CC BY
10
ХЖХЖХХтехнологии и средства механизации сельского хозяйстваХЖХЖХХ
05.20.01 ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Научная статья УДК 62-93
Б01: 10.24412/2227-9407-2021-9-7-17
Комплексная оценка этапов создания и применения этаноло-топливных эмульсий в дизелях
Сергей Александрович ПлотниковАнатолий Николаевич Карташевич2, Михаил Владимирович Смольников3, Анатолий Веславич Пляго4
12 3 4Вятский государственный университет, Киров, Россия
1Р1оМко*8Л@Ьк.ги18'
2Kartashevich@yandex. Ьу
3т\ЪаИ. тш@таИ. ги
4Ют.рау@таИ ги
Аннотация
Введение. В данный момент нет универсальной методики, с помощью которой возможно проводить комплексную оценку сравнительной технико-экономической эффективности разработки и применения различных видов альтернативных топлив.
Материалы и методы. При создании новых ЭТЭ использованы комплексные присадки на основе алкенил-сукцинимида С-5А и дисульфида молибдена Мо82, этиловый спирт и товарное дизельное топливо. Проведен анализ новых конструкций для работы на ЭТЭ. Разработана модель сравнительной оценки выбросов сажи и N0,, ОГ дизеля. Проведены экономические расчеты по оригинальной методике.
Результаты. Приведены данные по созданию новых ЭТЭ с улучшенными эксплуатационными показателями, показаны конструкции систем для обеспечения возможности работы дизеля на ЭТЭ, данные улучшения экологических показателей дизеля и определен ущерб, наносимый токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ дизеля в случае его перехода для работы с чистого ДТ на ВККЭТЭ.
Обсуждение. Практическому применению ВККЭ в качестве топлива для дизелей должна предшествовать их разработка, разработка систем подачи и регулирования, теоретический анализ и технико-экономическая оценка результатов использования.
Заключение. Разработка новых ВККЭТЭ и методов их использования позволяет существенно улучшить экологические показатели дизеля, сократить расход дефицитного ДТ и снизить ущерб, наносимый токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ тракторного дизеля.
Ключевые слова: дизельное топливо, комплексная присадка, оксиды азота, сажа, система, топливоподающая аппаратура, этанол, этаноло-топливная эмульсия, экологические показатели, экономический ущерб
Для цитирования: Плотников С. А., Карташевич А. Н., Смольников М. В., Пляго А. В. Комплексная оценка этапов создания и применения этаноло-топливных эмульсий в дизелях // Вестник НГИЭИ. 2021. № 9 (124). С. 7-17. БОТ: 10.24412/2227-9407-2021-9-7-17
© Плотников С. А., Карташевич А. Н., Смольников М. В., Пляго А. В., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
7
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX
Comprehensive assessment of the stages of creation and application of ethanol-fuel emulsions in diesel engines
Sergey A. PlotnikovAnatoly N. Kartashevich2, Mikhail V. Smolnikov3, Anatoly V. Pliago4
12 3 4Vyatka State University, Kirov, Russia
1PlotnikovSA@bk.ru^
2Kartashevich@yandex.by
3mihail.mai@mail.ru
4tom.pav@mail.ru
Abstract
Introduction. At the moment, there is no universal methodology with which it is possible to conduct a comprehensive assessment of the comparative technical and economic efficiency of the development and use of various types of alternative fuels.
Materials and methods. When creating new EFCs, complex additives based on alkenyl succinimide C-5A and molybdenum disulfide MoS2, ethyl alcohol and commercial diesel fuel were used. The analysis of new structures for operation on EFC has been carried out. A model has been developed for comparative assessment of soot and NOx emissions from diesel engines. Economic calculations were carried out according to the original method. Results. The data on the creation of new EFCs with improved operational indicators are presented, the designs of systems to ensure the diesel engine can operate on EFCs, data on the improvement of the environmental performance of the diesel engine and the damage caused by toxic components emitted into the atmosphere from the diesel exhaust gas in the event of its transition to work with clean diesel fuel at VKKETE.
Discussion. The practical use of VKKE as a fuel for diesel engines should be preceded by their development, development of supply and regulation systems, theoretical analysis and technical and economic assessment of the results of use. Conclusion. The development of new VKKETE and methods of their use can significantly improve the environmental performance of a diesel engine, reduce the consumption of deficient diesel fuel and reduce the damage caused by toxic components emitted into the atmosphere from the exhaust gas of a tractor diesel engine.
