авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Владимира Даля

И.П. ВАСИЛЬЕВ

ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВ

РАСТИТЕЛЬНОГО

ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ

Монография

Луганск 2009

УДК 621.43:662.756

ББК 65.9 (4 Укр.– 4 Луг.) 30–55

В 19

Рекомендовано Ученым советом

Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля Протокол № 10 от 27 июня 2008 г.

Р е ц е н з е н т ы:

Бехрендт Ц., доктор технических наук, профессор Щецинской морской академии, Клюс О. В., доктор технических наук, профессор ВНУ им. В. Даля Васильев И. П.

В 19 Влияние топлив растительного происхождения на экологические и экономические показатели дизеля: монография / И.П. Васильев. - Луганск:

изд-во ВНУ им. В. Даля, 2009. - 240 с. Табл. 86. Ил. 81. Библиогр.: 238 назв.

ISBN 978-966-590-726- В монографии рассмотрены вопросы применения альтернативных топлив рас тительного происхождения: биодизельного топлива и растительных масел в дизе лях. Выполнен анализ способов выращивания и переработки различных масличных культур для получения моторных топлив. Приводятся различные технологии полу чения биодизельного топлива. Рассмотрены способы непосредственного использо вания сырых растительных масел в дизелях путем применения специальных камер сгорания и усовершенствованных топливных систем. Выявлено влияние данных топлив на вредные выбросы с отработавшими газами и экономические показатели дизеля. Предложены направления по получению «топливных» культур и созданию «зеленого» двигателя. Монография рассчитана на специалистов в области двигате лестроения и экологии.

УДК 621.43:662. ББК 65.9 (4 Укр.– 4Луг.) 30– © Васильев И.П., © Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, ISBN 978-966-590-726-8 Перечень условных обозначений, символов и сокращений L o – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива массой 1 кг в киломолях;

l o – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива массой 1 кг в кг;

– коэффициент молекулярного изменения;

N e – мощность двигателя;

p e – среднее эффективное давление;

Pz – максимальное давление сгорания;

n – обороты коленчатого вала двигателя;

– коэффициент избытка воздуха;

ЦПГ – цилиндропоршневая группа;

КC – камера сгорания;

ТХР – термохимический реактор;

КПД ( e ) – коэффициент полезного действия;

g e – удельный эффективный расход топлива;

g прив – приведенный удельный эффективный расход топлива;

e ЦЧ – цетановое число;

ВМТ – верхняя мертвая точка;

– угол опережения впрыскивания топлива;

град. п. к. в. – градусы поворота коленчатого вала;

ТНВД – топливный насос высокого давления;

Q в – высшая теплота сгорания;

Q н – низшая теплота сгорания;

Q об – низшая объемная теплота сгорания;

н 20 – плотность при 20оС;

20 – кинематическая вязкость при 20оС;

зт t всп – температура вспышки в закрытом тигле;

t от – температура вспышки в открытом тигле;

всп t воспл – температура воспламенения в открытом тигле;

t самв – температура самовоспламенения;

t пом – температура помутнения;

t крист – температура кристаллизации;

t заст – температура застывания;

Tог – температура отработавших газов;

Tкс – средняя температура стенки в вихревой камере сгорания;

OГ – отработавшие газы;

NO x – оксиды азота;

CO – оксид углерода;

CH – углеводороды;

CO2 – диоксид углерода;

e NO x – удельные выбросы оксидов азота;

e CO – удельные выбросы оксида углерода;

e CH – удельные выбросы углеводородов;

N – дымность отработавших газов (коэффициент ослабления светового потока);

C – массовая концентрация сажи;

ТЧ – твердые частицы;

PAH – полициклические углеводороды;

ТРП – топлива растительного происхождения;

ДТ – дизельное топливо;

БТ – биодизельное топливо;

FAME – (fatty acid methyl esters) метиловые эфиры жирных кислот;

RME – (rape methyl ester) метиловые эфиры жирных кислот рапсового масла;

REE – (rapeseed ethyl ester) этиловые эфиры жирных кислот рапсового масла;

HySEE – (hydrogenated soy ethyl ester) гидрированные этиловые эфиры жирных ки слот соевого масла;

МЭРМ – метиловые эфиры рапсового масла;

МЭПМ – метиловые эфиры подсолнечного масла;

МЭСМ – метиловые эфиры соевого масла;

БИО ЭСТ – оригинальное название метиловых эфиров соевого масла;

