CC BY
35Использование смесей нефтяного дизельного топлива и рыжикового масла в качестве моторного топлива
B.А. Марков, профессор, заведующий кафедрой «Поршневые двигатели» Московского государственного технического университета
им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана), д.т.н.,
C.С. Лобода, инженер ООО «ВАЙТЕКС» (г. Реутов Московской области), Инь Мин, магистрант кафедры «Поршневые двигатели»
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Китай
Показаны преимущества использования топлив растительного происхождения в качестве моторных топлив. Рассмотрены возможные пути использования рыжикового масла в качестве топлива для дизеля. Проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С, работающего на смесях дизельного топлива и рыжикового масла различного состава. Подтверждена возможность улучшения показателей токсичности отработавших газов при использовании этих смесей в качестве топлива для автомобильных и тракторных дизелей.
__Ключевые слова:
дизельный двигатель, нефтяное дизельное топливо, альтернативное топливо, растительное масло, рыжиковое масло, смесевое биотопливо.
овременный этап развития двигателестроения характеризуется расширением использования различных альтернативных топлив [1-3]. При этом привлекательным представляется применение биотоплив, вырабатываемых из растительного сырья [4-6]. Кроме практически неисчерпаемой сырьевой базы для производства таких биотоплив, к их преимуществам следует отнести и хорошие экологические свойства, проявляющиеся как при производстве биотоплив, так и при их сжигании в двигателях внутреннего сгорания [7, 8].
Применительно к дизелям перспективными считаются биотоплива, производимые из растительных масел [4-6]. К масличным культурам относится более 150 видов растений, и они занимают значительное место в сельскохозяйственном производстве. В условиях Российской Федерации наиболее значимыми с точки зрения применения в качестве моторных топлив являются подсолнечное и рапсовое масла. При этом в отечественной масложировой промышленности ведущее место занимает производство подсолнечного (86,84 % от всего производства масел), соевого (7,96 %), рапсового (4,84 %), горчичного (0,11 %), кукурузного (0,04 %) и льняного (0,03 %) растительных масел [9].
Вместе с тем известны и другие масличные культуры, которые можно использовать при производстве биотоплив. К ним относится и перспективная для условий
30
Российской Федерации масличная культура - рыжик (его часто называют «ложным льном») [10-12]. Рыжик (лат. СатвИпа) - род травянистых растений семейства Капустные. Это однолетние травы, семена которых содержат 33...42 % масла. Из этих семян холодным прессованием или экстракцией получают рыжиковое масло (РМ).
Родиной рыжика принято считать юго-восточную Азию и восточную Европу. Это дикорастущее растение весьма неприхотливо и сродни сорнякам. Однако оно уже давно обратило на себя внимание селекционеров и сегодня успешно культивируется на полях России и ряда европейских стран. Основные посевные площади, отведенные под эту культуру, сосредоточены в Волгоградской, Воронежской, Ростовской, Саратовской, Тамбовской, Пензенской, Ульяновской областях и республике Калмыкия. Вместе с тем он может успешно культивироваться и в Сибири.
Различные растительные масла сходны по своему составу и могут быть использованы в качестве дизельных моторных топлив. Основным препятствием сжигания в дизелях чистых растительных масел являются их высокая вязкость и коксуемость в условиях камеры сгорания (КС) дизеля. Это приводит к отложениям кокса на поверхностях КС, в первую очередь - на распылителях форсунок.
Из растительных масел получают метиловый, этиловый или бутиловый эфиры, которые имеют существенно меньшую вязкость, и используют их в качестве либо самостоятельных топлив, либо в смесях с нефтяными то-пливами [5, 6]. В сельской местности, где отсутствует инфраструктура для производства указанных эфиров, наиболее привлекательным способом применения растительных масел в качестве моторного топлива представляется работа дизеля на смесях нефтяного дизельного топлива (ДТ) с растительными маслами с небольшим содержанием последних. Эти два компонента хорошо смешиваются в любых пропорциях, образуя стабильные смеси. При этом растительные масла можно рассматривать как кислородсодержащие присадки (оксигенаты), значительно улучшающие экологические характеристики нефтяных ДТ.
