CC BY
161
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.436
B. А. Марков, А. Ю. Шустер,
C. Н. Девянин
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА РАПСОВОГО МАСЛА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ
Рассмотрена возможность использования в отечественных транспортных дизелях альтернативного топлива - метилового эфира рапсового масла. Представлены результаты экспериментальных исследований дизеля типа Д-245.12С, работающего на смесях дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла. Показана зависимость показателей топливной экономичности и токсичности отработавших газов исследуемого дизеля от состава смесево-го биотоплива.
E-mail: markov@power.bmstu.ru
Ключевые слова: дизель, дизельное топливо, рапсовое масло, метиловый эфир рапсового масла, топливная экономичность, токсичность отработавших газов.
Современный этап развития двигателестроения характеризуется увеличением потребления нефтяных топлив, повышением мировых цен на нефтепродукты и ухудшением экологической обстановки — все это вызвано быстрым ростом числа различных транспортных средств, при эксплуатации которых на территории РФ ежегодно сжигается около 110... 115 млнт топлива и 12. ..15млнт смазочного масла [1]. С отработавшими газами (ОГ) в атмосферу выбрасывается около 30млнт вредных веществ, в том числе до 15млнт монооксида углерода (СО), 12млнт оксидов азота (NOx), 2млнт несгоревших углеводородов (СНх), 1млнт сажи (углерода) и 2-1012 МДж тепловой энергии. При этом одним из главных потребителей моторных топлив остается автомобильный транспорт — 56,5 % всех моторных топлив, сжигаемых в различных транспортных средствах, и 71,3% всех вредных веществ, выделяемых в атмосферу наземным, водным и воздушным транспортом. Поэтому актуальной становится проблема поиска альтернативных источников энергии и снижения выбросов в атмосферу токсичных компонентов ОГ двигателей внутреннего сгорания.
В связи с указанными причинами все большее распространение на транспорте получают различные альтернативные топлива. Наиболее привлекательным представляется топливо растительного происхождения, получаемое из возобновляемых сырьевых ресурсов (биомассы,
растительных масел, отходов сельскохозяйственного производства и др.), являющихся практически неисчерпаемыми. Использование такого топлива обеспечивает кругооборот углекислого газа в атмосфере, поскольку при выращивании растительного сырья для производства биотоплива выделяется примерно такое же количество кислорода, которое потребляется при сгорании биотоплива.
Среди топлив растительного происхождения перспективным считается топливо, получаемое из растительных масел [2-4]. К масличным культурам относится более 150 видов растений, вырабатывающих масла. Сырьем для производства биодизельного топлива в разных странах служат масла различных растений. В Европе — это рапс, в США — соя, в Индонезии и на Филиппинах — пальмы (пальмовое масло), в Индии — ятрофа (Jatropha), в Африке — соя, ятрофа, в Бразилии — бобы кастора, в Китае, Японии, Индонезии — арахис.
При использовании рапсового масла (РМ) в качестве моторного топлива возможны — децентрализованное и централизованное производство топлив. При децентрализованном производстве, как правило, используется простое фильтрованное РМ либо в чистом виде, либо в смеси с дизельным топливом (ДТ). Преимущества децентрализованного использования РМ: экологичность и биоразлагаемость РМ, небольшие энергозатраты при его производстве, малые инвестиционные затраты, сокращение транспортных расходов, сохранение рабочих мест в сельскохозяйственных регионах. Обычно РМ применяется в качестве топлива непосредственно на месте его производства — в фермерских хозяйствах, агропромышленных предприятиях и др.
