Научная статья на тему 'Работа дизеля на дизельном топливе с добавкой этанола'

Работа дизеля на дизельном топливе с добавкой этанола Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
1413
115
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / DIESEL ENGINE / ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО / DIESEL FUEL / ЭТАНОЛ / ETHANOL / СМЕСЕВОЕ БИОТОПЛИВО / BIOFUEL MIXTURE

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

Рассмотрены возможные пути использования этанола в качестве топлива для дизелей. Проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С на смеси дизельного топлива и этанола. Показана возможность улучшения показателей токсичности отработавших газов при использовании этой смеси в качестве топлива для автомобильных дизелей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

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

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

Functioning of the Diesel Engine on Diesel Fuel with Ethanol Addition

Possible ways of utilizing ethanol as a fuel for diesel engines are considered. Experimental work on D-245.12S diesel engine fueled with mixture of ethanol and diesel fuel has been carried out. Possibility of exhaust toxicity characteristics improvement by using these mixture as a fuel for automobile diesel engines is demonstrated.

Текст научной работы на тему «Работа дизеля на дизельном топливе с добавкой этанола»

Работа дизеля на дизельном топливе с добавкой этанола

I

В.А. Марков, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н.,

B.В. Бирюков, аспирант МГТУ им. Н.Э. Баумана,

C.Н. Девянин, профессор, зав. кафедрой МГАУ им. В.П. Горячкина, д.т.н.

Рассмотрены возможные пути использования этанола в качестве топлива для дизелей. Проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С на смеси дизельного топлива и этанола. Показана возможность улучшения показателей токсичности отработавших газов при использовании этой смеси в качестве топлива для автомобильных дизелей.

__Ключевые слова:

дизельный двигатель, дизельное топливо, этанол, смесевое биотопливо.

сновными проблемами современного двигателестроения в настоящее время и в ближайшей перспективе являются рост дефицита нефтяных моторных топлив и ужесточение экологических требований к вредным выбросам с отработавшими газами (ОГ). Решение этих проблем достигается за счет применения новых видов топлив. Евросоюзом планируется к 2020 г. перевести около четверти (23 %) всего автомобильного парка Европы на альтернативные топлива. Среди наиболее перспективных рассматриваются различные синтетические топлива, биодизель, биоэтанол, био-газ, водород [1].

Необходимо отметить перспективность использования альтернативных топлив, производимых их сырья, получаемого в сельскохозяйственном секторе [2-4]. В Российской Федерации, обладающей огромной территорией, значительная часть пахотных земель, использовавшихся ранее для сельскохозяйственного производства, в настоящее время не обрабатывается. Существует проблема занятости

населения в сельской местности и низких доходов работников сельскохозяйственной отрасли. Эти факторы создают предпосылки для налаживания широкомасштабного производства биотоплив для транспорта в РФ [5].

Среди топлив растительного происхождения в настоящее время наибольшее распространение получили биодизельное топливо и биоэтанол. Для легковых автомобилей, оснащенных двигателями с принудительным воспламенением, в качестве моторного топлива в ряде стран используется биоэтанол, а для транспортных и стационарных установок с дизельными двигателями - топлива, получаемые из различных растительных масел и животных жиров [1, 2, 4]. По объемам производства биоэтанол занимает первое место в мире, опережая биодизельное топливо [1]. В качестве сырья для получения биоэтанола используются сахарная свекла, сахарный тростник, кукуруза, пшеница, картофель, сладкое сорго, топинамбур и другие сельскохозяйственные культуры (табл. 1) [6, 7].

