Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования биотоплив на основе рапсового масла

На правах рукописиКоршунов Денис АндреевичУЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯБИОТОПЛИВ НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛАСпециальность 05.04.02 - Тепловые двигателиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2008Работа выполнена в Московском государственном техническомуниверситете им.

Н. Э. БауманаНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорМарков Владимир АнатольевичНаучный консультант:доктор технических наук, доцентДевянин Сергей НиколаевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорЕрохов Виктор Ивановичкандидат технических наук, доцентПономарев Евгений ГригорьевичВедущее предприятие:Ногинский завод топливнойаппаратуры (ОАО «НЗТА»)Защита диссертации состоится "__"_________2008 г. в ___ч.

на заседании диссертационного совета Д 212.141.09 при Московском государственномтехническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 105005, Москва,Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. 947.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им.Н.Э.Баумана.Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатьюучреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманскаяул., д.5, МГТУ им.

Н. Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.09.Автореферат разослан "____"______________2008 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наук,доцентТумашев Р.З.СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙВМТ -верхняя мертвая точка;ДТ- дизельное топливо;КС- камера сгорания;ОГ- отработанные газы;п.к.в. - поворот коленчатого вала;РМ - рапсовое масло;САР - система автоматического регулирования;ТНВД - топливный насос высокого давления;УОВТ - угол опережения впрыскивания топлива.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью замены нефтяных моторных топлив альтернативными топливами. Одними из наиболее перспективных альтернативных топлив для дизельныхдвигателей являются биотоплива на основе растительных масел. В последнеевремя наибольший интерес вызывает использование в качестве топлива длядизелей топлив, получаемых из рапсового масла.

В условиях резкого удорожания традиционных моторных топлив и заметного истощения нефтяных месторождений использование топлив растительного происхождения в дизеляхстановится экономически оправданным. Использование на транспорте биотоплив на основе рапсового масла обеспечивает решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширяет сырьевую базу для получениямоторных топлив, облегчает решение вопросов снабжения топливом транспортных средств и стационарных установок.

Возможность получения биотоплив с требуемыми физико-химическими свойствами позволяет целенаправленно совершенствовать рабочие процессы дизелей и, тем самым, улучшитьпоказатели топливной экономичности и токсичности ОГ.Цель работы: улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования биотоплив на основе рапсового масла.Методы исследований.

Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. С помощью теоретических методов проведена оценка экологических показателейразличных топлив и определены оптимизированные характеристики УОВТ.Экспериментальная часть работы заключалась в определении показателей дизеля, оснащенного предложенными распылителями и системой регулированияУОВТ.Научная новизна работы заключается в следующем:- разработана методика сравнительной оценки экологических показателейразличных топлив в их полном жизненном цикле;- разработана методика оптимизации значений угла опережения впрыскивания топлива в дизеле, работающем на смесевом биотопливе;- в сравнительных экспериментальных исследованиях подтвержденыдостоинства предложенной конструкции распылителей форсунок и возможность формирования требуемых характеристик угла опережения впрыскивания топлива разработанной системой регулирования УОВТ.Достоверность и обоснованность научных положений определяются:- использованием современных методик оптимизации состава смесевого биотоплива и параметров дизельного двигателя;- совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований, полученных при испытаниях на безмоторной установке и на развернутомдвигателе.Практическая ценность состоит в том, что:- разработанная методика сравнительной оценки различных топлив позволяет определить оптимальный состав смесевого биотоплива, имеющийнаилучшие экологические показатели в полном жизненном цикле;- разработана конструкция распылителей форсунок, обеспечивающаяулучшение качества процессов распыливания смесевого биотоплива и смесеобразования, показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизелей;- разработанная методики оптимизации значений угла опережениявпрыскивания смесевого биотоплива позволяет обеспечить наилучшие показатели топливной экономичности и токсичности ОГ транспортного дизеля;- разработана система регулирования угла опережения впрыскивания смесевого биотоплива, обеспечивающая формирование требуемых характеристикрегулирования УОВТ в транспортном дизеле.Реализация результатов работы.