МЭМРР – метиловые эфиры масла Pongamia Pinnata;

МЭГЖ – метиловые эфиры говяжьего жира;

МЭЖЖ – метиловые эфиры животных жиров;

РМ – растительные масла;

ПМ нер – подсолнечное масло нерафинированное;

ПМ р – подсолнечное масло рафинированное;

СМ – соевое масло;

РапМ – рапсовое масло;

КМ – кукурузное масло;

ГМ – горчичное масло;

ЛМ – льняное масло;

РР – масло Pongamia Pinnata;

КасМ – касторовое масло;

ТЭМ – топливный эквивалент масел;

Ск – скипидар;

ПМ нер : ДТ 30 : 70 – смесь 30 % об. подсолнечного нерафинированного масла с 70 % об. дизельным топливом;

х/п – холоднопрессованное;

ИН – индекс ненасыщенности масел;

R 2 – величина достоверности аппроксимации;

чнм – частей на миллион (1 чнм=0,0001 % об.).

Индексы – температура;

нер – нерафинированное масло;

– рафинированное масло.

р Der Gebrauch von Pflanzenl als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein. Aber derartige Produkte knnen im Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und die Kohle– Teer–Produkte von heute.

Rudolf Diesel (1912) ПРЕДИСЛОВИЕ В настоящее время в мире существуют две глобальные проблемы: ис тощение энергетических ресурсов и борьба с парниковым эффектом, кото рый приводит к изменению климата на земном шаре. Во всем мире идут интенсивные исследования по поиску альтернативных источников энергии.

Отдается предпочтение замене невозобновляемых источников энергии на возобновляемые, которые обеспечивают баланс по сохранению выбросов парниковых газов. Этому направлению уделяется значительное внимание, так, на саммите большой восьмерки на острове Хоккайдо в 2008 предложе но обеспечить снижение выбросов парникового газа СО2 к 2050 году в два раза. Хотя в настоящее время есть много различных теорий дальнейшего протекания процессов изменения климата, но, вероятно, мало у кого суще ствуют сомнения в необходимости минимального воздействия человечест ва на окружающую среду.

Одним из решений этой проблемы является использование топлив растительного происхождения первого поколения, к которым относятся биодизельное топливо и растительные масла. По мере совершенствования технологии получения топлива из биомассы и снижения затрат возможно говорить об использовании топлив растительного происхождения второго поколения.

В настоящее время наблюдается необоснованное противопоставление одних топлив растительного происхождения другим. Например, биоспир там – биодизельное топливо, биодизельному топливу – сырые масла и т. д.

В действительности эти топлива должны дополнять друг друга и в случае недостатка одного из них, например, при плохом урожае, компенсировать ся использованием других.

Вовлечение в получение топлив растительного происхождения про дуктов питания требует рационального подхода к их использованию и оп ределяется экономической целесообразностью на данный момент времени.

Нужна продуманная политика по выращиванию определенных культур с использованием современных севооборотов, исключающих истощение почв. Необходимо вовлечение в севооборот новых масличных культур, ко торые не пригодны как пищевые масла, но удовлетворяют требованиям как топлива растительного происхождения.

Можно говорить о поисках новых видов топлив растительного проис хождения, например, скипидара, который получают из хвойных пород де ревьев.

Использование таких топлив в двигателях осуществляется двумя пу тями. Первый, наиболее распространенный, заключается в получении из растительного масла биодизельного топлива. Оно может практически без изменений в конструкции использоваться во всех двигателях. Но возникает задача обеспечения европейского качества этого топлива. Второй способ заключается в использовании непосредственно сырых масел, что требует применения специальных камер сгорания, обеспечивающих высокую тем пературу стенок камеры сгорания, или переоснащения топливной аппара турой. Выбор каждой из систем определяется возможностями потребителей и перспективами использования.

При применении того или иного топлива растительного происхожде ния должен быть выполнен всесторонний анализ по влиянию на экологиче ские и экономические показатели двигателя, фиксируя все преимущества и недостатки, которые должны быть учтены и по мере возможности устране ны.

Так, наличие около 10% кислорода в топливе растительного происхо ждения обеспечивает интенсификацию сгорания, что улучшает КПД двига теля, но при этом наблюдается рост оксидов азота при снижении дымности отработавших газов. В свою очередь это приводит к уменьшению дисперс ности сажи по сравнению с дизельным топливом, что является отрицатель ным фактором. Одним из путей снижения этого воздействия является до жигание и коагуляция мелких частиц сажи в каталитических и электрока талитических нейтрализаторах.