Возможность использования растительных масел в качестве моторных то-плив определяется составом и строением их молекул. Молекулы растительных масел включают атомы углерода (76.78 % по массе), водорода (10.12 %) и кислорода (10.12 %) [5]. Основой растительных масел являются жирные кислоты, в молекулах которых углеводородный радикал (типа СН3, С2Н5, С3Н7 и т.д.) соединен с одной карбоксильной группой СООН. При этом структурные формулы жирных кислот, входящих в состав растительных масел, сходны со структурными формулами углеводородов дизельного топлива. Эти масла состоят главным образом (на 95.97 %) из триацилглицеридов - органических соединений, сложных эфиров глицерина и различных жирных кислот. Ацилглицериды, в свою очередь, включают молекулы различных жирных (карбоновые) кислот, связанных с молекулой глицерина С3Н5(ОН)3. Растительные масла содержат, в основном, жирные кислоты с четным числом атомов углерода (например, С14, С16, С18 и др.). При этом в состав растительных масел входят как ненасыщенные (олеиновая, ли-нолевая, линоленовая и др.), так и насыщенные жирные кислоты (миристино-вая, пальмитиновая, стеариновая и др.). Молекулы насыщенных жирных кислот не имеют двойных связей, а в ненасыщенных жирных кислотах присутствуют одна-три двойные связи. Жирнокислотный состав рыжикового масла представлен в табл. 1 [13].
Таблица 1
Жирнокислотный состав нерафинированного рыжикового масла
Жирная кислота Формула состава Условная формула состава Массовое содержание, %
Лауриновая С12Н24О2 С 12:0 0,02
Миристиновая С14Н28О2 С 14:0 0,09
Пентадекановая С15Н30О2 С 15:0 0,02
Пальмитиновая С16Н32О2 С 16:0 5,36
Гексадеценовая С16Н30О2 С 16:1 0,04
Пальмитоолеиновая С16Н30О2 С 16:1 - 9-цис 0,09
Гексадекадиеновая С16Н28О2 С 16:2 0,01
Маргариновая С17Н34О2 С 17:0 0,05
Гептадеценовая С17Н32О2 С 17:1 0,04
Стеариновая С18Н36О2 С 18:0 2,26
Олеиновая С18Н34О2 С 18:1 - 9-цис 14,83
Вакценовая С18Н34О2 С 18:1 - 11-транс 0,80
Линолевая С18Н32О2 С 18:2 - ю-6 17,37
у-Линоленовая С18Н30О2 С 18:3 - ю-6 0,14
а-Линоленовая С18Н30О2 С 18:3 - ю-3 37,71
Арахиновая С20Н40О2 С 20:0 1,06
Гондоиновая С20Н38О2 С 20:1 12,72
Эйкозеновая С20Н38О2 С 20:1 0,36
Эйкозодиеновая С20Н36О2 С 20:2 1,88
Эйкозотриеновая С20Н34О2 С 20:3 1,54
Бегеновая С22Н44О2 С 22:0 0,22
Эруковая С22Н42О2 С 22:1 2,35
Примечание: после названия жирной кислоты приведены формула состава и условная формула состава, в которой первая цифра соответствует числу атомов углерода, а вторая - числу двойных связей в молекуле.
Жирнокислотный состав рыжикового масла несколько отличается от аналогичного состава наиболее распространенного в России подсолнечного масла (табл. 2) [5, 14]. Так, если подсолнечное масло богато линолевой кислотой, то рыжиковое - линоленовой кислотой, имеющей три ненасыщенные связи. В связи с этим рыжиковое масло менее стабильно в окислительных процессах по сравнению с подсолнечным. Низкая окислительная стабильность (высокая окисляемость) рыжикового масла обусловливает его ограниченное время хранения.
