CC BY
43
УДК 621.436
А. В. ЗОНОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭТЭ НА ПОКАЗАТЕЛИ
ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ, ОБЪЕМНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
И МАССОВУЮ КОНЦЕНТРАЦИЮ ОКСИДОВ АЗОТА В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ 4Ч 11,0/12,5 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПОВОРОТА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Ключевые слова: дизель, максимальный крутящий момент, номинальный режим, поворот коленчатого вала, экологические показатели, этаноло-топливная эмульсия.
Аннотация. В данной статье рассмотрены проблемы токсичности дизельных двигателей и возможность расширения топливной базы имеющихся современных дизелей. Статья содержит результаты исследований, проведенных на двигателе Д-240 (4Ч 11,0/12,5), при работе на этаноло-топливной эмульсии. Представлено исследование применения этаноло-топливной эмульсии на экологические показатели, а также на показатели процесса сгорания дизельного двигателя на различных скоростных и нагрузочных режимах.
В работе представлены результаты проведенных на базе научноисследовательской лаборатории кафедры ДВС Вятской ГСХА исследований по улучшению экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии (ЭТЭ) путем снижения содержания токсичных компонентов в ОГ. В соответствии с методикой, целью и задачами исследований был выполнен комплекс работ по изучению влияния применения ЭТЭ в качестве моторного топлива для дизеля 4Ч 11,0/12,5.
Целью наших исследований являлось улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения ЭТЭ в качестве основного топлива с подачей ее непосредственно в камеру сгорания дизеля.
Для исследования особенностей протекания процесса сгорания в дизеле 4Ч 11,0/12,5 при работе дизеля на ЭТЭ проводилось индициро-вание процесса сгорания на номинальном скоростном режиме при частоте вращения п = 2200 мин -1 и на режиме максимального крутящего момента при частоте вращения п = 1700 мин -1. Значения нагрузки при
© Зонов А. В.
работе дизеля на ЭТЭ устанавливались такими же, как и при работе дизеля на ДТ, чем обеспечивалось поддержание одинаковых значений среднего эффективного давления при работе дизеля на ЭТЭ и ДТ, что было необходимо для сравнения этих двух процессов.
Объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота в цилиндре дизеля в зависимости от угла п.к.в. рассчитывалась по программе, разработанной в Ленинградском политехническом институте профессорами С. А. Батуриным и А. С. Лоскутовым.
На рис. 1 представлены графики объемного содержания г^х расч, массовой концентрации С^х расч оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения п = 2200 мин -1 и ®впр = 20° до ВМТ.
Гио^РРт
800
600
400
200
Смох,г/м3 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4
О 20 40 60 80 100 120 (р, град. п.кЛ
Рисунок 1 - Влияние применения ЭТЭ на объемное содержание г^х и массовую концентрацию С^х оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. двигателя при ®впр = 20° до ВМТ при п = 2200 мин-1, ре = 0,64 МПа:-----------------------------------------дизельный процесс,-ЭТЭ
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре двигателя при переходе с ДТ на ЭТЭ объемное содержание rNOx расч и массовая концентрация CNOx расч оксидов азота в цилиндре рассчитываются нами для максимальных и выходных значений в зависимости от угла п.к.в.
Как видно из графиков, максимальное расчетное значение объемного содержания оксидов азота %0х мах расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 970 ppm, максимальная массовая концентрация Скох мах расч - 1,40 г/м3, при фшх мах расч = 14,4° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота %0х вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана фк0х вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 740 ppm, при массовой концентрации Ск0х вых расч 1,07 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота %0х мах расч в цилиндре составляет 870 ppm, максимальное значение массовой концентрации Ск0х мах расч - 1,18 г/м3, при фк0х мах расч = 20° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре %0х вых расч в момент открытия выпускного клапана фк0х вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ равно 670 ppm, при массовой концентрации оксидов азота Ск0х вых расч 0,91 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания %0х мах расч и массовой концентрации Ск0х мах расч оксидов азота в цилиндре составляет 100 ppm или 0,22 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение максимальных значений объемного содержания гк0х мах расч и массовой концентрации Ск0х мах расч оксидов азота на 11,5 %. Разница между значениями объемного содержания гк0х вых расч и массовой концентрации Ск0х вых расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 70 ppm или 0,16 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение выходных значений объемного содержания %0х вых расч и массовой концентрации Ск0х вых расч оксидов азота на 9,5 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания %0х теор и массовой концентрации Ск0х теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего фк0х мах теор = 14,4° п.к.в. после ВМТ.при работе на ДТ %0х мах теор составляет 970 ppm, СМ0х мах теор составляет 1,40 г/м3. При переходе на ЭТЭ %0х теор составляет 723 ppm, Ск0х теор - 0,98 г/м3. Разница между значениями объемного содержания %0х теор и массовой концентрацией Ск0х теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 14,4° п.к.в. после ВМТ составляет 25,5 %.