Следует отметить перспективы по использованию того или иного топ лива растительного происхождения, а также их смесей. Если для топлив нефтяного происхождения улучшение его свойств определяется специаль ной переработкой, то растительные масла с заданными характеристиками возможно получать уже в «поле» подбором соответствующих сортов расте ний, использованием удобрений, агрономическими мероприятиями и т. д.

Это позволит получать, например, масла с более высокой теплотой сгорания, низким содержанием фосфора и улучшенными характеристиками при сгорании. Также можно говорить о перспективах селекционных и гене тических изменений характеристик масел. Открываются перспективы по созданию «зеленого» двигателя, полностью исключающего применение продуктов нефтяного происхождения и обеспечивающего выполнение все ужесточающихся норм на вредные выбросы. Дальнейшие исследования в этом направлении должны быть направлены на получение как топлив, так и присадок растительного происхождения второго поколения с более широ кой гаммой улучшенных свойств.

Глава ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ДИЗЕЛЯХ В настоящее время прослеживается тенденция приблизить перера ботку масел в топлива к производителю, к земле. Производство тракторов приобрело массовый выпуск только в 30-х годах XX века и продолжается всего около 80 лет [1].

А до этого крестьянин кормил тягловую силу со своего поля. И в на стоящее время использование части продукции сельского хозяйства для выполнения полевых работ позволяет возвратиться к естественному, усто явшемуся в веках, замкнутому циклу, но уже на более высоком уровне [2].

В настоящее время наблюдается противопоставление различных видов альтернативных источников энергии. Спирты противопоставляются РМ, ветровая энергия – солнечной энергии и т. д. В действительности эти виды энергии должны дополнять друг друга. В Нидерландах ветровая энергия может полностью обеспечить потребность страны, но планируется исполь зование только 20% ветровой энергии от всей необходимой. Это вызвано требованиями энергетической безопасности.

И по мере совершенствования способов получения будет происходить удешевление той или иной энергии, что приведет к более рациональному использованию альтернативных источников энергии.

Исторически сложилось так, что двигатели изготавливались под широ кодоступные топлива, сначала под нефть, затем под ДТ. Попытки в на стоящее время получать новые топлива, которые соответствуют характери стикам ДТ, не являются рациональными и связаны с дополнительными за тратами. Более перспективно получать новые топлива и под них разрабаты вать камеры сгорания двигателей.

В связи с истощением запасов нефти и газа, а также усилением парни кового эффекта на земном шаре остро стоит проблема рационального по лучения и использования альтернативных топлив, к которым относятся и ТРП. Основными преимуществами этих топлив по сравнению с топливами нефтяного происхождения являются:

• обеспечение энергетической независимости;

• воспроизводимость;

• сохранение баланса по выделению CO2 ;

• при изношенной топливной аппаратуре восстановление пусковых свойств двигателя;

• повышение смазывающей способности;

• отсутствие соединений серы;

• улучшение экологических показателей, в частности, дымности;

• снижение мутагенного воздействия сажи;

• снижение отчислений за экологический ущерб.

Использование этих топлив решает проблему «парниковых» газов, по скольку CO2, образовавшийся во время сгорания в цилиндре двигателя, поглощается растениями на полях. Сохраняется своеобразный баланс по CO2. При этом данные топлива воспроизводимы.

Благодаря более высокой вязкости ТРП, по сравнению с ДТ, в двига теле с изношенной топливной аппаратурой происходит восстановление пусковых свойств.

Одним из путей борьбы с вредными выбросами является использова ние малосернистых ДТ, например, марки «Евро». По результатам испыта ний автора ДТ марки «Евро» по сравнению с обычным ДТ (производство Лисичанского НПЗ, Луганская обл.) имеет улучшенный расхода топлива на 1,3 % при существенном снижении дымности. Но из-за уменьшения содер жания серы возникает проблема смазки топливной аппаратуры. В Герма нии это решается добавкой во все ДТ 5% БТ. Поэтому использование ТРП снимает эту проблему.

В некоторых отраслях промышленности экологический ущерб опре деляется количеством израсходованного ДТ. Замена ДТ на ТРП снизит эти отчисления пропорционально количеству используемого ТРП.