Таблица 1

Показатели производства этанола из различного сырья

Сырье Урожайность, т/га Стоимость, долл./м3

Сахарная свекла 2,5...3,0 300...400

Сахарный тростник 3,5...5,0 160

Кукуруза 2,5...3,0 250...400

Пшеница 0,5...2,0 380...400

Картофель 1,2...2,7 800...900

Сладкое сорго 3,0...5,0 200...300

Кассава 1,5...6,0 700

Синтетический спирт - 540

Кукуруза 2,5...3,0 2,5...3,0

19

Биоэтанол производится с использованием различных технологических процессов. Около 7 % этанола вырабатывается химическим синтезом (преимущественно из природного газа), 93 % - с использованием процесса брожения. При этом 60 % спирта получают из сахара и 40 % из зерна. Современное мировое производство

этанола составляет 32 млн т/год, из них 4 млн т приходится на пищевой этанол, 8 млн т - на этанол для химической промышленности и 20 млн т -на топливный этанол. В то же время мировая потенциальная потребность в этом спирте достигает 2 млрд т/год. Цены на мировом рынке этанола представлены в табл. 2 [6].

Таблица 2

Цены на этанол на мировом рынке

Страна Цена (евро/м3)

Бразилия (этанол) 160

Бразилия (безводный спирт) 220

США (безводный спирт) 250

Европа (безводный спирт из сахарной свеклы) 350...450

Бразилия (безводный спирт) 220

Импорт спирта в Европу 190

Топливный этанол используется различным образом: около 26 % его смешивают с бензином, около 3 % применяется в качестве топлива для дизелей [6]. В некоторых странах уже действуют стандарты на биоэтанол. Требования к выпускаемому этанолу в разных странах различаются, но эти отличия незначительны (табл. 3) [8]. Только в США допустимым является содержание этанола 92,1 % в смеси с водой и денатурирующими

веществами. То есть по сути допускается применение азеотропной смеси с регулированием содержания воды при помощи денатурирующих присадок. В других странах этанол для автотранспорта должен быть безводным, то есть абсолютным спиртом.

Этанол (этиловый спирт, метил-карбинол, винный спирт) - одноатомный спирт с формулой С2Н5ОН или СН3-СН2-ОН (эмпирическая формула

Спиртовые топлива

т\\\\\\\\\\\\\\\\\у

Требования к составу биоэтанола в различных странах

Таблица 3

Параметры Бразилия Канада США Германия Украина Польша

Объемная концентрация этанола, %, не менее 99,3 98,7 92,1 99,8 99,3 99,6

Вода, %, не более - 0,1 % (масс.) 1,0 % (об.) - 0,02 % (об.) 0,4 % (об.)

Концентрация альдегидов, в расчете на ацетальдегид, г/л безводного этанола, не более - - - 0,004 - 0,20

Объемная концентрация метанола, % об., не более - - 0,50 - - -

Концентрация кислот в пересчете на уксусную, г/л безводного этанола, не более 0,03 0,03 0,07 (об.) - - 0,03

Концентрация эфиров в пересчете на этилацетат, г/л безводного этанола, не более - - - 0,002 - 0,20

Сухой остаток, г/л безводного этанола, не более - - 0,05 - - 0,02

Содержание меди, мг/кг, не более 0,07 0,10 0,10 - - 0,10

Содержание хлоридов, мг/кг, не более - 10,0 5,0 - - 40,0

Денатурирующие вещества, % (об.) 3,0 1 л бензина на 100 л этанола 1,96...4,76 - - -

С2Н60), второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов (первый - метанол), при стандартных условиях летучая горючая бесцветная прозрачная жидкость. Существует два основных способа получения этанола: микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена). Спирт, полученный брожением (поступает из брагоректификацион-ной установки), не является безводным, содержание этанола в нем достигает 95,6 %. Смесь 95,57 % этанола и 4,43 % воды является азеотропной, то есть компоненты не разделяются при перегонке.

Для более полного удаления воды прибегают к нагреванию спирта с водо-отнимающими веществами - оксидом кальция (негашеная известь СаО) или безводной сернокислой медью (медный

купорос Си). Нашел применение метод тройных, нераздельно кипящих смесей. К ректификату добавляется бензол С6Н6. При перегонке такой смеси сначала отходит пар, содержащий 18,5 % (масс.) этилового спирта, 74 % бензола и 7,5 % воды. С этим паром уходит вся вода, а затем перегоняется абсолютный (безводный) спирт. Абсолютный спирт -это этиловый спирт, практически не содержащий воды. Он кипит при температуре 78,39 °С, в то время как спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды, при 78,15 °С.