Графики объемного содержания гШх расч, массовой концентрации СМОх расч оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12, в зависимости от изменения угла п.к.в.
при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения п : 0впр = 20° до ВМТ представлены на рис. 2.
1700 мин " и
О 20 W 60 80 100 120 у град. п.кА
Рисунок 2 - Влияние применения ЭТЭ на объемное содержание rN^ и массовую концентрацию С^х оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. двигателя при 0впр = 20° до ВМТ : а - n = 2200 мин-1, ре = 0,64 МПа; б - n = 1700 мин- , ре = 0,69 МПа -----------------------дизельный процесс,-----------ЭТЭ
Как видно из графиков, максимальное значение объемного содержания гКОх мах расч оксидов азота в цилиндре при работе дизеля на ДТ со-
ставляет 990 ppm, максимальная массовая концентрация оксидов азота Cnox мах расч - 1,41 г/м3, при 9nqx мах расч = 10,0° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана 9n0x вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 760 ppm, при массовой концентрации CNOx вых расч 1,08 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре составляет 740 ppm, максимальное значение массовой концентрации оксидов азота Cnox мах расч - 1,08 г/м3, при ф^ох мах расч = 15,2° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана фшх вых расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ равно 572 ppm, при массовой концентрации оксидов азота Cn0x вых расч 0,84 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации Cnox мах расч оксидов азота в цилиндре - 250 ppm или 0,33 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит уменьшение максимальных значений объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации Cnox мах расч оксидов азота на 25,3 %. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx вых расч и массовой концентрации CN0x вых расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 188 ppm или 0,24 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение выходных значений объемного содержания rNOx вых расч и массовой концентрации Cnox вых расч оксидов азота на 24,7 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CN0x теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего 9N0x мах теор = 10,0° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ rNOx мах теор составляет 990 ppm, Cnox мах теор - 1,41 г/м3. При переходе на ЭТЭ rNOx теор равно 551 ppm, CN0x теор - 0,78 г/м3. Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CN0x теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при Ф = 10,0° п.к.в. после ВМТ составляет 44,3 %.
На рис. 3 представлены графики объемного содержания rNOx расч, массовой концентрации CN0x расч оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения n = 2200 мин -1 и ©впр = 23° до ВМТ.
Рисунок 3 - Влияние применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания, объемное содержание rNOx расч и массовую концентрацию CN0x расч оксидов азота в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в двигателя при Овпр = 23° до ВМТ при n = 2200 мин -1, ре = 0,64 МПа:--------------------------дизельный процесс;-ЭТЭ
Как видно из графиков, максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1250 ppm, максимальная массовая концентрация оксидов азота Cnox мах расч - 1,80 г/м3 при фШх мах расч = 18,2° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана фКОх вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ равно 965 ppm при массовой концентрации CN0x вых расч 1,39 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре составляет 950 ppm,
максимальное значение массовой концентрации оксидов азота Cnox мах расч - 1,29 г/м3, при 9Nqx мах расч = 16,8° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана 9NOx вых расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ составляет 730 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx вых расч 0,99 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации CnOx мах расч оксидов азота в цилиндре равна 300 ppm или 0,51 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение максимальных значений объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации CNOx мах расч оксидов азота на 24,0 %. Разница между значениями объемного содержания rNOx вых расч и массовой концентрации CNOx вых расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 235 ppm или 0,40 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение выходных значений объемного содержания rNOx вых расч и массовой концентрации CNOx вых расч оксидов азота на 24,4 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего 9NOx мах теор = 18,2° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ rNOx мах теор составляет 1250 ppm, Cnox мах теор - 1,80 г/м3. При переходе на ЭТЭ rNOx теор = 948 ppm, CNOx теор - 1,29 г/м . Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 18,2° п.к.в. после ВМТ составляет 24,1 %.
