Влияние этанола на процесс сгорания в цилиндре дизеля 4ч 11,0/12,5

Лиханов Виталий Анатольевич; Чупраков Андрей Иванович; Зонов Антон Васильевич; Шаромов Иван Михайлович

Влияние этанола на процесс сгорания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5

В.А. Лиханов,

профессор ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА», д.т.н., А.И. Чупраков,

аспирант, инженер ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА», А.В. Зонов,

аспирант, инженер ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА», И.М. Шаромов,

аспирант, инженер ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА»

В статье рассматривается возможность применения этаноло-топлив-ных эмульсий в качестве альтернативного топлива для дизелей. Статья содержит данные исследований, проведенных на базе кафедры двигателей внутреннего сгорания Вятской ГСХА на дизеле Д-240 при работе на эта-ноло-топливной эмульсии, приведены показатели процесса сгорания на этаноло-топливной эмульсии.

Ключевые слова: дизель, этанол, этаноло-топливная эмульсия, процесс сгорания.

The influence of application on process of combustion of a diesel engine 4Ч 11,0/12,5

V.A. Likhanov, A.I. Chuprakov, A.V. Zonov, I.M. Sharomov

In article considers a possibility of the using ethanol-fuel emulsion as alternative fuel for diesels. The article contains the data of the research carried out at the department of internal combustion engines of Vyatka SAA on diesel D-240 when functioning on ethanol-fuel emulsion. Process of combustion of the diesel on ethanol-fuel emulsion are given.

Keywords: diesel, ethanol, ethanol-fuel emulsion, process of combustion.

За последние три десятилетия потребление продуктов нефтяной промышленности выросло в разы. Возобновление этого сырья невозможно ввиду длительного образования углеводородов в естественных условиях. Данная проблема решается экономией или заменой принятых нефтепродуктов на источники энергии из возобновляемого сырья. К ним относятся прежде всего спирты, которые могут быть получены из отходов деревообрабатывающей, химической и пищевой отраслей

промышленности. В дизелях возможно применение эмульсий, содержащих простейшие спирты. Этаноло-топливная эмульсия (ЭТЭ) позволяет экономить нефтяные топлива и снижать эмиссию вредных веществ в отработавших газах.

Для изучения процесса сгорания при применении ЭТЭ на базе кафедры ДВС Вятской ГСХА проведены стендовые испытания дизеля 4Ч 11,0/12,5 ряда Д-240. По результатам построены графики влияния применения ЭТЭ на показатели сгорания и тепловыделения в

впр ДТ

повышается

зависимости от изменения установочного угла опережения впрыска топлива (УОВТ).

Анализируя графики показателей процесса сгорания (рис. 1а) на номинальном режиме при работе на ДТ, можно сделать следующие выводы. Максимальная усредненная температура газов в цилиндре дизеля 7"max при установочном УОВТ © = 20° составляет 2076 К.

впр ДТ

При увеличении установочного УОВТ до ©впр ДТ = 23° температура 7 повышается до 2115 К, то есть

max

на 39 К или на 1,9 %. Если ©

впр ДТ

увеличивается до 26° 7 повыша-

max

ется до 2199 К, то есть на 84 К или 4,0 %. При ©впр ДТ 29° температура 7 = 2240 К, то есть увеличениесо-

max

ставляет 41 К или 1,9 %.

Максимальное давление сгорания p при © пт= 20° равно

1 rz max 1 впр ДТ 1

7,9 МПа. При увеличении © до 23° давление p до 8,4 МПа, то есть на 0,5 МПа или

6.3 %. При © пт = 26° этот показа-

впр ДТ

тель возрастает до 9,0 МПа, то есть на 0,6 МПа или 7,1 %. При увеличении © пт до 29° давление p

впр ДТ z max

повышается до 9,5 МПа, то есть на 0,5 МПа или 5,6 %.

Степень повышения давления Л при © пт= 20° составляет 1,88.