Централизованное производство предусматривает получение метилового эфира из РМ (МЭРМ) путем этерификации его метанолом. В результате реакции этерификации получают МЭРМ и побочный продукт — глицерин. Выделение глицерина из молекул жирных кислот РМ позволяет значительно снизить исходную вязкость РМ. В результате МЭРМ по своим физико-химическим свойствам приближается к свойствам стандартного ДТ. При этом ДТ и МЭРМ хорошо смешиваются в любых пропорциях и образуют стабильные смеси. Это позволяет обеспечить снабжение автотранспорта таким смесевым биотопливом с помощью имеющейся сети автозаправочных станций. В Германии в настоящее время работают 800 заправочных станций, где предлагается биодизельное топливо (Bio-Diesel). Обычно используется смесь, содержащая 95 % ДТ и 5 % МЭРМ. На международной конференции в Магдебурге представитель концерна Daimler Chrysler сообщил, что все автомобили, выпускаемые концерном, подготовлены к работе на топливах, содержащих 10 % биотоплива [5]. Проведен ряд исследований по адаптации дизелей различного назначения на биотопливе B20 (смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ), а также на смесях ДТ и МЭРМ раз-
личного состава [6-8]. Вместе с тем проблема использования смесей ДТ и МЭРМ в отечественных дизелях недостаточно изучена.
Оценка параметров двигателя, работающего на смесях ДТ и МЭРМ, проведена с использованием результатов экспериментальных исследований дизеля Д-245.12С (4ЧН 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 характеристики исследуемого дизеля приведены в табл. 1.
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 в = 13° поворота коленчатого вала (п.к.в.) до верхней мертвой точки (ВМТ) и неизменным положением упора дозирующей рейки ТНВД. При этом основными исследуемыми режимами внешней скоростной характеристики являлись режимы максимальной мощности при n = 2400 мин-1 и максимального крутящего момента при n = 1500 мин-1. При измерении дымности ОГ режим минимальной частоты вращения составлял n = 1080 мин-1. Дымность измеряли с помощью ручного дымомера MK-3 фирмы Hartridgе (Великобритания) с погрешностью ±1 %. Концентрации NOx, CO, CHx в ОГ определяли газоанализатором SAE-7532 японской фирмы YANACO с погрешностями ±1 %.
Исследуемый дизель работал на смесях ДТ (ГОСТ 305-82) и МЭРМ, полученного на одном из заводов Германии из рапса, выращенного в России. Физико-химические свойства этого МЭРМ соответствовали требованиям Европейского стандарта EN 14214:2003 "Автомобильные топлива. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME) для дизельных двигателей. Требования и методы испытаний". Некоторые физико-химические свойства исходных ДТ и МЭРМ и их смесей приведены в табл. 2 (для смесевых топлив указано объемное процентное содержание ДТ и МЭРМ).
На первом этапе экспериментальных исследований дизель Д-245.12С испытывался на режимах внешней скоростной характеристики при работе на ДТ и смеси 80 % ДТ и 20 % МЭРМ (указано объемное содержание компонентов). В связи с большей плотностью и повышенной вязкостью указанной смеси ДТ и МЭРМ при испытаниях отмечен рост часового расхода смесевого биотоплива по сравнению с расходом ДТ на всех исследованных режимах внешней скоростной характеристики. Так, на режиме максимальной мощности при частоте вращения n = 2400 мин-1 часовые расходы ДТ и смеси ДТ и МЭРМ составляют соответственно От = 19,13 и 19,76 кг/ч, а на режиме максимального крутящего момента при n = 1500 мин-1 — соответственно
Некоторые характеристики дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5)
Параметр/Компонент Значение/Описание
Тип двигателя Четырехтактный, рядный, дизельный
Число цилиндров 4
Диаметр цилиндра В, мм 110
Ход поршня Б, мм 125
Рабочий объем цилиндра Уи, л 1,08
Общий рабочий объем гУи, л 4,32
Степень сжатия е 16
Система турбонаддува Турбокомпрессор ТКР-6 Борисовского завода ав тоагрегатов
Тип КС, способ смесеобразования КС ЦНИДИ, объемно-пленочное смесеобразова ние
Номинальная частота вращения п, мин-1 2400
Номинальная мощность Ме, кВт 80
Литровая мощность Мел, кВт/л 18,5
Механизм газораспределения Клапанный, 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 все режимным центробежным регулятором
Диаметр плунжеров ТНВД мм 10
Ход плунжеров ТНВД Нпя, мм 10
Длина нагнетательных топливопроводов Ьт, мм 540
