CC BY
32Работа дизелей на многокомпонентных водотопливных эмульсиях
I
B.А. Марков, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н.,
C.Н. Девянин, профессор, зав. кафедрой МГАУ им. В.П. Горячкина, д.т.н., В.А. Шумовский, аспирант МГТУ им. Н.Э. Баумана
Рассмотрены возможные пути использования рапсового масла в качестве топлива для дизелей. Проведены экспериментальные исследования работы дизеля Д-245.12С на многокомпонентных топливных эмульсиях различного состава. Показана возможность улучшения показателей токсичности отработавших газов при использовании многокомпонентных эмульсий в качестве топлива для автомобильных дизелей.
__Ключевые слова:
дизельный двигатель, дизельное топливо, водотопливная эмульсия, рапсовое масло, многокомпонентная эмульсия.
последние годы в качестве реальной альтернативы нефтяным дизельным топли-вам рассматриваются топлива, получаемые из различных растительных масел: подсолнечного, рапсового, хлопкового, соевого, льняного, пальмового, арахисового, сурепного и некоторых других. Объем производства растительных масел в мире к 2000 г. достиг уровня 80 млн т/год, а к 2020 г. по прогнозам он составит уже около 220 млн т [1, 2].
Применительно к условиям европейской части России одной из наиболее перспективных масличных культур является рапс. С одного гектара пахотных земель можно получить около 3 т рапсового масла (РМ), стоимость которого соизмерима с ценой нефтяного дизельного топлива. Причем рапсовое масло как топливо для дизельных двигателей можно произвести не только методом
прессования (отжим), но и экстрагированием [2, 3]. Экстрагирование растительных масел проводят в специальных аппаратах при температуре 50...55 °С растворителем (бензин, гексан или этанол). Эта технология может применяться уже после прямого отжима, что позволяет достичь наиболее полного извлечения масла из маслосемян.
Получаемое при той или иной технологии переработки рапсовое масло может быть использовано как самостоятельное топливо для дизелей, в смесях различного состава со стандартным дизельным топливом (ДТ) или переработано в метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ). Возможно получение и более сложных эфиров - этилового и бутилового, но они дороже по сравнению с МЭРМ. Все перечисленные эфи-ры, в свою очередь, применяются как самостоятельное биотопливо или как
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
смесевое (в смеси с дизельным топливом).
В качестве примера можно привести направления реализации биотоплива в Германии, где ежемесячно около 80 тыс. т РМ используется как прямой заменитель моторного топлива. И это без учета еще более значительных объемов потребления рапсового масла отраслью для производства МЭРМ. 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) [2].
2,5 ■ - 1 ■ - 2 □ - 3 и - 4 и - 5
0,328 -0,172
0,900
,0,090 1,0
1,010 0,950 0,520
,0,050
Биодизель растительное масло | Биоэтанол
Рис. 1. Объемы и направления реализации биотоплива в Германии, млн т: 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
Еще одним направлением использования рапсового масла как моторного топлива является его эмульгирование с водой или другими альтернативными топливами (спирты, эфиры и др.). Применение указанных эмульсий позволяет решить ряд проблем, возникаю-
щих при работе дизельных двигателей на растительных маслах и их производных. В частности, эмульгирование растительных масел водой является эффективным средством улучшения качества распыли-вания топлива и смесеобразования. При впрыскивании такого топлива в камеру сгорания дизеля и его нагреве легко-кипящие частицы воды взрывоподобно превращаются в пар, подвергая окружающие их частицы топлива дополнительному дроблению и турбулентному перемешиванию за счет выбросов паров воды из капель топлива. Поэтому время существования капелек эмульгированного топлива сокращается по сравнению с существованием капелек чистого ДТ, что уменьшает продолжительность процесса смесеобразования и улучшает его качество. Вследствие этого отмечается уменьшение дымности отработавших газов (ОГ). Другим положительным эффектом, возникающим при использовании эмульгированных топлив, является возможность снижения выбросов с ОГ наиболее значимого токсичного компонента - оксидов азота N0^. Это объясняется тем, что впрыскивание в камеру сгорания дизеля водотоплив-ных эмульсий позволяет снизить температуру конца сжатия, среднюю и максимальную температуры цикла, что благоприятно сказывается на эмиссии N0^ .
