CC BY
9
EVALUATION OF THE HARMFUL PROPERTIES OF A ENGINE RUNNING WITH DIESEL FUEL MADE FROM USED MOTOR OILS Jabiyev Yа.A. (Republic of Azerbaijan)
Jabiyev Yadigar Alikhan - Adjunct, MILITARY ACADEMY OF THE ARMED FORCES OF THE REPUBLIC OF AZERBAIJAN, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN
Abstract: the article is dedicated to motor experiments of diesel fuel that made from processed motor oils and metal-organic compound-based ferrosenyl dimethyl carbinol-containing nanocomposite solution added diesel fuel which help to raise the fuel combustion and fuel economy in the clyinder of the engine and reduce the emission of gas smoke and harmful substances (carbon oxide, soot, nitrogen oxides, hydrocarbons). The test experiments are conducted by the relevant methods of experiment on 2h 9,5/11 brand, two-cylinder, four-stroke diesel engine and as a result the load characteristics are fulfilled. For this reason nanocomposite solution added and non-additive standard diesel fuel both are used while experiments. The results obtained in the course of the experiments allow us to note a decrease in the opacity of the exhaust gases of an engine running on diesel fuel obtained from used motor oils and the content of harmful substances in it.
Keywords: diesel fuel made from processed motor oils, nanocomposite solution (additive), engine load characteristics, exhaust gases, harmful substances.
ОЦЕНКА ВРЕДНЫХ СВОЙСТВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ТОПЛИВЕ, ПОЛУЧЕННОМ НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ Джабиев Я.А. (Азербайджанская Республика)
Джабиев Ядигар Алихан оглы - адъюнкт, Военная Академия Вооруженных Сил Азербайджанской Республики, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: статья посвящена моторным испытаниям дизельного топлива, полученного из отработанных моторных масел и добавленного в его состав нанокомпозитного раствора (присадки) на основе металлоорганического соединения ферросенилдиметилкарбинола, обеспечивающего тем самым полноту сгорания топлива в цилиндрах двигателя и повышение экономичности топлива, а также дымность выхлопных газов и снижение выбросов вредных веществ (окись углерода, сажу, оксиды азота, углеводороды). Испытания проводятся на двухцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе марки 2Ч 9,5/11 в соответствии с методикой испытаний и снимается нагрузочная характеристика. Результаты, полученные в ходе экспериментов, позволяют отметить снижение дымности выхлопных газов двигателя, работающего на дизельном топливе, полученном из отработанных моторных масел, и содержания в нем вредных веществ.
Ключевые слова: дизельное топливо, полученное из отработанных моторных масел; нанокомпозитный раствор (присадка), нагрузочная характеристика двигателя, выхлопные газы, вредные вещества.
Введение. Одними из важнейших показателей двигателя внутреннего сгорания являются экологические показатели, требования к которым постоянно ужесточаются. Повысить экологические показатели дизельного двигателя возможно использованием присадок. Использование антидымных присадок позволяет снизить вредные выбросы за счет более полного сгорания топлива. Последнее время представляет интерес использование неорганических соединений переходных металлов (Fe, Mn) в качестве антидымных добавок [1; 2; 3; 4].
В ходе проведенных исследований из этих масел путем применения соответствующего технологического процесса было получено дизельное топливо. Физико-химические свойства, в том числе групповой состав углеводородов и низкой теплоты сгорания получаемого дизельного топлива в лабораторных условиях изучались путем исследования. Результаты проведенных лабораторных анализов показали, что дизельное топливо соответствует требованиям государственного стандарта ГОСТ 305-82.
В качестве продолжения исследовательской работы актуальным считалось проведение моторных испытаний и изучение влияния этого топлива на рабочий цикл двигателя. Стендовые испытания проводились на экспериментальном стенде, где был установлен двухцилиндровый, четырехтактный, дизельный двигатель марки 2Ч 9,5/11.
На испытаниях была снята нагрузочная характеристика двигателя и установлены его основные показатели при работе с частотой вращения коленчатого вала n=1500 мин-1, в режиме номинальной нагрузки Ne=10,25 кВт и при среднем эффективном давлении Pe= 0...0,56.
Испытания проводились на СДТ без присадок и дизельном топливе, полученном из отработанных моторных масел (ДТОММ) и содержащем нанокомпозитный раствор (НКР).
При работе двигателя с каждым из этих видов топлива кроме рабочего цикла двигателя 2Ч9,5/11, также изучались экологические показатели. Для этого измерялась дымность выхлопных газов, в том числе выбросы вредных веществ (СО, СН, NОx, сажа).