Keywords: diesel fuel, complex additive, nitrogen oxides, soot, system, fuel supply equipment, ethanol, ethanol-fuel emulsion, environmental performance, economic damage
For citation: Plotnikov S. A., Kartashevich A. N., Smolnikov M. V., Pliago A. V. Comprehensive assessment of the stages of creation and application of ethanol-fuel emulsions in diesel engines // Bulletin NGIEI. 2021. № 9 (124). P. 7-17. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-9407-2021-9-7-17
Введение
В данный момент нет универсальной и точной методики, с помощью которой возможно проводить комплексную оценку сравнительной технико-экономической эффективности разработки и применения различных видов топлив. Однако необходимо оценивать эффективность каждых новых ЭТЭ с точки зрения их создания, стоимости изменения систем трактора, снижения токсичности отработавших газов, снижения расхода дизельного топлива [1; 2; 3].
Материалы и методы ЭТЭ с уменьшенными показателями жёсткости процесса сгорания приготавливалась по следующему алгоритму. Брали дистиллированную воду и добавляли ее в спирт. В ДТ добавляли требуемую присадку и промотор (2-этилгексилнитрат) и также растворяли их. В итоге все ингредиенты перемешивали методом механического диспергирования
[4; 5; 6]. Для удобства процесса объемы выбирались кратными 10 или 100.
ЭТЭ с повышенными смазывающими свойствами готовилась аналогично. Готовят количество, кратное 100 г. Необходимый объем воды добавляли в спирт, необходимый объем присадок добавляли в ДТ. В последнюю очередь смешивали присадку ЦД-7К с ДТ в отношении 1:50. Набранные ингредиенты также перемешивали методом механического диспергирования [4; 5; 6], а объемы выбирались кратными 10 или 100.
Для предварительной оценки выбросов в ОГ испытуемого дизельного ДВС сажи и оксидов азота использовалась специально разработанная теоретическая модель. Алгоритм, разработанный в [7], позволяет вести расчёт содержания в отработавших газах токсичных компонентов в следующих единицах: сажа - ppm, NOх, - мг/л. Соответственно, в
_технологии и средства механизации сельского хозяйства
теоретических расчетах принимали известные переводные коэффициенты [1].
Для оценки эффективности применения ВККЭТЭ в качестве топлива для дизеля с присадками координирующего действия (алкенилсукцини-мид С-5А + дисульфид молибдена MoS2) был произведен расчет на основе специально разработанного программного обеспечения, защищенного охранными документами [8; 9].
Таблица 1. Показатели рабочего процесса Table 1. Workflow metrics
Результаты исследования
Эмульсия со сниженной жёсткостью процесса сгорания имела следующие свойства (табл. 1).
Эмульсия с повышенной смазывающей способностью имела следующие свойства (табл. 2).
Показатели предварительных расчетов содержания в ОГ дизеля сажи и оксидов азота, выполненные по оригинальной методике, и сравнительные экспериментальные данные показаны в табл. 3-5).
Топливо / fuel Жёсткость, МПа/град / Stiffness, MPa/deg Стабильность, мин. / Stability, min.
без присадок / without additives с присадками / with additives без присадок / without additives 1,0 % (2-этил-гексилнитрат) + + 1.5 (СИМ) / 2-ethylhexyl nitrate - 1.0 % + + 1.5 % (SIM)
2-этилгексилнитрат -1,0 % / 2-ethylhexyl nitrate -1.0 % 1,0 % (2-этил-гексилнитрат) + + 1...5 % (СИМ) / 2-ethylhexyl nitrate -1.0 % + 1.5 % (SIM)
0,620 0,655
100 % ДТ / 100 % DF 80 % ДТ + 20 % этанол / 805DF + 20 % ethanol 60 % ДТ + 40 % этанол / 60 % DF + 40 % ethanol Источник: составлено авторами на основании исследований
0,715
0,635
0,660
0,627 0,641
15
13
69
58
Таблица 2. Показатели прецизионной плотности плунжерных пар Table 2. Indicators of precision density of plunger pairs
Плотность, сек. / Density, sec.