Графики объемного содержания rNOx расч, массовой концентрации CNOx расч оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения n = 1700 мин -1 и ©впр = 23° до ВМТ представлены на рис. 4.
Как видно из графиков, максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1280 ppm, максимальная массовая концентрация оксидов азота Cnox мах расч - 1,82 г/м3 при ф^ох мах расч = 8,0° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре rNOx вых расч в момент открытия выпускного клапана фдах вых расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ составляет 980 ppm при массовой концентрации оксидов азота
CNOx вых расч 1,4 г/м .
Рисунок 4 - Влияние применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания, объемное содержание rNOx расч и массовую концентрацию CNOx расч оксидов азота в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в двигателя при ®впр = 23° до ВМТ при n = 1700 мин -1, ре = 0,76 МПа:-------------дизельный процесс:------ЭТЭ
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота в цилиндре rNOx мах расч составляет 770 ppm, максимальное значение массовой концентрации оксидов азота Cnox мах расч = 1,13 г/м3 при фШх мах расч = 12,5° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана ф^х вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 592 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx вых расч 0,87 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации CNOx мах расч оксидов азота в цилиндре составляет 510 ppm или 0,69 г/м3. Таким образом, при
работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение максимальных значений объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации CNOx мах расч оксидов азота на 39,8 %. Разница между значениями объемного содержания rNOx вых расч и массовой концентрации CNOx вых расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 388 ppm или 0,53 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение выходных значений объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота на 39,6 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего ф^х мах теор = 8° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ rNOx мах теор составляет 1280 ppm, Cnox мах теор - 1,82 г/м3. При переходе на ЭТЭ rNOx теор = 530 ppm, CNOx теор = 0,78 г/м . Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 8,0° п.к.в. после ВМТ составляет 58,6 %.
На рис. 5 представлены графики объемного содержания rNOx опыт, массовой концентрации CNOx опыт оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения n = 2200 мин -1 и ©впр = 26° до ВМТ.
Как видно из графиков, максимальное расчетное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1360 ppm, максимальная массовая концентрация Cnox мах расч - 1,96 г/м3 при ф^х мах расч = 10,0° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx вых расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана ф^х вых расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ составляет 1045 ppm при массовой концентрации CNOx вых расч 1,49 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре составляет 1050 ppm, максимальное значение массовой концентрации CNOx мах расч = 1,41 г/м3 при ф^х мах расч = 14,4° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре rNOx вых расч в момент открытия выпускного клапана фдах вых расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 800 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx вых расч = 1,09 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx мах расч и массовой концентрации CNOx мах расч оксидов азота в цилиндре составляет 310 ppm или 0,55 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ про-
исходит снижение максимальных значений объемного содержания fNOx мах расч и массовой концентрации CNqx мах расч оксидов азота на 22,8 %. Разница между значениями объемного содержания ^Ох вых расч и массовой концентрации С^х вых расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 245 ppm или 0,40 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происходит снижение выходных значений объемного содержания ^Ох вых расч и массовой концентрации
С
^Ох вых расч
оксидов азота на 23,4 %.
О 20 40 60 80 100 120 у град. п.кЛ
Рисунок 5 - Влияние применения ЭТЭ на объемное содержание г^х и массовую концентрацию С^х оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. двигателя при ®впр = 26° до ВМТ при
n = 2200 мин- , ре = 0,64 МПа:
- - дизельный процесс;--------ЭТЭ
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переходе с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания г^х теор и массовой концентрации С^х теор оксидов азота в
цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего 9NOx мах теор = 10,0° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ rNOx мах теор составляет 1360 ppm, CNOx мах теор составляет 1,96 г/м3. При переходе на ЭТЭ rNOx теор = 918 ppm, CNOx теор = 1,25 г/м3. Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 14,5° п.к.в. после ВМТ составляет 32,5 %.
Графики объемного содержания rNOx опыт, массовой концентрации CNOx опыт оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения n = 1700 мин -1 и ®впр = 26° до ВМТ представлены на рис. 6.
