В работе приводятся результаты изменения объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота дизеля газов дизеля 4Ч 11,0/12,5 выполненных по результатам экспериментальных данных при работе на метаноло-топливной эмульсии.
Ключевые слова:дизель, альтернативное топливо, метанол, эмульсия, оксиды азота
В настоящее время среди множества способов применения спиртовых видов топлива для транспортных силовых установок недостаточно изученным является подача спиртов в цилиндр в виде эмульсий. В Вятской ГСХА на кафедре ДВС были проведены исследования влияния применения метаноло-топливной эмульсии (МТЭ) на эффективные и экологические показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на различных нагрузочных режимах [1–10].
На рисунке 1 представлено влияние применения МТЭ на показатели процесса сгорания в цилиндре, показатели объемного содержания rNOх опыт, массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в отработавших газах (ОГ) дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения.
При увеличении частоты вращения происходит снижение максимального давления сгорания pzmax, увеличение максимальной осредненной температуры Тmax, и снижение объемного содержания rNOх опыт массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в цилиндре в момент открытия выпускного клапана. При низкой частоте вращения увеличивается время нахождения продуктов сгорания в зоне высоких температур, и как следствие, объемное содержание rNOх опыт массовая концентрация СNOх опыт оксидов азота увеличивается.
Из анализа графиков видно, что максимальное давление сгорания pzmax при работе на дизельном топливе (ДТ) уменьшается с 8,63 МПа при n = 1200 мин-1 до 8,43 МПа при n = 2400 мин-1. Максимальное давление сгорания pzmax снижается на 0,20 МПа, или 2,3 %. Максимальная осреднённая температура Тmax в цилиндре возрастает с 2170 К при n = 1200 мин-1, до 2230 К при n = 2400 мин-1. Рост максимальной температуры Тmax составляет 60 К, или 2,8 % [11–22].
При работе МТЭ максимальное давление сгорания pzmax уменьшается с 9,08 МПа при n = 1200 мин-1 до 8,46 МПа при n = 2400 мин–1. Снижение максимального давления сгорания pzmax составляет 0,62 МПа, или 7,3 %. Максимальная осредненная температура Тmax увеличивается с 2260 К при n = 1200 мин-1 до 2630 К при n = 2400 мин-1, т. е. максимальная осредненная температура Тmax увеличивается на 16,4 %.
Рис. 1. Влияние применения МТЭ на показатели процесса сгорания в цилиндре, показатели объемного содержания rNOх опыт, массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения:
¾ — ДТ; ― ― — МТЭ
Из графиков видно, что при работе дизеля на ДТ при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается объемное содержание rNOxопыт оксидов азота в ОГ с 685 ppm при n = 1200 мин -1 до 636 ppm при n = 2400 мин-1. Снижение объемного содержания rNOxопыт оксидов азота составляет 7,1 %. Массовая концентрация оксидов азота СNOxопыт при увеличении частоты вращения коленчатого вала также уменьшается с 0,98 г/м3 при n = 1200 мин -1 до 0,91 г/м3 n = 2400 мин -1.
При работе дизеля на МТЭ объемное содержание rNOх опыт и массовая концентрация СNOх опыт оксидов азота выше в среднем на 20 %, чем при работе на ДТ во всем диапазоне изменения частот вращения коленчатого вала двигателя.
Анализируя изменение показателей процесса сгорания в цилиндре и объемного содержания rNOх опыт, массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в ОГ дизеля 4Ч 11,0/12,5 при переходе с ДТ на МТЭ при работе на оптимальных установочных УОВТ (Θвпр дт = 26º и Θвпр мтэ = 23º) и номинальной частоте вращения n = 2200 мин -1 и ре = 0,64 МПа, можно отметить следующее.
Максимальное давление цикла pzmax при работе на МТЭ выше, чем при работе дизеля на ДТ. Так, при n = 2200 мин-1 максимальное давление цикла pzmax увеличивается с 8,51 МПа при работе на ДТ до 7,54 МПа при работе на МТЭ. Максимальное давление цикла pzmax при работе на МТЭ увеличивается на 0,4 %. Максимальная осредненная температура Tmax при работе на МТЭ составляет 2580 К, а при работе на ДТ составляет 2220 К, т. е. максимальная осредненная температура Tmax при работе на МТЭ увеличивается на 16,2 % [23–33].
На основании полученных данных можно сделать вывод, что применение МТЭ не позволяет обеспечить снижение объемного содержания rNOх опыт и массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в отработавших газах при работе на всех скоростных режимах.
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 3–6.
2. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследования эффективных и экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на природном газе с рециркуляцией отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 5. С. 22–25.
3.Лиханов В. А., Лопатин О. П. Образование и нейтрализация оксидов азота в цилиндре газодизеля: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2004. -106 с
4. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.
5. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей тракторного дизеля Д-240 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Научно-практический журнал Пермский аграрный вестник: 2013. № 1 (1). С. 29–32.
8. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.
9. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
10. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11–13.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.
13. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Олейник М. А., Дубинецкий В. Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13–16.
14. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование нагрузочного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Потенциал современной науки. 2015. № 3 (11). С. 40–44.
15. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование скоростного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 24–26.
16. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 28–30.
17. Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции отработавших газов для снижения токсичности тракторного дизеля // Молодой ученый. 2015. № 6–5 (86). С. 11–13.
18. Лопатин О. П. Зонная модель процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 261–265.
19. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 265–268.
20. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.
21. Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров, 2008. — 155 с.
22. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.
23. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.
24. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
25. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.
26. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.
27. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). с. 151–154.
28. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 211 с.
29. Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
30. Лиханов В. А., Гребнев А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем совершенствования процессов сгорания и тепловыделения: Монография. — Киров, 2008. — 154 с.
31. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 139–142.
32. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 142–145.
33. Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) при работе на природном газе путем применения рециркуляции отработавших газов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2004. — 18 с.