впр ДТ

При © =23° значение Л повы-

впр ДТ

шается на 0,12 до 2,00. При увеличении © до 26° значение Л

впр ДТ

повышается на 12,0 % до 2,24. При увеличении ©впр ДТ до 29° значение Л возрастает на 8,0 % до 2,42.

При анализе графиков работы дизеля 4Ч 11,0/12,5 можно отметить, что показатели сгорания при работе на ЭТЭ увеличиваются по сравнению с аналогичными показателями при работе на ДТ. При установочном УОВТ © = 23° при

впр

переходе с ДТ на ЭТЭ происходят следующие изменения: Tmax повышается от 2115 до 2511 К, то есть на 396 К или 16,9 %; p растет от

z max

8.4 до 8,9 МПа, то есть на 0,5 МПа или 6,0 %; степень повышения давления Л возрастает от 2,00 до 2,26 или на 0,26; значение (dp/dq)

т

'"ооии»«^

29 0,пР;ПКВ

б

Рис 1. Влияние применения ЭТЭ на показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ: а - п = 2200 мин1, ре = 0,64 МПа; б - п = 1700 мин-1, ре = 0,69 МПа; -ДТ;---ЭТЭ

усредненная температура газов в цилиндре дизеля Tmax при установочном УОВТ ©впр ДТ = 20° составляет 2103 К. При увеличении установочного УОВТ до © пт= 23° температура T

впр ДТ i/i max

повышается до 2145 К, то есть на 42 К. При © = 26° T

впр ДТ max

повышается на 85 К до 2230 К. При увеличении ©впр ДТ до 29° Tmax увеличивается до 2285 К, то есть на 55 К.

Максимальное давление сгорания p при © пт= 20°

1 rz max 1 впр ДТ

составляет 8,5 МПа и повышается на 0,2 МПа до 8,7 МПа

при увеличении ©

показателями номинального режима. Максимальная усредненная температура газов в цилиндре Tmax при установочном УОВТ ©впр ЭТЭ=20° составляет 2480 К. При увеличении установочного УОВТ до © , =23°

впр ЭТЭ

T повышается до 2542 К, то есть

max

на 62 К, а при © , =26° - повы-

впр ЭТЭ

шается до 2603 К, то есть на 61 К. При увеличении ©впр ЭТЭ до 29° она увеличивается до 2658 К, то есть на 55 К.

Максимальное давление сгорания p при © ,= 20° составля-

z max впр ЭТЭ

ет 9,0 МПа и повышается до 9,2 МПа (на 0,2 МПа) при ©впр ЭТЭ=23°. При

впр ДТ

до увеличении © до 26° давление

23°. При ©впр ДТ=26° давление

Pz ©

растет до 9,2 МПа, а при впр ДТ=29° становится равным 9,7 МПа, то есть в обоих случаях рост составляет 0,5 МПа. Степень повышения давления Л при © пт= 20° состав-

впр ДТ

ляет 2,15. При © пт=23° зна-

впр ДТ

чение Л повышается на 0,18 до 2,33, а при увеличении © пт = 26° - до 2,51, то есть

впр ДТ

на ту же величину. При ©впр ДТ = 29° значение Л=2,72, то есть увеличение составляет 0,21.

При ©впр дт = 20° (ф^ф)™

впр ЭТЭ

p повышается до 9,8 МПа, то есть

z max

на 0,6 МПа, и достигает 10,2 МПа (рост на 0,4 МПа) при увеличении © ЭТЭ до 29°.

впр ЭТЭ

Степень повышения давления Л при © ,т,= 20° составляет 2,31, а

впр ЭТЭ

при ©впр ЭТЭ=23° достигает 2,36. При увеличении ©впр ЭТЭ до 26° значение Л повышается до 2,43 и возрастает до 2,58 при © =29°.