Рисунок 6 - Влияние применения ЭТЭ на объемное содержание г^х и массовую концентрацию С^х оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. двигателя при ®впр = 26° до ВМТ при
n = 1700 мин- , ре = 0,69 МПа:
- - дизельный процесс,--------ЭТЭ
Как видно из графиков, максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx мах расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1380 ppm, максимальная массовая концентрация оксидов азота Cnox маx расч - 1,96 г/м3 при фNOx маx расч = 7,2° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре rNOx вьк расч в момент открытия выпускного клапана ф^,; выx расч = 124° п.к.в. после ВМТ равно 1060 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx EHx расч 1,51 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота в цилиндре rNOx ^ расч = 910 ppm, максимальное значение массовой концентрации оксидов азота CNOx ^ расч -1,33 г/м3 при ф^;; ^ расч = 10,8° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx EHx расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана фNOx EHx расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 795 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx EHx расч 1,02 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания %ox мax расч и массовой концентрацией Cnox мax расч оксидов азота в цилиндре составляет 470 ppm или 0,63 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение максимальные значений объемного содержания rNOx мax расч и массовой концентрации CNOx мax расч оксидов азота на 34,1 %. Разница между значениями объемного содержания rNOx EHx расч и массовой концентрации CNOx выx расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 265 ppm или 0,49 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение выxодныx значений объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота на 25,0 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переxоде с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего ф^;; ^ теор = 7,2° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ %ox мaxтеор = 1380 ppm, Cnoxмaxтеор = 1,96 г/м3. При переxоде на ЭТЭ rNOx теор = 800 ppm, CNOx теор = 1,17 г/м3. Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 7,2° п.к.в. после ВМТ составляет 42,0 %.
На рис. 7 представлены графики объемного содержания rNOx опыт, массовой концентрации CNOx опыт оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости
от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения п = 2200 мин -1 и Овпр = 29° до ВМТ.
Рисунок 7 - Влияние применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания, объемное содержание ^0х расч и массовую концентрацию С^х расч оксидов азота в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в при Овпр = 29° до ВМТ при п = 1700 мин -1, ре = 0,76 МПа:--------------дизельный процесс,---------ЭТЭ
Как видно из графиков, максимальное расчетное значение объемного содержания оксидов азота rNOx mx расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1380 ppm, максимальная массовая концентрация Cnox мax расч - 1,99 г/м3 при фNOx мax расч = 8,2° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота rNOx ^ расч в цилиндре в момент откры-
тия выпускного клапана фNOx EHx расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ равно 1060 ppm при массовой концентрации CNOx EHx расч 1,53 г/м3.
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx ^ расч в цилиндре составляет 1180 ppm, максимальное значение массовой концентрации CNOx ^ расч - 1,60 г/м3 при фNOx мax расч = 12,5° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре rNOx EHx расч в момент открытия выпускного клапана фNOx выx расч = 124° п.к.в. после ВМТ составляет 910 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx EHx расч 1,24 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания rNOx ^ расч и массовой концентрации CNOx мax расч оксидов азота в цилиндре составляет 200 ppm или 0,39 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ про-исxодит снижение максимальные значений объемного содержания %ox мax расч и массовой концентрации Cnox мax расч оксидов азота на 14,5 %. Разница между значениями объемного содержания rNOx выx расч и массовой концентрации CNOx EHx расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 150 ppm или 0,29 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение выxодныx значений объемного содержания rNOx EHx расч и массовой концентрации Cnox emx расч оксидов азота на 14,2 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переxоде с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего фNOx ^ теор = 8,2° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ %ox мax теор составляет 1380 ppm, Cnox мax теор - 1,99 г/м3. При переxоде на ЭТЭ rNOx теор = 967 ppm, CNOx теор = 1,33 г/м . Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 8,2° п.к.в. после ВМТ составляет 29,9 %.
Графики объемного содержания rNOx опыт, массовой концентрации CNOx опыт оксидов азота, осредненной температуры и давления газов в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в. при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ для частоты вращения n = 1700 мин -1 и ©впр = 29° до ВМТ представлены на рис. 8.
Как видно из графиков, максимальное значение объемного содержания оксидов азота rNOx ^ расч в цилиндре при работе дизеля на ДТ составляет 1390 ppm, максимальная массовая концентрация оксидов азота Cnox мax расч - 1,98 г/м3 при фNOx мax расч = 5,2° п.к.в. после ВМТ. Объемное содержание оксидов азота в цилиндре %Ox ehx расч в момент от-
крытия выпускного клапана фкох вых расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ составляет 1070 ppm при массовой концентрации оксидов азота
CNOx вых расч 1,52 г/м .
