CC BY
33УДК 662.758.2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ НА ПОКАЗАТЕЛИ
РАБОТЫ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Денежко Любовь Васильевна, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский
ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: denejko@yandex.ru)
Новопашин Леонид Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Садов Артем Александрович, аспирант кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-996-187-9731, Е-mail: artemsadov@yandex.ru)
Потетня Константин Михайлович преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: gto992@mail.ru)
Рецензент М.Б. Носырев, доктор технических наук профессор, почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, профессор ФГБОУ ВО Уральский ГАУ (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8 (343) 222-40-00, Е-mail: nosyrev.mb@mail.ru)
Ключевые слова: водотопливная эмульсия, теоретическое исследование, дизельный двигатель, тепловой расчет, рабочий цикл.
Аннотация: Опыт использования водотопливных эмульсий (ВТЭ) и впрыска воды известен давно. Идея впрыска воды в ДВС появилась с его изобретением. Там, где происходил процесс сгорания: в топках паровозов, в котельных установках, - применяли подачу воды. В инструкциях по эксплуатации топок, турбин ТЭЦ в нормативах есть рекомендации по впрыску пара или воды. Системой впрыска воды в двигатель оснащались танки Т-34, самолеты и оснащается современная военная техника, активно применяется в автоспорте.
Исследования, проведенные на различных двигателях, показывают повышение топливной экономичности и экологической безопасности при использовании топливовоздушной смеси с добавлением воды[1,2].
THEORY RESEARCH OF INFLUENCE OF WATER INJECTION FOR INDICATORS OF
DIESEL
L.V. Denezhko, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: denejko@yandex.ru)
L.A. Novopashin, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: novopashin-leonid@ya.ru)
A.A. Sadov, graduate student of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: artem sadov@yandex.ru)
K.M. Potetnya teacher of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: gto992@mail.ru)
Reviewer M.B. Nosyrev, doctor of technical sciences, professor, honorary worker of the highest professional education of the Russian Federation, professor of FSBEI HE Ural GAU (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. 8 (343) 222-40-00, E-mail: nosyrev.mb@mail.ru)
Keywords: water-fuel emulsion, theoretical study, diesel engine, heat calculation, duty cycle. Annotation: The experience of using water-fuel emulsions (VTE) and water injection has been known for a long time. The idea of water injection in the internal combustion engine came with his invention. Where the combustion process took place: in the furnaces of steam locomotives, in boiler installations, water supply was used. The instructions for use of furnaces, turbines, CHP in the standards have recommendations for the injection of steam or water.
The T-34 tanks were equipped with a water injection system for the engine, airplanes and modern military equipment were equipped, they are actively used in motor sports.
Studies conducted on various engines show an increase in fuel efficiency and environmental safety when using an air-fuel mixture with the addition of water [1, 2].
Нами были проведены теоретические исследования влияния впрыска воды на показатели дизельного двигателя для 3-х вариантов : с подачей воды 50%, 100% и 150% от цикловой дозы топлива. Результаты расчетов представлены в таблице 1.
Анализ расчетов показал увеличение теплоты сгорания при впрыске воды в камеру сгорания по сравнению с дизельным топливом. Причем, этот показатель повышается в среднем на 119 кДж при увеличении доли воды на каждые 10%.
