CC BY
10
УДК 621.436-634.5
DOI 10.36461/NP.2021.58.1.004
АДАПТАЦИЯ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ К РАБОТЕ НА СВЕРБИГО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
А.П. Уханов, доктор техн. наук, профессор; Д.А. Ухановдоктор техн. наук, профессор;
С.В. Горбачёва, аспирант
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, e-mail: [email protected];
*Федеральное автономное учреждение «25 государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации», г. Москва, Россия
Целью исследований является адаптация тракторного двигателя к работе на дизельном смесевом топливе (ДСТ), биологическим компонентом которого является растительное масло свербиги восточной. Приведены сведения по жирнокислотному и углеводородному составу, низшей теплоте сгорания и цетановому числу масла свербиги и ДСТ с различным процентным соотношением товарного минерального дизельного топлива (ДТ) и масла свербиги. Представлены результаты трибологических исследований масла свербиги и ДСТ на универсальном трибометре с трехшариковым узлом трения. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что по показателям воспламеняемости, теплотворной и смазывающей способности рациональнее использовать смесевое свербиго-минеральное топливо с содержанием в нём масла свербиги в количестве 10-50 %. Для работы трактора на минеральном ДТ и ДСТ разработана и запатентована двухтопливная система питания дизеля, которая, наряду с узлами и агрегатам штатной системы питания, содержит переключатель вида моторного топлива, ультразвуковое устройство для обработки компонентов ДСТ высокочастотными колебаниями, температурный датчик и датчик нагрузки. На режимах пуска, прогрева и останова работа дизеля осуществляется на минеральном ДТ, на остальных режимах - на ДСТ. Обработка ДСТ высокочастотными колебаниями осуществляется только при работе дизеля в режиме номинальных нагрузок или в режиме перегрузок. При работе дизеля в режимах холостого хода, малых и средних нагрузок обработка смесевого топлива высокочастотными колебаниями не производится.
Ключевые слова: дизель, минеральное дизельное топливо, масло свербиги восточной, дизельное смесевое топливо, теплотворные и смазывающие свойства, воспламеняемость, система питания.
Введение
По прогнозам Международного Энергетического Агентства к 2050 году доля топ-лив из растительного сырья может быть увеличена до 750 млн. тонн в эквиваленте нефтяных топлив, что составляет 27-30 % всего мирового объема моторного топлива. Это обеспечит уменьшение вредных выбросов транспортными машинами более чем на 20 % и существенно снизит зависимость потребителей моторного топлива нефтяного происхождения от его производителей. Кроме того, сокращение запасов нефти, увеличение сложности и стоимости её добычи, рост цен на нефтепродукты также является существенным мотивом для постепенного перевода работы двигателей транспортных машин на биотопливо [1-3].
Одним из видов жидкого биотоплива является дизельное смесевое топливо (ДСТ), получаемое смешиванием мине-
рального (нефтяного) дизельного топлива (ДТ) и растительного масла с различным соотношением минерального и биологического компонентов. В настоящее время наиболее изученными биокомпонентами ДСТ являются растительные масла, производимые из семян рапса, рыжика и сои. В Пензенском ГАУ, наряду с перечисленными маслами, проведены исследования по использованию в качестве биологического компонента ДСТ редечного, горчичного, льняного, сафлорового и сурепного масел [4, 5, 18-22]. В связи с широким ареалом возделывания масличных культур целесообразным представляется исследование и других видов растительных масел, которые по воспламеняемости, теплотворным и смазывающим свойствам соответствуют требованиям биологического компонента ДСТ. К такому биокомпоненту можно отнести растительное масло свербиги восточной.
Параллельно с этим ведутся работы по разработке двухтопливных систем питания дизеля, обеспечивающих работу трактора на двух видах моторного топлива: нефтяном ДТ и ДСТ [6-13, 17].
Целью исследований является адаптация тракторного дизеля к работе на ДСТ, биологическим компонентом которого является растительное масло свербиги восточной.
Для достижения поставленной цели исследований необходимо решить следующие задачи: определить жирнокислотный и углеводородный состав, показатели воспламеняемости, теплотворных и смазывающих свойств масла свербиги и смесевого свербиго-минерального топлива; определить рациональное соотношение компонентов смесевого свербиго-минерального топлива по показателям воспламеняемости, теплотворных и смазывающих свойств; разработать двухтопливную систему питания дизеля для работы трактора на минеральном ДТ и ДСТ.
