Научная статья на тему 'Многокомпонентные смесевые биотоплива для дизельных двигателей'

Многокомпонентные смесевые биотоплива для дизельных двигателей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
803
185
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИЗЕЛЬ / ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО / БЕНЗИН / РАПСОВОЕ МАСЛО / МЕТИЛОВЫЙ ЭФИР РАПСОВОГО МАСЛА / МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ БИОТОПЛИВА / DIESEL ENGINE / DIESEL FUEL / GASOLINE / RAPESEED OIL / RAPESEED OIL METHYL ESTER / MULTIPROPELLANT MIXED BIOFUELS

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Марков Владимир Анатольевич, Гусаков Сергей Валентинович, Девянин Сергей Николаевич

В статье рассмотрены особенности использования в дизелях многокомпонентных биотоплив, получаемых с использованием рапсового масла. Представлены результаты экспериментальных исследований транспортного дизеля типа Д-245.12С, работающего на смесях дизельного топлива, рапсового масла, метилового эфира рапсового масла и бензина. Показана зависимость показателей топливной экономичности и токсичности отработавших газов от состава смесевого биотоплива.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Марков Владимир Анатольевич, Гусаков Сергей Валентинович, Девянин Сергей Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Multipropellant Mixed Biofuels for Diesel Engines

The characteristic features of using multi-propellant mixed biofuels with rapeseed oil in diesel engines have been considered. The results of experimental research of a type D-245.12S vehicle diesel engine running on diesel fuel, rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester and gasoline multi-propellant mixtures have been shown. The dependence of fuel efficiency and exhaust emission characteristics on mixed biofuel components has been shown.

Текст научной работы на тему «Многокомпонентные смесевые биотоплива для дизельных двигателей»

УДК 621.436

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ СМЕСЕВЫЕ БИОТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В.А. Марков1, С.В. Гусаков2, С.Н. Девянин3

'Кафедра теплофизики Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана 2-я Бауманская ул., 5, Москва, Россия, 105005

2Кафедра теплотехники и тепловых двигателей Инженерный факультет Российский университет дружбы народов ул. Орджоникидзе, 3, Москва, Россия, 115419

3Кафедра тракторов и автомобилей Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина

ул. Тимирязевская, 58, Москва, Россия, 127550

В статье рассмотрены особенности использования в дизелях многокомпонентных биотоплив, получаемых с использованием рапсового масла. Представлены результаты экспериментальных исследований транспортного дизеля типа Д-245.12С, работающего на смесях дизельного топлива, рапсового масла, метилового эфира рапсового масла и бензина. Показана зависимость показателей топливной экономичности и токсичности отработавших газов от состава смесевого биотоплива.

Ключевые слова: дизель, дизельное топливо, бензин, рапсовое масло, метиловый эфир рапсового масла, многокомпонентные биотоплива.

Современный этап развития топливно-энергетического комплекса характеризуется продолжающимся истощением нефтяных месторождений и нарастанием дефицита нефти и нефтепродуктов. По экспертным оценкам, при существующем потреблении энергоносителей мировых запасов нефти может хватить примерно на 40 лет, природного газа — на 70 лет, угля — на 250 лет [1]. Поэтому все большее применение на транспорте получают альтернативные топлива, среди которых наиболее перспективными являются альтернативные топлива, производимые из растительного сырья. Сырьевая база для их получения практически неисчерпаема, а их использование позволяет снизить парниковый эффект, поскольку при выращивании растительного сырья выделяется примерно такое же количество кислорода, которое потребляется при сгорании биотоплива.

В качестве альтернативных топлив для дизелей наибольшее распространение нашли биодизельные топлива, получаемые из растительных масел. Эти топлива весьма разнообразны как по перечню растительных масел, используемых для производства биотоплив, так и по технологии их получения [2]. Для производства биодизельных топлив может быть использовано несколько десятков различных растительных масел: рапсовое, соевое, подсолнечное, кукурузное, хлопковое, льняное, арахисовое, пальмовое, пальмоядровое, кунжутное, касторовое, конопляное и др. Эти масла как моторные топлива применяются в чистом виде или в смесях

с нефтяными и альтернативными топливами. Растительные масла перерабатываются в сложные эфиры — метиловый, этиловый, бутиловый и др., являющиеся самостоятельными моторными топливами. Используются также смеси этих эфиров с другими топливами. Проводятся исследования по созданию водотопливных эмульсий на основе растительных масел и их производных.