до экс- через 50 моточасов
Состав ингредиентов ЭТЭ, % / Composition of ETE ingredients,% плуатации работы / after
/ before 50 motorcycle hours
operation of operation
1 2 3
ДТ / DF
Этиловый спирт / Ethanol Дистиллированная вода / Distilled water Смесь мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты / Diethanolamine and Oleic Acid Soap Blend С-5А / S-5A
до заданного объема / up to a given volume 5
0,5
0,2 0,5
Специальная добавка ЦД-7К / Special additive CD-7K 0,0 14,0 13,5
1,0 14,0 14,0
2,0 14,0 14,0
ДТ / DF до заданного объема / up to a given volume
Этиловый спирт / Ethanol 20
Дистиллированная вода / Distilled water 3
Смесь мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты /
Diethanolamine and Oleic Acid Soap Blend
0,2
ж
ж
technology and mechanization of agriculture
Окончание таблицы 2 / End of table 2
i
2
3
4
С-5А / S-A
Специальная добавка ЦД-7К / Special additive CD- 7K
ДТ / DF
Этиловый спирт / Ethanol Дистиллированная вода / Distilled water Смесь мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты / Diethanolamine and Oleic Acid Soap Blend С-5А / S-5A
Специальная добавка ЦД-7К / Special additive CD-7K
ДТ / DF
Этиловый спирт / Ethanol Дистиллированная вода / Distilled water Смесь мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты / Diethanolamine and Oleic Acid Soap Blend С-5А / S-5A
Специальная добавка ЦД-7К / Special additive CD-7K
0,5
0,0 14,0
1,0 14,0
2,0 14,0 до заданного объема / up to a given volume 35 5
0,2 0,5
0,0 14,0
1,0 14,0
2,0 14,0 до заданного объема / up to a given volume 50 7
0,2 0,5
0,0 14,0
1,0 14,0
2,0 14,0
i2 i2,5 i3,G
11,G
12,G
13,G
iG,G
11,G
12,G
Источник: составлено авторами на основании исследований
Таблица 3. Показатели выбросов сажи в ОГ дизеля в номинальном режиме (n = 1800 мин.-1) Table 3. Indicators of soot emissions in diesel exhaust gas in the nominal mode (n = 1800 min.-1)
Нагрузка Pe, МПа / Load Pe, MPa Выбросы сажи С, % / Soot C emissions,%
дизельное топливо / diesel fuel 60 % дизтоплива + 40 % этилового спирта / 60 % diesel fuel + 40 % ethyl alcohol
эксперимент / experiment по модели / by model эксперимент / experiment по модели / by model
G,i G,3 G,5 G,7 G,96
6.1 6,4 7,7 ii,i i8,9
i,6 4,8 8,G ii,2 i5,4
G,6 G,9
1.7
3.8 5,7
G,5 i,5
2,5 3,5 4,8
Источник: составлено авторами на основании исследований
Таблица 4. Показатели выбросов сажи в ОГ дизеля в режиме перегрузки (n = 1400 мин.-1) Table 4. Indicators of soot emissions in diesel exhaust gas in overload mode (n = 1400 min.-1)
Нагрузка Выбросы сажи С, % / Soot C emissions,%
Pe, МПа / Load Pe, дизельное топливо / diesel fuel 60 % дизтоплива + 40 % этилового спирта / 60 % diesel fuel + 40 % ethyl alcohol
MPa эксперимент / experiment по модели / by model эксперимент / experiment по модели / by model
G,i 4,7 1,6 G,3 0,5
G,3 4,8 4,9 G,6 1,4
G,5 5,7 8,1 G,7 2,4
G,7 8,6 11,4 2,3 3,4
G,96 i3,8 15,6 5,i 4,7
Источник: составлено авторами на основании исследований
_технологии и средства механизации сельского хозяйства хххххх
Таблица 5. Показатели выбросов оксидов азота NOx в ОГ дизеля в номинальном режиме (n = 1800 мин.-1) Table 5. Indicators of emissions of nitrogen oxides NOx in the exhaust gas of a diesel engine in the nominal mode (n = 1800 min.-1)
Выбросы оксидов азота NOx, ppm / Emissions of nitrogen oxides NOx, ppm
Нагрузка Ре, МПа / Load Pe, MPa дизельное топливо / diesel fuel 60 % дизтоплива + 40 % этилового спирта / 60 % diesel fuel + 40 % ethyl alcohol
эксперимент / experiment по модели / by model эксперимент / experiment по модели / by model
0,1 0,3 0,5 0,7 0,96
115 261 432 693 984
109 328 547 766 1050
53
85
127
409
694
50
151
252
353
484
Источник: составлено авторами на основании исследований
Рис. 1. Схема системы регулирования топливоподачи : 1 - рычаг управления регулятором; 2 - главная пружина; 3, 6 - зубчатые рейки; 4 - шестерня малого диаметра; 5 - шестерня большого диаметра; 7 - центробежный датчик; 8 - подвижная втулка;
9 - главный рычаг регулятора Fig. 1. Diagram of the fuel supply control system: 1 - regulator control lever; 2 - main spring; 3, 6 - gear racks; 4 - gear wheel of small diameter; 5 - gear wheel of large diameter; 7 - centrifugal sensor; 8 - movable sleeve; 9 - the main lever of the regulator Источник: разработано авторами
На рис. 1 приведена предложенная система регулирования топливоподачи дизеля. Система включает центробежный вращающийся датчик 7 с подвижной втулкой 8, перемещающий главный рычаг регулятора 9, дополнительные зубчатые рейки 3
и 6, с приводом от шестерен 4 и 5, главную пружину 2, внешний рычаг управления регулятором 1.
Центробежный вращающийся датчик 7 в зависимости от частоты вращения вала дизеля, усилия главной пружины 2 и внешнего рычага управления регулятором 1 посредством подвижной втулки 8 задает главному рычагу регулятора 9 определенный закон перемещения. Зубчатая рейка 6 передает этот закон вращающейся шестерне большего диаметра 5, которая приводит во вращение шестерню малого диаметра 4. Шестерня малого диаметра передает закон движения зубчатой рейке 3, соединенной с рейкой топливного насоса высокого давления.
