Influence of using of methanol and rapeseed methyl ester on combustion process and effective indicators of 2Ч 10,5/12,0 diesel engine

Full Text

Истощение мировых запасов нефти, растущий спрос и цены на углеводородные энергоресурсы вызывают озабоченность всего мирового сообщества. В последние годы тема производства альтернативных видов топлива из возобновляемых источников крайне популярна, и ее актуальность не вызывает сомнений. Это особенно характерно для тех стран, экономика которых зависима от импорта углеводородов и продуктов их переработки. Для таких стран и регионов идея замещения традиционных видов топлива биотопливами наиболее актуальна. Создание топлива для дизелей из органического сырья позволит превратить растениеводство из основного потребителя светлых нефтепродуктов в отрасль, выпускающую экологически чистое моторное топливо из возобновляемых источников энергии. Новое топливо должно удовлетворять очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, выбрасывать как можно меньше вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения и т.д. Этим требованиям удовлетворяют спирты, в частности метанол - возобновляемое топливо, позволяющее значительно снизить токсичность отработавших газов. На кафедре тепловых двигателей, автомобилей и тракторов Вятской ГСХА проведены стендовые испытания двигателя 2Ч 10,5/12,0, оборудованного двойной системой топливоподачи (ДСТ). Воспламенение спирта осуществлялось за счет подачи запальной порции МЭРМ. Такая схема топливоподачи позволила полностью исключить необходимость использования дизельного топлива (ДТ). При проведении стендовых испытаний измерялись мощность двигателя, крутящий момент, среднее эффективное давление и расход топлив на различных скоростных режимах, определялись параметры рабочего процесса тракторного дизеля путем индицирования, а также дымность и токсичность отработавших газов на различных скоростных и нагрузочных режимах. В результате проведения стендовых испытаний выявлено, что оптимальные установочные углы опережения впрыскивания топлива для ДСТ составляют 34° поворота коленчатого вала (ПКВ) для обеих топливных систем. При работе на ДТ оптимальный угол равен 30° ПКВ. Дальнейшие испытания проводились при данных установочных углах. Существенные параметры, характеризующие эффективность процесса сгорания в цилиндре дизеля, - индикаторное давление и характеристики тепловыделения. На рис. 1, а представлены индикаторные диаграммы дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в сравнении с дизельным процессом на номинальном режиме (n = 1800 мин-1). Из рис. 1, а видно, что при работе дизеля на метаноле с ДСТ происходит уменьшение максимального давления в цилиндре по сравнению с дизельным процессом. Давление уменьшается с pz = 6,77 МПа при работе на ДТ до pz = 6,04 МПа при работе на метаноле с ДСТ. Жесткость процесса сгорания при этом также уменьшается, и он смещается вправо в сторону линии расширения. На рис. 1, б представлены характеристики тепловыделения дизеля при работе на метаноле с ДСТ в сравнении с дизельным процессом на номинальном режиме. Анализ графиков тепловыделения позволяет сделать вывод, что при работе двигателя на метаноле с ДСТ наблюдается снижение скорости тепловыделения и сдвиг максимума скорости вправо от верхней мертвой точки (ВМТ). Максимум скорости тепловыделения для дизельного процесса составляет (dχ/dφ)max = 0,046 МПа/град. и достигается за 1° до ВМТ. При работе на метаноле с ДСТ (dχ/dφ)max = 0,041 МПа/град. наблюдается при угле 10° после ВМТ. Максимальные температуры при этом составляют 1800 К при работе на ДТ и 1792 К при работе на метаноле с ДСТ и достигаются при угле 20° ПКВ после ВМТ для обоих процессов. При этом при работе на метаноле с ДСТ кривая тепловыделения выше, чем при дизельном процессе, что свидетельствует о более полном сгорании топлива в цилиндре дизеля. Эффективные показатели работы двигателя - важнейшие показатели, характеризующие эффективность его работы на всех режимах: расход топлива, мощность и др. На рис. 2 представлено влияние применения метанола и МЭРМ с ДСТ на мощностные и экономические показатели дизеля 2Ч 10,5/12,0 в зависимости от изменения нагрузки при работе на номинальном режиме (n = 1800 мин-1). Из рис. 2 видно, что при работе двигателя на метаноле с ДСТ на номинальном режиме происходит увеличение расхода топлива на всех нагрузочных режимах. Удельный эффективный расход топлива при работе дизеля на метаноле с ДСТ достигает минимального значения при номинальной нагрузке pe = 0,588 МПа и составляет geΣ = 490 г/(кВт∙ч), а при работе на ДТ при той же нагрузке ge = 260 г/(кВт∙ч). Максимальное значение КПД соответствует минимальному удельному расходу топлива и при работе на метаноле с ДСТ составляет ηe = 33%. При работе на ДТ при той же нагрузке КПД ниже и составляет ηe = 32%. В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: - при работе двигателя на метаноле с ДСТ не происходит потери мощностных показателей в сравнении с дизельным процессом; - применение метанола с ДСТ приводит к снижению максимального давления и жесткости процесса сгорания, что благоприятно влияет на рабочий процесс дизеля; - использование метанола с ДСТ приводит к более полному сгоранию топлива в цилиндре дизеля и, как следствие, к увеличению КПД на номинальном режиме работы; - при использовании ДСТ удалось добиться полного замещения ДТ альтернативным возобновляемым топливом.

About the authors

V. A Likhanov

Vyatka State Agricultural Academy

R. R Devetyarov

Vyatka State Agricultural Academy

A. V Fominykh

Vyatka State Agricultural Academy

V. N Kopchikov

Vyatka State Agricultural Academy

Email: kopchikov_viktor@mail.ru

M. I Araslanov

Vyatka State Agricultural Academy

A. N Kozlov

Vyatka State Agricultural Academy

References

Supplementary files