В ряде стран (Бразилия, США и др.) биоэтанол уже достаточно широко используется в качестве топлива для двигателей с принудительным воспламенением [6, 9-11]. В частности в двадцати штатах США автомобили

заправляют смесями нефтяных бензинов, содержащих 5,6.10,0 % (об.) этилового спирта [12]. Возможно использование этого вида топлива и в дизельных двигателях [1, 12-15]. Причем в Бразилии, где биотоплива уже сейчас находят широкое практическое применение, дизельное топливо (ДТ), отпускаемое потребителям на автозаправочных станциях, содержит около 3 % безводного этанола. Более того, предпринимаются попытки увеличения этого количества до 9 %.

Подача этанола в дизель возможна несколькими способами (рис. 1) [1]: он может впрыскиваться в чистом виде или в смеси с ДТ непосредственно в цилиндры, подаваться во впускной трубопровод в жидкой фазе или в виде пара. Непосредственное впрыскивание спирта в камеру сгорания (КС) может осуществляться с помощью штатного топливного насоса дизеля. Используется также непосредственная подача спирта в КС в виде эмульсии с ДТ. Эффективными являются системы с раздельным впрыскиванием спирта и запальной дозы ДТ в цилиндры дизеля. При организации процесса сгорания этанола в цилиндрах дизеля возникает проблема его воспламенения, поскольку спиртовое топливо имеет низкое цетановое число (около 8). Воспламенение этанола в условиях КС дизеля возможно с помощью дополнительно установленной свечи зажигания или накаливания. Эффективное воспламенение спиртовых топлив в дизелях достигается при подаче в КС запальной дозы ДТ. Кроме представленных на рис. 1 способов использования этанола в дизелях, возможно разложение его с получением синтез-газа (смесь монооксида углерода СО и водорода Н) и последующей его подачей в цилиндры двигателя или использование в качестве энергоносителя для топливных элементов.

Многих из указанных проблем использования этанола как моторного топлива можно избежать при

Рис. 1. Способы подачи и воспламенения этанола в дизельных двигателях

использовании смесей этанола с ДТ. Но следует отметить, что этанол обладает плохой смешиваемостью с нефтяным ДТ, и существует проблема создания стойких смесей этанола с дизельным топливом широкого состава. Основная причина этого - наличие в этаноле, полученном путем брожения биомассы, значительного количества воды, которая очень плохо смешивается с нефтепродуктами. Как указано выше (см. табл. 3), в топливном этаноле, выпускаемом в США, допустимым является содержание 7,9 % (об.) воды и денатурирующих веществ. Смешивание такого этанола с нефтяным ДТ возможно только путем создания этанолотопливных эмульсий с добавлением эмульгаторов. В частности, фирмой Cummins (США) проведены исследования шестицилиндрового четырехтактного дизеля сельскохозяйственного назначения, работающего на смеси нефтяного ДТ (88,7 %), этанола (10 %), эмульгаторов (1,3 %) и присадок (0,001 %), повышающих цетановое число смеси [16]. Дизель

Спиртовые топлива

m\\\\\\\\\\\\\\\\\v

По данным табл. 4 следует, что физико-химические свойства этанола существенно отличаются от аналогичных свойств нефтяного ДТ. По сравнению с ним этанол имеет меньшие плотность и вязкость. В частности, плотность дизельного топлива марки «Л» по ГОСТ 305-82 при температуре 1=20 °С равна р=830 кг/м3, а его вязкость у=3,8 мм2/с. В этих условиях этанол имеет следующие показатели: р=789,3 кг/м3, у=1,0 мм2/с. Коэффициент поверхностного натяжения 0 этих топлив при 20 °С равен соответственно 27,1 и 22,4 мН/м. Этанол имеет заметно меньшую теплотворную способность по сравнению с ДТ: низшая теплота сгорания Ни этих топлив равна соответственно 42500 и 26800 кДж/кг, что связано с наличием в молекулах этанола значите льно-го количества атомов кислорода (34,7 % по массе). Следует отметить и худшую самовоспламеняемость этанола в условиях КС дизеля (цетановое число ДТ