Следует также отметить, что при работе дизельных двигателей на растительных маслах и их производных отмечается повышенное закоксовывание распылителей форсунок [2, 4]. Эффективным путем решения этой проблемы является использование эмульгированных топлив. Вода, содержащаяся в водото-пливных эмульсиях, способствует очищению распыливающих отверстий форсунок от коксовых отложений.
Применяемые в дизелях эмульгированные топлива обычно представляют собой эмульсии нефтяного дизельного топлива и воды. Также в качестве топлива для дизелей могут использоваться
0
и многокомпонентные эмульсии, содержащие, кроме воды и дизельного топлива, ряд других компонентов, например, растительные масла, эфиры растительных масел и спирты [5-7].
При создании многокомпонентных эмульсий появляется больше возможностей для получения топлива с необходимыми свойствами. В результате можно значительно улучшить показатели дизеля, работающего на этих топливах. Для оценки возможности улучшения экологических показателей современного отечественного транспортного дизельного двигателя проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5), выпускаемого Минским моторным заводом. В этом дизеле с камерой сгорания типа ЦНИДИ реализуется объемно-пленочное смесеобразование. Двигатель был оснащен топливной системой, которая включала ТНВД фирмы Мо1югра1 (Чехия) типа РР4М10ШГ с диаметром плунжеров й =10 мм и их полным ходом к =10 мм,
пл ^ пл
топливопроводы высокого давления с внутренним диаметром 2,0 мм и длиной !т=540 мм, а также форсунки ФДМ-22 производства АО «Куроаппа-ратура» (г. Вильнюс, Литва), которые были отрегулированы на давление начала впрыскивания рф0=21,5 МПа. Суммарная эффективная площадь распылителей составляла ц =0,25 мм2. 'р-'р
Целью исследований являлась оценка показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизеля при его работе на многокомпонентных эмульгированных топливах различного состава. Дизель типа Д-245.12С испытывал-ся на чистом ДТ и на многокомпонентных эмульсиях. При этом исследовано два вида многокомпонентных эмульсий. Первая из них была получена путем смешивания двух объемных частей нефтяного дизельного топлива марки Л по ГОСТ 305-82 и одной объемной части эмульсии, содержащей 70 % (об.) рапсового масла и 30 % воды. В результате
эмульсия № 1 содержала 67 % ДТ (об.), 23 % РМ и 10 % воды. Вторая многокомпонентная эмульсия представляла собой смесь четырех объемных частей дизельного топлива марки Л по ГОСТ 305-82 и трех объемных частей эмульсии, содержащей 70 % (об.) рапсового масла и 30 % воды. Эта эмульсия № 2 содержала 57 % ДТ (об.), 30 % РМ и 13 % воды.
Необходимо отметить, что указанная исходная эмульсия РМ и воды хорошо смешивалась с нефтяным дизельным топливом без привлечения дополнительных устройств для смешивания этих компонентов. Для получения исходной эмульсии РМ и воды использовано эмульгирующее устройство (рис. 2) [8]. Оно включает основание
I в виде массивной плиты, на которой закреплены четыре направляющие стойки 2, выполненные в виде прутков, снабженных метрической резьбой по всей длине. Реактор 3 выполнен в виде цилиндрической емкости с верхней 4 и нижней 5 крышками. Каждая из крышек снабжена патрубком 6, предназначенным для впуска и выпуска реакционных сред. Нижняя крышка 5 имеет фланец, выходящий за габарит реактора 3, с четырьмя отверстиями для стоек 2. Фиксация реактора 3 осуществляется с помощью гаек 7. В реакторе 3 установлен ряд чередующихся неподвижных 8 и подвижных 9 дисков. Последние посредством штока 10 связаны с якорем
II электромагнитного двигателя, статор 12 которого посредством фланца 13 связан со стойками 2 с помощью гаек 14. Между якорем 11 и реактором 3 на стойках 2 смонтированы три параллельных диска: внешние 15 и внутренний 16. Внешние диски фиксируются на стойках 2 с помощью гаек 17, а внутренний диск закреплен на штоке 10 на равном расстоянии от внешних дисков. В промежутках между дисками установлены пружины 18, в совокупности с дисками образующие упругую систему устройства.