Показательны данные рис. 1, на котором представлены направления реализации биодизельных топлив в Германии [3]. В 2006 г. сбыт биодизельного топлива (биодизель или метиловые эфиры растительных масел) в Германии составил 2,5 млн т, в том числе 1,01 млн т было использовано как примесь к нефтяному дизельному топливу и 0,5 млн т реализовано через бензоколонки для легковых и грузовых автомобилей. Кроме этого, в качестве моторного топлива был использован 1 млн т рапсового масла.

Рис. 1. Объемы и направления реализации биотоплива в Германии: 1 — через бензоколонки для легковых автомобилей; 2 — через бензоколонки для грузовых автомобилей; 3 — для транспортных компаний и грузоперевозчиков; 4 — на нужды сельского хозяйства; 5 — как добавка к традиционному нефтяному топливу

Такое многообразие видов биотоплив приводит к тому, что при заправке транспортного средства в топливном баке могут оказаться различные топлива и дизель достаточно продолжительное время может эксплуатироваться на смесях нефтяного дизельного топлива и различных биотоплив. Отметим, что вопрос о показателях топливной экономичности и токсичности отработавших газов двигателя, работающего на таких смесях, недостаточно изучен.

Представляет интерес использование указанных смесей с целью изменения их физико-химических свойств путем смешивания различных топлив. Растительные масла смешиваются в любых пропорциях с большинством органических растворителей (в том числе и с нефтепродуктами — бензином и дизельным топливом). Следует отметить и хорошую совместимость различных растительных масел

между собой. Это свойство растительных масел позволяет получать моторные топлива с заданными физико-химическими свойствами путем смешивания различных компонентов в требуемых пропорциях.

Использование биотоплив на основе растительных масел сдерживается отличиями их физико-химических свойств от свойств нефтяного дизельного топлива (ДТ) [2; 4]. Одной из наиболее острых проблем, возникающих при работе дизеля на рапсовом масле (РМ) и других растительных маслах, является их повышенная вязкость. Вязкостно-температурные характеристики, представленные на рис. 2а, показывают, что при нормальной температуре (t = 20 °C) вязкость РМ на порядок выше, чем у нефтяного ДТ [2]. В частности, в представленных исследованиях использовалось дизельное топливо «З» по ГОСТ 305-82, РМ отечественного производства и метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ), имеющие вязкость соответственно vx = 2,37; 8,0 и 75,0 мм /с (рис. 2 и табл. 1).

Рис. 2. Вязкостно-температурные характеристики двухкомпонентных (а) и многокомпонентных (б, в) топлив:

а) 1 - РМ; 2 - 50% ДТ, 50% РМ; 3 - 80 % ДТ, 20% РМ; 4 - ДТ; б) 1 - ДТ; 2 - 90% ДТ, 5% РМ, 5% МЭРМ; 3 - 80% ДТ, 10% РМ, 10% МЭРМ; 4 - 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЭРМ; 5 - МЭРМ; в) 1 - бензин АИ-80; 2 - 85% ДТ, 5% РМ, 10% АИ-80; 3 - ДТ; 4 - 80% ДТ, 10% РМ, 10% АИ-80; 5 - 70% ДТ, 20% РМ, 10% АИ-80

Таблица 1

Физико-химические свойства ДТ, РМ, МЭРМ и их смесей

Физико-химические свойства Топливо

ДТ РМ МЭРМ 90% ДТ, 5% РМ, 5% МЭРМ 80% ДТ, 10% РМ, 10% МЭРМ 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЭРМ

3 Плотность при 20 °С, кг/м 805 913 877 815 821 840

Вязкость кинематическая при 20 °С, 2 . мм /с 2,37 75,0 8,0 4,661 5,421 5,477

Коэффициент поверхностного натяжения при 20 °С, мН/м 27,1 33,2 30,7 - - -

Теплота сгорания низшая, мДж/кг 42,5 37,3 37,8 42,0 41,5 40,5

Цетановое число 45 36 48 - - -

Окончание

Физико-химические свойства Топливо

ДТ РМ МЭРМ 90% ДТ, 5% РМ, 5% МЭРМ 80% ДТ, 10% РМ, 10% МЭРМ 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЭРМ

Температура самовоспламенения, °С 250 318 230 — — —

Температура помутнения, °С -25 -9 -13 — — —

Температура застывания, °С -35 -20 -21 — — —

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг вещества, кг 14,3 12,5 12,6 14,2 14,0 13,6

Содержание, % по массе С Н О 87,0 12,6 0,4 77,0 12,0 11,0 77,6 12,2 10,2 86,0 12,6 1,4 85,1 12,5 2,4 83,1 12,4 4,5

Общее содержание серы, % по массе 0,20 0,002 0,002 0,18 0,16 0,12

Коксуемость 10%-ного остатка, % по массе 0,2 0,4 0,3 — — —

Примечание: «—» — свойства не определялись; для смесей указано объемное процентное содержание компонентов; ДТ — дизельное топливо; РМ — рапсовое масло; МЭРМ — метиловый эфир рапсового масла.