Величина перемещения рейки насоса изменяется пропорционально отношению радиусов шестерен. В итоге пропорционально этому изменяется количество подаваемого в цилиндры ДВС основного и дополнительного топлив [10; 11; 15].
На рис. 2 приведена кинематическая схема другой системы регулирования топливоподачи.
Центробежный вращающийся датчик 1 в зависимости от частоты вращения вала дизеля, усилия главной пружины 2 и внешнего рычага управления регулятором 3 посредством подвижной втулки 4 задает главному рычагу регулятора 5 определенный закон перемещения. Рычаг регулятора предает этот закон через тягу 6 зубчатому сектору 7. При этом узел 8 соединения тяги 6 с одним из концов зубчатого сектора перемещается по этому же закону. Так как зубчатый сектор 7 соединен с рейкой насоса 9, а следовательно, и рейка насоса перемещается согласно входящему закону. Однако величина перемещения рейки насоса может пропорционально изменяться - в зависимости от отношения полного радиуса положения центра поворота 10 узла 8 и ра-
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX
диуса зубчатого сектора 7. Таким образом можно пропорционально изменять количество подаваемого топлива в зависимости от изменившейся теплоты его сгорания [10; 11; 12; 15].
регулирования топливоподачи: 1 - центробежный
вращающийся датчик; 2 - главная пружина; 3 - рычаг управления регулятором; 4 - подвижная втулка; 5 - главный рычаг регулятора; 6 - тяга;
7 - зубчатый сектор; 8 - узел соединения;
9 - рейка насоса; 10 - центр поворота сектора Fig. 2. Kinematic diagram of the fuel supply control system: 1 - centrifugal rotating sensor; 2 - main spring; 3 - regulator control lever; 4 - movable sleeve;
5 - the main lever of the regulator; 6 - thrust;
7 - toothed sector; 8 - connection node; 9 - pump rack; 10 - the center of rotation of the sector Источник: разработано авторами
На рисунке 3 (фиг. 1 и фиг. 2) приведена кинематическая схема разработанной конструкции смесителя двух топлив. Смеситель топлив состоит из корпуса 1 в виде усеченного конуса, каналов подвода основного 2 и альтернативного 3 топлив, канала выхода смеси 4. Внутри корпуса 1 установлен полый вращающийся шнек 5 с лопастями 6, а в полости шнека установлена перфорированная труба 7 для слива избытков топлива.
При работе смесителя основное топливо через канал 2, а дополнительное топливо через канал 3 поступают внутрь смесителя. Полый вращающийся шнек своими лопастями 6 перемешивает оба топлива, при этом смесь приобретает вращательное движение внутри смесителя. Одновременно полученная смесь перемещается вращающимся шнеком 5 па-
раллельно оси смесителя к каналу выхода 4. Но так как корпус 1 выполнен в виде усеченного конуса, расход смеси топлив на входе в смеситель превышает расход смеси на выходе из смесителя, а значит, и по мере движения смеси в корпусе.
осноОное дополнительное
Фиг. 1 А-А
Фиг. 2
Рис. 3. Смеситель топлив: 1 - корпус; 2, 3 - каналы подвода основного и дополнительного топлив; 4 - канал выхода смеси; 5 - шнек; 6 - лопасти; 7 - перфорированная труба Fig. 3. Mixer of fuels: 1 - case; 2, 3 - channels for supplying the main and additional fuels;
4 - mixture outlet channel; 5 - auger;
6 - blades; 7 - perforated pipe Источник: разработано авторами
Излишки расхода смеси выдавливаются вращающимся полым шнеком 5 через отверстия внутрь перфорированной трубы 7, вновь поступают к месту входа основного 2 и дополнительного 3 топлив [14].
Для оценки эффективности применения ЭТЭ в качестве топлива для дизеля был произведен расчет на основе специально разработанного программного обеспечения [8; 16]. Принимая значения
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
постоянных величин по рекомендации [1], учитывая объемы снижения N0, и сажи при переводе дизеля для работы на ВККЭТЭ, его приблизительную годовую наработку (моточас), а также стоимость затрат для перевода дизеля для работы на ВККЭТЭ, включая затраты на эксплуатацию, обслуживание и ремонт, получаем после расчета значения экономической эффективности от снижения ущерба, наносимого токсичными компонентами, выбрасываемы-
ми в атмосферу с ОГ дизеля (табл. 6) [19; 20]. Сюда относятся все виды ущерба:
- ущерб окружающей среде (земля, воздух,
вода);
- ущерб неживой инфраструктуре от снижения сроков ресурса;
- ущерб живой фауне;
- ущерб здоровью человека, включая расходы на его поддержание и восстановление.