Работа проводилась в соответствии спланами госбюджетных и хоздоговорных работ лаборатории «Автоматика»НИИЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и кафедры «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им.Н.Э. Баумана. Результаты исследований внедрены в МГАУ им. В.П.

Горячкина и ЗАО «Дизель-КАР» (г. Москва).Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена насовместном заседании кафедр «Поршневые двигатели» и «Теплофизика» вМГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г.По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады:- на международной научно-технической конференции «2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», 24-25 января 2005 г., Москва, ГТУ «МАДИ»;- на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 17-19 мая 2005 г., Москва, МГТУим.

Н.Э. Баумана;- на международной конференции «Двигатель-2007», посвященной 100летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана, 19-21 сентября2007 г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана;- на Всероссийском научно техническом семинаре (ВНТС) им. проф. В.И.Крутова по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана в2005-2008 г.г., Москва, МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе5 статей (из них 4 – списку ВАК), 8 материалов конференций, 1 заявка наизобретение.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы иприложения. Общий объем работы 177 страниц, включая 174 страницы основного текста, содержащего 50 рисунков, 22 таблицы. Список литературывключает 152 наименования на 17 страницах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении приведена целесообразность адаптации дизелей транспортного назначения к работе на биотопливах, показана актуальность, научная новизна и практическая ценность работы и дана общая характеристикадиссертации.В первой главе проведен анализ проблем, возникающих при использовании топлив растительного происхождения в дизелях.

Рассмотрены физикохимические свойства растительных масел и топлив на их основе. Представлены результаты ряда исследований характеристик дизелей автотракторногоназначения, работающих на растительных маслах и их смесях с дизельнымтопливом. На основании результатов исследований, проведенных МГАУ им.В.П. Горячкина, Российском университете дружбы народов (РУДН), ГТУ«МАДИ», ВИМ, НПП «Агродизель», НТУ «Харьковский политехническийинститут, а также работ Гусакова С.В., Патрахальцева Н.Н., Пономарева Е.Г.,Савельева Г.С., Семенова В.Г. и ряда других ученых сформулированы следующие задачи исследования:1.

Разработка методик сравнительной оценки различных альтернативныхтоплив и определение оптимального состава смесевого биотоплива, имеющеего наилучшие экологические показатели в полном жизненном цикле.2. Проведение расчетных исследований влияния свойств смесевых биотоплив на показатели динамики развития струй распыливаемого топлива.3. Разработка конструкции распылителей форсунок, обеспечивающейулучшение качества процессов распыливания топлива и смесеобразования,показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизелей.4. Разработка методики оптимизации значений угла опережения впрыскивания смесевого биотоплива, позволяющей обеспечить наилучшие показатели топливной экономичности и токсичности ОГ транспортного дизеля.5.

Разработка системы регулирования угла опережения впрыскивания смесевого биотоплива, обеспечивающей формирование требуемых характеристикрегулирования УОВТ в транспортном дизеле.6. Проведение экспериментальных исследований разработанных распылителей форсунок и системы регулирования УОВТ для дизеля, работающегона смесевом биотопливе.Во второй главе посвящена оптимизации состава смесевого биотопливадля транспортного дизеля. Для решения такой оптимизационной задачи былипроведены исследования дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5) с камерой сгораниятипа ЦНИДИ на чистом дизельном топливе и смесевых биотопливах, содержащих от 20 до 60 % (по объему) рапсового масла. Некоторые результатыэтих исследований представлены на рис.

1 и 2.аБРис. 1. Зависимость часового расхода топлива Gт дизеля Д-245.12С, эффективного крутящего момента Mе и коэффициента избытка воздуха α(а), удельного эффективного расхода топлива gе, эффективного КПДдвигателя ηе и дымности ОГ Kх (б) от содержания рапсового масла Срм всмесевом биотопливе на режимах внешней скоростной характеристики:1 - на режиме максимальной мощности при n=2400 мин-1; 2 - на режимемаксимального крутящего момента при n=1500 мин-1.Полученные результаты подтвердили возможность оптимизации состава смесевого биотоплива с учетом минимизации расхода топлива и выбросовтоксичных компонентов ОГ.