Методы и материалы
Вопросу расширения разнообразия масличных культур, как сырья для производства биокомпонента ДСТ, придается особое внимание. При этом упор делается на масличные культуры, способные давать стабильные урожаи семян в различных природно-климатических зонах и на различных типах почв. В этом отношении
перспективной масличной культурой является свербига восточная.
Свербига восточная (дикая редька) -многолетнее стержнекорневое растение с прямым, а в верхней части ветвистым стеблем высотой 80-150 см. Цветет со второй половины мая до середины июня, в периоде плодоношения содержит 100-500 круглых стручков с 2-3 семенами в каждом (рис. 1). Свербига восточная относится к многолетним зимостойким растениям семейства капустных. Зеленая масса обладает большим запасом питательных веществ (в сухом виде содержится более 18-20 %), а высокое содержание сахара гарантирует получение качественного силоса, идущего на корм скоту и птице. Свербига - хороший медонос. Высевать семена свербиги можно весной, летом, а также под зиму. При общей продолжительности жизни 8-10 лет высокие урожаи свербиги сохраняются на протяжении 5-7 лет. Её травостой не зарастает сорняками, а растения практически не повреждаются вредителями и болезнями. Свербига неприхотлива к почвам и очень хорошо отзывается на внесение минеральных удобрений. Содержание сырого протеина и клетчатки у зеленой массы свербиги достигает 27 %. Масличность семян свербиги восточной достигает 31 %. Масло свербиги содержит такие высшие жирные кислоты (ВЖК) как линоленовая, линолевая, олеиновая, пальмитиновая,стеариновая, пентодецено-вая, арахиновая и другие кислоты [14, 15].
Рис. 1. Семена и масло свербиги восточной
Результаты
Свербига восточная перспективна для возделывания и получения из её семян масла для использования его в качестве биокомпонента ДСТ благодаря относительно высокому содержанию в масле мононенасыщенных (60,6 %) и полиненасыщенных (32,8 %) ВЖК. Выполненный хрома-тографический анализ масла свербиги (СвМ) показал, что наибольшую долю в масле составляют следующие кислоты: олеиновая - 48,6 %, линолевая - 23,4 %,
линоленовая - 8,9 % и эруковая - 8,2 % (табл. 1).
Масло свербиги характеризуется повышенным содержанием длинноцепочеч-ных жирных кислот (олеиновой, эйкозено-вой и эруковой) - суммарно до 60 %. Из анализа таблицы 1 следует, что добавление в масло товарного минерального ДТ в количестве 10 %, 25 %, 50 % и 75 % (по объёму) незначительно сказывается на изменении долей жирных кислот, содержащихся в сме-севом свербиго-минеральном топливе.
Таблица 1
Жирнокислотный состав масла свербиги и смесевого свербиго-минерального топлива
Наименование ВЖК Химическая Относительное содержание ВЖК, %
формула 100 % 90 % СвМ 75 % СвМ 50 % СвМ 25 % СвМ
ВЖК СвМ + 10%ДТ + 25%ДТ + 50 % ДТ + 75 % ДТ
Насыщенные, - 6,63 6,62 6,63 6,65 6,72
в том числе:
Пальмитиновая С16Н32О2 3,814 3,773 3,781 3,843 3,838
Стеариновая С18Н36О2 1,685 1,662 1,672 1,686 1,725
Пентодекановая С15Н30О2 0,013 0,016 0,014 0,017 -
Арахиновая С20Н40О2 0,500 0,510 0,506 0,476 0,526