Таблица 1 - Мощностные, экономические и показатели рабочего цикла дизельного двигателя при впрыске воды
№ Показатели ДТ ДТ + 50%ШО ДТ + 100%Н2О ДТ + 150%ШО
1 2 3 4 5 6
1. Теплота сгорания топлива, МДж\кг 42,564 48,503 54,442 60,382
2. Теоретическое количество воздуха, кг\кг топлива 14.345 16,071 17,80 19,523
3. Теплота сгорания горючей смеси МДж\кг 1.8902 1.9319 1.9654 1,9938
4. Коэффициент молекулярного изменения 1.0413 1.08 1,11 1.139
5. Температура сгорания, 0К 2112 2064 2029,5 1938
6. Среднее эффективное давление , МПа 0.6963 0.71314 0.7786 0.6997
7. Эффективный КПД 0.367 0.370 0.3984 0.354
8. Эффективный удельный расход 230,46 200,7 166,0 168,42
топлива, г\кВт
9. Эффективная мощность, кВт 43,45 44,5 48,585 43,66
10. Изменение мощности, % - +2,4 +11,8 +0,5
11. Изменение удельного расхода топлива, % -12,9 -27,9 -26,92
Количество воздуха, необходимое для сгорания водо-топливной смеси, согласно расчетам, требуется больше в связи с добавлением горючего компонента - водорода в воде. При этом потребное количество воздуха требуется больше на 0,345 кг/кг или на 2,4% на каждые 10% увеличения доли впрыскиваемой воды.
Теплота сгорания горючей смеси изменяется в сторону повышения и составляет 1931,9... 1993,8 кДж/кг, т.е. на 2,2.5,5%. У дизельного топлива этот показатель равен 1890,2 кДж/кг.
Отмечено существенное снижение максимальной температуры цикла при впрыске воды в среднем на 11,6 оК на каждые 10% изменения доли воды по сравнению с дизельным топливом, что связано с потерями тепла на испарение воды и с увеличением количества молей продуктов сгорания с 1,0413 до 1,139 в исследуемых вариантах.
Согласно расчетам наблюдается повышение индикаторного и эффективного КПД двигателя при добавке воды до 100% и его снижение при дальнейшем увеличении доли впрыскиваемой воды.
По результатам расчетов следует отметить тенденцию к увеличению мощности двигателя при впрыске воды по сравнению с традиционным топливом до 11,8% при впрыске воды в количестве 100% с последующим ее снижением.
Расход топлива снижается до 27,9% по сравнению с дизельным топливом, что сопоставимо с увеличением тепловых характеристик водо-топливных смесей. Удельный расход топлива уменьшается на 6,45 г/кВт-ч или на 2,4% в среднем при повышении содержания воды на каждые 10% .
Таким образом, согласно расчетам впрыск воды в дизельный двигатель положительно влияет на показатели рабочего цикла, повышение мощности и снижение расхода топлива.
Литература:
1. Анализ влияния управляемых факторов на топливно-энергетические и экологические показатели двигателя ВАЗ-2111 при работе на топливно-водной смеси Текст. / А. Л. Бирюков, А. П. Картошкин // Известия СПбГАУ. 2010. - № 21. - С.187 -203
2. Применение водно-топливной эмульсии в дизелях и карбюраторных двигателях [Текст] : научное издание / Д. Н. Гордеев, П. П. Гамаюнов, В. И. Цыпцын // Эффектив. использ. и повыш. работоспособ. тракт. техн. в с. х. - Саратов, 1995. - С. 178-179
3. Анализ влияния управляемых факторов на топливно-энергетические и экологические показатели двигателя ВАЗ-2111 при работе на топливно-водной смеси Текст. / А. Л. Бирюков, А. П. Картошкин // Известия СПбГАУ. 2010. - № 21. - С.187 -203
4. Болотов, А. К. Опыт снижения токсичности отработавших газов дизелей за счет подачи воды Текст. / А.К. Болотов, В. А. Лиханов, В. М. Попов, A.M. Сайкин // Двигателестроение 1982. - № 7 - С. 48-50.
5. Гарш, Е. И. Снижение токсичности карбюраторных двигателей при впрыске воды Текст. / Е. И. Гарш // Сб. научн. тр. ф-та механизации с.-х. ВГМХА им. Н.В. Верещагина. Выпуск 1 Вологда-Молочное, 2001 - С. 27-29.
6. Горбатенков, А. И. Снижение выбросов окислов азота с отработавшими газами тракторных дизелей путем организации рабочего процесса на во-дотопливной смеси Текст.: автореферат дисс. канд. техн. наук / Горбатенков А. И. Тверь, 1998. - 211 с.