Таблица 2
Жирнокислотный состав подсолнечного и льняного масел
Массовая доля жирных кислот, %
Масло Насыщенные жирные Ненасыщенные жирные
Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Олеиновая Линолевая Линоленовая
Подсолнечное 0...0,2 5,6...7,6 2,7...6,5 14,0...39,4 48,3...74,0 0...0,3
Рыжиковое 0...0,2 5,0...7,0 2,0...2,5 12,0...20,0 14,0...22,0 35,0...39,0
Целью предлагаемого исследования являлся анализ показателей транспортного дизеля, работающего на смесях нефтяного ДТ и рыжикового масла. При этом исследовано рыжиковое нерафинированное масло производства ООО ПК «Сареп-та-ПомидорПром» (г. Волгоград), а также его смеси с нефтяным ДТ марки Л по ГОСТ 305-82, содержащие 5 и 10 % (по объему) рыжикового масла. Некоторые физико-химические свойства ДТ, РМ и указанных смесей представлены в табл. 3.
Таблица 3
Физико-химические свойства исследуемых топлив
Топлива
Показатель ДТ РМ Смесь 95 % ДТ и 5 % РМ Смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
Плотность при 20 °С, кг/м3 830 910 834 838
Вязкость кинематическая, мм2/с при 20 °С при 40 °С 3,8 2,3 57,7 22,7 4,4 5,8
Коэффициент поверхностного натяжения при 20 °С, мН/м 27,1 29,8 - -
Теплота сгорания низшая, кДж/кг 42 500 37 500 42 200 42 000
Цетановое число 45 37 - -
Температура самовоспламенения, °С 250 310 - -
Температура помутнения, °С -25 -14 - -
Температура застывания, °С -35 -22 - -
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг вещества, кг 14,31 12,52 14,23 14,13
Содержание, % по массе С Н О 87,0 12,6 0,4 77,6 11,8 10,6 86.5 12.6 0,9 86,1 12,5 1,4
Общее содержание серы, % по массе 0,20 0,002 0,190 0,182
Примечание: «-» - свойства не определялись; для смесей указано объемное процентное содержание компонентов.
По данным табл. 3 следует отметить, что рассматриваемые смесевые биотоплива, содержащее 5 и 10 % РМ, имеют повышенные плотность и вязкость. Вместе с тем эти их свойства достаточно близки к аналогичным свойствам ДТ (см. табл. 3). Незначительно отличаются между собой и другие физико-химических свойства нефтяного ДТ и исследуемых смесей ДТ и РМ, в частности их цетановое число и теплотворная способность. Это позволяет исследовать работу дизеля на этих смесях без изменения исходных регулировок дизеля.
Проведен ряд исследований работы дизелей на смесях нефтяного дизельного топлива и рыжикового масла [15, 16]. Однако в этих исследованиях не определялись показатели токсичности ОГ дизелей. Для подтверждения возможностей использования этих смесей в качестве моторного топлива и снижения токсичных выбросов с ОГ проведены экспериментальные исследования дизеля типа Д-245.12С (4ЧН 11/12,5) Минского моторного завода. Эти дизели устанавливаются на малотоннажные грузовые автомобили ЗиЛ-5301 «Бычок», а также на автобусы Павловского автобусного завода (ПАЗ) и тракторы «Беларусь». Некоторые параметры исследуемого дизеля приведены в табл. 4.
