CC BY
24
УДК 621.436
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ НА СУРЕПНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
В РЕЖИМЕ ХОЛОСТОГО ХОДА
Е. А. Сидоров, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина», e-mail: [email protected] А. П. Уханов, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», e-mail: [email protected]
Наиболее неблагоприятным режимом работы дизеля является самостоятельный режим холостого хода, который характеризуется неполнотой процесса сгорания, непроизводительным расходом топлива и повышенными выбросами вредных веществ в атмосферу.
Для оценки целесообразности использования сурепного масла (СурМ) в качестве биологического компонента дизельного смесевого топлива (ДСТ) проведены экспериментальные исследования тракторного дизеля Д-243 в режиме холостого хода и определена степень влияния различного состава сурепно-минерального топлива на его показатели. За показатели дизеля приняты коэффициент избытка воздуха, коэффициент наполнения, максимальное давление цикла, часовой расход топлива, дымность и содержание оксида углерода в отработавших газах. Установлено, что оценочные показатели рабочего процесса дизеля при работе на смесевом топливе несколько ниже, чем при работе двигателя на минеральном дизельном топливе (ДТ). Наилучшие экологические показатели наблюдаются при работе на ДСТ 50 %СурМ+50 %ДТ. Обработка ДСТ ультразвуком уменьшает часовой расход топлива, дымность и содержание оксида углерода в отработавших газах по отношению к неозвученному смесевому топливу.
Ключевые слова: дизель, холостой ход, сурепное масло, минеральное дизельное топливо, дизельное смесевое топливо, сурепно-минеральное топливо.
Введение.
В настоящее время всё более широкое распространение получают альтернативные виды топлива. Наиболее перспективным для дизелей автотракторной техники является дизельное смесевое топливо (ДСТ), получаемое смешиванием минерального дизельного топлива (ДТ) и растительного масла [1-6]. В качестве биологического компонента для производства ДСТ наиболее изучено и широко внедрено в производство рапсовое масло. Технология получения этого масла хорошо отлажена, однако агротехника возделывания рапса достаточно сложна и затратна [7,8]. Поэтому в качестве альтернативы рапсовому маслу может служить сурепное масло (СурМ) [9-11]. Для использования ДСТ, биокомпонентом которого является СурМ, необходимо оценить работу дизеля на таком виде моторного топлива и, прежде всего, на самостоятельном режиме холостого хода (РХХ). Это связано с тем, что при остановках и стоянках автотракторной техники с не выключенным двигателем последний работает на малых оборотах самостоятельного РХХ, который из-за пониженных цикловых подач топлива и некачественного смесеобразования характеризуется ухудшенным протеканием рабочего
процесса в цилиндрах. Внешними признаками этого безнагрузочного режима являются неустойчивая работа двигателя, непроизводительный расход топлива и повышенное содержание вредных веществ в отработавших газах. В зависимости от вида выполняемой с.-х. работы доля времени автотракторной техники на этом режиме составляет 5-30 % фонда рабочего времени, что приводит к сжиганию топлива «впустую», не производя полезной работы.
Поэтому целью исследований является оценка влияния состава сурепно-минераль-ного топлива на показатели дизеля в режиме холостого хода.
Методика исследований.
Исследования осуществлялись на экспериментальной установке, в состав которой входили дизель Д-243 (в комплектации с топливным насосом высокого давления 4УТНМ и форсунками ФД-22) с системой отвода отработавших газов, динамометрическая машина КБ-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами, измерительно-регистрирующий комплекс и система подачи ДСТ.
Исследования проводились при работе дизеля на минеральном ДТ марки Л-0,2-62 и ДСТ следующих составов: 25 %оСурМ +
Нива Поволжья № 3 (28) 2013 101
Рис. 1. Изменение показателей рабочего процесса дизеля в режиме холостого хода в зависимости от состава ДСТ: 1) 100 %ДТ;
2) 25 %СурМ + 75 %ДТ; 3) 50 % СурМ + 50 %ДТ;
4) 75 % СурМ + 25 %ДТ, 5) 90 % СурМ + 10 %ДТ;
-неозвученное ДСТ;
— —озвученное ДСТ
75 % ДТ; 50 %СурМ + 50 %ДТ; 75 %СурМ + 25 %ДТ; 90 %СурМ + 10 %ДТ.