7. Применение водно-топливной эмульсии в дизелях и карбюраторных двигателях [Текст] : научное издание / Д. Н. Гордеев, П. П. Гамаюнов, В. И. Цыпцын // Эффектив. использ. и повыш. работоспособ. тракт. техн. в с. х. - Саратов, 1995. - С. 178-179
8. Николаенко; А. В. Снижение выбросов оксидов азота тракторных дизелей путем организации рабочего процесса на водотопливной смеси Текст. / А. В. Николаенко, В. С. Шкрабак, Т. Ю. Салова [и др.] // Двигателестроение. 2000. - №1. - С.35-37.
9. Тактак, А. Улучшение рабочего процесса дизеля присадкой воды к топливу Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук / Тактак А. Барнаул, 2005. - 16 с.
10. Старцев А.А. Улучшение эффективных показателей работы дизельгого двигателя путем подачи воды в систему рециркуляции отработавших газов (Текст) А.В.Старцев,И.И.Сторожев// «Достижения науки- агропромышленному производству»: Науч.вестник ЧВАИ.-Вып.№9.-Челябинск,2008.-С.6-9.
Literature:
1. Analysis of the influence of controlled factors on the fuel and energy and environmental performance of the engine VAZ-2111 when working on the fuel-water mixture Text. / A. L. Biryukov, A. P. Kartoshkin // Izvestia SPSAU. 2010. - № 21. - С.187 -203
2. The use of water-fuel emulsion in diesel engines and carburetor engines [Text]: scientific publication / D. N. Gordeev, P. P. Gamayunov, V. I. Cypsyn // Effective. using and higher. workable. tract. tech. in s. x - Saratov, 1995. - p. 178-179
3. Analysis of the influence of controlled factors on the fuel and energy and environmental performance of the engine VAZ-2111 when working on the fuel-water mixture Text. / A. L. Biryukov, A. P. Kartoshkin // Izvestia SPSAU. 2010. - № 21. - С.187 -203
4. Bolotov, A.K. Experience in reducing the toxicity of exhaust gases from diesel engines by supplying water Text. / A.K. Bolotov, V. A. Likhanov, V. M. Popov, A.M. Saikin // Dvigatelestroyeniye 1982. - № 7 - p. 48-50.
5. Garsh, EI. Reducing the toxicity of carburetor engines during water injection Text. / E. I. Garsh // Sat. scientific tr. f-that mechanization S.-H. VGMHA them. N.V. Vereshchagin. Issue 1 Vologda-Dairy, 2001 - p. 27-29.
6. Gorbatenko, A.I. Reduction of emissions of nitrogen oxides with exhaust gases of tractor diesel engines through the organization of the working process on water-fuel mixture Text .: abstract of thesis. Cand. tech. Sciences / Gorbatenko A.I. Tver, 1998. - 211 p.
7. The use of water-fuel emulsion in diesel engines and carburetor engines [Text]: scientific publication / D. N. Gordeev, P. P. Gamayunov, V. I. Cypsyn // Effective. using and higher. workable. tract. tech. in s. x - Saratov, 1995. - p. 178-179
8. Nikolaenko; A. V. Reducing emissions of nitrogen oxides in tractor diesel engines by organizing a working process on a water-fuel mixture Text. / A. V. Nikolaenko, V. S. Shkrabak, T. Yu. Salova [and others] // Dvigatelestroyeniye. 2000. - №1. - P.35-37.
9. Taktak, A. Improving the workflow of a diesel with water additive to fuel. Text. : Abstract. dis. . Cand. tech. Sciences / Taktak A. Barnaul, 2005. - 16 p.
10. Startsev A.A. Improving the efficient performance of a diesel engine by supplying water to the exhaust gas recirculation system (Text) A. V. Startsev, I.I. Storozhev // "Achievements of science-agro-industrial production": Scientific scientist ChVAI. Issue No. 9.-Chelyabinsk, 2008.-P.6-9.