Рис. 2. Схема эмульгирующего устройства: 1 - основание; 2 - направляющие стойки; 3 - реактор; 4 - верхняя крышка; 5 - нижняя крышка; 6 - патрубок; 7, 14, 17 - гайки; 8 - неподвижные диски; 9 - подвижные диски; 10 - шток; 11 - якорь электромагнитного двигателя; 12 - статор электромагнитного двигателя; 13 - фланец; 15 - внешние диски; 16 - внутренний диск; 18 - пружины
Эмульгирующее устройство работает следующим образом. Через верхний патрубок 6 (см. рис. 2) в реактор вводятся среды, подлежащие перемешиванию, -РМ и вода. При поступлении их в реактор включают электромагнитный двигатель, якорь 11 которого совершает колебательные движения с заданной частотой и амплитудой. Они, в конечном итоге, и определяют свойства получаемой эмульсии. Колебательные движения якоря 11 через шток 10 передаются на подвижные диски 9, которые
перемещаются между неподвижными дисками 8, изменяя объем пространства между ними. Это вызывает попеременное растяжение и сжатие сред, находящихся между дисками, их турбулизацию и возбуждение в средах кавитационных пузырьков. Все это способствует тщательному перемешиванию ДТ и воды.
Для снижения энергоемкости процесса перемешивания расчетным или экспериментальным методами определяется частота собственных колебаний подвижной части устройства путем изменения затяжки пружин 18 упругой системы. За счет перемещения внешних дисков 15 относительно внутреннего диска 16 осуществляется корректировка собственной частоты подвижной части устройства для приближения ее к фиксированной частоте вынуждающей силы, развиваемой якорем 11, и достижения резонансного режима работы устройства. Размещение устройства на направляющих стойках с возможностью перемещения его основных узлов значительно облегчает сборку устройства и осуществление различных регулировок, например, установку расстояния между подвижными и неподвижными дисками в реакторе, регулирование магнитного зазора между якорем и статором электромагнитного двигателя и др.
Для получения стойких эмульсий РМ и воды применен эмульгатор -алкенилсукцинимид мочевины (СИМ), производимый по ТУ 38.1011039-85. Он представляет собой вязкую, прозрачную, растворимую в углеводородах жидкость светло-коричневого цвета. Содержание эмульгатора в эмульгированном топливе не превышало 0,5 % (масс.). Полученная эмульсия была достаточно стабильна: расслоение ее на две фракции происходило лишь после нескольких недель хранения. Однако первоначальные вид и свойства эмульсии восстанавливались путем ее простого взбалтывания. Физико-химические свойства исследуемых топлив представлены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-химические свойства дизельного топлива, воды и эмульгированных топлив
Топлива
Физико-химические свойства ДТ РМ Вода Эмульсия № 1 (67% ДТ, 23% РМ и 10% воды) Эмульсия № 2 (57% ДТ, 30% РМ и 13% воды)
Плотность при 20 °С, кг/м3 830 916 998,2 866,6 877,7
Вязкость кинематическая при 20 °С, мм2/с 3,8 75,0 1,006 - -
Коэффициент поверхностного натяжения а при 20 °С, мН/м 27,1 33,2 72,7 - -
Теплота сгорания низшая, МДж/кг 42,5 37,3 - 36,75 35,07
Цетановое число 45 36 - - -
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг вещества, кг 14,3 12,5 - 12,46 11,92
Содержание, % по массе С 87,0 77,0 76,0 72,7
Н 12,6 12,0 11,2 10,8
О 0,4 11,0 2,8 3,5
Н2О 0 0 100 10,0 13,0
Общее содержание серы, % по массе 0,200 0,002 0 0,134 0,115
Примечание. «-» - свойства не определялись; для смесей ДТ, РМ и воды указано объемное процентное содержание компонентов.