Форсунки Типа ФДМ-22 производства ОАО "Куроаппарату ра" (г. Вильнюс)
Распылители форсунок Типа DOP 119S534 (фирмы Motorpal) с пятью соп ловыми отверстиями диаметром dp = 0, 34 мм и проходным сечением ßр/р = 0,250 мм2
Давление начала впрыскивания форсунок рфо, МПа 21,5
Физико-химические свойства исследуемых топлив
Свойства Топливо
ДТ МЭРМ 95 % ДТ + 5% МЭРМ 90% ДТ + 10% МЭРМ 80% ДТ + 20% МЭРМ 60%ДТ + 40% МЭРМ 40 % ДТ + 60% МЭРМ
Плотность, кг/м3, при 20°С 830 877 832 835 839 848 858
Кинематическая вязкость, мм2 /с, при 20°С 3,8 8,0 3,94 4,09 4,41 5,2 6,0
Коэффициент поверхностного натяжения, мН/м, при 20°С 27,1 30,7 Нет данных
Теплота сгорания низшая, МДж/кг 42,5 37,8 42,2 41,9 41,5 40,5 39,6
Цетановое число 45 48 Нет данных
Температура самовоспламенения, °С 250 230 Нет данных
Температура помутнения, °С -25 -13 Нет данных
Температура застывания, °С -35 -21 Нет данных
Количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг вещества, кг 14,3 12,6 14,2 14,1 14,0 13,6 13,3
Массовое содержание, %
С Н О 87,0 12,6 0,4 77,6 12,2 10,2 86.5 12.6 0,9 86,1 12,5 1,4 85,1 12,5 2,4 83,2 12,4 4,4 81,4 12,3 6,3
Общее массовое содержание серы, % 0,20 0,002 0,19 0,18 0,16 0,12 0,08
Коксуемость 10 %-ного остатка, % по массе 0,2 0,3 Нет данных
Ne, кВт 80 --
Рис. 1. Зависимость эффективной мощности , крутящего момента Ме, часового расхода топлива Ст, 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:
x
-2,0 -1,6 -1,2
а
280
lvle>
Н-м 360
320
2,4
сплошные кривые — ДТ; штриховые - смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ
-X - 9е ,
- г/кВт-ч
о -260
240
220
1000 1400 1800 2000 п, мин-
Ст = 12,30 и 12,68 кг/ч (рис. 1). Но при этом теплотворная способность смесевого биотоплива несколько ниже теплотворной способности ДТ. В результате эти два фактора компенсируют друг друга, и мощност-ные показатели дизеля (эффективная мощность Ие и крутящий момент Ме) изменяются незначительно. При переводе дизеля Д-245.12С с ДТ на смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 отмечен небольшой рост крутящего момента Ме с 306 до 308 Н-м, а на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1, напротив, его снижение с 351 до 349 Н-м. Такое незначительное изменение мощностных показателей не требует изменения исходных регулировок дизеля.
В связи с наличием в молекулах МЭРМ атомов кислорода его низшая теплота сгорания оказывается несколько меньше низшей теплоты сгорания ДТ. Поэтому при работе дизеля на смеси 80% ДТ и 20% МЭРМ отмечено некоторое увеличение удельного эффективного расхода топлива де. При переводе дизеля Д-245.12С с ДТ на смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 расход топлива де вырос с 249,2 до 255,3 г/(кВт-ч), а на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 — с 223,2 до 230,6 г/(кВт-ч).
Наличие в молекулах МЭРМ атомов кислорода благоприятно сказывается на дымности ОГ Кх (выбросе сажи), которая при использовании смесевого биотоплива снижается во всем диапазоне исследованных скоростных режимов внешней скоростной характеристики. При переводе дизеля с ДТ на смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ на режиме
максимальной мощности при п = 2400 мин-1 дымность ОГ снизилась с 18 до 11 % по шкале Хартриджа, на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 - с 21 до 13%, а на режиме внешней скоростной характеристики при п = 1080 мин-1 — с 36 до 25 % (см. рис. 1).
Результаты испытаний дизеля Д-245.12С на режимах 13-сту-пенчатого цикла приведены на рис.2, 3. Приведенные на рис.2 характеристики часового расхода топлива Ст свидетельствуют о том, что замена ДТ смесевым биотопливом приводит к небольшому увеличению Ст практически на всех
Рис. 2. Зависимость часового расхода топлива Ст от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения п и крутящего момента Ме) дизеля Д-245.12С при использовании различных топлив (обозначения кривых
— см. рис. 1)
исследованных нагрузочных режимах. Так, при переводе дизеля с ДТ на смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ лишь на режиме холостого хода при минимальной частоте вращения п = 875 мин-1 расход топлива Ст практически не изменился и составил около 0,8 кг/ч, на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 он увеличился с 12,30 до 12,57 кг/ч, а на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 — с 18,94 до 19,34 кг/ч.
