В Вятской ГСХА на базе кафедры тепловых двигателей, автомобилей и тракторов осуществлена разработка дизеля для работы на этаноло-топливной эмульсии. В работе приводится анализ полученных результатов.
Ключевые слова: дизель, эмульсия.
Рис. 1. Совмещенные индикаторные диаграммы дизеля 4Ч 11,0 / 12,5 при работе на ЭТЭ при различных установочных УОВТ при n =2200 мин-1, pе =0,63 МПа
На рисунке 1 представлены совмещенные индикаторные диаграммы рабочего процесса дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ, снятые при установочных углах опережения впрыскивания ЭТЭ Θвпр ЭТЭ = 20º; 23º; 26º и 29º, при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Как и при работе дизеля на ДТ, при более позднем впрыскивании снижается максимальное давление цикла pzmax. Если при оптимальном значении установочного УОВТ (Θвпр ЭТЭ = 23º) максимальное значение давления газов равно pzmax = 8,9 МПа и достигается при угле φz = 10º п. к.в. после ВМТ, то при большем значении Θвпр ЭТЭ = 26º давление газов в цилиндре возрастает до pzmax = 9,6 МПа и достигается при угле φz = 7,0º п. к.в. после ВМТ. При меньшем значении Θвпр ЭТЭ = 20º давление газов в цилиндре понижается до pzmax = 8,3 МПа и достигается при угле φz = 13,0º п. к.в. после ВМТ. Как и при работе дизеля на ДТ, линии сжатия и расширения индикаторных диаграмм, снятых при ранних значениях установочных УОВТ располагаются выше, чем при поздних значениях установочных УОВТ. φ с = 9,0º; 5,0º; 2º и -1,5º. Период задержки воспламенения на данном режиме составляет φ i= 29,0º; 28,0º; 28,0º и 27,5º. Таким образом, характер изменения давления газов на индикаторных диаграммах дизеля 4Ч 11,0/12,5 при переходе с ДТ на ЭТЭ сохраняется. Во всех случаях увеличения установочного УОВТ способствует повышению значений максимального давления сгорания pzmax и оно смещается по индикаторной диаграмме влево, ближе к ВМТ. При работе дизеля на ДТ при чрезмерно раннем установочном УОВТ из-за сравнительно низкой температуры и давления в момент начала впрыскивания топливо не может самовоспламениться [1–15].
При меньшей температуре в цилиндре необходимо больше времени на прогрев, испарение капель, формирование активных радикалов. Следовательно, ПЗВ возрастает. Возрастает время нахождения топлива в КС до достижения критической температуры, при которой происходит самовоспламенение. Так как впрыскивание продолжается, в КС накапливается большое количество топлива, которое длительное время не может воспламениться. Образуется большое количество активных радикалов, инициирующих образование очагов самовоспламенения, вследствие чего с наступлением воспламенения топлива давление газов и скорость нарастания давления в цилиндре dp/dφ возрастут. Сгорание будет происходить до ВМТ при уменьшающемся объеме. Процесс сгорания смещается относительно ВМТ таким образом, что наибольшее давление pzmax достигается близко к ВМТ. Это сопровождается резким увеличением работы сжатия, уменьшением работы расширения и, соответственно, снижением индикаторных показателей. Кроме того, возросшее давление сгорания негативно сказывается на надежности деталей кривошипно-шатунного механизма и ЦПГ. Установка позднего установочного УОВТ, при работе на ДТ, приводит к тому, что топливо впрыскивается в заряд, имеющий более высокое давление и температуру. Скорость предпламенных реакций увеличивается, поэтому ПЗВ уменьшается. Однако точка индикаторной диаграммы, соответствующая началу горения, все-таки смещается вправо. Скорость повышения давления dp/dφ и максимальное давление сгорания pzmax уменьшается. Весь процесс сгорания смещается также вправо. Большая часть топлива сгорает при нисходящем движении поршня. Большая доля теплоты, выделившейся при горении топлива, в этом случае идет на нагрев стенок цилиндра и также теряется с ОГ. Таким образом, позднее впрыскивание также ухудшает индикаторные показатели. При работе на ЭТЭ воспламенение топлива происходит несколько по другому механизму. Находящиеся в цилиндре дизеля капли ЭТЭ подвергается воздействию растущей температуры и давлению, тем самым начиная процесс испарения капли ЭТЭ. Вследствие значительной разности температур кипения этанола и ДТ первоначально происходит испарение частиц спирта заключенного в каплях ДТ, что способствует разрыву капель ДТ. Эти микровзрывы способствуют интенсификации процесса испарения капель ДТ. Интенсивность данных процессов зависит от давления и температуры в цилиндре дизеля при образовании воздушно-топливной смеси. При более ранних установочных УОВТ сгорание топлива происходит более активно, с большими скоростями и заканчивается быстрее, что приводит к увеличению максимального давления сгорания и увеличению скорости нарастания давления [16–27].