При определении низшей теплоты сгорания эмульсий применялась эмпирическая формула Д.И. Менделеева в виде
Н„=[81 С + 246 Н - 26 (0-8) - 6 ^ х х 4,1868 [кДж/кг],
где С, Н, 0, 8, W - содержание углерода, водорода, кислорода, серы и воды W, % (масс.).
Последняя формула, записанная для массовых долей С, Н, 0, 8, W, принимает вид
HU=33913 С + 102995 Н - 10886 О + + 10886 8 - 2512 W [кДж/кг].
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определялось из выражений
Ь0 = (1/0,21) х (С/12 + Н/4 - О/32) [кмоль воздуха/кг топлива];
и
10=Ь0 цв [кг воздуха/кг топлива], где цв =28,93 - молекулярная масса воздуха.
Испытания дизеля Д-245.12С проведены на моторном стенде АМО ЗИЛ, оборудованном необходимой измерительной
аппаратурой. Дымность ОГ измерялась с помощью ручного дымомера МК-3 фирмы Hartridgе (Великобритания) с погрешностью измерения ±1%. Концентрации N0^, СО, СН в ОГ определялись газоанализатором 8АЕ-7532 японской фирмы YANAС0 с погрешностями измерения ±1%.
Программа исследований дизеля Д-245.12С предусматривала его работу на различных установившихся режимах, с частотой вращения коленчатого вала п от 850 до 2400 мин 1 и крутящим моментом дизеля Mе от 0 до 360 Н-м. Дизель исследовался при неизменном положении упора дозирующей рейки ТНВД (упор максимальной подачи топлива) с постоянным штатным для исследуемого дизеля установочным углом опережения впрыскивания топлива, равным 9=13° поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ). На первом этапе проведены исследования на режимах внешней скоростной характеристики дизеля в диапазоне частот вращения коленчатого
вала двигателя п от 1000 до 2400 мин1. Затем были определены показатели дизеля при его работе на режимах 13-сту-пенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН.
Результаты экспериментальных исследований дизеля Д-245.12С, проведенных на режимах внешней скоростной характеристики, представлены на рис. 3. Эти данные свидетельствуют о том, что перевод дизеля с ДТ на эмульгированные топлива не приводит к существенному изменению часового расхода топлива От (за исключением режимов с низкой частотой вращения при п<1400 мин1). Но при этом из-за пониженного содержания горючих компонентов (углерод и водород) в исследуемых эмульгированных топливах при их использовании мощностные показатели дизеля (эффективная мощность N и крутящий момент М) заметно снижаются (табл. 2). Вследствие пониженного содержания горючих компонентов в эмульгированных топливах отмечается и рост коэффициент избытка воздуха а (см. рис. 3).
Пониженная теплотворная способность исследуемых эмульсий при питании двигателя этими эмульгированными топливами приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива (см. рис. 3 и табл. 2). Однако при этом эффективность процесса сгорания, характеризуемая эффективным КПД двигателя це , даже повышается. Так, на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 переход с ДТ на эмульгированное топливо № 1 привел к росту це от 0,386 до 0,419 (на 8,5 %), а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин 1 - от 0,332 до 0,346 (на 4,2 %).