Таблица 4

Физико-химические свойства исследуемых топлив

Топлива

Физико-химические свойства Дизельное топливо Этанол Смесь 96 % ДТ и 4 % этанола

Плотность при 20 °С, кг/м3 830,0 789,3 828,4

Вязкость кинематическая при 20 °С, мм2/с 3,8 1,0 3,5

Коэффициент поверхностного натяжения при 20 °С, мН/м 27,1 22,4 -

Теплота сгорания низшая, кДж/кг 42 500 26 800 41 800

Теплота испарения, кДж/кг 1 115 870 -

Цетановое число 45 8 -

Температура самовоспламенения, °С 250 363 -

Температура застывания, °С -35 -114,3 -

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг 14,31 9,01 14,09

Содержание, % по массе

С 87,0 52,2 85,6

Н 12,6 13,1 12,6

О 0,4 34,7 1,8

Общее содержание серы, % по массе 0,200 - 0,192

Примечание: «-» - свойства не определялись; для смеси ДТ и этанола указано объемное процентное содержание компонентов.

Cummins С8.3 размерности S/D=13,5/11,4 с рабочим объемом iVh=8,27 л и турбо-наддувом имел мощность N=224 кВт при n=2200 мин1. Испытания дизеля подтвердили улучшение экологических показателей двигателя при работе на указанном смесевом топливе. Аналогичные исследования дизелей, работающих на этанолотопливных эмульсиях, проведены за рубежом и в России [1, 17, 18].

Вместе с тем абсолютный спирт, практически не содержащий воды, хорошо смешивается с нефтяным ДТ. При этом образуются стойкие смеси, что подтвердили исследования авторов статьи. Использован абсолютный спирт, произведенный ФГУП «Алексинский химический комбинат» (г. Алексин Тульской обл.) с соответствии с ТУ 2421-064-075060042003 [19]. Этот спирт смешивался с нефтяным ДТ. Исследовались нефтяное дизельное топливо марки «Л» по ГОСТ 305-82 и смесевое биотопливо, содержащее 96 % ДТ и 4 % этанола (табл. 4).

Таблица 5

Некоторые параметры дизеля типа Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5)

Параметры Значение

Тип двигателя Четырехтактный, рядный, дизельный

Число цилиндров 4

Диаметр цилиндра В, мм 110

Ход поршня 5, мм 125

Общий рабочий объем {Ун, л 4,32

Степень сжатия £ 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 Ие, кВт 80

Механизм газораспределения Клапанного типа с верхним расположением клапанов

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

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 йпл, мм 10

Ход плунжеров ТНВД Нпл, мм 10

Длина нагнетательных топливопроводов 1т, мм 540

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

Распылители форсунок Фирмы Motorpal типа DOP 119S534 с пятью сопловыми отверстиями диаметром ¿р=0,34 мм и проходным сечением цр/:р=0,250 мм2

Давление начала впрыскивания форсунок рф0, МПа 21,5

равно 45, а у этанола 8), их температуры самовоспламенения составляют соответственно 250 и 363 °С.

Для подтверждения возможности использования полученной смеси в качестве моторного топлива проведены экспериментальные исследования дизеля типа Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5) (табл. 5) Минского моторного завода, устанавливаемого на малотоннажные грузовые автомобили ЗиЛ-5301 «Бычок».

Дизель исследован на моторном стенде АМО «ЗиЛ» на режимах внешней

скоростной характеристики и 13-сту-пенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН с установочным УОВТ 0=13° поворота коленчатого вала до ВМТ и неизменным положением упора дозирующей рейки (упор максимальной подачи топлива). Моторный стенд был оборудован комплектом необходимой измерительной аппаратуры. Дымность ОГ измерялась с помощью ручного ды-момера МК-3 фирмы Hartridgе (Великобритания) с погрешностью измерения ±1 %. Концентрации N0^ СО, СН в ОГ

24

определялись газоанализатором 8АБ-7532 японской фирмы Yanaco с погрешностями измерения указанных компонентов ±1 %.

