Диссертация (1172993), страница 15
Текст из файла (страница 15)
обяз. 28,5 29,129,030,1Примечание – Полное наименование показателей приведено в таблице 21.МетодыГОСТ 1567ГОСТ Р 54276АСТМ Д 1613ГОСТ Р 54267ГОСТ Р 54277ГОСТ 6321СТО 11605031006ГОСТ 5066АСТМ Е 1064ГОСТ 21261Как видно из таблицы 29 все образцы по физико-химическим показателямудовлетворяютразработаннымтребованиям,обладаютнеобходимымиантидетонационными характеристиками, низким содержанием олефиновых иароматических углеводородов, бензола и серы, фазовой стабильностью изащитными свойствами.4.2Моторно-стендовые испытания опытных образцов биоэтанольноготоплива Е30В рамках испытаний эксплуатационных и экологических характеристикбиоэтанольного топлива Е30 были оценены показатели эффективности, топливнойэкономичности и токсичности отработавших газов двигателя при работе на Е30 посравнению с образцами автомобильных бензинов:1.
Бензин марки АИ-95 экологического класса К5 по ГОСТ 32513 (далее –АИ-95-К5), содержащий 12 % мас. метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ);2. Бензин АИ-95, содержащий 10 % мас. биоэтанола, соответствующийевропейскому стандарту ЕН 228 для автомобилей Евро-6 (далее – АИ-95-Е10).104Некоторые физико-химические и эксплуатационные свойства бензинов АИ95-К5 и АИ-95-Е10 приведены в таблице 30.Таблица 30 – Качество образцов автомобильных бензинов АИ-95-К5 и АИ-95-Е10№Показатели67Октановое число:− ОЧИ− ОЧМПлотность при 15°С, кг/м3Содержание оксигенатов, % об.:− этанола− метанола− эфиров (С5 и выше)Содержание кислорода, % мас.Содержание углеводородов, % об.:− олефиновые− ароматические− бензолСодержание монометиланилина, % об.Содержание серы, мг/кг8Давление насыщенных паров, кПа12345910111213141516Фракционный состависпарившееся топливо, % об., при температуре:− 70 °С (И70)− 150 °С (И150)− конец кипения., °С− остаток в колбе, % об.Массовая концентрация смол,мг/100 см3:− непромытых растворителем− промытых растворителемИндукционный период, минСодержание воды, % мас.Внешний видСодержание марганца, мг/дм3Содержание железа, мг/дм3Содержание свинца, мг/дм3МетодиспытанийАИ-95-К5АИ-95-Е1095,185,0738,795,385,0743,6отс.отс.11,82,29,8отс.отс.3,5ГОСТ Р ЕН131320,428,50,7Отс.80,429,30,8Отс.9ГОСТ Р 5271450,145,145,182,8196,71,248,084,5200,81,2ГОСТ 217722ГОСТ 156712>360>360Отс.Отс.Чистый и прозрачныйОтс.Отс.Отс.Отс.Отс.Отс.ГОСТ Р 52947ГОСТ Р 52946ГОСТ Р 51069ГОСТ Р 54323ГОСТ Р 53203ГОСТ Р ЕН13016-1ГОСТ Р 52068АСТМ Е 1064ВизуальноГОСТ Р 51925ГОСТ Р 52530ГОСТ Р ЕН 237В ходе испытаний для всех образцов топлив были получены нагрузочнаяхарактеристика и характеристика холостого хода.
Дополнительно сняты частичныескоростные характеристики при работе двигателя на топливах Е30-4 и АИ-95-К5при доле открытия дросселя 24-25 %.Нагрузочная характеристика для испытуемых топлив получена для режимапо частоте вращения коленчатого вала, соответствующего максимальному105вращающему моменту (280050 мин-1). Характеристика холостого хода полученапри работе двигателя без нагрузки в диапазоне частот вращения коленчатого вала1100-4250 мин-1 с интервалом 400-600 мин-1.На рисунке 48 представлено изменение часового расхода по нагрузочнойхарактеристике и характеристике холостого хода, а также изменение удельногоэффективного расхода топлива, в таблице 34 приведены рассчитанные поэкспериментальным данным средние отклонения значений расхода топлива дляиспытуемых образцов Е30-3 и Е30-4 в сравнении с образцами автомобильныхбензинов АИ-95-К5 и АИ-95-Е10.Учитывая, что при использовании всех испытуемых видов топливадостигалась примерно равная максимальная мощность (24 кВт при Ре = 0,68 МПа),то часовой расход топлива (GT) совместно с удельным эффективным расходомтоплива (ge) можно рассматривать как параметры, характеризующие топливнуюэкономичность двигателя и отображающие затраты топлива для получениязаданной мощности.Средний прирост, как часового, так и удельного эффективного расходатоплива для образца Е30-3 по сравнению с АИ-95-К5 и АИ-95-Е10 не превышает 5%.