Использование исследуемых эмульгированных топлив позволяет заметно снизить дымность ОГ. Так, при переходе от ДТ на эмульсию № 1 на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин 1 дымность ОГ К
Рис. 3. Зависимость эффективной мощности N, крутящего момента Ме, расхода топлива От , коэффициента избытка воздуха а, дымности ОГ Кх и удельного эффективного расхода топлива ge от частоты вращения п коленчатого вала дизеля типа Д-245.12С на режимах внешней скоростной характеристики при использовании различных то-плив:
1 - ДТ; 2 - эмульсия 67 % ДТ, 23 % РМ и10 % воды; 3 - эмульсия 57 % ДТ, 30 % РМ и 13 % воды
снизилась с 28,0 до 19,0 % по шкале Хар-триджа, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 - с 16,0 до 10,0 % (см. рис. 3 и табл. 2).
Оценка показателей двигателя при его работе на режимах с различной
Таблица 2
Показатели дизеля Д-245.12С, работающего на различных топливах
Вид топлива
Наименование ДТ 67% ДТ, 23% РМ и 10% воды 57% ДТ, 30% РМ и 13% воды
Часовой расход топлива Gт , кг/ч на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 17,42 12,25 18,07 12,01 17,97 12,20
Крутящий момент Ме , Н-м на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 271 355 254 327 238 315
Дымность ОГ K , % по шкале Хартриджа на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 16,0 28,0 10,0 19,0 7,5 21,5
Удельный эффективный расход топлива g , г/(кВт-ч) на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 255,5 219,7 283,1 233,9 300.2 246.3
Эффективный КПД дизеля це на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 0,332 0,386 0,346 0,419 0,342 0,417
Условные (средние) показатели топливной экономичности дизеля на режимах 13-ступенчатого цикла эффективный расход топлива gе усл , г/(кВт-ч) эффективный КПД г|е усл 248,12 0,341 260,79 0,376 273,82 0,374
Интегральные удельные выбросы токсичных компонентов на режимах 13-ступенчатого цикла, г/(кВт-ч) оксиды азота еШх монооксид углерода eС0 несгоревшие углеводороды eСН 6,610 3,612 1,638 6,153 2,988 2,543 5,552 3,316 2,071
нагрузкой проведена по экспериментальным данным, полученным при работе дизеля на режимах 13-ступенча-того испытательного цикла. Такие данные по часовому расходу топлива Gт (рис. 4а) свидетельствуют о том, что на большинстве исследуемых режимов при использовании рассматриваемых эмульгированных топлив часовой расход топлива несколько возрастает, что связано, в первую очередь, с большей плотностью эмульгированных топлив.
Тип применяемого топлива оказывает определяющее влияние на токсичность ОГ двигателя, то есть на выбросы нормируемых газообразных токсичных компонентов ОГ - оксидов азота N0^ , монооксида углерода СО и легких не-сгоревших углеводородов СН. Характеристики концентрации в ОГ оксидов
азота СШа. (рис. 4б) подтверждают возможность значительного снижения эмиссии этого токсичного компонента ОГ за счет подачи эмульгированных то-плив в камеру сгорания дизеля. В частности, на режиме максимального крутящего момента при и=1500 мин1 переход с ДТ на эмульсию № 1 привел к уменьшению концентрации СШа. от 0,0750 до 0,0700 %, а на режиме максимальной мощности при и=2400 мин1 - от 0,0495 до 0,0465 %.
Тип применяемого топлива оказывает заметное влияние и на эмиссию с ОГ продуктов неполного сгорания топлива - монооксида углерода СО и не-сгоревших углеводородов СН. Из данных по содержанию в ОГ монооксида углерода СС0 (рис. 4в) следует, что на режиме максимального крутящего момента при и=1500 мин 1 переход с ДТ
1 □--------в-2 О—-- Л г 2400 мин"1 /г # • * * У / ///
\\> \ \/ \ \ * 'Уу УЖ Г1 =1500 мин'1 \Ч гу' Лг
* ¿г у * ■¿г
п=850 мим-1 чС .