Таблица 4
Некоторые параметры дизеля типа Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5)
Параметры Значение
Тип двигателя Четырехтактный, рядный, дизельный
Число цилиндров 4
Диаметр цилиндра D, мм 110
Ход поршня Б, мм 125
Общий рабочий объем ¡¥к, л 4,32
Степень сжатия е 16,0
Система турбонаддува Турбокомпрессор ТКР-6 Борисовского завода автоагрегатов
Тип камеры сгорания, способ смесеобразования Камера сгорания типа ЦНИДИ, объемно-пленочное смесеобразование
Номинальная частота вращения п, мин1 2 400
Номинальная мощность N кВт 80
Механизм газораспределения Клапанного типа с верхним расположением клапанов
Система охлаждения Водяная, принудительная
Система смазки Принудительная, с разбрызгиванием
Фильтр масляный Сетчатый
Насос масляный Шестеренчатый
Система питания Разделенного типа
Топливный насос высокого давления (ТНВД) Рядный типа PP4M10U1f фирмы Motorpal с всережимным центробежным регулятором
Диаметр плунжеров ТНВД йпл, мм 10
Ход плунжеров ТНВД кпл, мм 10
Длина нагнетательных топливопроводов 1т, мм 540
Форсунки Типа ФДМ-22 производства ОАО «Куроаппаратура» (г. Вильнюс)
Распылители форсунок Фирмы Motorpal типа DOP 119S534 с пятью сопловыми отверстиями диаметром ¿р=0,34 мм и проходным сечением ^^=0,250 мм2
Давление начала впрыскивания форсунок рф, МПа 21,5
'**оци»Г'
Научные разработки и исследования
■ж
\
Дизель исследован на моторном стенде на режимах внешней скоростной характеристики (ВСХ) и 13-ступенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН. Настройки дизеля по установочному углу опережения впрыскивания топлива (13° поворота коленчатого вала до ВМТ) и положению упора дозирующей рейки (упор максимальной подачи топлива) оставались неизменными при использовании всех рассматриваемых видов топлива. Моторный стенд был оборудован комплектом необходимой измерительной аппаратуры. Дымность ОГ определялась с помощью ручного дымомера МК-3 фирмы Hartridgе (Великобритания) с погрешностью измерения ±1 %. Концентрации N0^ СО, СН в ОГ определялись газоанализатором 8ЛЕ-7532 японской фирмы Yanaco с погрешностями измерения указанных компонентов ±1 %.
На первом этапе исследований проведены испытания дизеля типа Д-245.12С на нефтяном ДТ и на смеси 90 % ДТ и 10 % РМ на режимах ВСХ. Результаты этих
исследований представлены на рис. 1. Как отмечено выше, исследуемое сме-севое биотопливо имеет физические свойства, приближающиеся к свойствам ДТ. Но его плотность и вязкость все-таки несколько выше аналогичных свойств ДТ (см. табл. 3). Поэтому при переходе от ДТ к смеси 90 % ДТ и 10 % РМ отмечено небольшое увеличение часового расхода топлива Ст и некоторое уменьшение коэффициента избытка воздуха а. Однако крутящий момент двигателя Ме и его эффективная мощность Ые изменились незначительно (см. рис. 1 и табл. 5). В то же время из-за наличия в молекулах РМ атомов кислорода теплотворная способность смесевого биотоплива была несколько ниже теплотворной способности ДТ. Это привело к тому, что при использовании смеси 90 % ДТ и 10 % РМ на всех исследуемых режимах удельный эффективный расход топлива gе оказался несколько выше, чем при работе на ДТ. В частности, при переходе с ДТ на указанную смесь на режиме максимальной мощности с частотой вращения коленчатого вала «=2400 мин1 удельный эффективный расход топлива gе увеличился от 248,2 до 253,6 г/(кВт-ч), а на режиме максимального крутящего момента при «=1500 мин1 - от 226,2 до 235,9 г/(кВт-ч). Но при этом эффективный КПД дизеля пе на этих режимах изменился незначительно - снизился на 1...2 % (см. табл. 5).