При переводе дизеля Д-245.12С с ДТ на смесь 80% ДТ и 20% МЭРМ объемная концентрация в ОГ снижается на большин-
стве режимов 13-ступенчатого цикла (рис.3,а). На режиме холостого хода при п = 875 мин-1 концентрация N0^ в ОГ снизилась с 0,0140 до 0,0100 %, на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 — с 0,0610 до 0,0600%, на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 — с 0,0550 до 0,0510%. Максимальная концентрация N0^ в ОГ (С^0х = 0,0725 %) отмечена при работе дизеля Д-245.12С на ДТ на режиме с частотой вращения п = 1500 мин-1 и нагрузкой Ме = 255 ... 260 Н-м. При работе дизеля на этом же режиме на смеси ДТ и МЭРМ содержание N0^ в ОГ снизилось до СШх = 0,0700 %.
Использование смесевого биотоплива благоприятно сказывается и на концентрации в ОГ оксида углерода СО (рис. 3, б). При переводе дизеля Д-245.12С с ДТ на смесь 80 % ДТ и 20 % МЭРМ на режиме холостого хода при п = 875 мин-1 ССО снизилась с 0,0330 до 0,0240%, на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1
— с 0,0480 до 0,0330%, на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 — с 0,0240 до 0,0165 %.
Рис.3. Зависимость объемной концентрации в ОГ оксидов азота С(а), монооксида углерода С^ (б) и углеводородов CCHx (в) от скоростного и нагрузочного режимов (частоты вращения п и крутящего момента М е) дизеля Д-245.12С при использовании различных топлив (обозначения — см. рис. 1)
В меньшей степени смесевое биотопливо влияет на концентрацию в ОГ углеводородов СНх (рис.3,в). Если на режиме холостого хода при п = 875 мин-1 перевод дизеля Д-245.12С с ДТ на смесь 80% ДТ и 20% МЭРМ привел к снижению ССНх с 0,0212 до 0,0205%, а на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин-1 — с 0,0140 до 0,0135%, то на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 содержание СНх в ОГ, напротив, возросло с 0,0110 до 0,0120%. Однако указанные изменения ССНх являются незначительными.
По представленным на рис. 3 данным о содержании в ОГ газообразных токсичных компонентов (КОх, СО, СНх) рассчитаны интегральные удельные массовые выбросы токсичных компонентов на режимах 13-ступенчатого испытательного цикла ЕСЕ Я49 [3]. При оценке токсичности сначала для каждого режима рассчитывались часовые массовые выбросы токсичных компонентов ОГ (Е^Ох, ЕСО, ЕСНх). Полученные значения вредных выбросов суммировались за весь цикл по
каждому компоненту (с учетом коэффициентов отражающих долю времени каждого режима) и затем делением на условную среднюю мощность дизеля за испытательный цикл определялись удельные выбросы вредных веществ по формулам
13 13 13 EENOxi Ki EECOi Ki EECHxi Ki eNOx = —¡3-; ecO = —¡з-; eoHx = —[3-,
£ NiKi £ NelKi $3 NelKi
i=1 i=1 i=1
где ENOxi, ECOi, ECHxi — массовые выбросы оксидов азота, монооксида углерода и несгоревших углеводородов на i-м режиме 13-ступенчатого цикла, г/ч; Nei — мощность двигателя на этом режиме, кВт; Ki — коэффициент, отражающий долю времени i-го режима. Значения удельного эффективного расхода топлива и эффективного КПД определялись по известным зависимостям
_ 1000Ст. _ 3600
ge = ; Ve = 77 ,
Ne Huge
где Hu — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Оценка эксплуатационного расхода топлива на режимах 13-ступенчатого цикла проведена по среднему (условному) удельному эффективному расходу топлива, который определялся с использованием зависимости [3] 13
У^ GTÍ Ki
i=1
деусл
13 '
^ NегКг
г=1
где Стг — часовой расход топлива на г-м режиме. Поскольку смесевые биотоплива имеют меньшую теплотворную способность, топливную экономичность дизеля при его работе на этих топливах целесообразно оценивать не удельным эффективным расходом топлива де, а эффективным КПД дизеля пе. Причем для интегральной оценки работы дизеля на режимах 13-ступенчатого цикла использован условный эффективный КПД, определяемый из соотношения
_ 3600
пе усл — 77 .