Лигноцериновая С24Н48О2 0,190 0,217 0,190 0,191 0,195
Бегеновая С22Н44О2 0,336 0,353 0,385 0,337 0,346
Миристиновая С14Н28О2 0,057 0,051 0,048 0,057 0,053
Маргариновая С17Н34О2 0,038 0,041 0,036 0,039 0,039
Мононенасыщенные, - 60,62 60,44 60,41 60,24 60,19
в том числе:
Олеиновая С18Н34О2 48,648 48,497 48,518 48,726 48,417
Эйкозеновая С20Н38О2 3,122 3,175 3,109 3,130 3,250
Эруковая С22Н42О2 8,173 8,115 8,094 7,730 7,922
Пальмитоолеиновая С16Н30О2 0,177 0,174 0,174 0,191 0,176
Нервоновая С24Н46О2 0,434 0,417 0,459 0,411 0,387
Маргариноолеиновая С17Н32О2 0,064 0,064 0,048 0,058 0,037
Полиненасыщенные, - 32,75 32,94 32,96 33,11 33,09
в том числе:
Линоленовая С18Н30О2 8,914 8,908 8,862 9,094 9,059
Линолевая С18Н32О2 23,445 23,602 23,678 23,608 23,712
Арахидоновая С20Н32О2 0,030 0,037 0,053 - -
Эйкозадиеновая С20Н36О2 0,176 0,210 0,201 0,230 0,218
Докозагексаеновая С22Н32О2 0,031 0,022 0,011 - -
Докозадиеновая С22Н40О2 0,107 0,108 0,118 0,109 0,073
Эйкозатриеновая С20Н34О2 0,013 0,013 0,009 0,041 -
Линоэлодиновая С18Н32О2 0,032 0,036 0,033 0,027 0,029
В таблице 2 приведены сведения по углеводородному составу, низшей теплоте сгорания и цетановому числу (воспламеняемости) масла свербиги и смесевого свер-биго-минерального топлива. Низшая
теплота сгорания масла и смесевого топлива определялась расчетным путем по известной формуле Д.И.Менделеева, а цета-новое число - экспериментально на одноцилиндровой установке ИДТ-90.
Таблица 2
Углеводородный состав, низшая теплота сгорания и цетановое число масла свербиги и смесевого свербиго-минерального топлива
Вид топлива Углеводородный состав Низшая теплота сгорания, МДж/кг Цетановое число
С Н О
100 % ДТ 0,870 0,126 0,004 42,4 53
100 % СвМ 0,769 0,120 0,111 37,95 -
25 % СвМ + 75 % ДТ 0,845 0,124 0,031 41,17 49
50 % СвМ + 50 % ДТ 0,820 0,123 0,057 39,94 45
75 % СвМ + 25 % ДТ 0,794 0,122 0,084 38,66 -
90 % СвМ + 10 % ДТ 0,779 0,121 0,10 37,87 -
Анализ данных таблицы 2 показывает, что низшая теплота сгорания масла свербиги составляет 37,95 МДж/кг, что на 10,5 % меньшее теплоты сгорания минерального ДТ (42,4 МДж/кг). Однако, при добавлении в масло минерального ДТ, например в количестве 75 %, низшая теплота сгорания такого ДСТ повышается до 41,17 МДж/кг и становится сопоставимой с минеральным ДТ. У
смесевого топлива 50 % СвМ + 50 % ДТ цетановое число составляет 45 единиц, что на восемь единиц меньше цетанового числа минерального ДТ. Однако, с увеличением доли минерального ДТ в смесевом топливе до 75 % цетановое число повышается и у смесевого топлива 25 % СвМ + 75 % ДТ составляет 49 единиц. Полученные результаты свидетельствуют о том, что
наилучшим смесевым топливом по показателям теплотворной способности и воспламеняемости является свербиго-минераль-ное топливо с содержанием в нём масла свербиги в количестве 25-50 % (по объёму). Трибологические исследования на
смазывающую способность масла свербиги восточной и смесевого свербиго-минераль-ного топлива проводили на универсальном трибометре типа ТУ с трехшариковым узлом трения по величине среднего диаметра пятна износа шариков.
