из нержавеющей стали.Входное отверстие зонда расположено по оси впускной трубы и направленонавстречу потоку ОГ. Измерительная аппаратура включала фотоэлектрическийпреобразовательивторичныйпоказывающийприбор,снабженныйпотенциометром нулевого выравнивания и микроамперметром.

Дымность ОГопределялась по уровню отраженного от использованного бумажного фильтрапотока света, регистрируемого цифровым прибором непосредственно вединицах Bosch.МоторнаяустановкаИДТ-69выполненаскамеройсгоранияразделенного типа. В процессе сжатия поршень 7 (Рис. 3.5) вытесняет воздухиз надпоршневого пространства двигателя через соединительный канал 6 ввихревую камеру 3.

Тангенциальное расположение канала 6 в вихревой камере1143 обеспечивает закручивание воздушного заряда в этой камере при еговтекании в эту камеру. Топливо через штифтовой распылитель 4 форсунки 5подается во вращающейся воздушный заряд камеры сгорания 3. Объемвихревой камеры 3 может изменяться с помощью регулировочного поршня 1.Такое изменение объема вихревой камеры приводит к изменению общейстепени сжатия двигателя.Рис.

3.5.Схема КС установки ИДТ-69: регулировочный поршень (1); датчиквоспламенения (2); вихревая камера (3); штифтовой распылитель (4); форсунка(5); тангенциальный канал (6); поршень (7)На описанной установке типа ИДТ-69 были исследованы различныетоплива: нефтяное дизельное топливо (ДТ), рапсовое масло (РМ), смесь(эмульсия) 90% РМ и 10% этилового спирта (ЭС), смесь (эмульсия) 70% РМ и30% ЭС. Исследование топлив, содержащих рапсовое масло и этиловый спирт,потребовало разработки специального смесителя для получения устойчивыхсмесей.

Использование смесителя позволяло в процессе эксперимента получатьсмеси (эмульсии) рапсового масла и спирта без добавления эмульгаторов(поверхностно-активных веществ – ПАВ). Эти эмульсии сразу направлялись в115двигатель. Основные физико-химические свойства исследованных топливпредставлены в Таблице 6 и 25.Таблица 25.Основные физико-химические свойства исследованных топлив№п.п.ТопливоПлотностьρт, кг/м3Низшая теплотасгорания НU,кДж/кг1234ДТРМ90% РМ+10% ЭС70% РМ+30% ЭС84092190289042500373003636034397Количествовоздуха,необходимое длясгорания 1 кгтоплива, lо, кг/кг14,312,511,811,3Примечание: для смеси РМ и ЭС указано объемное процентное содержание компонентовКоличество топлива, подаваемого в КС установки ИДТ-69, определялосьдля каждого топлива индивидуально из условия сохранения постоянствасостава смеси (коэффициент избытка воздуха поддерживался на уровне α 2,25).

Для обеспечения этого условия величина цикловой подачи топливазадавалась равной [мм3/цикл]:Vц Gв,3 10    lo   т  n8где Gв – часовой расход воздуха, кг/ч; α – требуемый коэффициент избыткавоздуха; lо – стехиометрический коэффициент для исследуемого топлива; ρт –его плотность, кг/м3; n – частота вращения вала установки, мин-1.Характеристикитопливовоздушныхсмесейдляисследованныхтопливприведены в Таблице 26. Там же представлены значения количества теплотыQц, подаваемой в цилиндр установки с топливовоздушной смесью за цикл.Испытания проведены в два этапа.

На первом этапе исследовалисьтоплива №№ 1, 2 и 3 (Таблица 25) при степени сжатия  = 18 и различныхуглах опережения впрыскивания топлива θ. На втором этапе испытаний116использовались топлива №№ 1, 2, 3 и 4 (Таблицу 25) при УОВТ θ=13 градусовповорота коленчатого вала до верхней мертвой точки (п.к.в. до ВМТ) иразличных степенях сжатия .Таблица 26.Характеристики исследуемых топливовоздушных смесей№п.п.Топливо1ДТ2РМ3 90%РМ+10%ЭСРасходвоздухаGв, кг/чКоличествовоздуха,необходимоедля сгорания1 кг топливаlо, кг/кг15,8414,312,511,811,34 70%РМ+30%ЭС22,523,224,22,172,192,28Количествотеплоты,подаваемой вцилиндр стопливовоздушнойсмесью за цикл Qц,Дж799,6797,5790,725,92,25790,8Цикловаяподача КоэффициенттопливаизбыткаVц,воздуха αмм3/циклРезультаты первого этапа испытаний, представленные на Рис.

3.6,свидетельствуют о том, что использование рапсового масла или смеси РМ с10% этанола приводит к снижению дымности ОГ по сравнению с работой наДТ. Причем, во всем исследованном диапазоне изменения УОВТ (θ от 10 до 26град. п.к.в. до ВМТ) переход с ДТ на РМ приводит к снижению дымности на0,2-0,8 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 θ=13град.

п.к.в. до ВМТ на рапсовом масле с 10% этанола и составило 1,6 единиц пошкале Bosch или 24%.117Рис. 3.6.Зависимость дымности ОГ KХ от УОВТ θ при степени сжатия ε=18 дляразличных топлив: нефтяное ДТ (1); рапсовое масло (2); смесь 90% РМи 10% ЭС (3)Увеличение дымности ОГ при уменьшении УОВТ меньше 16 град. п.к.в.до ВМТ связано со снижением количества топлива поданного за периодзадержки воспламенения и увеличением доли топлива, сгорающей вдиффузионной фазе горения, когда неиспарившееся топливо выбрасывается извихревой камеры в основную и при плохом смесеобразовании превращается всажу.

По представленным на Рис. 3.6 характеристикам дымности ОГ следуетотметить излом этих характеристик при УОВТ θ=16 град. п.к.в. до ВМТ.Увеличение дымности при УОВТ более 16 град. п.к.в. до ВМТ объясняетсязатягиванием периода задержки воспламенения при раннем впрыскивании,удлинением струй распыливаемого топлива за этот период и увеличениемколичества топлива, попадающего на относительно холодные стенки КС. Какрезультат этих процессов – плохое перемешивание топлива с воздухом,затягивания его догорания и увеличения дымности ОГ.