Основным источником вредных веществ двигателей внутреннего сгорания считаются выхлопные газы. Это газообразные смеси с различными физико-химическими свойствами, состоящие из полностью сгоревших и негорючих веществ топлива, подаваемого в выхлопную систему из цилиндров двигателя. Основными нормализованными компонентами выхлопных газов двигателя являются оксиды азота, оксиды углерода и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу выбрасываются также насыщенные и ненасыщенные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты [5, с. 81; 6, с. 113; 7, с. 168].
В ходе испытательных экспериментов дымность выхлопных газов была оценена в соответствии с требованиями государственного стандарта ГОСТ Р 51250-99. Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания и устанавливает нормы дымности отработавших газов, измеряемые оптическим или фильтрационным методом при стендовых испытаниях новых, а также капитально отремонтированных дизельных двигателей. По стандарту дымность двигателя не должна превышать 55% [8, с. 2].
Для измерения и оценки дымности двигателя, работающего на исследуемом ДТОММ, использовалось прибор типа ИД-1. Дымность определяют методом фильтрации. Суть метода заключается в измерении степени его потемнения после выхода определенного количества отработавших газов из фильтра. Поверхность фильтра темнеет, окрашиваясь всеми компонентами разложившейся фазы выхлопных газов. Затемнение фильтра оценивают по степени изменения показателя отражения по сравнению с чистым фильтром и измеряют оптико-электрическим рефлектометром. Для направления отработавших газов установка подключают к выпускному коллектору. Замеры производились с помощью бумажных фильтров диаметром 110 мм.
Для измерения выбросов вредных веществ, выбрасываемых выхлопными газами, использовался портативный газоанализатор "Мета Автотест". Прибор предназначен для контроля значений концентраций СО, СН, МОх и сажи отработавших газов дизелей автотракторной техники с целью оценки качества работы их систем выпуска, питания топливом и смазки.
Токсические характеристики выхлопных газов исследуемых ДТОММ изучалось при работе двигателя 2Ч 9,5/11 с частотой вращения коленчатого вала «=1500 мин-1 и при среднем эффективном давлении Ре=0...0,56 МПа. Для этого двигатель работала как с ДТОММ добавлением нанокомпозитного раствора (присадки), так и с СДТ без присадок.
Токсические показатели, полученные из сравнения значения основных параметров двигателя при его работе на обоих видах топлива, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Токсические показатели, полученные из сравнения значения основных параметров двигателя при его
работе на обоих видах топлива
№ п/п Измеряемые параметры Значение
ДТОММ СДТ
1. Дымность выхлопных газов (Д), % 15-25 30-40
2. Выбросы вредных веществ, ррт:
- оксид углерода (СО) 452 702
- углеводороды (СН) 14 32
- оксиды азота (ЫОх) 1115 1310
- сажа 16 31
Как показано на кривых в графиках 1, 2, 3 4 количество выбросов вредных веществ в выхлопных газах по сравнению с СДТ при работе двигателя с ДТОММ снижается. При сравнении результатов, полученных в ходе испытаний, видно, количество выбросов вредных веществ в выхлопных газах по сравнению с СДТ при работе двигателя с ДТОММ снижено на: СО - 250 ррт, МОх - 195 ррт, СН - 18 ррт, сажа - 15%.
Рис. 1. График. Зависимость концентрации оксида углерода (СО) в отработавших газах от изменения среднего эффективного давления (Ре) при работе двигателя 2Ч9,5/11 с ДТОММ и СДТ с частоты вращения коленчатого вала п=1500 мин'1
Рис. 2. График. Зависимость концентрации углеводородов (СН) в отработавших газах от изменения среднего эффективного давления (Ре) при
работе двигателя 2Ч9,5/11 с ДТОММ и СДТ с частоты вращения коленчатого вала п=1500 мин'1
Рис. 3. График. Зависимость концентрации оксида азота (ЫОх) в отработавших газах от изменения среднего эффективного давления (Ре) при работе двигателя 2Ч9,5/11 с ДТОММ и СДТ с частоты вращения коленчатого вала п=1500 мин'1
Рис. 4. График. Зависимость концентрации сажи в
отработавших газах от изменения среднего эффективного давления (Ре) при работе двигателя
2Ч 9,5/11 с ДТОММ и СДТ с частоты вращения коленчатого вала п=1500 мин'1
Что касается дымности выхлопных газов, то при работе двигателя с ДТОММ количество дымности составило: 15-25%, при работе с СДТ 30-40%. Сравнительный анализ показывает, что при работе двигателя с ДТОММ дымность снизилась на 15% по сравнению с нормой и на 30% (то есть два раза) по сравнению с СДТ.