Гм0х,ррт
1200
1000
800
600
400
200
Cno 7г/м 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4
О 20 40 60 80 100 120 <р, град. пкА
Рисунок 8 - Влияние применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания, объемное содержание rNOx расч и массовую концентрацию CNOx расч оксидов азота в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла п.к.в при @впр = 29° до ВМТ при n = 1700 мин -1, ре = 0,76 МПа:-------------------дизельный процесс,---------ЭТЭ
При работе дизеля на ЭТЭ максимальное значение объемного содержания оксидов азота в цилиндре rNOx mx расч составляет 1110 ppm, максимальное значение массовой концентрации оксидов азота CnOx idax расч - 1,63 г/м3 при ф^ laax расч = 7,6° п.к.в. после ВМТ. Объем-
ное содержание оксидов азота rNOx EHx расч в цилиндре в момент открытия выпускного клапана фNOx EHx расч = 124,0° п.к.в. после ВМТ составляет 850 ppm при массовой концентрации оксидов азота CNOx EHx расч 1,25 г/м3. Разница между максимальными значениями объемного содержания %ox м^ расч и массовой концентрации Cnox мax расч оксидов азота в цилиндре равна 280 ppm или 0,035 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение максимальные значений объемного содержания rNOx ^ расч и массовой концентрации CNOx ^ расч оксидов азота на 20,1 %. Разница между значениями объемного содержания rNOx EHx расч и массовой концентрации CNOx EHx расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 220 ppm или 0,27 г/м3. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение выxодныx значений объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота на 20,6 %.
Для сравнения показателей содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при переxоде с ДТ на ЭТЭ рассмотрим значения объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре для постоянного объема цилиндра, т. е. для одинакового положения коленчатого вала. При положении коленчатого вала, соответствующего ф^;; ^ теор = 5,2° п.к.в. после ВМТ при работе на ДТ %ox мax теор составляет 1390 ppm, Cnox мax теор - 1,98 г/м3. При переxоде на ЭТЭ rNOx теор = 1076 ppm, CNOx теор = 1,58 г/м3. Разница между значениями объемного содержания rNOx теор и массовой концентрации CNOx теор оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на ЭТЭ при ф = 5,2° п.к.в. после ВМТ составляет 22,6 %.
Таким образом, при работе дизеля на оптимальном установочном УОВТ на ЭТЭ происxодит уменьшение максимальные значений объемного содержания rNOx мax расч и массовой концентрации Cnox мax расч оксидов азота на 24,0 % при номинальной частоте вращения коленчатого вала, и на 39,8 % при частоте вращения соответствующей максимальному крутящему моменту. Разница между выxодными значениями объемного содержания rNOx Eыx расч и массовой концентрацией CNOx Eыx расч оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана составляет 235 ppm или 0,40 г/м3 при n = 2200 мин -1 и 388 ppm или 0,53 г/м3 при n = 1700 мин -1. Таким образом, при работе дизеля на ЭТЭ происxодит снижение выxодныx значений объемного содержания %Ox Eыx расч и массовой концентрации Cnox Eыx расч оксидов азота на 24,4 % при номинальной частоте вращения коленчатого вала, и на 39,6 % при частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту.
RESEARCH OF APPLICATION FUEL AND ETHANOL MIX ON INDICATORS OF PROCESS OF COMBUSTION, THE VOLUME MAINTENANCE AND MASS CONCENTRATION CONNECTION OF NITROGEN IN THE DIESEL ENGINE CYLINDER 4H 11,0/12,5 DEPENDING ON THE CORNER OF TURN OF THE CRANKED
SHAFT
Keywords: a diesel engine, the maximum twisting moment, a nominal mode, turn of a cranked shaft, ecological indicators, fuel and ethanol mix.
Annotation. In given article are considered problems of toxicity of diesel engines and possibility of expansion of fuel base of available modern diesel engines. Article contains results of the researches spent on engine D-240 (4^11,0/12,5), at work on fuel and ethanol mix. Research of application fuel and ethanol mix on ecological indicators, and also on indicators of process of combustion of the diesel engine on various high-speed and loading modes is presented.
ЗОНОВ АНТОН ВАСИЛЬЕВИЧ - доцент кафедры «Начертательная геометрия и черчение», Вятский государственный университет, Россия, Киров, ([email protected]).
ZONOV ANTON VASIL EVICH - the senior lecturer of chair «Descriptive geometry and plotting», Vjatka state university, Russia, Kirov, ([email protected]).______________________________________