Рис. 1. Зависимость эффективной мощности N крутящего момента М, часового расхода топлива От, коэффициента избытка воздуха а, дымности ОГ Кх и удельного эффективного расхода топлива ge дизеля типа Д-245.12С от частоты вращения п коленчатого вала на режимах ВСХ: 1 - ДТ; 2 - смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
Таблица 5
Показатели дизеля типа Д-245.12С, работающего на нефтяном ДТ и его смесях с рыжиковым маслом
Топлива
Показатели ДТ Смесь 95 % ДТ и 5 % РМ Смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
Часовой расход топлива От, кг/ч на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 20,00 13,00 20,19 13,16 20,23 13,30
Крутящий момент дизеля Ме, Н-м на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 321 364 318 363 317 358
Удельный эффективный расход топлива г/(кВт-ч) на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 248,2 226,2 252,1 230,1 253,6 235,9
Эффективный КПД дизеля це на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 0,341 0,374 0,338 0,371 0,338 0,363
Дымность ОГ Кх, % по шкале Хартриджа на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 17 42 16 39 15 36
Интегральные на режимах 13-режимного цикла эффективные показатели двигателя эффективный расход топлива gе усл, г/(кВт-ч) эффективный КПД це усл 244,63 0,346 250,22 0,341 255,57 0,335
Интегральные на режимах 13-режимного цикла удельные массовые выбросы, г/(кВт-ч) оксидов азота еыае монооксида углерода еСО несгоревших углеводородов еСН 5,911 2,184 0,675 5,783 2,127 0,660 5,341 1,853 0,585
Вместе с тем наличие в молекулах РМ атомов кислорода привело к заметному уменьшению дымности ОГ дизеля, работающего на смесевом биотопливе. Так, на режиме максимальной мощности при «=2400 мин1 переход с ДТ на смесь 90 % ДТ и 10 % РМ сопровождался снижением дымности ОГ Кх от 17 до 15 % по шкале Хартриджа, а на режиме максимального крутящего момента при «=1500 мин1 - от 42 до 36 % по той же шкале (см. табл. 5).
На втором этапе испытаний дизель Д-245.12С исследовался на режимах 13-режимного испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН. Режимы этого цикла показаны на рис. 2, а результаты исследований дизеля на этих режимах представлены на рис. 3-6 и в табл. 5.
Как отмечено выше, использование смеси 90 % ДТ и 10 % РМ на режимах ВСХ привело к некоторому росту часового расхода топлива Ст (см. рис. 1). Эта тенденция отмечена и на режимах 13-режимного испытательного цикла. Так, при переводе дизеля с ДТ на указанную смесь на режиме максимальной мощности при «=2400 мин1 величина От возросла от 19,76 до 20,13 кг/ч, а на режиме максимального крутящего момента при «=1500 мин1 - от 13,00 до 13,30 кг/ч (см. рис. 3).
Рис. 2. Испытательный 13-режимный цикл ЕСЕ К49 для оценки токсичности ОГ дизелей в стендовых условиях. Около точки каждого режима указаны его номер и доля в общем объеме времени работы. Красным цветом выделены режимы максимальной мощности (№ 6) и максимального крутящего момента (№ 8), отличающиеся наибольшим выбросом токсичных компонентов с ОГ
Рис. 4. Зависимость объемной концентрации оксидов азота Сыо% в ОГ дизеля типа Д-245.12С от частоты вращения п и крутящего момента Ме на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ К49:
1 - ДТ; 2 - смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
Бт, кг/ч
---1 А л? //
п-2400 мин"1 .-у
у /»=1500 мин"1
п=300мин'' 0
0 100 200 300 Ме, Им
Рис. 3. Зависимость часового расхода топлива Ст дизеля типа Д-245.12С от частоты вращения п и крутящего момента Ме на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ К.49:
1 - ДТ; 2 - смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
Рис. 5. Зависимость объемной концентрации монооксида углерода Ссо в ОГ дизеля типа Д-245.12С от частоты вращения п и крутящего момента Ме при на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ К49: 1 - ДТ; 2 - смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
На режимах 13-режимного цикла при переводе исследуемого дизеля с ДТ на смесь 90 % ДТ и 10 % РМ отмечена тенденция снижения содержания в ОГ оксидов азота СКОх (см. рис. 4). Так, на режиме холостого хода при п=900 мин1 концентрация оксидов азота СКОх снизилась от 0,0100 до 0,0090 % (от 100 до 90 ррт), на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 СКОх уменьшилась от 0,0640 до 0,0620 %, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 - от 0,0550 до 0,0525 %.