Аналогичный показатель для образца Е30-4 по нагрузочной характеристике – непревышает 1 %. Более высокая экономичность для образца Е30-4 объясняется егоотносительно высокой удельной теплотой сгорания (30,1 МДж/л), которая, каквидно из таблицы 29, на 5,2 % выше, чем у образца Е30-3. В целом изменениерасхода для испытуемых образцов биоэтанольного топлива Е30 и автомобильныхбензинов коррелирует с изменением их объёмной теплоты сгорания.Необходимо дополнительно отметить немного выпадающие из общейтенденции результаты для образца Е30-4 по характеристике холостого хода –среднее увеличение для которого по сравнению с АИ-95-К5 составляет 5,7 %, а сАИ-95-Е10 – 3,9 %.
Однако, при реальной эксплуатации на холостом ходу число106оборотов двигателя обычно не превышает 1100 мин-1, а на этих оборотахнаблюдается снижение расхода до 2,0 %.Таблица 31 – Средние изменения показателей экономичности при работе натопливе Е30 в сравнении с бензинамиСреднее отклонение, %Е30-3Е30-4ототототАИ-95-К5 АИ-95-Е10 АИ-95-К5 АИ-95-Е10ПоказательЧасовой расход, л/ч− по нагрузочной характеристике− по характеристике холостого ходаУдельный эффективный расход,мл/(кВт∙ч)Удельная низшая теплота сгорания,МДж/л+4,9+3,9+4,7+2,1+0,6+5,7+0,4+3,9+5,0+4,5+0,3-0,1-8,8-7,1-4,1-2,2Столь небольшие различия в расходе позволяют утверждать, чтобиоэтанольное топливо Е30 может использоваться в автомобилях без увеличенияпроизводительности топливной системы автомобиля.Также была оценена токсичность отработавших газов (без каталитическогонейтрализатора),котораядлябензиновыхдвигателейопределяетсяконцентрациями монооксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (СН) иоксидов азота (NOx).На рисунке 49 приведена зависимость изменения концентраций CO, СH иNOx при работе двигателя на испытуемых топливах по нагрузочной характеристикеи характеристике холостого хода, в таблице 32 приведены рассчитанные поэкспериментальным данным средние отклонения показателей токсичностиотработавших газов для испытуемых образцов Е30-3 и Е30-4 в сравнении с темиже образцами бензинов АИ-95-К5 и АИ-95-Е10.107511AИ-95-K5AИ-95-E10Е30-3E30-44837625а40.20.30.40.50.60.71800410680AИ-95-K5AИ-95-E10Е30-3E30-4620ge, мл/(кВт*ч)5605002500320039004600АИ-95-К5E30-4400390440380б11100ge,, мл/(кВт∙ч)Gт, л/ч9GТ, л/ч10АИ-95-К5АИ-95-Е10Е30-3E30-4в0.20.30.40.50.60.7Среднее эффективное давление, МПаг3801800220026003000Частота вращения коленчатого вала,минˉ ¹Рисунок 48 – Изменение расхода топлива, а – часового расхода по нагрузочнойхарактеристике; б – часового расхода по характеристике холостого хода; в –удельного эффективного расхода по нагрузочной характеристике; г – удельногоэффективного расхода по частичной скоростной характеристике108Таблица 32 – Средние изменения показателей токсичности отработавших газов приработе на топливе Е30 в сравнении с бензинамиСреднее изменение, %Е30-3ПоказательЕ30-4ототототАИ-95-К5 АИ-95-Е10 АИ-95-К5 АИ-95-Е10Концентрация CO− по нагрузочной характеристике− по характеристике холостого ходаКонцентрация СН− по нагрузочной характеристике− по характеристике холостого ходаКонцентрация NOx− по нагрузочной характеристике− по характеристике холостого ходаПоказательСодержание кислорода в топливе, % мас.Фракционный состав:− температура 90% отгона, °С− температура конца кипения, °СРасчётная удельная теплота испарениятоплива, кДж/л-10,1-13,9-6,9-10,7-6,2-9,8-2,8-6,5-20,7-43,0-15,3-31,1-13,5-27,3-7,6-12,0-6,4-31,5+8,8-2,0-2,0+2,6-25,1-13,6-3,0Среднее изменение, ед.