впр ЭТЭ

Значение (dp/d<)max при © =20° составляет1,12МПа/°ПКВ

впр ЭТЭ

и повышается до 1,19 МПа/°ПКВ при

увеличении ©

впр ЭТЭ

до 23°. Затем оно растет до 1,31 МПа/°ПКВ при равно 0,71 МПа/°ПКВ. При увеличении ©вп ЭТЭ до 26° и дости-

изменяется от 0,70 до 1,01 МПа/ °ПКВ, то есть на 44,3 %; угол ф. -от 22,0 до 28,0 °ПКВ или на 6,0 °ПКВ.

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

При установочном УОВТ ©впр = 26° при переходе с ДТ на ЭТЭ наблюдаются следующие изменения: температура Гтах повышается от 2199 до 2575 К, то'есть на 376 К; давление р2 тах увеличивается от 9,0 до 9,6 МПа, то есть на 0,6 МПа; значение Л растет от 2,24 до 2,31 или на 0,07; значение (ф/^ф)тах увеличивается от 0,72 до 1,05 МПа/°ПКВ, то есть на 0,33; угол ф. - от 22,5 до 28,0 °ПКВ или на 5,5 °пКв.

Анализируя графики показателей процесса сгорания на номинальном режиме при работе на ДТ (рис. 16), можно сделать следующие выводы. Максимальная

увеличении ©впр ДТ до 23° значение (ф/^ф)тах повышается до 0,73 МПа/°ПКВ,тто есть на 0,02 МПа/ °ПКВ, а при ©впр ДТ=26° - до 0,74 МПа/ град, то есть на 0,01 МПа/°ПКВ. Если © п =29° значение (с1р/с1ф) воз-

впр ДТ тах

растает на 0,02 до 0,76 МПа/°ПКВ.

Угол ф при © =20° составля-

^ впр ДТ

ет 17,0 °ПКВ. При увеличении ©впр ДТ до 23° угол ф. равен 17,5 °ПКВ и повышается до 20,0 °ПКВ (на 2,5 °ПКВ) при ©впр дт=26°. при ©впр дт=29° угол ф. увеличивается до 21,5 °ПКВ, то есть на 1,5 °ПКВ.

При анализе графиков работы дизеля 4Ч 11,0/12,5 на режиме максимального крутящего момента можно отметить, что показатели процесса сгорания при работе на ЭТЭ увеличиваются по сравнению с работой на ДТ, а также сходны с

р ЭТЭ

гает 1,45 МПа/°ПКВ при © =29°.

впр ЭТЭ

Угол ф при © = 20° состав-

^ впр ЭТЭ

ляет 23,5 °ПКВ. При увеличении ©впр ЭТЭ до 23° угол ф. повышается до 255,5 °ПКВ, растет до 26,5 °ПКВ (©впр ЭТЭ=26°) и достигает 27,0 °ПКВ (©впр ЭТЭ =29°), то есть увеличивается на 1,0 и 0,5 °ПКВ соответственно.

Сравнивая графики работы дизеля 4Ч 11,0/12,5 на двух видах топлива, можно отметить, что показатели процесса сгорания при работе на ЭТЭ увеличиваются по сравнению с работой на ДТ. При установочном УОВТ © = 23° при

впр

переходе с ДТ на ЭТЭ наблюдаются следующие закономерности: температура Ттах повышается от 2145 до 2542 кГто есть на 397 К; давление р2тах растет от 8,7 до 9,2 МПа, то есть на 0,5 МПа; степень

I ,.ifffflTmriTr„-. Д|Дн4Д1<

«Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (27) июнь 2012 г.

повышения давления Л возрастает от 2,33 до 2,36; значение (dp/d<)max повышается от 0,73 до 1,19 МПа/ °ПКВ, то есть увеличивается на 0,46 МПа/°ПКВ; угол ф. повышается от 17,5 до 25,5 °ПКВ или на 8,0 °ПКВ.