Исследовались дизельное топливо марки «Л» по ГОСТ 305-82 и его смесь с абсолютным этанолом, содержащая 96 % ДТ и 4 % этанола (см. табл. 4). На первом этапе экспериментальных исследований проведены испытания дизеля типа Д-245.12С на чистом дизельном топливе и на указанной смеси на режимах внешней скоростной характеристики (рис. 2). Исследуемая смесь имела физические свойства, приближающиеся к свойствам ДТ. Но ее плотность и вязкость оказались все-таки несколько меньше аналогичных свойств ДТ (см. табл. 4). Поэтому при переходе от ДТ к смеси 96 % ДТ и 4 % этанола отмечены небольшое уменьшение часового расхода топлива От и некоторый рост коэффициента избытка воздуха а (см. рис. 2), вызванный также наличием атомов кислорода в молекулах этанола. Следствием снижения расхода топлива и меньшей теплотворной способности (низшая теплота сгорания) исследуемой смеси явилось заметное уменьшение крутящего момента двигателя Ме и его эффективной мощности Ые (см. рис. 2 и табл. 6). В результате снижения теплотворной способности смесевого биотоплива на всех исследованных режимах внешней скоростной характеристики при использовании смеси 96 % ДТ и 4 % этанола удельный эффективный расход топлива gе оказался несколько выше, чем при работе на ДТ. В частности, при переходе с ДТ на смесевое биотопливо на режиме максимальной мощности с частотой вращения коленчатого вала «=2400 мин1 удельный эффективный расход топлива gе увеличился от 248,4 до 250,0 г/(кВт-ч), а на режиме максимального крутящего момента при «=1500 мин1 - от 226,2 до 229,0 г/(кВт-ч). Но при этом эффективный КПД дизеля пе на этих режимах повысился на 0,5...0,8 % (см. табл. 6).

Рис. 2. Зависимость эффективной мощности Ые , крутящего момента Ме , часового 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 топлив: 1 - ДТ; 2 - смесь 96 % ДТ и 4 % этанола

Вместе с тем наличие в молекулах этанола атомов кислорода привело к заметному уменьшению дымности ОГ при работе исследуемого дизеля на смесевом биотопливе. Так, на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 переход с ДТ на смесь 96 % ДТ и 4 % этанола сопровождался снижением дымности ОГ Кх от 16,0 до 12,0 % по шкале Хартрид-жа, а на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 - от 43,0 до 36,5 % по той же шкале.

Таблица 6

Показатели дизеля типа Д-245.12С, работающего на различных топливах

Показатели дизеля Вид топлива

ДТ 96 % ДТ и 4 % этанола

Часовой расход топлива, кг/ч на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 20,10 13,10 20,00 12,76

Крутящий момент дизеля, Н-м на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 322 368 318 355

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч) на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 248,4 226,2 250,0 229,0

Эффективный КПД дизеля на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 0,341 0,374 0,344 0,376

Дымность ОГ, % на режиме максимальной мощности на режиме максимального крутящего момента 16,0 43,0 12,0 36,5

Интегральные на режимах 13-ступенчатого цикла эффективный расход топлива, г/(кВт-ч) эффективный КПД 247,97 0,341 254,73 0,338

Интегральные на режимах 13-ступенчатого цикла удельные массовые выбросы, г/(кВт-ч) N0« СО СН 7,018 1,723 0,788 5,798 1,879 0,856

25

Результаты экспериментальных исследований Д-245.12С на режимах 13-ступенчатого испытательного цикла Правил 49 ЕЭК ООН представлены на рис. 3. Как отмечено выше, использование рассматриваемого смесевого биотоплива привело к некоторому снижению часового расхода топлива Ст на исследованных режимах внешней скоростной характеристики (см. рис. 2). Однако на режимах с неполной нагрузкой, напротив, отмечен небольшой рост расхода смеси 96 % ДТ и 4 % этанола (см. рис. 3).

