Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 18

Вильнюс)124Таблица 27 (Продолжение)Распылители форсунокДавление начала впрыскиванияфорсунок рфо, МПаФирмы Motorpal типа DOP 119S534 спятью сопловыми отверстиямидиаметром dр=0,34 мм и проходнымсечением рfр=0,250 мм221,5При испытаниях дизеля использован абсолютный спирт, произведенныйФГУП «Алексинский химический комбинат» (г. Алексин Тульской обл.) всоответствии с ТУ 2421-064-07506004-2003 [119]. Этот спирт смешивался снефтяным ДТ.

Исследовались нефтяное дизельное топливо марки «Л» по ГОСТ305-82 и смесь, содержащая 96% ДТ и 4% этанола (по объему). Некоторыесвойства этих топлив и этанола приведены в Таблице 28.Таблица 28.Физико-химические свойства исследуемых топливФизико-химические свойстваПлотность при 20 оС, кг/м3Вязкость кинематическая при 20 оС,мм2/сКоэффициентповерхностногоонатяжения при 20 С, мН/мТеплота сгорания низшая, кДж/кгТеплота испарения, кДж/кгЦетановое числоТемпература самовоспламенения, оСТемпература застывания, оСКоличество воздуха, необходимое длясгорания 1 кг топлива, кгТопливаДизельноеТопливоЭтанол830,03,8789,31,0Смесь 96 %ДТ и 4 %этанола828,43,527,122,4-42500111545250-3514,31268008708363-114,39,014180014,09125Таблица 28 (Продолжение)Содержание, % по массеС87,052,285,6Н12,613,112,6О0,434,71,8Общее содержание серы, % по массе0,2000,192Примечание: «-» – свойства не определялись; для смеси ДТ и этанола указанообъемное процентное содержание компонентовПо данным Таблицы 28 следует отметить, что физико-химическиесвойства этанола существенно отличаются от аналогичных свойств нефтяногоДТ [13, 34].

По сравнению с ДТ этот этанол имеет меньшие плотность ивязкость. В частности, плотность ДТ марки «Л» по ГОСТ 305-82 притемпературе t=20 оС равна ρ=830 кг/м3, а его вязкость ν=3,8 мм2/с. В этихусловиях этанол имеет следующие показатели – ρ=789,3 кг/м3, ν=1,0 мм2/с.Коэффициент поверхностного натяжения  этих топлив при 20 оС равенсоответственно =27,1 и 22,4 мН/м.

Этанол имеет меньшую теплотворнуюспособность по сравнению с ДТ: низшая теплота сгорания этих топлив равнасоответственно HU=42500 и 26800 кДж/кг, что связано с наличием в молекулахэтанола значительного количества атомов кислорода (34,7% по массе). Следуетотметить и худшую самовоспламеняемость этанола в условиях КС дизеля(цетановое число ДТ равно 45 единицам, а цетановое число этанола составляет8 единиц), их температуры самовоспламенения составляют соответственно 250и 363 оС.Дизель типа Д-245.12С исследован на моторном стенде на режимахвнешней скоростной характеристики (ВСХ) и режимах 13-режимногоиспытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН, описанного в работах [6, 13, 69], сустановочным УОВТ =13 град.

п.к.в. до ВМТ и неизменным положениемупора рейки ТНВД. Причем, использована штатная ТА указанного дизеля.Моторный стенд был оборудован комплектом необходимой измерительнойаппаратуры. Дымность ОГ измерялась с помощью ручного дымомера MK-3126фирмыHartridgе(Великобритания)спогрешностьюизмерения1%.Концентрации NOx, CO, CHx в ОГ определялись газоанализатором SAE-7532японской фирмы Yanaco с погрешностями измерения 1%.На первом этапе исследований проведены испытания дизеля типа Д245.12С на чистом ДТ и на смеси 96% ДТ и 4% этанола на режимах ВСХ (Рис.4.1).

Исследуемая смесь имела физические свойства, приближающиеся ксвойствам ДТ, но его плотность и вязкость оказались все-таки несколькоменьше аналогичных свойств ДТ (Таблица 28). Поэтому при переходе от ДТ ксмеси 96% ДТ и 4% этанола отмечено небольшое уменьшение часовогорасхода топлива Gт и некоторый рост коэффициента избытка воздуха α,вызванныйтакженаличием атомов кислорода в молекулахэтанола.Следствием снижения расхода топлива и меньшей теплотворной способности(низшей теплоты сгорания) исследуемой смеси явилось заметное уменьшениекрутящего момента двигателя Ме и его эффективной мощности Nе (Рис.