Сравнивая графики работы дизеля 4Ч 11,0/12,5 на двух топливах, можно отметить рост значения характеристик тепловыделения при работе на альтернативном топливе по сравнению с работой на ДТ (рис. 2а). При оптимальном установочном УОВТ ©впр = 23° при переходе с ДТ на ЭТЭ наблюдаются следующие закономерности: значение ф7 max увеличивается от 7,0 до 11,5 °ПКВ после ВМТ, то есть на 4,5 °ПКВ; значение активного тепловыделения х„ - от 0,60 до 0,68, то есть

Pz max i r-t i i

б

Рис. 2. Влияние применения ЭТЭ на характеристики тепловыделения дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ: а - п = 2200 мин1, ре = 0,64 МПа; б - п = 1700 мин-1, ре = 0,69 МПа;

-ДТ;---ЭТЭ

на 0,02; значение 7max повышается от 0,70 до 0,76, то есть на 0,06; (d%/^)max возрастает от 0,097 до 0,161, то есть на 66,0 %.

При анализе графиков тепловыделения дизеля при работе на ДТ на режиме максимального крутящего момента (см. рис. 26) можно сделать следующие выводы.

Угол ф7 max , соответствующий максимальной температуре цикла, при установочном УОВТ ©впр ДТ = 20° составляет 5,0 °ПКВ после ВМТ. При © п =23° значение ф снижает-

впр ДТ т7 max

m ~7 max

m ~7 max "

1,5 °ПКВ после ВМТ, то есть на 2,5 °ПКВ.

Активное выделение теплоты X; Pz max , соответствующее максимальному давлению сгорания, при ©впр ДТ=20° составляет 0,63. При увеличении ©впр ДТ до 23° этот показатель повышается до 0,65, при ©впр ДТ=26° - до 0,67. При © п =29° зна-

впр ДТ

чение xPzmax достигает 0,68. Активное тепловыделение %, 7max, соответствующее максимальной температуре цикла, при © =20° составляет 0,69

впр ДТ

и повышается до 0,73 при увеличении ©впр ДТ до 23°, а при увеличении ©впр ДТ до 26° этот параметр повышается до 0,78. При © п=29° значение х т

1 впр ДТ Tmax

равно 0,80.

впр ДТ

©

=29° значение

а при

^ впр ДТ

(с1х/с1ф)тах составляет 0,085.

Анализ характеристик тепловыделения дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на

ЭТЭ позволяет сделать следующие выводы.

впрЭТЭ

TT max " '

впр ЭТЭ т7 max

до 6,5 °ПКВ после ВМТ, то есть на 1,5 °ПКВ. При увеличении ©впр ЭТЭ до 29° значение Ф^^ снижается до 3,5 °ПКВ после ВМТ, то есть на 3,0 °ПКВ.

. Pz max впр ЭТЭ

" '' г впрЭТЭ

впр ЭТЭ . Pz max

повышается до 0,74.

Tmax 1 впрЭТЭ

впр ЭТЭ m Tmax

шается до 0,82.

впр ЭТЭ

1 впрЭТЭ 1 впрЭТЭ

значение (dx/^)max достигает 0,143.

При сравнении графиков работы дизеля 4Ч 11,0/12,5 на двух видах топлива можно отметить, что значения характеристик тепловыделения при работе на ЭТЭ несколько увеличиваются по сравнению с работой на ДТ. При установке оптимального УОВТ ©впр=23° и переходе с ДТ на ЭТЭ можно выделить следующие закономерности: значение Фт повышается от 3,0 до 8,0 °ПКВ

T max

после ВМТ, то есть на 5,0 °ПКВ; значение х „ увеличивается на 0,06

^i Pz max '

от 0,65 до 0,71; параметр 7max повышается от 0,73 до 0,79, то есть на 0,06; значение (dx/^)max возрастает от 0,106 до 0,168, то есть на 0,062.

Таким образом, при переводе дизеля на ЭТЭ сохраняются закономерности показателей процесса сгорания и тепловыделения.

а

Влияние этанола на процесс сгорания в цилиндре дизеля 4ч 11,0/12,5 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

The influence of application on process of combustion of a diesel engine

Текст научной работы на тему «Влияние этанола на процесс сгорания в цилиндре дизеля 4ч 11,0/12,5»