Для оценки влияния ультразвуковой обработки ДСТ на показатели дизеля [12, 13], смесевое топливо 90 %СурМ + 10 %ДТ подвергалось обработке ультразвуковым низкочастотным излучениям (УЗ) дисперга-тором УЗДН-2Т с магнитострикционными излучателями на 44 кГц в течение 50 мин.
За оценочные показатели дизеля приняты максимальное давление цикла (Р2), коэффициент избытка воздуха (а), коэффициент наполнения (г|у), часовой расход топлива (Ст), дымность (Д) и содержание оксида углерода (СО) в отработавших газах [14,15].
Результаты исследований показывают (см. рис.1 и 2), что при работе дизеля на минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала холостого хода 800 мин-1 на всех видах ДСТ максимальное давление цикла остается постоянным и составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на сме-севом топливе 90 % СурМ + 10 % ДТ коэффициент избытка воздуха уменьшается на 22,3 % (с 7,187 до 5,542) при практически постоянном коэффициенте наполнения, равном 0,87, часовой расход топлива увеличивается на 45,5 % (с 1,1 кг/ч до 1,6 кг/ч) по сравнению с работой на минеральном ДТ. После обработки смесевого топли-
Рис. 2. Изменение топливных и экологических показателей дизеля в режиме холостого
хода в зависимости от состава ДСТ: 1) 100 %ДТ; 2) 25 %СурМ + 75 %ДТ; 3) 50 % СурМ + 50 %ДТ; 4) 75 % СурМ + 25 %ДТ;
5) 90 % СурМ + 10 %ДТ;-неозвученное
ДСТ; — —озвученное ДСТ
ва 90 % СурМ + 10 % ДТ ультразвуком показатели дизеля несколько улучшились: коэффициент избытка воздуха уменьшился на 19,1 % (с 7,187 до 5,812), часовой расход топлива возрос на 36,4 % (с 1,1 кг/ч до 1,5 кг/ч).
При увеличении содержания сурепного масла в ДСТ до 50 % происходит снижение дымности отработавших газов и содержания оксида углерода. Так, при работе дизеля на смесевом топливе 50 % СурМ + 50 % ДТ дымность отработавших газов снижается на 60 % (с 10 до 4 %), а содержание оксида углерода - на 25 % (с 0,16 до 0,12 %) по сравнению с работой на ДТ. При дальнейшем увеличении содержания сурепного масла (от 50 до 90 %) в ДСТ дымность отработавших газов увеличивается на 30 % (с 10 до 13 %), содержание оксида углерода - на 31,3 % (с 0,16 до 0,21 %). После обработки смесевого топлива 90 % СурМ + 10 % ДТ ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается всего на 20 % (с 10 до 12 %), содержание оксида углерода - на 18,8 % (с 0,16 до 0,19 %) по сравнению с работой на минеральном ДТ.
Выводы.
1. При работе тракторного дизеля с камерой сгорания ЦНИДИ на всех исследованных составах сурепно-минерального топлива происходит некоторое ухудшение
показателей рабочего процесса и топливной экономичности по сравнению с работой на минеральном ДТ.
2. Наилучшие экологические показатели наблюдаются при работе дизеля на смесевом топливе 50 %СурМ+50 %ДТ.
3. Обработка сурепно-минерального топлива ультразвуком способствует качественному перемешиванию минерального и растительного компонентов ДСТ и, как следствие, улучшению топливно-экономических и экологических показателей дизеля.
Литература
1. ГОСТ Р 52808-2007 Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2008. - 25 с.