4.1 иТаблица 29). На всех исследованных режимах ВСХ при использовании смеси96% ДТ и 4% этанола удельный эффективный расход топлива gе оказалсянесколько выше, чем при работе на ДТ. В частности, при переходе с ДТ насмесевое биотопливо на режиме максимальной мощности с частотой вращенияколенчатого вала n=2400 мин-1 удельный эффективный расход топлива gеувеличился от 248,4 до 250,0 г/(кВт·ч), а на режиме максимального крутящегомомента при n=1500 мин-1 – от 226,2 до 229,0 г/(кВт·ч). Но при этомэффективный КПД ηе на этих режимах повысился на 0,5-0,8% (Таблица 29).127Таблица 29.Показатели дизеля типа Д-245.12С, работающего на различных топливахПоказатели дизеляЧасовой расход топлива, кг/ч:- на режиме максимальной мощности- на режиме максимального крутящего моментаКрутящий момент дизеля, Н·м:- на режиме максимальной мощности- на режиме максимального крутящего моментаУдельный эффективный расход топлива, г/(кВтч):- на режиме максимальной мощности- на режиме максимального крутящего моментаЭффективный КПД дизеля:- на режиме максимальной мощности- на режиме максимального крутящего моментаДымность ОГ, % по шкале Хартриджа:- на режиме максимальной мощности- на режиме максимального крутящего моментаИнтегральные на режимах 13-режимного цикла:- эффективный расход топлива, г/(кВтч)- эффективный КПДИнтегральные на режимах 13-режимного циклаудельныемассовые выбросы, г/(кВтч):- оксидов азота- монооксида углерода- несгоревших углеводородовВид топливаДТ96% ДТ и4% этанола20,1013,1020,0012,76322368318355248,4226,2250,0229,00,3410,3740,3440,37616,043,012,036,5247,970,341254,730,3387,0181,7230,7885,7981,8790,856128Рис.

4.1.Зависимость эффективной мощности Ne, крутящего момента Me,часового расхода топлива Gт, коэффициента избытка воздуха ,дымности ОГ Kx и удельного эффективного расхода топлива ge отчастоты вращения n коленчатого вала дизеля типа Д-245.12С на режимахВСХ: ДТ (1);смесь 96% ДТ и 4% этанола (2 )Вместе с тем, наличие в молекулах этанола атомов кислорода привело кзаметному уменьшению дымности ОГ при работе исследуемого дизеля насмесевом биотопливе. Так, на режиме максимальной мощности при n=2400мин-1 переход с ДТ на смесь 96% ДТ и 4% этанола сопровождался снижениемдымности ОГ Кх от 16,0 до 12,0% по шкале Хартриджа, а на режимемаксимального крутящего момента при n=1500 мин-1 – от 43,0 до 36,5% пошкале Хартриджа.129На втором этапе испытаний двигатель Д-245.12С исследовался на режимах13-режимного испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН.

Режимы этогоцикла показаны на Рис. 4.2, а результаты исследований дизеля на этих режимахпредставлены на Рис. 4.3 и в Таблице 29.Рис. 4.2.Испытательный 13-режимный цикл ЕСЕ R49 для оценки токсичности ОГдизелей в стендовых условиях (около точки каждого режима указаны номеррежима и доля этого режима в общем объеме времени работы)Результатыпроведенныхэкспериментальныхисследованийсвидетельствуют о том, что использование рассматриваемого смесевогобиотоплива привело к некоторому снижению часового расхода топлива Gт нарежимах ВСХ. Однако на режимах с неполной нагрузкой на большинствережимов, напротив, отмечен небольшой рост расхода смеси 96% ДТ и 4%этанола (Рис. 4.3, а).130абвгРис. 4.3.Зависимость часового расхода топлива Gт (а), объемной концентрации в ОГоксидов азота CNOx (б), монооксида углерода СCO (в), легких несгоревшихуглеводородов СCHx (г) от частоты вращения n и крутящего момента Ме дизеляД-245.12С на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ R49: ДТ (1);смесь 96% ДТ и 4% этанола (2)При работе дизеля на исследуемом смесевом биотопливе отмеченозначительное снижение концентрации в ОГ оксидов азота CNOх (Рис.

4.3, б).Так, перевод дизеля с ДТ на смесь 96% ДТ и 4% этанола режиме холостого131хода при n=900 мин-1 сопровождался уменьшением концентрации CNOх от0,0100 до 0,0080% (от 100 до 80 ppm – миллионных объемных долей), нарежиме максимального крутящего момента при n=1500 мин-1 – от 0,0700 до0,0575%, на режиме максимальной мощности при n=2400 мин-1 – от 0,0605 до0,0515%.При использовании смесевого биотоплива отмечена тенденция увеличениясодержания в ОГ монооксида углерода CСO (Рис. 4.3, в).

Перевод дизеля с ДТна смесь 96% ДТ и 4% этанола на режиме холостого хода при n=900 мин-1сопровождался увеличением концентрации CСO от 0,0240 до 0,0300% (от 240 до300 ppm). На режиме максимального крутящего момента при n=1500 мин-1значение CСO не изменилось и составило 0,0330%, а на режиме максимальноймощности при n=2400 мин-1 концентрация CСO возросла от 0,0102 до 0,0108%.Но в целом следует отметить сравнительно слабое влияние добавки этанола внефтяное ДТ на выброс этого токсичного компонента с ОГ.Вид топлива оказывает сравнительно слабое влияние и на концентрацию вОГ легких несгоревших углеводородов ССНх (Рис.