100
200 а
Сео-10*,% 750-
500
250
Л = 650 мим'1 к
\ д к \\ \ /1*1500 НИН'1
\ \ Л = 2400 мин'1
100
200 в
300 М,.Нм
Сно.10',4 750
500
250
X/ Лг / / *• /г * • / V * ""-«о
*Л=1500 МИН*$
^>1«8М мим"' / «■2400 мин"' /у
300 Mt.Hu
СсоЮ',* Ссн-104.*
750
500
250
100
200
300 М,. Н и
Сен Ю4, *
1000
750
500 750
250 500
250
9 А
\ Ч V ч \\ -1 и ......... _ --■--------<■—
\\ V х
К П=350 мин'1 ___,___
Рис. 4. Зависимость часового расхода топлива Gт (а), объемной концентрации в ОГ оксидов азота CNOx (б), монооксида углерода ССО (в) и несгоревших углеводородов ССН (г) от частоты вращения п и крутящего момента Ме дизеля типа Д-245.12С при использовании различных топлив:
1 - ДТ; 2 - эмульсия 67 % ДТ, 23 % РМ и 10 % воды; 3 - эмульсия 57 % ДТ, 30 % РМ и 13 % воды
на эмульсию № 1 сопровождается снижением концентрации ССО от 0,0420 до 0,0270 %, а на режиме максимальной мощности при и=2400 мин1 - от 0,0270 до 0,0225 %.
При питании исследуемого дизеля эмульгированными топливами выбросы
несгоревших углеводородов ССН практически на всех режимах возрастают (рис. 4г). В частности, на режиме максимального крутящего момента при и=1500 мин 1 переход с ДТ на эмульсию № 1 привел к росту концентрации ССН от 0,0340 до 0,0494 %, а на
режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 - от 0,0320 до 0,0550 %.
По приведенным на рис. 4 (б, в, г) характеристикам содержания в ОГ нормируемых токсичных компонентов (оксиды азота N0^ , монооксид углерода СО, несгоревшие углеводороды СН) с использованием общепринятых методик рассчитаны их интегральные удельные массовые выбросы на режимах 13-ступенчатого цикла Правил И49 (соответственно е , еСО , е ). Оценка эксплуатационного расхода топлива на режимах 13-ступенчатого цикла проведена по среднему (условный) удельному эффективному расходу топлива, который определялся с использованием зависимости [4]
Я.
е уел 13
I К, К
1=1
где Gт. - часовой расход топлива на г-м режиме; К. - весовой коэффициент (доля времени) данного режима.
Поскольку эмульгированные топлива имеют меньшую теплотворную способность, топливную экономичность дизеля при его работе на этих топливах целесообразно оценивать не удельным эффективным расходом топлива ge , а эффективным КПД дизеля Пе . Причем, для интегральной оценки работы дизеля на режимах 13-ступен-чатого цикла использован условный эффективный КПД, определяемый из соотношения [4]
3600
11 и &г усл
Результаты расчетов, проведенных по изложенной методике, представлены в табл. 2. Данные этой таблицы подтверждают возможность снижения эмиссии оксидов азота с ОГ дизеля Д-245.12С при его переводе с ДТ на
эмульгированные топлива. Так, при работе дизеля на режимах 13-сту-пенчатого цикла и переходе с ДТ на эмульсию № 1 удельный массовый выброс оксидов азота уменьшился с 6,610 до 6,153 г/(кВтч), то есть на 6,9 %. При этом эффективный КПД дизеля пеусл повысился с 0,341 до 0,376, или на 10,3 %. Следует также отметить, что при переходе с ДТ на эмульгированное топливо № 1 интегральный на режимах 13-ступенчатого цикла удельный массовый выброс монооксида углерода еСО уменьшился с 3,612 до 2,988 г/(кВтч), то есть на 17,3 %. Однако отмечено одновременное увеличение эмиссии несгоревших углеводородов. При переходе с ДТ на эмульсию № 1 интегральный на режимах 13-сту-пенчатого цикла удельный массовый выброс несгоревших углеводородов еСн возрос с 1,638 до 2,513 г/(кВтч), или на 55,3 %.