При использовании смеси 90 % ДТ и 10 % РМ отмечена тенденция снижения и содержания в ОГ монооксида углерода ССО (см. рис. 5). Перевод дизеля с ДТ на указанную смесь на режиме холостого хода при п=900 мин1 привел к снижению концентрации ССО от 0,0400 до 0,0360 %, на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин-1
Ссн-10" 750
500
250
ССц-10 , % 500
250
% \\ X-у-1 о-----о-2
ч ч П=2400 мин"1
П=900 мин"1
Л=1500 мин1
100
200
Рис. 6. Зависимость объемной концентрации несгоревших углеводородов Ссн в ОГ дизеля типа Д-245.12С от частоты вращения п и крутящего момента Ме на режимах 13-режимного цикла ЕСЕ К.49: 1 - ДТ; 2 - смесь 90 % ДТ и 10 % РМ
ССО снизилась от 0,0300 до 0,0270 %, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 - от 0,0100 до 0,0080 %.
Перевод исследуемого дизеля на рассматриваемое смесевое биотопливо оказал положительное влияние и на содержание в ОГ несгоревших углеводородов ССН (см. рис. 6). Если при переводе дизеля с ДТ на смесь 90% ДТ и 10% РМ на режиме холостого хода при п=900 мин-1 концентрации ССН практически не изменилась (повысилась от 0,0215 до 0,0220 %), то
на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин-1 она снизилась от 0,0130 до 0,0116%, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин-1 -от 0,0076 до 0,0060%.
По приведенным на рис. 4-6 характеристикам содержания в ОГ нормируемых токсичных компонентов (оксиды азота СЫОх, монооксид углерода ССО, несгоревшие углеводороды ССН) рассчитаны их часовые массовые выбросы (ЕКОх, ЕСО, Есн, ЕТЧ). Полученные значения вредных выбросов просуммированы за весь цикл по каждому компоненту (с учетом коэффициентов К, отражающих долю времени каждого режима) и затем делением на условную среднюю мощность дизеля К) определены интегральные за испытательный цикл удельные выбросы вредных веществ по формулам [5-7]:
300 /Ие, Н м
^ЛТГ^,..
1=1_
Е ^еК
13
X ЕСО К1
— 1=1
£ Ке1К,
X ЕСН К1
1=1_
Е ад
Оценка эксплуатационного расхода топлива на режимах 13-режимного цикла проведена по среднему (условный) удельному эффективному расходу топлива, который определялся с использованием данных рис. 3 и зависимости [5-7]
е
есн
СО
1=1
1=1
1=1
£ оТ1кг
Я = —- ,
о е уел 13 £
1=1
где 0т1 и N - часовой расход топлива и эффективная мощность двигателя на г-м режиме.