Таблица 3
Результаты трибологических исследований масла свербиги восточной и смесевого свербиго-минерального топлива
Вид топлива № шара d, мм йср, мм Изменение параметра Д %
1 0,29 0,29
100 % ДТ 2 0,31 0,30 0,300 -
3 0,31 0,30
1 0,29 0,28
20 % СвМ + 80 % ДТ 2 0,28 0,29 0,287 4,3
3 0,29 0,29
1 0,29 0,29
40 % СвМ + 60 % ДТ 2 0,30 0,30 0,290 3,0
3 0,27 0,29
1 0,31 0,30
60 % СвМ + 40 % ДТ 2 0,30 0,32 0,307 2,0
3 0,31 0,30
1 0,33 0,33
80 % СвМ + 20 % ДТ 2 0,30 0,30 0,315 5,0
3 0,31 0,32
1 0,33 0,32
100 % СвМ 2 0,31 0,32 0,315 5,0
3 0,31 0,30
Анализ результатов трибологических исследований, представленных в таблице 3, показывает, что при использовании смесевого свербиго-минерального топлива с содержанием в нём масла свербиги до 20 % происходит снижение среднего диаметра пятна износа шариков с 0,300 мм до 0,287 мм (на 4,3 %). Последующее увеличение содержания масла в смесевом топливе с 20 до 80 % приводит к увеличению диаметра пятна износа до 0,315 мм. Однако, как следует из рисунка 2, есть область рационального
содержания в смесевом топливе масла свербиги в количестве 10-50 % (по объёму), в которой средний диаметр пятна износа имеет наименьшее значение. Поэтому использование смесевого свербиго-минерального топлива с указанным рациональным содержанием в нём масла свербиги восточной будет не только экономить нефтяное ДТ на величину замещения его маслом, но и способствовать снижению износа деталей прецизионных пар топливной аппаратуры дизеля в процессе эксплуатации трактора.
< __—■ !
—1 --
г1
О 20 из 60 80 С„.,%
Рис. 2. Зависимость среднего диаметра пятна износа шариков от процентного содержания масла свербиги в минеральном дизельном топливе
Для адаптации с.-х. тракторов к работе система питания дизеля [16], содержащая на ДСТ разработана двухтопливная бак минерального топлива (1) (рис. 3), бак
дизельного смесевого топлива (2), линии забора минерального и смесевого топлива (3 и 4), топливный фильтр грубой и тонкой очистки (5 и 6), топливоподкачивающий насос (7), топливный насос высокого давления (8) в комплекте с центробежным регулятором частоты вращения (9), форсунки (10), ультразвуковое устройство (11), имеющее корпус (12) со встроенным пьезоизлучате-лем (на рис. 2 не показан) и блок формирования высокочастотных колебаний (13), электрически соединенный с источником питания (14) бортовой сети трактора, и переключатель вида моторного топлива (15), выполненный в виде электромагнитного распределителя (16), исполнительный механизм (17) которого своим входом гидравлически сообщен с линиями забора минерального и смесевого топлива (3 и 4), а выходом с топливным фильтром грубой очистки (5), электрическая цепь электромагнитного распределителя (16) соединена с источником питания (14) через включатель (18) и температурный датчик (19), расположенный в системе охлаждения дизеля, при этом в электрическую цепь между блоком формирования высокочастотных колебаний (13) и источником питания (14) установлен датчик нагрузки (20), выполненный в виде контактной пары, состоящей из штока (21) корректора центробежного регулятора частоты вращения (9) и иглообразного стального винта (22), ввернутого с возможностью регулирования его хода в электроизоляционную втулку (23), ввернутую, в свою очередь, в резьбовое отверстие (24) основного рычага (25) регулятора частоты вращения (9). Функции включателя (18) выполняет электромагнитное реле, обмотка (26) которого через температурный датчик (19) соединена с источником питания (14), а контакты (27) реле (18) - с электрической цепью электромагнитного распределителя (16).
Работает двухтопливная система питания дизеля следующим образом.
Пуск и прогрев дизеля осуществляется на минеральном ДТ. При этом контакты температурного датчика (19) и контакты (26) электромагнитного реле (18) разомкнуты, электрическая цепь электромагнитного распределителя (16) обесточена и исполнительный механизм (17) (например, золотник, ползун и др.) электромагнитного распределителя (16) находится в положении «Открыто минеральное топливо» и «Перекрыто смесевое топливо». Минеральное топливо из бака (1) через исполнительный механизм (17) электромагнитного распределителя (16) будет поступать в узлы и агрегаты (5, 6, 7, 8, 10, 12) топливной системы и далее впрыскиваться в цилиндры дизеля.