При использовании смесевого биотоплива отмечено значительное снижение концентрации в ОГ оксидов азота СКОх (см. рис. 3б). Так, перевод дизеля с ДТ на смесь 96 % ДТ и 4 % этанола на режиме холостого хода при п=900 мин1 сопровождался уменьшением концентрации

СМОх от 0,0100 до 0,0080 % (от 100 до 80 ррт), на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 -от 0,0700 до 0,0575 %, на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 -от 0,0605 до 0,0515 %.

При использовании смесевого биотоплива отмечена тенденция увеличения содержания в ОГ монооксида углерода ССО (см. рис. 3е). Перевод дизеля с ДТ на смесь 96 % ДТ и 4 % этанола на режиме холостого хода при п=900 мин1 сопровождался увеличением концентрации ССО от 0,0240 до 0,0300 % (от 240 до 300 ррт), на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 значение ССО не изменилось и составило 0,0330 %, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин1 концентрация ССО возросла от 0,0102 до 0,0108 %. Но в целом следует отметить сравнительно

Рис. 3. Зависимость часового расхода топлива От (а), объемной концентрации в ОГ оксидов азота С^ (б), монооксида углерода ССО (в), легких несгоревших углеводородов Ссн (г) от частоты вращения п и крутящего момента Ме дизеля типа Д-245.12С при использовании различных топлив:

1 - ДТ; 2 - смесь 96 % ДТ и 4 % этанола

слабое влияние добавки этанола в нефтяное ДТ на выброс этого токсичного компонента с ОГ исследуемого дизеля.

Вид топлива оказывает сравнительно слабое влияние и на концентрацию в ОГ легких несгоревших углеводородов ССН (см. рис. 3г). При переводе дизеля с ДТ на смесь 96 % ДТ и 4 % этанола на режиме холостого хода при п=900 мин1 отмечен небольшой рост значения ССН от 0,0240 до 0,0270 % (от 240 до 270 ррт),

на режиме максимального крутящего момента при п=1500 мин1 концентрация ССН увеличилась от 0,0170 до 0,0180 %, а на режиме максимальной мощности при п=2400 мин-1 - от 0,0108 до 0,0115 %.

По приведенным на рис. 3 характеристикам содержания в ОГ нормируемых токсичных компонентов (оксидов азота МОх , монооксида углерода СО, несгоревших углеводородов СН) с использованием общепринятых методик рассчитаны

их интегральные удельные массовые выбросы на режимах 13-ступенчато-го цикла (соответственно еКОх, есо, есН). Оценка эксплуатационного расхода топлива на режимах 13-ступенчатого цикла проведена по среднему (условный) удельному эффективному расходу топлива, который определялся с использованием зависимости [4]

Z

g e уел

еуел 13

У N К

ег г

1=1

где От1 и N - часовой расход топлива и эффективная мощность двигателя на г-м режиме; К - доля времени этого режима в 13-ступенчатом цикле.

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

П

е уел

3600

HU g еусл

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

Результаты расчетов указанных параметров представлены в табл. 6. Приведенные в табл. 6 данные подтверждают возможность улучшения экологических показателей дизеля Д-245.12С при его переводе с ДТ на смесь 96 % ДТ и 4 % этанола. Так, при подаче в КС дизеля исследуемого смесевого биотоплива на режимах максимальной мощности и максимального крутящего момента дымность ОГ снизилась на 15.25 % по сравнению с использованием стандартного ДТ. Удельный массовый выброс наиболее значимого токсичного компонента ОГ - оксидов азота еКОх - на режимах 13-ступенчатого цикла снизился с 7,018 до 5,798 г/(кВт-ч), то есть на 17,4 %. Удельный массовый выброс монооксида углерода еСО возрос с 1,723 до 1,879 г/(кВт-ч), или на 9,0 %. Удельный массовый выброс несгорев-ших углеводородов еСН увеличился с 0,788 до 0,856 г/(кВт-ч), или на 8,6 %.