2. Федоренко, В.Ф. Состояние и развитие производства биотоплива: науч.- аналит. обзор / В. Ф. Федоренко, Ю. Л. Колчинский, Е. П. Шилова. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 130 с.
3. Результаты испытаний и перспективы эксплуатации дизелей на биотопливе /
B. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, С. А. Нагорнов, А. П. Зазуля. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 136 с.
4. Tickell, Joshua. From the fryer to the fuel tank. The complete guide to using vegetable oil as an alternative fuel / Joshua Tickell // Media Productions. - New Orleans, Louisiana, 2003. - 162 p.
5. Pahl, Greg. Biodiesel: growing a new energy economy. Chelsea Green Publishing Company, White River Junction, Vermont, 2005. - 281 р.
6. Pahl, Greg. Biodiesel: Growing a New Energy Economy. Chelsea Green, 2d ed., 2010, - 298 p.
7. Девянин, С. Н. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей /
C. Н. Девянин, В. А. Марков, В. Г. Семенов. - М.: Изд-во МГАУ им. В. П. Горячкина, 2007. - 400 с.
8. Савельев, Г. С. Производство и использование биодизельного топлива из рапса: монография / Г. С. Савельев. - М.: ГНУ ВИМ, 2007. - 96 с.
9. Ерыганов, М. М. Сурепное масло - перспективный биологический компонент к дизельному смесевому топливу/ М. М. Ерыганов, В. В. Крюков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. -Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 274-275.
10. Уханов, А. П. Дизельное смесевое топливо: монография / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, Д. С. Шеменев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - 147 с.
11. Сидоров, Е. А. Оценка жирнокислотного состава сурепно-минерального топлива// Материалы IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». - Ульяновск: УГСХА им. П. А. Столыпина, 2012, т. II - С.159-166.
12. Экспериментальная оценка влияния смесевого топлива на показатели рабочего процесса дизеля / А. П. Уханов, Е. А. Сидоров, Л. И. Сидорова, Е. Д. Година // Известия Самарской ГСХА. -2012. - № 3. - С. 33-38.
13. Сидоров, Е. А.Экспериментальная оценка влияния сурепно-минерального топлива на показатели рабочего процесса дизеля / Е. А. Сидоров, А. П. Уханов // Нива Поволжья. - 2012. -№ 4(25). - С.71-74.
14. Николаенко, А. В. Теория, конструкция и расчёт автотракторных двигателей / А. В. Нико-лаенко. - М.: Колос, 1992. - 414 с.
15. Николаенко, А. В. Определение показателей рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания по индикаторным диаграммам с применением ЭВМ / А. В. Николаенко, Е. П. Павлов, С. И. Чермидов. - Л.: ЛОТКЗСХИ, 1982. - 22 с.
UDK 621.436
PECULIARITIES OF ENGINE OPERATION ON COLESEED-MINERAL FUEL
IN THE MODE OF IDLING
Ye. A. Sidorov, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HPT «Ulyanovsk SAA in the name of P. A. Stolypin», Russia, t. 89278204559, e-mail: [email protected]
A. P. Ukhanov, doctor of technical sciences, professor
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, t. 8(8412) 62-85-17. e-mail: [email protected]
The most unfavourable operating mode of the diesel is the independent mode of idling which is characterized by incompleteness of the combustion process, unproductive fuel consumption and the increased emissions of harmful substances to the atmosphere.
Нива Поволжья № 3 (28) 2013 103
The article deals with an assessment of feasibility of using coleseed oil (ColesOil) as a biological component of diesel mixed fuel. The experimental tests of tractor diesel D-243 in an idling mode were conducted and the degree of influence of various composition of coleseed-mineral fuel on its characteristics was defined. The coefficient of excess of air, filling coefficient, the maximum pressure of a cycle, hourly consumption of fuel were taken for estimated indicators of the diesel, and also such ecological an indicator as smokiness and the content of oxide of carbon in the fulfilled gases were concidered. It is established that estimated indicators of working process of the diesel during the work on mixed fuel are slightly lower, than those during the operation of the engine on the mineral diesel fuel (DF). The best ecological indicators are observed during the operation on MDF 50 %ColesOil+50 %DF. Processing DMF with ultrasound reduces fuel consumption per hour, smokiness and the content of oxide of carbon in the fulfilled gases in relation to not sounded mixed fuel.