Существенно меньшей вязкостью по сравнению с РМ обладают смеси РМ и ДТ. Так, по данным работы [2], вязкость смеси, содержащей 80% ДТ (по объему) и 20% РМ при ? = 20 °С составляет = 9 мм /с (см. рис. 2а). Но и такая вязкость смесевого биотоплива заметно превышает вязкость ДТ (в соответствии с ГОСТ 305-82 вязкость летнего дизельного топлива составляет = 3—6 мм /с). Поэтому одним из путей получения биотоплив со свойствами, более близкими к свойствам нефтяного ДТ, является добавление в двухкомпонентные биотоплива (смеси ДТ и РМ) топлив, имеющих вязкость, меньшую, чем у указанных смесей. В качестве таких компонентов использован метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ) и автомобильный бензин АИ-80, имеющий сравнительно высокое (по сравнению с другими бензинами) цетановое число (ЦЧ = 20) [5].

Физико-химические свойства указанных смесей приведены в табл. 1 и 2 и на рис. 2. Наибольший эффект по целенаправленному изменению физико-химических свойств смесевых биотоплив достигнут при добавлении в смеси ДТ и РМ бензина АИ-80, имеющего пониженные плотность и вязкость (табл. 2, рис. 2в). Исследованы многокомпонентные смесевые биотоплива следующих составов: смесь 85% ДТ, 5% РМ и 10% бензина АИ-80, смесь 80% ДТ, 10% РМ и 10% бензина АИ-80 и смесь 70% ДТ, 20% РМ и 10% бензина АИ-80. Исследуемый бензин АИ-80 при 20 °С имел плотность рт = 756 кг/м3 и вязкость V,, = 0,73 мм2/с, что существенно меньше плотности и вязкости исследуемых ДТ и РМ (табл. 2). Поэтому разбавление смесей ДТ и РМ бензином АИ-80 позволило заметно снизить повышенные плотность и вязкость исходных смесей. Полученные многокомпонентные биотоплива с добавкой бензина при 20 °С имели плотность от 807 до 823 кг/м3 и вязкость от 2,127 до 3,599 мм2/с, что вполне укладывается в допустимый диапазон изменения плотности и вязкости штатного дизельного топлива.

Таблица 2

Физико-химические свойства ДТ, РМ, бензина АИ-80 и их смесей

Физико-химические cвойства Топливо

ДТ РМ АИ-80 80% ДТ и 20% РМ* 85% ДТ, 5% РМ и 10% АИ-80 80% ДТ, 10% РМ и 10% АИ-80 70% ДТ, 20% РМ и 10% АИ-80

3 Плотность при 20 °С, кг/м 805 913 756 848 807 815 823

Вязкость кинематическая 2 при 20 °С, мм /с 2,37 75,0 0,73 9,0 2,127 2,771 3,599

Коэффициент поверхностного натяжения при 20 °С, мН/м 27,1 33,2 22,0 — — — —

Теплота сгорания низшая, мДж/кг 42,5 37,3 44,0 41,5 42,4 42,0 41,5

Цетановое число 45 36 20 — — — —

Температура самовоспламенения, °С 250 318 400 — — — —

Температура помутнения, °С -25 -9 — — — — —

Температура застывания, °С -35 -20 -55 — — — —

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг вещества, кг 14,3 12,5 14,8 14,0 14,3 14,2 14,0

Содержание, % по массе С Н О 87,0 12,6 0,4 77,0 12,0 11,0 85,5 14,5 0,0 85,0 12,5 2,5 86,4 12,8 0,8 85,9 12,7 1,4 84,9 12,6 2,5

Общее содержание серы, % по массе 0,20 0,002 0,05 0,16 0,175 0,165 0,145

Коксуемость 10%-ного остатка, % по массе 0,2 0,4 — — — —

Примечание: «—» — свойства не определялись; для смесей указано объемное процентное содержание компонентов; ДТ — дизельное топливо; РМ — рапсовое масло; АИ-80 — бензин; * — по данным работы [2].