Для объективности к основным недостаткам ТРП следует отнести возможность только сезонного использования, высокую реакционноспо собность БТ, что приводит к разложению некоторых прокладочным мате риалов, в некоторых случаях низкий срок хранения.

К ТРП относятся БТ и РМ. Если РМ возможно использовать как топливо в специальных двигателях, то БТ – во всех существующих двига телях по отработанной технологии, которая заключается в следующем. К маслу добавляют спирт (метанол или этанол) и щелочь (NaОН или КOH).

Нагревают при перемешивании при температуре 70–90оС в течение 1–2 ча сов. Получают глицерин и БТ, которые разделяют. Затем БТ подвергается промывке и вакуумной дистилляции.

Хотя получение БТ возможно практически в домашних условиях, но важной характеристикой является его качество. В настоящее время в Ук раине появилось большое количество производителей БТ, но из-за отсут ствия отечественного стандарта на БТ возникла проблема его качества.

Такое БТ может приводить к нарушению работы двигателя и к сокраще нию времени нормальной эксплуатации.

Данная работа посвящена ТРП : БТ, РМ и другим веществам расти тельного происхождения, которые могут быть использованы в двигателях.

Хотя эта тема в настоящее время широко раскрывается в литературных ис точниках, но автор на основании полученных экспериментальных данных выдвигает некоторые направления использования ТРП, которые остава лись до этого времени недостаточно раскрыты.

1.1. Основные способы использования топлив Рассмотрим работы, которые проводились в странах СНГ по исполь зованию топлив с добавками растительного происхождения. Эти задачи яв ляются общими, благодаря практически одинаковому парку двигателей этих стран [3, 4].

В табл. 1.1 приведены марки сельхозтехники и камеры сгорания дви гателей, устанавливаемые на этой технике.

Таблица 1. Показатели двигателей сельхозтехники Марка Форма КC Двигатель Распылитель Производитель сельхозтехники 1 2 3 4 МТЗ–50 Д–40А Вихревая Штифтовая ММЗ (Минский ФШ 6225о Д–50 моторный завод) Д–60К МТЗ–80 *Д–240 4 отверстия «–»

МТЗ– *Д– Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 ЮМЗ–6, Д–65Т Непосредственный Много- Южмаш (Днепро ЮМЗ–80, впрыск дырчатый петровск) ЮМЗ– ДТ–75М СМД 14А Полузакрытая дель- (штиф- СМД (Харьков СМД 15К товидная в поршне товая) ский завод «Серп СК–5 ФШ–6205 и молот») ТП–90, *СМД 17Н ШСК–90 СМД–18КН, СМД–19/ Т–150М СМД–62 4 отвер- «–»

СМД–72 стия СМД– ДТ–75МН А–41Т Открытая торообраз- 4 отвер- Алтайский мотор Т—4М А–01Т ная в поршне стия ный завод Т–130 Д–160 Полузакрытая дель- 5 отвер- ЧТЗ (Челябинский товидная в поршне стий тракторный завод) Т–25А Д–120 Полусферическая в 3 отвер- ВТЗ (Владимир Т–30А–80 Д–144 днище поршня стия ский тракторный завод) ДТ–75С 8ДВТ–330 Дельтовидная в 5 отвер- ВгМЗ (Волгоград Т–150К СМД–62 поршне стий ский моторный завод) *Испытания на смесях ДТ и РМ.

Форсунка ФШ 6225о имеет распылитель с диаметром иглы 6 мм, диаметром распыливающего отверстия – 2 мм и углом распыливания топ лива – 25о.

В ряде работ рассматривается возможность расширения топливной ба зы Украины путем применения ТРП. Так, в работе [5] рассматривается возможность использования заменителей ДТ для двигателей сельской тех ники.

Отмечается, что существуют определенные трудности при использо вании масел растительного происхождения, например, рапсового, но учи тывая, что они не зависят от конъюнктуры рынка нефтепродуктов и их шансы оцениваются выше, чем остальных заменителей ДТ.

Хотя о потенциальных залежах нефти и газа в Украине много говорит ся, но процессов кардинального изменения топливного баланса не наблю дается. Но даже при обнаружении таких залежей их запасы в конечном сче те ограничены. Поэтому более реально ориентироваться на существующие возможности в сельском хозяйстве [6]. Это использование биомассы в раз ных видах (древесина, солома, спирты, растительные масла и т.д.).

На основании данного обзора следует, что в СНГ находятся в основ ном двигатели с непосредственным впрыскиванием топлива, в которых мо гут использоваться БТ или его смеси с ДТ в различных пропорциях.