После прогрева (при достижении определенной температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения, например 50±2 °С) дизель автоматически начинает работать на смесевом топливе за счет того, что контакты температурного датчика (19) сомкнутся и в обмотку (26) электромагнитного реле (18) от источника питания (14) бортовой сети трактора поступит ток постоянного напряжения (12 В или 24 В). Это приведет к замыканию контактов (26) реле (18), срабатыванию электромагнитного распределителя (16) и перемещению его исполнительного механизма (17) в положение «Открыто смесевое топливо» и «Перекрыто минеральное топливо». Смесевое топливо из бака (2) через исполнительный механизм (17) электромагнитного распределителя (16) будет поступать в узлы и агрегаты (5, 6, 7, 8, 10, 12) топливной системы и далее впрыскиваться в цилиндры дизеля. При работе дизеля в режимах холостого хода, малых и средних нагрузок шток (21) корректора регулятора частоты вращения (9) не контактирует с винтом (22), электрическая цепь ультразвукового устройства (11) отсоединена от источника питания (14) и обработка смесевого топлива ультразвуком не производится.
При работе дизеля в режиме номинальных нагрузок или в режиме перегрузок основной и промежуточный рычаги (25 и 28) центробежного регулятора частоты вращения (9) соприкасаются друг с другом, что приводит к замыканию штока (21) корректора и винта (22) между собой и подаче тока от источника питания (14) в электрическую цепь ультразвукового устройства (11). Блок (13) устройства (11) формирует напряжение высокой частоты, подаваемое в цепь пьезоизлучателя, размещенного в полости корпуса (12).
Под действием высокочастотных (ультразвуковых) колебаний минеральный (нефтяное дизельное топливо) и биологический (растительное масло) компоненты дизельного смесевого топлива не только более тщательно смешиваются между собой, но и за счет отрыва радикальных групп от одних высших кислот, содержащихся в биологическом компоненте, и присоединения их к другим, повышается энергетический эквивалент смесевого топлива и, как следствие, мощность двигателя.
Перед остановом дизеля при переходе на режим самостоятельного холостого хода шток (21) корректора и винт (22), а также контакты температурного датчика (19) разомкнуты, электрические цепи ультразвукового устройства (11) и электромагнитного распределителя (16) отсоединены от источника питания (14), и дизель начинает вновь работать на минеральном топливе.
* 12В 12181
Система охлаждения
' электропроЬодка
а)
Рейка ТНВД
Промежуточный рычаг регулятора частоты брощения
Рис. 3. Двухтопливная система питания тракторного дизеля: а) схема; б) датчик нагрузки
Останов дизеля осуществляется традиционным способом путем перемещения органа управления топливоподачей в положение «Подача топлива выключена». Последующий пуск дизеля будет проводиться на минеральном топливе. Настройка датчика нагрузки (20) на момент срабатывания осуществляется вращением винта (22) во втулке (23) или втулки (23) в отверстии (24).
Заключение
Выполненный анализ показывает, что свербига восточная является перспективной сырьевой культурой для получения из её семян растительного масла и дальнейшего его использования в качестве биологического компонента ДСТ. По показателям воспламеняемости, теплотворных и смазывающих свойств рекомендуется исполь-
зовать смесевое свербиго-минеральное топливо с содержанием в нём масла свербиги в количестве 10-50 % (по объему).
Для адаптации тракторного дизеля к работе на ДСТ, компонентами которого являются масло свербиги восточной и
товарное минеральное ДТ, разработана и запатентована двухтопливная система питания с автоматическим включением устройства для ультразвуковой обработки смесевого топлива в номинальном режиме или режиме перегрузок.
Литература
1. Биотопливо и продовольственная безопасность: доклад группы экспертов высокого уровня по вопросам продовольственной безопасности и питания Комитета по всемирной продовольственной безопасности. Рим, 2013, 164 с.
2. Кривошеин А. Н., Шматкова H. M., Воропаева А. И. Производство биотоплива в Eвро-пейском Союзе: политика, сертификация, критерии устойчивости. Mосква, 2016, 39 с.
3. Уханов А. П., Рачкин В. А., Уханов Д. А., Иванов В. А. Биодиты - альтернативный вид моторного топлива для тракторных дизелей. Нива Поволжья, 2009, № 2 (11), с. 71-76.
4. Уханов Д. А., Уханов А. П., Ротанов E. Г., Аверьянов А. С. Влияние дизельного смесевого топлива на износ плунжерных пар ^ВД. Известия Самарской ГСХА, 2011, вып.3, с. 105-108.