Таблица 6. Данные расчета эффективности применения ВККЭТЭ Table 6. Data of calculating the effectiveness of the use of VKKETE
Показатель / Indicator ДТ / DF ВККЭТЭ/ VRRTNT
Модель ДВС: Д-245^2 / ICE model: D-245.5S2
1120
23
1
50
1000
12500,00
5000,00
810
Стоимость средства для подачи ВККЭТЭ С1, руб. /
Cost of funds for filing VKKETE C1, rub.
Концентрация NOx в ОГ при работе на ДТ, ppm /
NOx concentration in exhaust gas when working on diesel fuel, ppm
Концентрация NOx в ОГ при работе на ВККЭТЭ, ppm /
NOx concentration in exhaust gas during operation at VKKETE, ppm
Концентрация С в ОГ при работе на ДТ, % /
Concentration C in exhaust gas when working on diesel fuel, %
Концентрация С в ОГ при работе на ВККЭТЭ, % /
Concentration C in exhaust gas when working on diesel fuel, %
Коэффициент годовой сменности устройства / Device annual shift rate
Стоимость 1 л топлива, руб. / Cost of 1 liter of fuel, rub
Изменение потребления дизелем топлива при работе на ВККЭТЭ, кг/ч /
Change in diesel fuel consumption during operation at VKKETE, kg/h
Годовая наработка двигателя, моточасов /
Annual operating time of the engine, motorcycle hours
Стоимость эксплуатации, обслуживания и ремонта С2, руб./год /
Cost of operation, maintenance and repair of С2, rub/year
Стоимость расходов, связанных с применением альтернативного топлива,
(ВККЭТЭ) Сп, руб. / Cost of expenses related to the use of alternative fuel,
(VKKETE) Cn, rub
Эффективность снижения токсичности ОГ ф для NOx, % / Efficiency of exhaust gas toxicity reduction ф for NOx, % Эффективность снижения токсичности ОГ ф для С, % / Efficiency of exhaust gas toxicity reduction ф for С, % Значение показателя К при снижении NOx в ОГ, руб./% / The value of the K index with a decrease in NOx in exhaust gas, rubles/% Значение показателя К при снижении С в ОГ, руб./% / The value of the K index with a decrease in C in the exhaust gas, rubles/% Экономический эффект от снижения ущерба, наносимого ОГ окружающей среде, руб./1 трактор (1000 моточасов) в год / Economic effect from reducing the damage caused by exhaust gases to the environment, rubles/1 tractor (1000 motorcycle hours) per year Источник: составлено авторами на основании исследований
1
85 7,3
1000
12500,00
15200,00
27,67 86,95 508,96 214,77
139000,00
3
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX
Обсуждение
Использование эмульсии со сниженной жёсткостью процесса сгорания дает следующий эффект. ДТ является основным горючим компонентом. Этиловый спирт в данном случае является альтернативным топливом. Добавка воды повышает стабильность ЭТЭ до начала седиментации. 2-этилгексилнитрат -(до 1,0 %) выступает в роли промотирующей присадки, позволяющей уменьшить время самовоспламенения топлива. Ингибитор коррозии алкенилсукцини-мид мочевины (1.. .5 %) выполняет две задачи - играет роль ПАВ и присадки для улучшения самовоспламенения (табл. 1). То есть еще дополнительно снижает жёсткость процесса сгорания ЭТЭ, тем самым повышается ресурс ДВС дизеля [17; 18].
Использование эмульсии с повышенной смазывающей способностью дает следующий эффект. ДТ является основным горючим компонентом смеси. Этиловый спирт в данном случае является альтернативным топливом, но одновременно повышает моющие и снижает смазывающие свойства эмульсии. Вода (0,5.7,0 %) повышает стабильность ЭТЭ до начала седиментации и позволяет использовать для приготовления ЭТЭ спирт-сырец. Присадка С-5А и смесь мыл выступают в роли ПАВ. При работе дизельного ДВС на разработанном составе с присадками моющие свойства спирта заметно гасятся, значит, повышаются смазывающие. В итоге снижается износ ЦПГ и ТПА, тем самым повышается ресурс дизеля [17; 18].
Применение предложенных новых систем регулирования топлива позволяет сохранять показатели работы дизеля как на дизельном топливе, так и на различных составах ЭТЭ, не приводит к удорожанию использования дизелей и тракторного парка. Дополнительно может быть рост ресурса посредством упрощения изготовления конструкции, повышения точного и оперативного регулирования подачи смеси на всех рабочих режимах [18].
Применение оригинальной конструкции смесителя позволяет существенно улучшить однородность состава смесевого топлива, что в итоге опять же ведет к повышению эксплуатационных показателей работы дизеля на ЭТЭ [18].
Разработанные теоретические модели позволяют безмоторным методом предварительно оценить выбросы сажи в отработавших газах при работе дизеля при любом режиме, а расчет содержания N0,, в отработавших газах вести на номинальном режиме [7].