ни д е усл
Результаты расчетов по представленным формулам приведены в табл.3. Они подтверждают возможность заметного снижения дымно-сти ОГ Кх, а также удельных массовых выбросов оксидов азота (вк0х) и монооксида углерода (есо) при переводе исследуемого дизеля с ДТ на смесь 80% ДТ и 20% МЭРМ.
Показатели дизеля Д-245.12С, работающего на различных топливах
Показатели дизеля Объемная концентрация МЭРМ в смесевом биотопливе, %
0 5 10 20 40 60
Часовой расход топлива на режиме максимальной мощности &г 2400, кг/ч 19,13 19,45 19,76 19,76 20,02 20,43
Часовой расход топлива на режиме максимального крутящего момента От 1500, кг/ч 12,30 12,50 12,54 12,68 12,98 13,16
Крутящий момент на режиме максимальной мощности Ме 2400, Н-м 306 306 310 308 308 309
Крутящий момент на режиме максимального крутящего момента Ме 1500, Н-м 351 356 350 349 351 355
Дымность ОГ на режиме максимальной мощности Кх 2400, % 18,0 18,0 13,5 11,0 10,0 7,0
Дымность ОГ на режиме максимального крутящего момента Кх 1500, % 21,0 17,0 16,0 13,0 7,5 8,5
Удельный эффективный расход топлива на режиме максимальной мощности де 2400, г/(кВт-ч) 249,2 252,9 253,8 255,3 258,5 262,2
Удельный эффективный расход топлива на режиме максимального крутящего момента де 1500, г/(кВт-ч) 223,2 223,7 228,0 230,6 234,7 236,0
Эффективный КПД на режиме максимальной мощности г/е 2400 0,340 0,337 0,337 0,339 0,343 0,346
Эффективный КПД на режиме максимального крутящего момента Пе 1500 0,379 0,381 0,376 0,376 0,378 0,384
Условный удельный эффективный расход топлива на режимах 13-ступенчатого цикла деусл, г/(кВт^ч) 245,76 249,20 253,62 256,54 261,28 265,00
Условный эффективный КПД на режимах 13-ступенчатого цикла пеусл 0,345 0,342 0,338 0,338 0,339 0,342
Интегральный удельный выброс оксидов азота вкОх, г/(кВт^ч) 7,286 6,894 6,718 6,542 7,441 7,759
Интегральный удельный выброс монооксида углерода еСО, г/(кВт^ч) 2,834 2,234 2,199 2,096 2,021 1,932
Интегральный удельный выброс углеводородов еСНх, г/(кВт-ч) 0,713 0,626 0,658 0,727 0,692 0,681
Рис. 4. Зависимость часового расхода топлива Ст, эффективного крутящего момента Ме, коэффициента избытка воздуха а, удельного эффективного расхода топлива де, эффективного КПД двигателя пе и дымно-сти ОГ Кх от содержания МЭРМ в смесевом биотопливе СМЭРМ на режимах внешней скоростной характеристики:
сплошные и штриховые кривые — на режимах максимальных мощности и кру-
Приведенные на рис. 1-3 характеристики получены при сравнительных испытаниях дизеля Д-245.12С, работающего на ДТ и на смеси 80% ДТ и 20% МЭРМ. Но определенный интерес представляют аналогичные характеристики, полученные при использовании смесей с другим соотношением указанных компонентов. Такие характеристики определены при испытаниях дизеля Д-245.12С на смесях ДТ с МЭРМ с содержанием последнего в смеси 0, 5, 10, 20, 40 и 60% (указано объемное процентное содержание МЭРМ в смеси). Некоторые физико-химические свойства указанных смесей ранее приведены в табл. 2.