5. Уханов А. П., Шеменев Д. С., Зеленин О. Н., Сафанов Р. К., Голубев В. А., Павлушин С. В. Сравнительный анализ свойств растительных масел используемых в качестве биотоплива. Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской НПК. Пенза: РИО ПГСХА, 2010, с. 125-127.
6. Патент РФ № 2484290, MПК F02M 43/00 (2006.01) Двухтопливная система питания тракторного дизеля. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, E. А. Сидоров, Л. И. Сидорова. Опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16.
7. Патент РФ № 2615880, MПК F02D 19/06, F02M 43/00, F02M 27/08 (2006.01) Двухтопливная система питания автотракторного дизеля. А. П. Уханов, А. Д. Уханов, Ю. В. Уханова. Опубл. 11.04.2017, Бюл. № 11.
8. Патент РФ № 2635948, MПК F02M 43/00, F02D 19/06, F02D 19/08 (2006.01) Двухтопливная система питания дизеля автотракторного средства. А. П. Уханов, Д. А. Уханова, Ю. В. Уханова, А. А. Воскресенский. Опубл. 17.11.2017, Бюл. № 32.
9. Патент РФ № 2582535, MПК F02M 43/00, F02D 19/06 (2006.01) Двухтопливная система питания дизеля. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, А. А. Хохлов, E. Г. Ротанов, А. Л. Хохлов. Опубл. 27.04.2016, Бюл. № 12.
10. Патент РФ № 2486949, MПК В0^ 5/06 (2006.01) Смеситель-фильтр минерального топлива и растительного масла. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, В. В. Крюков, E. А. Сидоров, E. Д. Година. Опубл. 10.07.2013, Бюл. № 19.
11. Патент РФ № 2429057, MПК B01F 5/06 (2006.01) Смеситель биоминерального топлива. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, В. А. Иванов, Л. M. Благодарина. Опубл. 20.09.2011, Бюл. № 26.
12. Патент РФ № 2377060, MПК B01F 5/06 (2006.01) Смеситель минеральных и растительных композиций моторного топлива. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, В. А. Иванов, В. А. Рачкин. Опубл. 27.12.2009, Бюл. № 36.
13. Патент РФ № 2582700, MПК В0^ 5/06 (2006.01) Смеситель-дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива. А. П. Уханов, Д. А. Уханов, А. А. Хохлов, E. Г. Ротанов, А. Л. Хохлов. Опубл. 27.04.2016, Бюл. № 12.
14. Горбачёва С. В, Перова Н. А., Уханов Д. А., Уханов А. П. Перспективы использования масла из свербиги восточной в качестве биокомпонента дизельного смесевого топлива. Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: сборник материалов XXXII Национального научно-технического семинара им. В.В. Mихайлова. Вып. 32. Саратов: Амирит, 2019, с. 72-75.
15. Уханов А. П., Бражников Д. В. Жирнокислотный состав масла из свербиги восточной. Эксплуатация автотракторной техники: опыт, проблемы, инновации, перспективы: сборник статей III Mеждународной НПК. Пенза: РИО ПГАУ, 2017, с. 143-146.
16. Патент РФ № 2680641, MПК F02M 43/00, F02D 19/08 (2006.01) Двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства. А. П. Уханов, Д. А. Уханова, Д. А. Уханов, С. В. Tеплова. Опубл. 25.02.2019, Бюл. № 6.
17. Ukhanov A. P., Hokhlova E. A. Modernization of diesel engine during the work with mineral and vegetable fuels. Materials of the III international research and practice conference «Science and Education» 25-26 april 2013, Munich, Germany, p. 104-107.
18. Godina E. D., Ukhanov A. P. Perspectives of the biofuel application for motor and tractor machinery of the agricultural industry of the far east. Materials of the 2 international research and
practice conference. «Science, Technology and Higher Education» 17.04.2013, Westwood, Canada, p. 276-281.
19. Godina E. D., Ukhanov A. P. Mustard oil as a diesel biocomponents composite propellant. European science review, 2014, № 2, p. 135-137.
20. Godina E. D., Ukhanov A. P., Covachev F. Experimental studies of diesel D-243-648 work on mixed sou mineral fuel. Wschodnioeuropejskie Gzasopismo Naukowe (East Europen Scintifie Journal). Warszava Polska, 2016, №6, p. 110-113.