Но следует отметить, что выбросы СО и СН эффективно снижаются установкой в выпускной системе двигателя каталитических нейтрализаторов. Условный эффективный КПД дизеля пеусл снизился незначительно (с 0,341 до 0,338, то есть на 0,8 %), однако это снижение соизмеримо с точностью его определения. В целом проведенные исследования подтвердили возможность эффективного использования абсолютного этанола как экологической добавки к нефтяному дизельному топливу.

Литература

1=1

1. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А.А. Александров, И.А. Архаров, В.А. Марков и др. Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. -М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. - 791 с.

2. Биоэнергетика: Мировой опыт и прогнозы развития / Л.С. Орсик, Н.Т. Сорокин, В.Ф. Федоренко и др. Под ред. В.Ф. Федоренко. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 404 с.

3. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. - М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000. - 311 с.

4. 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», 2011. - 536 с.

2g 5. Марков В.А., Крылов В.И., Багров В.В. Использование моторных топлив

растительного происхождения как фактор энергетической, экологической и продовольственной безопасности России // Вестник академии военных наук. - 2013. -№ 1. - С. 154-161.

6. Гусаков С.В. Перспективы применения в дизелях альтернативных топлив из возобновляемых источников. - М.: РУДН, 2008. - 318 с.

7. Raynolds M.A., Checkel M.D., Fraser R.A. A Case Study for Life Cycle Assessment (LCA) as an Energy Decision Making Tool: The Production on Fuel Ethanol from Various Feedstocks // SAE Technical Paper Series. - 1998. - № 982205. - P. 1-17.

8. Александров А.А., Архаров И.А. Моторные топлива. Современные аспекты безопасного хранения и реализации в городах-мегаполисах. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 352 с.

9. Feijo E.A.V., Fujisawa R. Emission Control Evolution of the 2.0 L Gasohol / Ethanol Engines in Brasil // SAE Technical Paper Series. - 1992. - № 921493. - P. 1-17.

10. Kremer F.G., Fachetti A. Alcohol as Automotive Fuel - Brazilian Experience // SAE Technical Paper Series. - 2000. - № 2000-01-1965. - P. 1-4.

11. Quissek F., Barbera E., Hulak K. Development and Optimization of Alcohol Fueled SI-Engines for Passenger Cars for the Brasilian Market // SAE Technical Paper Series. -1991. - № 911730. - P. 231-237.

12. Этиловый спирт в моторном топливе / В.П. Баранник и др. - М.: ООО «РАУ-Университет», 2005. - 184 с.

13. Ahmed I. Oxygenated Fuel: Emissions and Performance Characteristics of Etha-nol-Diesel Blends in CI Engines // SAE Technical Paper Series. - 2001. - № 2001-01-2475.

- P. 1-6.

14. Corkwell K.C., Jackson M.M. Lubricity and Injector Pump Wear Issues with E diesel Fuel Blends // SAE Technical Paper Series. - 2002. - № 2002-01-2849. - P. 1-8.

15. Schroeder A.R., Savage L.D., White R.A. et al. The Effect of Diesel Injection Timing on a Turbocharged Diesel Engine Fumigated with Ethanol // SAE Technical Paper Series. -1988. - № 880496. - P. 1-11.

16. Mendoza M.C., Woon P.V. E-diesel Effects on Engine Component Temperature and Heat Balance in a Cummins C8.3 Engine // SAE Technical Paper Series. - 2002. -№ 2002-01-2847. - P. 1-7.

17. Вальехо Мальдонадо П.Р., Девянин С.Н., Марков В.А., Пономарев Е.Г. Экспериментальная установка и результаты выполненных на ней сравнительных испытаний альтернативных топлив для дизелей // Автомобильная промышленность.

- 2013. - № 7. - С. 31-34.

18. Вальехо Мальдонадо П.Р., Девянин С.Н., Марков В.А. Результаты сравнительных испытаний альтернативных топлив для дизелей // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». Выпуск 5. - 2013. - № 12. - С. 5-9.

19. ТУ 2421-064-07506004-2003. Спирт этиловый синтетический абсолютированный очищенный.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.