Поскольку смесевые биотоплива имеют меньшую теплотворную способность, топливная экономичность дизеля при его работе на этих топливах оценивалась не удельным эффективным расходом топлива gе, а эффективным КПД дизеля це. Причем для интегральной оценки работы дизеля на режимах 13-режимного цикла использован условный эффективный КПД, определяемый из соотношения [5-7]
3600
П е уел
е уел
где Ни - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Результаты расчетов указанных параметров представлены в табл. 5. Приведенные данные подтверждают возможность улучшения экологических показателей дизеля Д-245.12С при его переводе с ДТ на смесь 90 % ДТ и 10 % РМ. Так, при подаче в КС дизеля исследуемого смесевого биотоплива на режимах максимальной мощности и максимального крутящего момента дымность ОГ снизилась на 12...15 % по сравнению с использованием нефтяного ДТ. Удельный массовый выброс оксидов азота еКОх снизился при этом с 5,911 до 5,341 г/(кВт-ч), то есть на 9,7 %, удельный массовый выброс монооксида углерода еСО уменьшился с 2,184 до 1,853 г/(кВт-ч), или на 15,2 %, удельный массовый выброс несгоревших углеводородов еСН сократился с 0,675 до 0,585 г/(кВт-ч), или на 13,3 %. Такое улучшение показателей токсичности ОГ сопровождалось незначительным ухудшением топливной экономичности исследуемого дизеля - его условный эффективный КПД на режимах 13-режимного цикла це усл уменьшился с 0,346 до 0,335, то есть на 2,9 %.
Представленные результаты исследований дизеля типа Д-245.12С получены при его работе на смесевом биотопливе, содержащем 90 % ДТ и 10 % РМ. Но определенный интерес представляет вопрос о влиянии состава смесевого биотоплива на характеристики дизеля. В связи с этим проведен анализ показателей дизеля типа Д-245.12С, работающего также на смеси 95 % ДТ и 5 % РМ. Полученные результаты экспериментальных исследований дизеля на этой смеси представлены на рис. 7. На этом же рисунке показаны и результаты исследований этого дизеля на нефтяном ДТ и на смеси 90 % ДТ и 10 % РМ.
Согласно данным рис. 7а следует отметить сравнительно слабую зависимость часового расхода топлива От, крутящего момента двигателя Ме и коэффициента избытка воздуха а от содержания рыжикового масла СРМ в смесевом биотопливе. При этом увеличение концентрации рыжикового масла в смесевом биотопливе СРМ в диапазоне от 0 до 10 % сопровождается значительным увеличением удельного эффективного расхода топлива gе, некоторым снижением эффективного КПД двигателя це и заметным уменьшением дымности ОГ Кх (рис. 76). В указанном диапазоне увеличения концентрации рыжикового масла в смесевом биотопливе СРМ отмечено значительное снижение эмиссии всех нормируемых газообразных токсичных компонентов ОГ - удельных массовых выбросов
вт, кг/ч 22
де, г/(кВт ч)
а 2,2
1,8
-1 ----2
\
е,
/
\ ' — ——<
/Ме
/
7з-
/ ___
Ме, Нм 380
,360
340
320
300
2,5 5,0 7,5 С™,%
250, 240 230 220
50 40 30 20 10
—
------- т/пГ_ - -р _ _ --------
/
\
)КХ
/
©со,г/(кВт Ч)
7
Ле
0,38
0,36
0,34
0,32
2,5 5,0 7,5 Снм,%
б
©МОХ
есо
/
2,5 5,0 7,5 Орм | %
Рис. 7. Зависимость часового расхода топлива Ст, крутящего момента двигателя Ме, коэффициента избытка воздуха а (а), удельного эффективного расхода топлива и эффективного КПД це дизеля типа Д-245.12С, дымности Кх его ОГ (б) на режимах ВСХ, удельных массовых выбросов оксидов азота еЫОх, монооксида углерода еСО и углеводородов есн (в) с ОГ дизеля на режимах 13-режимного цикла от содержания рыжикового масла СРМ в смесевом биотопливе:
1 - на режиме максимальной мощности при п=2400 мин-1; 2 - на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин-1
оксидов азота еКОх, монооксида углерода еСО и углеводородов есн с ОГ дизеля Д-245.12С на режимах 13-режимного цикла (рис. 7в). Так, при концентрациях рыжикового масла в смесевом биотопливе СРМ, равных 0; 5 и 10 %, выбросы оксидов азота еКОх на режимах этого цикла составили соответственно 5,911; 5,783 и 5,341 г/(кВт-ч), выбросы монооксида углерода еСО - 2,184; 2,127 и 1,853 г/(кВт-ч), выбросы несгоревших углеводородов еСН - 0,675; 0,660 и 0,585 г/(кВт-ч).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что с точки зрения токсичности ОГ дизеля типа Д-245.12С оптимальным является состав смесево-го биотоплива, включающий 90 % ДТ и 10 % РМ. При таком составе топлива достигается минимум удельных массовых выбросов газообразных токсичных компонентов ОГ, а также минимальная дымность ОГ (см. рис. 7б,в). Но при этом составе смесевого биотоплива несколько ухудшилась топливная экономичность дизеля. При СРМ, равных 0; 5 и 10 %, условные интегральные на режимах 13-ре-жимного цикла эффективные КПД дизеля це усл оказались равны соответственно 0,346; 0,341 и 0,335.