Результаты проведенных испытаний представлены на рис. 4, 5 и в табл.3. Увеличение содержания МЭРМ в смесевом биотопливе СМЭРМ от 0 до 60 % приводит к некоторому росту часового расхода топлива Ст, но из-за меньшей те-
тящего момента при п = 2400 мин 1 и п = 1500 мин-1 соответственно
плоты сгорания крутящий момент дизеля Ме при этом изменяется незначительно (см. рис. 4).
При повышении содержания МЭРМ в смесевом биотопливе СМЭРМ отмечен рост удельного эффективного расхода топлива де, вызванный меньшей теплотой сгорания МЭРМ. Однако при увеличении СМЭРМ в диапазоне от 0 до 20 % изменение эффективного КПД пе не превышало 1 %, что соотносится с точностью измерения расхода топлива (см. рис. 4). Дальнейший рост СМЭРМ (до 40 и 60 %) сопровождался увеличением пе, свидетельствующим о повышении эффективности сгорания таких смесевых топлив.
Увеличение концентрации МЭРМ в смесевом топливе СМэрм приводило к значительному снижению дымности ОГ Кх (см. рис. 4). Так, при росте СМЭРМ с 0 до 60% дымность Кх монотонно снижалась: на режиме максимальной мощности при п — 2400 мин-1 — примерно
eNOr; eco; еснх ? г/(кВт-ч)
1
\ 2
Э_^
- 5\
0
20
40 СМЭрм> %
Рис. 5. Зависимость удельных массовых выбросов оксидов азота (1), монооксида углерода есо (2) и несгоревших углеводородов еснх С?) от содержания МЭРМ в смесевом биотопливе СМЭРМ на режимах 13-ступенчатого испытательного цикла
в 2,6 раза (с 18 до 7% по шкале Хартри-джа), на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин-1 — в 2,5 раза (с 21 до 8,5 %), на режиме минимальной частоты вращения с п = 1080 мин-1 — в 2 раза (с 36 до 18%). Такое снижение дым-ности ОГ обусловлено наличием в составе МЭРМ атомов кислорода, участвующего в процессе окисления углеводородов топлива.
Использование смесевых топлив с исследуемыми составами компонентов оказывает заметное влияние на выбросы с ОГ N0^ и СО (см. рис. 5). При увеличении содержания МЭРМ СМЭРМ в смесевом топливе с 0 до 20% удельные массовые выбросы оксидов азота снизились с 7,286 до 6,542 г/(кВт-ч), т.е. на 10,2%, а при дальнейшем увеличении СМЭРМ до 40 и 60% отмечен некоторый рост до значений (соответственно до 7,441 и 7,759 г/(кВт-ч)),
превышающих эти выбросы при работе на ДТ (7,286 г/(кВт-ч)). Это объясняется повышением максимальных температур сгорания, вызванным указанным ростом эффективности сгорания смесевых топлив.
При увеличении содержания МЭРМ в смесевом топливе с 0 до 60% отмечено монотонное снижение еС0 с 2,834 до 1,932 г/(кВт-ч), т.е. почти в 1,5 раза (см. рис. 5).
Зависимость удельных массовых выбросов несгоревших углеводородов СНх от содержания МЭРМ в смесевом топливе имеет более сложный характер (см. рис. 5). При увеличении СМЭРМ с 0 до 5% удельный выброс еСНх уменьшился с 0,713 до 0,626 г/(кВт-ч), т.е. на 12,2%, а при дальнейшем увеличении СМЭРМ до 20% выброс еСНх возрос до 0,727 г/(кВт-ч), т.е. практически до исходного значения еСНх = 0,713 г/(кВт-ч). С ростом СМЭРМ до 40 и 60% выброс еСНх вновь несколько уменьшился до значений соответственно 0,692 и 0,681 г/(кВт-ч). Но в целом влияние содержания МЭРМ в смесевом топливе на выброс несгоревших углеводородов незначительно.