Снижение дымности выхлопных газов и выбросов вредных веществ (окись углерода, оксиды азота, общие углеводороды, сажа) при работе двигателя с ДТОММ объясняется в основном влиянием следующих факторов. Так, при добавлении в топливо НКР обеспечивается полное сгорание дисперсных (распыленных) жидких частиц топлива. При разложении структуры ферросенилдиметилкарбонола, являющейся основой НКР, процесс горения регулируется за счет образования каталитически активных частиц, что приводит к дополнительному разветвлению цепных реакций горения и окислению молекул топлива атомарным кислородом. Также НКР увеличивает скорость дожигания частиц углерода, образующихся при неполном сгорании топлива в диффузном пламени, действуя как катализатор их окисления, понижая температуру их вспышки. При этом он значительно уменьшает высоту некоптящего
пламени топлив. В результате уменьшается количество сажи или размер твердых частиц, что облегчает горение.
С другой стороны, известно, что одной из важных характеристик дизельных топлив является содержание в них ароматических соединений. Уровень выбросов в атмосферу выхлопных газов при сгорании дизельного топлива в значительной степени определяется количеством ароматических углеводородов. Поскольку ароматические соединения в топливе обладают высокой токсичностью, они ухудшают экологические и технологические свойства топлива: повышается склонность к образованию сажи, увеличивается выброс твердых частиц в атмосферу и т.д. В то же время высокая массовая доля ароматических соединений также увеличивает дымность выхлопных газов. Количество ароматических соединений в дизельных фракциях зависит как от его происхождения, так и от состава исходной нефти, а оно может достигать 70-80%. Большинство из них содержится в легком газойле каталитического крекинга, который считается одним из основных компонентов при приготовлении дизельного топлива. Так как основа ДТОММ отработанные моторные масла, то и ароматических соединений в нем достаточно мало (в ОММ - 8,1). А это, в свою очередь, свидетельствует о низкой дымности выхлопных газов и содержании вредных веществ.
Кроме того, фракционный состав дизельного топлива также определяет полноту сгорания, дымность и вредность его выхлопных газов. Так, более легкий фракционный состав исследуемого ДТОММ и более высокое соотношение водорода (в легких фракциях) к углероду приводят к снижению дымности и вредности выхлопных газов.
Совместный эффект всех этих факторов заключается в понижении образования дымности и в более полном сгорании топлива.
Заключение. Таким образом, сравнительный анализ результатов, полученных при моторных испытаниях двигателя 2Ч 9,5/11, показал, что при ДТОММ снижаются количество выбросы отработавших газов двигателя и вредных веществ в них по сравнению с СДТ. Все это показало перспективность использования ДТОММ в военной технике с дизельными двигателями в особых условиях.
Список литературы /References
1. Егоркина Ю.Б. Разработка технологического процесса получения многофункциональной присадки «КМ», улучшающей качество дизельных топлив до европейского уровня: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2012. 25 c.
2. Боков К. С. Повышение экологической безопасности при механизации технологических процессов в агропромышленном комплексе: Дисс. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2014. 214 c.
3. Suleimanov, G.Z. The synthesis of ferrocene, cymantrene and their various carbonyl derivatives, comparative analysis of smoke reducing properties of these compounds / Gulmammad Suleimanov, Aygun Rustamova, Yadigar Jabiyev [et al.] // international Journal of Innovation in Science and Mathematics. India, 2020. № 8 (1). Р. 1-11.
4. Guliyeva, E.A. Synthesis of cyclocarbinol and cyclocarbinolate derivatives of cymantrene and their anti-smoke effectiveness for diesel fuels / Esmira Guliyeva, Zaur Gurbanov, Yadigar Jabiyev [et al.] // Periodico tche quimica journal. Brasil, 2019. №16 (31). Р. 147-155.
5. Байбарин В.А., Божко А.В. Влияние отработавших газов двигателей МЭС на экологию и их состав // Вестник аграрной науки Дона, 2014. № 4 (28). С. 81-86.
6. Левтеров А.М., Левтерова Л.И., Гладкова Н.Ю. Образование монооксида азота и исследование влияния на его эмиссию регулируемых параметров двигателя и вида используемого топлива // Двигатели внутреннего сгорания, 2010. № 2. С. 113-117.
7. Стуканов В.А. Козлов А.Т., Томилов А.А. Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды крупного промышленного города // Вестник Воронежского государственного университета, 2012. № 1. С. 168-175.
8. ГОСТ Р 51250-99. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения. М:. Госстандарт России, 1999. 19 с.