В целом проведенные исследования подтвердили возможность использования рыжикового масла как экологической добавки к нефтяному дизельному топливу. Испытания дизеля типа Д-245.12С также показали, что указанное улучшение нормируемых показателей токсичности ОГ достигается даже при небольшом содержании рыжикового масла в смесевом биотопливе.
а
в
Научные разработки и исследования
KWWWWWW
\
Литература
1. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А.А. Алек-40 сандров, И.А. Архаров, В.А. Марков и др. Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. - М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. - 791 с.
2. Альтернативные экологически чистые виды топлива для автомобилей: Свойства, разновидности, применение / В.Е. Емельянов, И.Ф. Крылов. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - 128 с.
3. Альтернативные моторные топлива: Учеб. пособие для вузов / А.Л. Лапидус, И.Ф. Крылов, Ф.Г. Жагфаров и др. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. - 288 с.
4. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. - М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000. - 311 с.
5. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях / В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.Г. Семенов и др. - М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2011. - 536 с.
6. Марков В.А., Девянин С.Н., Зыков С.А., Гайдар С.М. Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания. - М.: НИЦ «Инженер» (Союз НИО), 2016. - 292 с.
7. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 376 с.
8. Васильев И.П. Влияние топлив растительного происхождения на экологические и экономические показатели дизеля. - Луганск: Изд-во Восточноукраинского университета им. В. Даля, 2009. - 240 с.
9. Година Е.Д. Определение теплоты сгорания дизельного смесевого биотоплива из соевого масла // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. - 2013. - Т. 10. - № 5 - С. 25-29.
10. Буянкин В.И. Новые сорта масличных культур из семейства капустных // Масла и жиры. - 2012. - № 4. - С. 22-23.
11. Буянкин В.И. Русский рыжик для Запада // Масла и жиры. - 2012. - № 6. -С. 16-19.
12. Лисицын А.Н., Давиденко Е.К., Быкова С.Ф., Минасян Н.М. Больше внимания перспективной культуре - рыжику // Масложировая промышленность. - 2012. - № 1. - С. 11-13.
13. Сизова Н.В., Пикулева И.В., Чикунова Т.М. Жирнокислотный состав масла Camelina Sativa (L.) Crantz и выбор оптимального антиоксиданта // Химия растительного сырья. - 2003. - № 2. - С. 27-31.
14. Петрова С.Н., Маланина О.О. Влияние условий хранения на качественные показатели подсолнечного и льняного масла // Масложировая промышленность. -2012. - № 1. - С. 16-18.
15. Уханов А.П., Уханов Д.А., Шеменев Д.С. Дизельное смесевое топливо: монография. - Пенза: РИО Пензенской государственной сельскохозяйственной академии, 2012. - 147 с.
16. Хохлов А.А., Гузяев А.А. Экономия моторного топлива применением сме-севого дизельного топлива на основе рыжикового масла // Международная НПК «Проблемы, идеи и инновации в АПК». 16-17 декабря 2013. - Казань: Казанский университет, 2014. - С. 176-181.