Разбавление смесей ДТ и РМ бензином АИ-80 благоприятно сказывается и на коксуемости многокомпонентных биотоплив. Поскольку в бензине АИ-80 смолистые вещества практически отсутствуют (содержание фактических смол — не более 5 мг в 100 мл топлива, а в топливе «Л» по ГОСТ 305-82 — не более 25 мг), получаемые многокомпонентные биотоплива содержат меньше фактических смол, чем исходные смеси ДТ и РМ.

Оценка влияния состава многокомпонентных биотоплив на показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов (ОГ) проведена при экспериментальных исследованиях дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5) Минского моторного завода (ММЗ), предназначенного для малотоннажных грузовых автомобилей ЗиЛ-5301 «Бычок», а его модификации — для автобусов Павловского автомобильного завода (ПАЗ) и тракторов «Беларусь» Минского тракторного завода (МТЗ). Некоторые параметры дизеля приведены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры дизеля 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 в, мм 125

Рабочий объем цилиндра л 1,08

Общий рабочий объем \УЬ, 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 Ме, кВт 80

Литровая мощность л, кВт/л 18,5

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 dпл, мм 10

Ход плунжеров ТНВД Лпл, мм 10

Длина нагнетательных топливопроводов мм 540

Форсунки Типа ФДМ-22 производства ОАО «Куроаппа-ратура» (г. Вильнюс)

Распылители форсунок Фирмы Motorpal типа DOP 119S534 с пятью

сопловыми отверстиями диаметром d = 0,34 мм 2 и проходным сечением = 0,250 мм

Давление начала впрыскивания форсунок рфо, МПа 21,5

Дизель исследовался на моторном стенде АМО «ЗиЛ» на режимах внешней скоростной характеристики и 13-ступенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН с установочным углом опережения впрыскивания 9 = 13° поворота коленчатого вала до ВМТ и неизменным положением упора дозирующей рейки. При испытаниях дымность ОГ измерялась с помощью дымомера MK-3 фирмы Hartridgе (Великобритания) с погрешностью ±1%. Объемные концентрации в ОГ оксидов азота NOx, монооксида углерода CO и углеводородов CHx в ОГ определялись газоанализатором SAE-7532 японской фирмы Yanaco с точностью ±1%. На первом этапе исследований дизель Д-245.12С испытывался на режимах внешней скоростной характеристики на чистом ДТ, а также на указанных в табл. 1 и 2 многокомпонентных смесях. Результаты этих исследований приведены на рис. 3, на котором представлены данные по дизелю Д-245.12С с различной комплектацией.

N6, кВт 1Ме, кВт

1000 1400 1800 2200 П, мин"1 1000 1400 1800 2200 П, мин"1

а б

Рис. 3. Зависимость эффективной мощности крутящего момента Ме, расхода топлива От, коэффициента избытка воздуха а, дымности ОГ Кх и удельного эффективного расхода топлива де от частоты вращения п коленчатого вала дизеля Д-245.12С на режимах внешней скоростной характеристики при использовании

различных топлив:

а) 1 - ДТ; 2 - 90% ДТ, 5% РМ, 5% МЭРМ; 3 - 80% ДТ, 10% РМ, 10% МЭРМ; 4 - 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЭРМ; б) 1 - ДТ; 2 - 85% ДТ, 5% РМ, 10% АИ-80; 3 - 70% ДТ, 20% РМ, 10% АИ-80

Исследуемые многокомпонентные биотоплива имеют физические свойства, приближающиеся к свойствам ДТ. Однако плотность и вязкость большинства этих топлив все-таки несколько выше аналогичных свойств ДТ. Поэтому при испытаниях отмечена тенденция увеличение часового расхода топлива От (см. рис. 3). В то же время из-за наличия в молекулах РМ и МЭРМ атомов кислорода при работе на многокомпонентных биотопливах коэффициент избытка воздуха а на большинстве режимов изменился незначительно. Но при этом теплотворная способность многокомпонентных биотоплив несколько ниже теплотворной способности ДТ. Это привело к тому, что при использовании этих биотоплив удельный эффективный расход топлива gе оказался выше, чем при работе на ДТ (табл. 4 и 5). Однако изменение эффективного КПД дизеля пе на большинстве режимов не превысило 1%.