изм.+7,6+5,0+3,8-5,50,4-6,2-0,3+1,5+19,0+0,8+18,3+171,1+104,5+147,3+80,7Как видно из рисунка 49 и таблицы 32, снижение концентрации CO ввыхлопных газах по нагрузочной характеристике для образца Е30-3 по сравнениюс бензинами АИ-95-К5 и АИ-95-Е10 составляет 10,1 % и 6,9 %; по характеристикехолостого хода – 13,9 % и 10,7 % соответственно.ДляобразцаЕ30-4снижениеконцентрацииCOпонагрузочнойхарактеристике по сравнению с бензинами АИ-95-К5 и АИ-95-Е10 составляет 6,2% и 2,9 %, по характеристике холостого хода – 9,8 % и 6,5 %.Снижение концентрации монооксида углерода для образцов Е30-3 и Е30-4,вероятно, связано с тем, что этанол содержит примерно на 30 % меньше углерода,чем стандартный углеводородный бензин и обеспечивает более полное и быстроесгорание благодаря связанному кислороду в его молекуле.
Корреляция междусодержанием связанного кислорода в топливе и концентрацией CO в отработавшихгазах четко прослеживается из данных таблицы 32.1090.80АИ-95-К5Е30-30.80АИ-95-Е10E30-40.75CO, %CO, %0.750.700.650.700.650.600.20.31600.40.5АИ-95-К5Е30-31400.60.6011000.7АИ-95-К5Е30-3400АИ-95-Е10E30-435018002500АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-4320039004600АИ-95-Е10E30-4300CH, ppmСН, ppm12010080250200150100600.20.30.40.50.65011000.71800250032003900460060005500АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-45000АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-45250NOx, ppmNOx, ppm40005000300020004750100045000.20.30.40.50.60.7Среднее эффективное давление, MПa0110018002500320039004600Частота вращения коленчатого вала, минˉ¹Рисунок 49 – Изменение содержания CO, СH и NOx в отработавших газахпри работе двигателя по нагрузочной характеристике (слева) и характеристикехолостого хода (справа)110СнижениеконцентрацииСHввыхлопныхгазахпонагрузочнойхарактеристике для образца Е30-3 по сравнению с бензинами АИ-95-К5 и АИ-95Е10 составляет 20,7 % и 15,3 %; по характеристике холостого хода – 43,0 % и 31,1% соответственно.
Для образца Е30-4 снижение концентрации CН по нагрузочнойхарактеристике по сравнению с бензинами составляет 13,5 % и 7,6 %, похарактеристике холостого хода – 27,3 % и 12,0 %.Снижение концентрации несгоревших углеводородов для образцов Е30-3 иЕ30-4, вероятно, связано с меньшим количеством высококипящих (особенноароматических углеводородов) в составе топлива, которые и являются основнымисточником роста концентрации СH в отработавших газах.
Благодаря высокой долебиоэтанола в образцах Е30-3 и Е30-4 не использовались высококипящие бензиныкаталитического крекинга и риформинга. Корреляция между показателямифракционного состава испытуемых образцов (температуры 90 % отгона и концакипения) и концентрацией СH в отработавших газах прослеживается из данных,приведённых в таблице 32.Зависимости изменения содержания оксидов азота NOх в отработавших газахимеют различия по абсолютным значениям для испытуемых топлив при работедвигателя по нагрузочной характеристике и относительно невысокие различия приработе двигателя по характеристике холостого хода, что связано с существенноразличающимися температурными режимами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