Рост эффективности процесса сгорания (эффективный КПД дизеля пе) и снижение дымности ОГ Кх при работе на эмульгированных топливах объясняются улучшением качества процесса смесеобразования за счет возникновения так называемых микровзрывов, наблюдающихся при повышенных температурах в камере сгорания дизеля [4]. Их появление обусловлено тем, что капли эмульгированного топлива состоят из частиц, внутри которых располагается большое количество хаотически движущихся включений воды. При температурах, превышающих температуру кипения воды (£>100 °С), эти включения быстро испаряются, что приводит к микротур-булизации топливовоздушной смеси, снижению расхода топлива, уменьшению содержания в ОГ сажевых частиц. Кроме того, присутствие значительного количества паров воды в зонах камеры сгорания с недостатком кислорода препятствует крекингу топлива при высоких температурах, а также
1 =1
способствует газификации образовавшегося ранее углерода, что также приводит к значительному уменьшению сажеобразования.
Наблюдаемое при подаче воды в цилиндры дизеля снижение температур сгорания, вызванное повышенной теплотой парообразования воды ^п=2260 кДж/кг при £=100 °С; у дизельных топлив -Оп=220...300 кДж/ кг), благоприятно сказывается на выбросах с ОГ оксидов азота. Отмеченный при испытаниях существенный рост выбросов не-сгоревших углеводородов может быть устранен путем совместной оптимизации геометрии струй распыливаемо-го топлива и формы камеры сгорания, а также установкой в выпускной системе каталитического нейтрализатора, эффективно очищающего ОГ от содержащихся в них монооксида углерода и легких несгоревших углеводородов.
Необходима и оптимизация угла опережения впрыскивания топлива. Одновременная реализация этих мероприятий позволит удовлетворить современные жесткие требования к токсичности ОГ исследуемого двигателя.
Следует отметить, что наилучшее сочетание показателей топливной экономичности и токсичности ОГ достигнуто при использовании эмульсии № 1, содержащей 67 % ДТ, 23 % РМ и 10 % воды. Но требуется проведение дополнительных исследований для определения оптимального состава рассматриваемых многокомпонентных эмульгированных топлив. В целом, проведенный комплекс экспериментальных исследований подтвердил возможность и эффективность использования многокомпонентных эмульгированных топлив в отечественных транспортных дизелях.
_ Литература
1. Девянин С.Н., Марков В.А., Семенов В.Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей внутреннего сгорания. - М.: ИЦ ФГОУ ВПО МГАУ, 2008. - 340 с.
2. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях // В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.Г. Семенов и др. - М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2011. - 536 с.
3. Биоэнергетика: Мировой опыт и прогнозы развития / Л.С. Орсик, Н.Т. Сорокин, В.Ф. Федоренко и др. Под ред. В.Ф. Федоренко. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2008. - 404 с.
4. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 376 с.
5. Maxson T., Logan B., O'Brien S. Performance in Diesel and Biodiesels of Fluorosil-icone Rubber Materials user for Automotive Quick Connector Fuel Line ORings and Other Sealing Applications // SAE Technical Paper Series. - 2001. - № 2001-01-1124. - 9 p.
6. Yoshimoto Y., Tamaki H. Reduction of NO and Smoke Emissions in a Diesel En-
' x
gine Fueled by Biodiesel Emulsion Combined with EGR // SAE Technical Paper Series. -2001. - № 2001-01-0649. - 9 p.
7. Goering C.E., Fry B. Engine Durability Screening Test of a Diesel Oil / Soy Oil / Alcohol Microemulsion Fuel // Journal of the American Oil Chemists' Society. - 1984. - Vol. 61. - № 10. - P. 1627-1632.
8. Марков В.А., Девянин С.Н., Шумовский В.А. Работа дизелей на водотоплив-ных эмульсиях // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 3. - С. 67-71.