Таблица 4

Показатели дизеля Д-245.12С, работающего ДТ и смесях ДТ, РМ и МЭРМ

Показатели дизеля Состав топлива

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ДТ 90% ДТ, 80% ДТ, 60% ДТ,

5% РМ 10% РМ 20% РМ

и 5% и 10% и 20%

МЭРМ МЭРМ МЭРМ

Удельный эффективный расход топлива на режиме 249,0 253,6 255,7 260,5

максимальной мощности при частоте вращения

п = 2400 мин-1, де, г/(кВтч)

Удельный эффективный расход топлива на режиме 224,3 228,7 229,4 234,8

максимального крутящего момента при п = 1500 мин 1,

де, г/(кВтч)

Эффективный КПД дизеля на режиме максималь- 0,340 0,338 0,339 0,341

ной мощности, пе

Эффективный КПД дизеля на режиме максималь- 0,378 0,375 0,378 0,379

ного крутящего момента, пе

Дымность ОГ на режиме максимальной мощности, 16,0 10,0 11,0 9,0

Кх, % по шкале Хартриджа

Дымность ОГ на режиме максимального крутящего 23,0 11,0 12,5 9,5

момента, Кх, % по шкале Хартриджа

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла 247,89 251,72 253,89 260,51

эффективный расход топлива, де усл, г/(кВтч)

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла 0,342 0,341 0,342 0,341

эффективный КПД, пе усл

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла 6,862 6,875 6,662 7,182

удельный выброс оксидов азота, еМОх, г/(кВтч)

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла 2,654 2,489 2,496 2,662

удельный выброс монооксида углерода, еСО,

г/(кВтч)

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла 0,719 0,687 0,677 0,690

удельный выброс углеводородов, еСНх, г/(кВтч)

Таблица 5

Показатели дизеля Д-245.12С, работающего на ДТ и смесях ДТ, РМ и АИ-80

Показатели дизеля Состав топлива

ДТ 85% ДТ, 5% РМ, 10% АИ-80 70% ДТ, 20% РМ, 10% АИ-80

Удельный эффективный расход топлива на режиме максимальной мощности при частоте вращения п = 2400 мин1, де, г/(кВтч) 246,8 249,2 254,6

Удельный эффективный расход топлива на режиме максимального крутящего момента при частоте вращения п = 1600 мин1, де, г/(кВтч) 222,6 225,5 228,4

Эффективный КПД дизеля на режиме максимальной мощности, пе 0,343 0,341 0,341

Эффективный КПД дизеля на режиме максимального крутящего момента, пе 0,381 0,377 0,380

Дымность ОГ на режиме максимальной мощности, Кх, % по шкале Хартриджа 14,5 14,0 12,5

Окончание

Показатели дизеля Состав топлива

ДТ 85% ДТ, 5% РМ, 10% АИ-80 70% ДТ, 20% РМ, 10%АИ-80

Дымность ОГ на режиме максимального крутящего момента, Кх, % по шкале Хартриджа 20,0 17,0 14,5

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла эффективный расход топлива, де усл, г/(кВтч) 243,24 245,53 249,95

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла эффективный Пе усл 0,348 0,346 0,347

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла удельный выброс оксидов азота, еш>, г/(кВтч) 6,630 6,451 6,154

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла удельный выброс монооксида углерода, еСО, г/(кВтч) 2,210 2,123 2,313

Интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла удельный выброс углеводородов, еСН>, г/(кВтч) 0,580 0,663 0,722

Наличие в молекулах РМ и МЭРМ атомов кислорода привело к заметному уменьшению дымности ОГ Кх при работе исследуемого дизеля на многокомпонентных биотопливах (см. табл. 4 и 5). Так, при переводе дизеля Д-245.12С с ДТ на смеси ДТ, РМ и МЭРМ дымность ОГ снизилась примерно в два раза (на 50— 60%), а при переходе на смеси ДТ, РМ и АИ-80 — на 10—30%.

Результаты экспериментальных исследований Д-245.12С на режимах 13-ступенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН представлены на рис. 4 и в табл. 4 и 5 (см.). При работе дизеля на смесях ДТ, РМ и МЭРМ отмечена тенденция снижения объемного содержания в ОГ несгоревших углеводородов ССНх при незначительном изменении объемных концентраций оксидов азота Сдах и монооксида углерода всо. При работе дизеля на смесях ДТ, РМ и АИ-80 отмечена тенденция снижения объемного содержания в ОГ оксидов азота СШх при незначительном изменении объемной концентрации монооксида углерода и росте объемной концентрации в отработавших газах несгоревших углеводородов ССНх.

