В данной статье рассмотрены нагрузочные характеристики работы дизеля Д-240 при работе на частоте вращения максимального крутящего момента.
Ключевые слова:отработавшие газы, загрязнение воздуха, токсичные компоненты, оксиды азота.
Образование токсичных веществ — продуктов неполного сгорания и оксидов азота (NOx) в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания — расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования оксидов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива (при условии отсутствия в топливе химически связанного азота).
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 скоростных и нагрузочных режимах [1–14].
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 нагрузки n = 1700 мин -1 [15–19].
Из графиков видно, что при работе на ДТ при увеличении нагрузки увеличивается максимальное давление сгорания рzmax от 6,45 МПа при pе = 0,13 МПа до 9,29 МПа при pе = 0,82 МПа. Увеличение максимального давления сгорания рzmax составляет 2,84 МПа, или 30,5 %. Максимальная осреднённая температура Тmax в цилиндре возрастает с 1620 К при pе = 0,13 МПа до 2400 К при pе = 0,82 МПа. Рост максимальной температуры составляет 780 К, или 32,5 %. Объемное содержание rNOxопыт и массовая концентрация CNOxопыт оксидов азота NOх при работе дизеля на ДТ с возрастанием нагрузки увеличиваются, соответственно, с 465 ppm и 0,67 г/м3 на минимальной нагрузке при ре = 0,13 МПа, до 671 ppm и 0,96 г/м3 при ре = 0,70 МПа [20–22].
При работе дизеля 4Ч 11,0/12,5 на МТЭ показатели процесса сгорания изменяются во всём диапазоне изменения нагрузки. Из графиков видно, что при увеличении нагрузки максимальное давление сгорания рzmax возрастает с 5,2 МПа при pе = 0,26 МПа, до 9,72 МПа при pе = 0,82 МПа. Увеличение максимального давления сгорания рzmax составляет 4,52 МПа, или 46,6 %. Максимальная осредненная температура Тmax при работе на МТЭ увеличивается от 1690 К при pе = 0,26 МПа, до 2590 К pе = 0,82 МПа. Рост максимальной осредненной температуры Тmax составляет 900 К, или 53,2 %. Объемное содержание rNOxопыт и массовая концентрация CNOxопыт оксидов азота NOх при работе дизеля на МТЭ с возрастанием нагрузки увеличиваются, соответственно, с 441 ppm и 0,63 г/м3 на минимальной нагрузке при ре = 0,13 МПа, до 839 ppm и 1,21 г/м3 при ре = 0,70 МПа.
Рис. 1. Влияние применения МТЭ на показатели процесса сгорания в цилиндре и показатели объемного содержания rNOх опыт, массовой концентрации СNOх опыт оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 на оптимальных углах в зависимости от изменения нагрузки: n = 1700 мин-1 ¾ — ДТ; ― ― — МТЭ
При переходе с ДТ на МТЭ при частоте вращения максимального крутящего момента n = 1700 мин -1 и ре = 0,82 МПа происходит увеличение максимальной осредненной температуры Тmax с 2400 до 2590 К, т. е. максимальная осредненная температура увеличивается на 7,9 %. Максимальное давления сгорания рzmax увеличивается с 9,29 до 9,72 МПа, увеличение максимального давления сгорания рzmax составляет 4,3 %. Таким образом, увеличение объемного содержания rNOxопыт и массовой концентрации CNOxопыт оксидов азота при работе дизеля на МТЭ на оптимальных установочных УОВТ при n = 1700 мин -1 и ре = 0,82 МПа составляет, соответственно, 168 ppm и 0,24 г/м3, или 25,0 %.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что применение МТЭ не позволяет обеспечить снижение объемного содержания rNOxопыт и массовой концентрации CNOxопыт оксидов азота во всем диапазоне изменения нагрузки [23–26].
Литература:
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4.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.
5.Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Особенности работы автотранспортного дизеля на этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 16–19.
6.Лиханов В. А., Россохин, А. В. Уточненная математическая модель образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 4Ч 11,0 / 12,5 при работе на этаноло-топливной эмульсии // Молодой ученый. 2015. № 15 (95). с. 106–109.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Результаты исследований содержания оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 5–1. С. 66–68.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
12. 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.
13. 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. — 156 с.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 151–154.
19. 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.
20. Анфилатов А. А. Исследование токсичности на скоростном режиме дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 47–50.
21. Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11. С. 235–238.
22. Анфилатов А. А. Влияние применения метанола на содержание оксидов азота в дизеле при изменении установочных УОВТ // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 123–125.
23. Анфилатов А. А. Исследование дымности в отработавших газах дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 50–53.
24. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 45–47.
25. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Исследование применения метанола в дизеле на оптимальных установочных углах // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 42–44.
26. Анфилатов А. А. Эффективные показатели дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле в зависимости от частоты вращения // Потенциал современной науки. 2015. № 5 (13). С. 29–32.