Заключение
1. Анализ полученных данных показывает, что добавка присадки алкенилсукцинимида мочевины СИМ в объёме 1.5 % масс снижает жёсткость процесса сгорания дизеля с 0,660 МПа/град до 0,641 МПа/град для случая 50 % этанола в объеме ЭТЭ [15], а добавка в ЭТЭ присадки ЦД-7К в количестве 0,5-2,0 % улучшает ее смазывающие свойства. Все это ведет к улучшению эксплуатационных показателей дизеля [16; 17].
2. Применение разработанных конструкций систем регулирования подачи топлива позволяет сохранять паспортные показатели работы дизеля, а некоторые показатели (расход дизельного топлива, содержание сажи в отработавших газах двигателя) даже улучшить. Одновременно сохраняются надёжность и долговечность дизеля, не происходит удорожания использования дизелей и тракторного парка [14; 18; 20].
3. Применение новой конструкции смесителя позволит достичь высокой гомогенности состава смеси за счет увеличения кратности его прохождения по смесителю, в результате повышается надежность работы двигателя, а значит, его ресурс [14; 19; 18].
4. Общая сходимость экспериментальных и теоретических данных экологических показателей при использовании разработанной модели расчета составляет около А ~ 12 %, что позволяет считать предложенную теоретическую модель применимой для предварительной оценки показателей токсичности и дымности работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 на новых ЭТЭ [7; 9].
5. Анализ данных расчетов (табл. 6) показывает, что изменение показателя вредности концентрации выбросов оксидов азота составляет К = 508,96 руб./% при применении как ВККЭТЭ, так и ДТ. Для снижения сажи его значение равно К = 214,77 руб./%, и для случая ВККЭТЭ, и для случая ДТ. Таким образом, применение новых ЭТЭ, в том числе с добавками комплексной присадки на основе Ы082 и алкенилсукцинимида С-5А, новых средств для получения и регулирования подачи ЭТЭ позволяет (в зависимости от режима работы дизеля) сократить расход дефицитного ДТ на 18 и 44 % (ВККЭТЭ с содержанием 20 и 50 % этанола) и снизить ущерб, наносимый токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ дизеля, примерно на 139000 руб. из расчета на 1 трактор в год [19; 20].
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Ильинский А. И. Киотский протокол и новый углеродный ресурс России // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2004. № 6. С. 64-66.
2. Марков В. А., Девянин С. Н., Неверова В. В., Быковская Л. И., Быков А. Е. Оптимизация состава смесе-вого биотоплива для дизельного двигателя // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2021. Т. 20. № 1. С. 25-38.
3. Зуева Н. В., Агафонов Г. В., Лукинова И. Ю., Долгов А. Н. Анализ химического состава и свойств основных и побочных продуктов при реализации новых технологий получения этанола // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 3. С. 71-77. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-3-71-77
4. Пахомов Ю. А. и др. Топливо и топливные системы судовых дизелей. М. : Транслит, 2007. 496 с.
5. Дугин Г. С. Применение биоэтанольного топлива на автотранспорте // Транспорт на альтернативном топливе. 2010. № 5. С. 48-51.
6. Гришин Н. Е. Результаты испытаний цилиндропоршневой группы двигателя ЯМЗ-236 // Сельский механизатор. 2018. № 9. С. 38-39.
7. Мухамадьяров Ф. Ф., Лопарев А. А., Судницын В. И. Экологические и энергетические аспекты использования пропашных тракторов. Казань : Изд-во Казанск. ун-та, 2004. 126 с.
8. Плотников С. А., Ланских Ю. В., Подгорный В. А., Смольников М. В., Черемисинов П. Н. Свидетельство об офиц. регистр. прогр. для ЭВМ № 2018612815. Программа расчета экономической эффективности применения альтернативных топлив в ДВС («РЭЭПАТ-ДВС»); опубл. 28.02.2018.
9. Марков В. А., Девянин С. Н., Маркова В. В. Методика оценки экологической безопасности силовых установок с автотракторными двигателями // Грузовик. 2013. № 9. С. 36-47.
10. Кириллов Н. Г. Альтернативные моторные топлива XXI века // Автозаправочный комплекс + альтернативное топливо.2003.№ 3. С. 58-63.
11. Патрахальцев Н. Н., Альвеар Сантес Л. В. Пути развития топливных систем для подачи в цилиндр дизеля нетрадиционных топлив // Двигателестроение. 1988. № 3. С. 11-13.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П._ Исследование показателей процесса сгорания в тракторном дизеле при применении природного газа и рециркуляции, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 9 (2015). С. 3-5.
13. Иванов И. А. Обзор патентов по гомогенизации и эмульгированию топлив и результаты их эксплуатации // Судостроение за рубежом. 1982. № 1. С. 36-48.