Выброс твердых частиц с ОГ при экспериментальных исследованиях дизеля Д-245.12С не определяли из-за отсутствия необходимой измерительной аппаратуры. Однако известно, что основным компонентом твердых частиц является сажа. Поэтому можно предположить, что отмеченное при испытаниях заметное снижение дымности ОГ Кх
(в 2,0-2,6 раза) при добавлении МЭРМ в ДТ позволит заметно сократить и выбросы твердых частиц с ОГ.
Проведенный комплекс экспериментальных исследований дизеля Д-245.12С показал возможность значительного улучшения показателей дизеля при его работе на смесях ДТ и МЭРМ. Даже незначительная добавка МЭРМ в дизельное топливо (5 или 10%) позволяет заметно улучшить показатели токсичности ОГ дизеля практически без внесения в его конструкцию каких-либо изменений. Поэтому с учетом регулярного ужесточения требований к токсичности ОГ автомобильных дизелей перспектива использования МЭРМ в качестве кислородсодержащей присадки к ДТ становится более чем реальной.
Статья подготовлена по результатам НИР, выполняемой в рамках реализации Федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы."
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новиков Л. А. Технологии снижения вредных выбросов тепловозов // Дви-гателестроение. - 1997. - № 1-2. - С. 49-51.
2. Льотко В., Л у к а н и н В. Н., Х а ч и я н А. С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. - М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000. -311 с.
3. Работа дизелей на нетрадиционных топливах: Учеб. пособ. / В.А. Марков, А.И. Гайворонский, Л.В. Грехов и др. - М.: Изд-во "Легион-Автодата", 2008. -464 с.
4. Д е в я н и н С. Н., М а р к о в В. А., С е м е н о в В. Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей. - М.: ИЦ ФГОУ ВПО "МГАУ им. В.П. Горячкина", 2008. - 340 с.
5. Z e h n prozent biokraftstoff fur alle // Verein Deutscher Ingenieure. VDI-Nachrichten. - 2005. - Jg. 59. - No. 47. -8 s.
6. B r a u n F. Biodiesel: Ein Nutzer Erzahlt // KFZ Anzeiger. - 1996. - Jg. 49. - No. 2.
- S. 12-15.
7. R o e k e r G. G. Rapsol-Methyl-Ester eignet sich als Ernanzung zu Dieselkraftstoff // Maschinenmarkt. - 1995. - Jg. 101. - No. 1/2. - S. 22-24.
8. Смайлис В., Сенчила В., Берейшене К. Моторные испытания РМЭ на высокооборотном дизеле воздушного охлаждения// Двигателестроение.
- 2005. - № 4. - С. 45-49.
Статья поступила в редакцию 18.12.2009
Владимир Анатольевич Марков родился в 1958г., окончил в 1981 г. МВТУ им. Н.Э. Баумана. Д-р техн. наук, профессор кафедры "Теплофизика" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор более 250 научных работ в области автоматического управления и регулирования двигателей внутреннего сгорания.
V.A. Markov (b. 1958) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1981. D. Sc. (Eng.), professor of "Thermal Physics" department of the Bauman Moscow State Technical University. Author of more than 250 publications in the field of automatic control and adjustment of internal combustion engines.
Алексей Юрьевич Шустер родился в 1984 г., окончил в 2007 г. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Аспирант кафедры "Теплофизика" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор 4 научных работ в области математического моделирования рабочих процессов дизелей и их адаптации к работе на альтернативных топливах.
A.Yu. Shuster (b. 1984) graduated from the Bauman Moscow State Technical University in 2007. Post-graduate of "Thermal Physics" department of the Bauman Moscow State Technical University. Author of 4 publications in the field of mathematical simulation of working processes of diesel and their adaptation to work on alternative fuels.
Сергей Николаевич Девянин родился в 1954 г., окончил в 1976 г. Московский автомобильно-дорожный институт (МАДИ). Д-р техн. наук, зав. кафедрой "Тракторы и автомобили" Московского государственного агроинженерного университета (МГАУ) им. В.П. Горячкина. Автор более 100 научных работ в области топливоподачи дизелей.
S.N. Devyanin (b. 1954) graduated from the Moscow Automobile and Road Institute in 1976. D. Sc. (Eng.), head of "Tractors and Automobiles" department of the Moscow State Rural Engineering University n.a. V.P. Goryachkin. Author of more than 100 publications in the field of fuel supply of diesels.