21. Ukhanov A., Khokhlov A. Savings of miniral diesel fuel and improving the environmental of diesel mixed fuel based on the camelina oil. Sciense and practice: a new lewel of integration in the modem Wored 2nd International Conference. Scienc editor: R.Berton, 2016, p. 152-156.
22. Bychenin A. P., Ukhanova I. V., Volodko O. S., Ukhanov A. P. Determining a Rational Composition of Diesel Mixture in Terms of Antiwear Characteristics. International Conference on Aviame-chanical Engineering and Transport (AviaENT 2019), Advances in Engineering Research, volume 188. - Atlantis press, 2019, p. 61-64.
UDC 621.436-634.5
DOI 10.36461/NP.2021.58.1.004
ADAPTATION OF TRACTOR DIESEL ENGINE TO OPERATION ON HILL MUSTARD MINERAL FUEL
A.P. Ukhanov, Doctor of Engineering Sciences, professor; D.A. Ukhanov*, Doctor of Engineering Sciences, professor; S.U. Gorbacheva, post-graduate student
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education Penza State Agrarian University,
Penza, Russia, e-mail: [email protected];
* Federal Autonomous Institution The 25th State Scientific Research Institute of Chemmotology of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Moscow, Russia
The purpose of the research is the adaptation of the tractor engine to operation on diesel blended fuel (DBF), the biological component of which is vegetable oil of Bunias orientalis or hill mustard. The information on the fatty acid and hydrocarbon composition is given, as well as the lower heat of the combustion and the cetane number of the hill mustard oil and DBF with a different percentage ratio of commercial mineral diesel fuel (DF) and hill mustard oil. The results of tribological studies of the hill mustard oil and DBF on a universal tribometer with a three-sized friction node are presented. Analysis of the results indicates that in terms of flammability, calorific and lubricity indicators, it is rational to use blended hill mustard-mineral fuel with a 10-50% content of the hill mustard oil in it. For the tractor to operate on mineral DF and DBF, a two-fuel diesel power system has been developed and patented, which, along with the nodes and units of the standard power supply system, contains a switch of a motor fuel type, an ultrasonic device for processing DBF components by high-frequency oscillations, a temperature sensor and a load sensor. In start-up, warm-up and stop modes, the operation of the diesel engine is carried out on mineral DF, in other modes - on DBF. DBF processing with high-frequency oscillations is carried out only when the diesel engine is operating in the nominal load mode or in overload mode. When using a diesel engine in idling modes, small and medium loads modes, the processing of blended fuel by high-frequency oscillations is not produced.
Keywords: diesel, mineral diesel fuel, hill mustard oil, diesel blended fuel, calorific and lubricating properties, flammability, power system.
References
1. Biofuels and food security: a report of a high-level expert group on food security of the World Food Security Committee. Rome, 2013, 164 p.
2. Krivoshein A. N., Schmatkova N. M., Voropheyeva A.I. Production of biofuels in the European Union: Policy, certification, sustainability criteria. Moscow, 2016, 39 p.
3. Ukhanov A. P., Krachkin V. A., Ukhanov D. A., Ivanov V. A. Bioditis - an alternative type of motor fuel for tractor diesel engines. Niva Volga region, 2009, No. 2 (11), p. 71-76.
4. Ukhanov D.A., Ukhanov A.P., Rotanov E.G., Averyanov A.S. Effect of diesel blended fuel on the wear of plunger pairs of the high pressure fuel pump. Izvestia Samara SAA, 2011, vol. 3, p. 105-108.
5. Ukhanov A. P., Shemenev D. S., Zelenin O. N., Safanov R. K., Golubev V. A., Pavlushin S. V. Comparative analysis of the properties of vegetable oils used as biofuels. The contribution of young scientists in the innovative development of the APK of Russia: a collection of materials of the All-Russian NPK. Penza: Rio PSAA, 2010, p. 125-127.
6. Patent 2484290 Russian Fedradion, Int. Cl. F02M 43/00 (2006.01) Two-fuel Tractor Diesel Power System. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, E. A. Sidorov, L. I. Sidorova. Publ. 06/10/2013, Bul. № 16.
7. Patent 2615880 Russian Fedradion, Int. Cl. F02D 19/06, F02M 43/00, F02M 27/08 (2006.01) Two-fuel power supply system of autotractor diesel. A. P. Ukhanov, A. D. Ukhanov, Yu. V. Ukhanov. Publ. 11.04.2017, Bul. № 11.