14. Щукина В. Н., Девянин С. Н. Управление в различных системах // Научно-методический электронный журнал Концепт. 2016. № T11. С. 2351-2355.
15. Марков В. А., Поздняков Е. Ф., Фурман В. В., Плахов С. В. Моделирование системы автоматического регулирования частоты вращения дизельного двигателя // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 7. С. 35-46.
16. Малов Р. В., Пекшев В. В. Эмульгирование топлива и экологические характеристики дизеля // Автомобильная промышленность. 1992. № 8. С. 15-18.
17. Девянин С. Н., Щукина В. Н. Системы управления в ДВС // Доклады ТСХА. 2016. С. 39-43.
18. Сисин В. А. Установка для приготовления водо-топливной эмульсии // Речной транспорт. 1984. № 10. С. 32-33.
19. Марков В. А., Камалтдинов В. Г., Денисов А. Д., Быковская Л. И. Эмульгированные биотоплива для транспортных дизелей // Грузовик. 2019. № 12. С. 16-22.
20. Кантор П. Я., Плотников С. А., Пляго А. В., Втюрина М. Н. Влияние дисульфида молибдена на процессы горения этаноло-топливной эмульсии // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Нижний Новгород. 2018. № 4 (123). С. 215-220.
Статья поступила в редакцию 6.07.2021; одобрена после рецензирования 3.08.2021;
принята к публикации 6.08.2021.
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX
Информация об авторах:
С. А. Плотников - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Технология машиностроения», Spin-код: 4899-9362;
А. Н. Карташевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения»; М. В. Смольников - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения», Spin-код: 5580-1330;
А. В. Пляго - аспирант кафедры «Технология машиностроения», Spin-код: 4619-3665
Заявленный вклад соавторов: Плотников С. А. - общее руководство проектом, концепция и инициация исследования, верстка и форматирование работы.
Карташевич А. Н. - научное руководство, проведение критического анализа материалов и формирование выводов.
Смольников М. В. - формулирование основной концепции исследования, подготовка текста статьи, подготовка литературного обзора.
Пляго А. В. - проведение экспериментов, статистическая обработка эмпирических данных, оформление таблиц с результатами исследования, визуализация/представление данных в тексте.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Iljinskij A. I. Kiotskij protocol I novyj uglerodnyj resurs Rossii [Kyoto Protocol and Russia's new carbon resource], Avtogazozapravochnyj kompleks + alternativnoe toplivo [Autogasueling complex + Alternative Fuel], 2004, No. 6, pp. 64-66.
2. Markov V. A., Devyanin S. N., Neverova V. V., Bykovskaya L. I., Bykov A. E. Optimizacia sostava smesevogo biotopliva dlja dizeljnogo dvigatelia [Optimization of the composition of blended biofuels for a diesel engine], Avtogazozapravochnyj kompleks + alternativnoe toplivo [Autogasueling complex + Alternative Fuel], 2021, No. 1, pp. 25-38.
3. Zueva N. V., Agafonov G. V., Lukinova I. Yu., Dolgov A. N. Analiz himicheskogo sostava i svojstv osnov-nyh i pobochnyh produktov pri realizacii novyh tekhnologij polucheniya etanola [Analysis of the chemical composition and properties of the main and side products during the implementation of new technologies for producing etha-nol], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2020, Vol. 82, No. 3, pp. 71-77. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-3-71-77
4. Pakhomov Yu. A. [et al.] Toplivo i toplivnyje sistemy sudovyh dizelej [Fuel and fuel systems of marine diesel engines], Moscow: Translit, 2007, 496 p.
5. Dugin G. S. Primenenie bioetanoljnogo topliva na avtotransporte [The use of bioethanol fuel in vehicles], Transport na al'ternativnom toplive [Alternative fuel vehicles], 2010, No. 5, pp. 48-51.
6. Grishin N. E. Rezul'taty ispytanij cilindroporshnevoj gruppy dvigatelya YAMZ-236 [Test results of the cylinder-piston group of the YaMZ-236 engine], Sel'skij mekhanizator [Rural mechanic], 2018, No. 9, pp. 38-39.
7. Mukhamadyarov F. F., Loparev A. A., Sudnitsyn V. I. Ecologicheskie i energeticheskie aspekty ispoljzovani-ja propashnyh traktorov [Ecological and energy aspects of the use of row tractors], Kazan: Publ. Kazansk. Un-ta, 2004, 126 p.
8. Plotnikov S. A., Lanskikh Yu. V., Podgorny V. A., Smolnikov M. V., Cheremisinov P. N. Svideteljstvo ob ofiz. registr. programmy dlia JEVM No. 2018612815 [The program for calculating the economic efficiency of the use of alternative fuels in the internal combustion engine («REEPAT-internal combustion engine»)]; publ. 28.02.2018.