По приведенным на рис. 4 характеристикам объемного содержания в ОГ нормируемых токсичных компонентов (оксидов азота СШх, монооксида углерода ССо, несгоревших углеводородов ССНх) с использованием общепринятых методик [6; 7] рассчитаны их интегральные удельные массовые выбросы на режимах 13-ступен-чатого цикла (соответственно еЖх, еСо, еСНх). С использованием полученных при испытаниях характеристик часового расхода топлива Gт определены значения удельного эффективного расхода топлива gе и эффективного КПД це по известным зависимостям

1000GГ 3600

ge =—г—; п

N ^ • ge

где HU — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Рис. 4. Зависимость содержания в ОГ оксидов азота СМ0х (а, г), монооксида углерода СС0 (б, д)

и углеводородов ССНх (в, е) от частоты вращения п и крутящего момента дизеля Ме:

а, б, в) 1 - ДТ; 2 - смесь 90% ДТ, 5% РМ, 5% МЭРМ; 3 - смесь 80% ДТ, 10% РМ, 10% МЭРМ; 4 - смесь 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЭРМ; г, д, е) 1 - ДТ; 2 - 85% ДТ, 5% РМ, 10% АИ-80; 3 - 70% ДТ, 20% РМ, 10% АИ-80

Оценка эксплуатационного расхода топлива на режимах 13-ступенчатого цикла проведена по среднему (условному) удельному эффективному расходу топлива, который определялся с использованием зависимости [2]

£ ^ • К

g = —-,

оеусл 13 '

£ ^ ■ к

¿=1

где От{ — часовой расход топлива на ¿-том режиме.

Поскольку смесевые биотоплива имеют меньшую теплотворную способность, топливную экономичность дизеля при его работе на этих топливах целесообразно оценивать не удельным эффективным расходом топлива gе, а эффективным КПД дизеля причем для интегральной оценки работы дизеля на режимах 13-ступен-чатого цикла использован условный эффективный КПД, определяемый из соотношения

3600

Пеусл т_т- '

Ни ' geусл

Результаты этих расчетов представлены в табл. 4 и 5 (см.).

Приведенные в табл. 4 и 5 данные подтверждают возможность улучшения экологических показателей дизеля Д-245.12С при его переводе с ДТ на многокомпонентные биотоплива практически без ухудшения эффективности рабочего процесса дизеля (без заметного изменения эффективного КПД дизеля пе). В целом, проведенные исследования подтвердили возможность получения многокомпонентных биотоплив с заданными физико-химическими свойствами путем добавления в смеси ДТ и РМ небольшого количества МЭРМ или бензина АИ-80.

ЛИТЕРАТУРА

[1] URL: www.geology.com

[2] Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях / В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.Г. Семенов и др. — М.: Инженер, 2011.

[3] Биоэнергетика: Мировой опыт и прогнозы развития / Л.С. Орсик, Н.Т. Сорокин, В.Ф. Фе-доренко и др. / Под ред. В.Ф. Федоренко. — М.: Росинформагротех, 2008.

[4] Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. — М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000.

[5] Гуреев А.А., Азев В.С. Автомобильные бензины. Свойства и применение. — М.: Нефть и газ, 1996.

[6] Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

[7] Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. — М.: Легион-Автодата, 2005.

MULTIPROPELLANT MIXED BIOFUELS FOR DIESEL ENGINES

VA. Markov1, S.V. Gusakov2, S.N. Devyanin3

'Department of thermal physics Bauman Moscow State Technical University

2 Baumanskaja str., 5, Moscow, Russia, 105005

2Department of heating engineers and heat engine Engineering faculty Peoples' Friendship University of Russia

Ordzhonikindze str., 3, Moscow, Russia, 115419

3Department of tractors and automobiles Moscow State Rural Engineering University n.a. V.P. Goryachkin

Timiryazevskaja str., 58, Moscow, Russia, 127550

The characteristic features of using multi-propellant mixed biofuels with rapeseed oil in diesel engines have been considered. The results of experimental research of a type D-245.12S vehicle diesel engine running on diesel fuel, rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester and gasoline multi-propellant mixtures have been shown. The dependence of fuel efficiency and exhaust emission characteristics on mixed biofuel components has been shown.

Key words: diesel engine, diesel fuel, gasoline, rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, multipro-pellant mixed biofuels.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.