8. Patent 2635948 Russian Fedradion, Int. Cl. F02M 43/00, F02D 19/06, F02D 19/08 (2006.01) Dual-fuel power supply system of the diesel engine. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanova, Yu. V. Ukha-nova, A. A. Voskresensky. Publ. 11/17/2017, Bul. № 32.
9. Patent 2582535 Russian Fedradion, Int. Cl. F02M 43/00, F02D 19/06 (2006.01) Two-fuel diesel power system. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Khokhlov, E. G. Rotanov, A. L. Khokhlov. Publ. 04/27/2016, Bul. № 12.
10. Patent 2486949 Russian Fedradion, Int. Cl. B01F 5/06 (2006.01) Mineral Fuel and Vegetable Oil Faucet. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, V. V. Kryukov, E. A. Sidorov, E. D. Godina. Publ. 07/10/2013, Bul. № 19.
11. Patent 2429057 Russian Fedradion, Int. Cl. B01F 5/06 (2006.01) Biomineral Fuel Mixer. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, V. A. Ivanov, L. M. Thanks. Publ. 09/20/2011, Bul. № 26.
12. Patent 2377060 Russian Fedradion, Int. Cl. B01F 5/06 (2006.01) Blender of mineral and vegetable compositions of motor fuel. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, V. A. Ivanov, V. A. Krachkin. Publ. 12.27.2009, Bul. № 36.
13. Patent 2582700 Russian Fedradion, Int. Cl. B01F 5/06 (2006.01) Blender-dispenser of vegetable oil and mineral diesel fuel. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Khokhlov, E. G. Rotanov, A. L. Khokhlov. Publ. 04/27/2016, Bul. № 12.
14. Gorbachev S. B, Pereova N. A., Ukhanov D. A., Ukhanov A. P. Prospects for the use of oil of the hill mustard as a biocomponent of diesel blended fuel. Problems of the economy and operation of autotractor equipment: a collection of materials of the XXXII of the National Scientific and Technical Seminar. V.V. Mikhailova. Vol. 32. Saratov: Amirit, 2019, p. 72-75.
15. Ukhanov A. P., Brazhnikov D. V. The fatty acid composition of the oil of the east. Operation of autotractor equipment: experience, problems, innovation, prospects: Collection of articles III International NPK. Penza: Rio PGAU, 2017, p. 143-146.
16. Patent 2680641 Russian Fedradion, Int. Cl. F02M 43/00, F02D 19/08 (2006.01) Two-fuel system for the power supply of a motor vehicle. A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanova, D. A. Ukhanov, S. V. Teplova. Publ. 02/25/2019, Bul. No. 6.
17. Ukhanov A. P., Hokhlova E. A. Modernization of diesel engine during the work with mineral and vegetable fuels. Materials of the III international research and practice conference "Science and Education" 25-26 april 2013, Munich, Germany, p. 104-107.
18. Godina E. D., Ukhanov A. P. Perspectives of the biofuel application for motor and tractor machinery of the agricultural industry of the far east. Materials of the 2 international research and practice conference. "Science, Technology and Higher Education" 17.04.2013, Westwood, Canada, p. 276-281.
19. Godina E. D., Ukhanov A. P. Mustard oil as a diesel biocomponents composite propellant. European science review, 2014, № 2, p. 135-137.
20. Godina E. D., Ukhanov A. P., Covachev F. Experimental studies of diesel D-243-648 work on blended sou mineral fuel. Wschodnioeuropejskie Gzasopismo Naukowe (East Europen Scintifie Journal). Warszava Polska, 2016, №6, p. 110-113.
21. Ukhanov A., Khokhlov A. Savings of miniral diesel fuel and improving the environmental of diesel blended fuel based on the camelina oil. Sciense and practice: a new lewel of integration in the modem Wored 2nd International Conference. Scienc editor: R.Berton, 2016, p. 152-156.
22. Bychenin A. P., Ukhanova I. V., Volodko O. S., Ukhanov A. P. Determining a Rational Composition of Diesel Blended in Terms of Antiwear Characteristics. International Conference on Aviame-chanical Engineering and Transport (AviaENT 2019), Advances in Engineering Research, volume 188. - Atlantis press, 2019, p. 61-64.