Keywords: diesel, idling, coleseed oil, mineral diesel fuel, diesel mixed fuel, coleseed - mineral fuels.
References:
1. GOST R 52808-2007 Nontraditional Technologies. Energetics biowaste. Terms and definitions. -Moscow: Standartinform, 2008. - 25 p.
2. Fedorenko, V. F. The state and development of bio fuel production: Scientific-analytic rewiew / V. F. Fedorenko, Y. L. Kolchinsky, Y. P. Shilova. - M.: FSSU «Rosinformagroteh». - 2007. - 130 p.
3. The test results and the prospects of operation of diesel on bio-fuel / V. F. Fedorenko, D. S. Buklagin, S. A. Nagornov, A. P. Zazulya. - Moscow: FSSU «Rosinformagroteh», 2008. - 136 p.
4. Tickell, Joshua. From the fryer to the fuel tank. The complete guide to using vegetable oil as an alternative fuel / Joshua Tickell // Media Productions. - New Orleans, Louisiana, 2003. - 162 p.
5. Pahl, Greg. Biodiesel: growing a new energy economy. Chelsea Green Publishing Company, White River Junction, Vermont, 2005. - 281 p.
6. Pahl, Greg. Biodiesel: Growing a New Energy Economy. Chelsea Green, 2d ed., 2010, - 298 p.
7. Devyanin, S. N. Vegetable oils and fuels on their base for diesel engines / S. N. Devyanin, V. A. Markov, V. G. Semyonov. - M.: Publishing edition in the name of V. P. Goryachkin, 2007. - 400 p.
8. Savelyev, G. S. The production and use of biodiesel from rapeseed: monograph / G. S. Savelyev. - Moscow: SSI WIM, 2007. - 96 p.
9. Eryganov, M. M. Coleseed oil - a perspective biological component to diesel mixed fuel / M. M. Eryganov, V. V. Kryukov // Innovative ideas of young researchers for agrarian and industrial complex of Russia: collection of materials of the All-Russian scientific and practical conference. - Volume 1. - Penza: EPD PSAA, 2011. - P. 274-275.
10. Ukhanov, A. P. Diesel mixed fuel: monograph / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, D. S. Shemenev. - Penza: EPD «PSAA», 2012. - 147 p.
11. Sidorov, Ye. A. Assessment of fatty acid composition of coleseed -mineral fuels. Materials of IV International scientific-practical conference «Agricultural science and education at the present stage of development: experience, problems and solutions» / - Ulyanovsk SAA in the name of P. A. Stolypin, 2012, vol. II - P.159-166.
12. Experimental evaluation of the influence of mixed fuel on the performance of the working process of a diesel / A. P. Ukhanov, E. A. Sidorov, L. I. Sidorova, E. D. Godina // Vestnik of Samara SAA. -2012. - № 3. - P.33-38.
13. Sidorov, Ye. A. Experimental evaluation of the influence of coleseed -mineral fuels on the performance of the working process of a diesel / Ye. A. Sidorov, A. P. Ukhanov // Niva Povolzhya. - 2012.
- No. 4(25). - P. 71-74.
14. Nikolaenko, A. V. The theory, design and calculation of autotractor engines / A. V. Nikolaenko.
- 2nd ed., Rev. and add. - M.: Kolos, 1992. - 414 p.
15. Nikolaenko, A. V. Defining indicators working cycle internal combustion engine for the indicator diagrams by computer / A. V. Nikolaenko, E. P. Pavlov, S. I. Chermidov. - L.: LOTKZSKHI, 1982.
- 22 p.