Литература:
1. Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с турбонаддувом Д-245.12С при работе на компримированном природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 223–226.
2. Софронов М. В., Россохин А. В. Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 104–107.
3. Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 98–101.
4. Лиханов В. А., Россохин А. В. Особенности теплообмена излучением в цилиндре дизелей при работе на газомоторном топливе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10–1. с. 14–17.
5. Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11–12. с. 3–10.
6. Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Снижение выбросов сажи с отработавшими газами дизелей путем применения альтернативных топлив // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 13–16.
7. Лиханов В. А., Россохин А. В., Полевщиков А. С. Влияние этанола на показатели дизеля Д21А1 // Автомобильная промышленность. 2011. № 12. с. 26–27.
8. Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2006.
9. Лиханов В. А., Лопарев А. А., Рудаков Л. В., Россохин А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 12. с. 15–19.
10. Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.
11. Россохин, А. В. Влияние применения альтернативных топлив на процессы образования и окисления сажевых частиц в цилиндре дизеля с камерой сгорания типа ЦНИДИ // Молодой ученый. 2015. № 15 (95). с. 152–154.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эффективных показателей тракторного дизеля путем применения компримированного природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 7. С. 12–15.
13. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий на содержание токсичных компонентов в ОГ // Транспорт на альтернативном топливе. 2015. № 4 (46). С. 42–47.
14. 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. № 5–1. С. 22–25.
15. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. Т. 4. № 16. С. 170–173.
16. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование эффективных показателей дизеля при работе на природном газе, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 4–1 (35). С. 79–81.
17. Лиханов, В. А., Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2007. — 129 с.
18. Лиханов, В. А., Чувашев А. Н., Полевщиков А. С., Долгих М. А., Верстаков С. А. Эффективные и экологические показатели дизеля с двойной системой топливоподачи. Тракторы и сельхозмашины, 2011. — № 10, с. 8–10.
19. Чувашев, А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2007. -167с.
20. Чувашев А. Н. Исследование показателей рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от значений установочных углов опережения впрыскивания топлив. Молодой ученый. 2015. № 12 (92) С. 340–343.
21. Чувашев А. Н. Характеристики тепловыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на режиме максимального крутящего момента Молодой ученый. 2015. № 14 (94) С. 203–205.
22. Лиханов В. А., Чувашев А. Н. Показатели процесса сгорания дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения Молодой ученый. 2015. № 15 (95) С. 109–111.
23. Чувашев А. Н. Характеристики тепловыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения коленчатого вала. Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III Mеждунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 77–78.
24. Чувашев А. Н. Совмещённые индикаторные диаграммы дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ при установочном угле впрыскивания дизтоплива 34°. Молодой ученый. 2015. № 16 (96) С. 244–246.
25. Лиханов, В. А., Чувашев А. Н., Анфилатов А. А., Глухов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография / Под общ. ред. В. А. Лиханова. — Киров: Вятская ГСХА, 2009. — 334 с.
26. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. Н. Чувашев, А. А. Глухов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2007. — № 3. — с. 8–11.
27. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле / В. А. Лиханов, А. Н. Чувашев, А. А. Глухов, А. А. Анфилатов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2007. — № 4. — с. 10–13.