9. Markov V. A., Devyanin S. N., Markova V. V. Metodika ozenki ecologicheskoj bezopasnosti silovyh ustano-vok s avtotraktornymi dvicateljami [Methodology for assessing the environmental safety of power plants with automotive engines], Gruzovik [Truck], 2013, No. 9, pp. 36-47.
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
10. Kirillov N. G. Alternativnye motornye topliva XXI veka [Alternative motor fuels of the XXI century],
Avtogazozapravochnyj kompleks + alternativnoe toplivo [Autogasueling complex + Alternative Fuel], 2003, No. 3, pp.58-63.
11. Patrakhaltsev N. N., Alvear Santos L. V. Puti razvitija toplivnyh system dlja podachi v zilindr dizelja netradicionnyh topliv [Ways of development of fuel systems for supplying unconventional fuels to the diesel cylinder] Dvigatelestroenie [Engine building], 1988, No. 3, pp. 11-13.
12. Likhanov V. A., Lopatin O. P. Issledovanie pokazatelej prozessa sgoranija v traktornom dizele pri primene-nii prirodnogo gaza i rezirkuljazii, metanolo- i etanolo-toplivnyh emulsij [Investigation of indicators of the combustion process in a tractor diesel engine when using natural gas and recirculation, methanol-and ethanol-fuel emulsions], Traktory i seljhozmashiny [Tractors and agricultural machines], 2015, No. 9 (2015), pp. 3-5.
13. Ivanov I. A. Obzor patentov po gomogenizacii i emuljgirovaniju topliv I rezultaty ih expluatacii [Review of patents on homogenization and emulsification of fuels and the results of their operation], Sudostroenie za rubezhom [Shipbuilding abroad], 1982, No. 1, pp. 36-48.
14. Shhukina V. N., Devianin S. N. Upravlenie v razlichnyh sistemah [Management in various systems], Nauchno-metodicheskij elektronnyj zhurnal Koncept [Scientific-methodical electronic journal Concept], 2016, No. T 11, pp. 2351-2355.
15. Markov V. A., Pozdnyakov E. F., Furman V. V., Plakhov S. V. Modelirovanie sistemy avtomaticheskogo regulirovanija chasytoty vrashhenija dizeljnogo dvigatelja [Modeling of the automatic speed control system of a diesel engine], Izvestija vysshih ucyebnyh zavedenij. Mashinostroenie [News of higher educational institutions. Mechanical engineering], 2019, No. 7, pp. 35-46.
16. Malov R. V., Pekshev V. V. Emuljgirovanie topliva i ecologicheskie harakteristki dizelia [Fuel emulsification and diesel environmental performance], Avtomobil'nayapromyshlennost' [Automotive industry], 1992, No. 8, pp. 15-18.
17. Devjanin S. N., Shhukina V. N. Sistemy upravlenija v DVS [ICE control systems], Doklady TSHA [Reports of the TSKhA], 2016, pp. 39-43.
18. Sisin V. A. Ustanovka dlia prigotovlenia vodo-toplivnoj emulsii [Installation for the preparation of water-fuel emulsion], Rechnoj transport [River transport], 1984, No. 10, pp. 32-33.
19. Markov V. A., Kamaltdinov V. G., Denisov A. D., Bykovskaja L. I. Emulgirovannye biotopliva dlja transportnyh dizelej [Emulsified biofuels for transport diesel engines], Gruzovik [Truck], 2019, No. 12, pp. 16-22.
20. Kantor P. Ya., Plotnikov S. A., Plyako A.V., Vtyurina M. N. Vlijanie disulfida molibdena na processy gorenija etanolo-toplivnoj emulsii [The effect of molybdenum disulfide on the combustion processes of an ethanol-fuel emulsion], Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva [Proceedings of NSTU im. R. E. Alekseeva], Nizhny Novgorod. 2018, No. 4 (123), pp. 215-220.
The article was submitted 6.07.2021; approved after reviewing 3.08.2021; accepted for publication 6.08.2021.
Information about the authors: S. A. Plotnikov - Dr. Sci. (Engineering), docent, Professor of the Department «Mechanical Engineering Technology», Spin-код: 4899-9362;
A. N. Kartashevich - Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Department «Mechanical Engineering Technology»; M. V. Smolnikov - Ph. D. (Engineering), Senior lecturer of the Department o«Mechanical Engineering Technology», Spin-код: - 5580-1330;
A. V. Pliago - postgraduate student of the Department of «Mechanical Engineering Technology», Spin-код: 4619-3665
Contribution of the authors:
Plotnikov S. A. - managed the research project, developed the concept, initiated the research, made the layout and the formatting of the article.
Kartashevich A. N. - research supervision, critical analysis of materials; formulated conclusions. Smolnikov M. V. - developed the theoretical framework, writing of the draft, reviewing the relevant literature. Pliago A. V. - implementation of experiments, performed statistical processing of empirical data, designed tables with results of the study, visualization/presentation of the data in the text.
The authors declare no conflicts of interests.