Использование сырых РМ возможно только в специальных двигате лях, которые выпускаются пока только за рубежом или после соответст вующего переоснащения топливной аппаратуры. У каждого направления есть свои преимущества и недостатки. БТ не требует переоснащения дви гателя, но необходима наладка производства, а главное анализа качества БТ. Использование сырых РМ в дизелях исключает дополнительные за траты по получению БТ, но требует переоснащения двигателей. Учитывая высокий уровень изношенности сельскохозяйственной техники, в настоя щее время наступает период ее замены. Какое из этих направлений станет определяющим, покажет время. Предполагается, что эти два направления определенное время будут существовать одновременно.

1.2. Расчетные характеристики Расчет показателей двигателя с учетом отличий в составе топлив про изводится следующим образом.

Для состава топлива:

С + Н + O =1, теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топ лива массой 1 кг определяется в киломолях по формуле:

1 C H O Lo = ++ 0,21 12 4 и в кг 1 8C lo = + 8Н О.

0,23 3 Данная формула учитывает то, что если в составе топлива содержится кислород, например, при использовании спиртов, БТ, РМ, то этот кисло род участвует в сгорании и расход воздуха для полного сгорания таких то плив меньше.

Воздух принимается состоящим из 0,21 объемных частей кислорода и 0,79 объемных частей азота.

Коэффициент молекулярного изменения ( ) пропорционален отно шению количества кислорода, затрачиваемого на сгорание водорода, к ко личеству кислорода, расходуемого на сгорание углерода. При этом предполагается, что кислород, содержащийся в топливе, расходуется на окисление водорода. Расчет ведется по формуле:

Н О/ = 2,37.

С Коэффициент избытка воздуха при работе на дизельном топливе оп ределяется по формуле:

Gв =, lo G т где G в – расход воздуха через двигатель, кг/ч;

G т – расход ДТ через двигатель кг/ч.

Коэффициент избытка воздуха при работе на топливной смеси опре деляется по формуле:

Gв =, тс G тс lo где G тс – расход топливной смеси через двигатель.

Возможно определение коэффициента избытка воздуха по результа там газового анализа, например, по CО2, образовавшемуся при сгорании, по формуле:

0,209 (0,791 + CO 2 ) г =.

(0,791 + ) CO По результатам испытаний обычно приводится расход топлива (эф фективный или индикаторный). Чаще всего эффективный удельный расход топлива g е (г/(кВт·ч)), который рассчитывается по формуле:

G ДТ gе =, Ne где G ДТ – расход дизельного топлива, г/ч;

N e – эффективная мощность двигателя, кВт.

Это расход топлива на единицу мощности (г/(кВт·ч)). Чем меньше расход топлива, тем лучше, значит на выработку единицы мощности необ ходимо меньше топлива. Если использовать два разных топлива с одинако вой низшей теплотой сгорания, и при работе на одном из них удельный расход топлива ниже, это значит, что это топливо сгорает лучше, эффек тивнее.

Аналог эффективному удельному расходу топлива является КПД ( e ) двигателя. При сгорании топлива в камере сгорания выделяется теп лота. Часть идет на совершение полезной работы, часть уходит в систему охлаждения и с OГ. Отношение теплоты, которое пошло на совершение полезной работы (эффективная работа), к общей теплоте, которая могла выделиться при полном сгорании топлива, называется эффективным КПД двигателя. Он определяется по формуле:

e =, g ДТ Q н ДТ e ДТ где g e – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт·ч);

ДТ Q н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Здесь соотношение обратное. Чем КПД выше, тем лучше. Чем боль шая доля сгоревшего топлива пошла на совершение полезной работы, тем выше КПД. Этого можно добиться изменением формы КC, регулировкой или, как уже отмечалось, улучшением свойств топлив.

Если сравнивать результаты испытаний по эффективному расходу то плива и КПД, то относительные изменения этих величин будут одинако выми, но с разными знаками.

Если будут испытываться топлива или топливные смеси с разной теп лотой сгорания, например, БТ, ДТ или смеси БТ с ДТ, то необходимо учитывать отличия в низшей теплоте сгорания. В этом случае КПД дизеля необходимо определять по формуле:

ТС =, е g ТС Q ТС е н g ТС где – эффективный расход топливной смеси;

е Q ТС – низшая теплота сгорания топливной смеси, кДж/кг.

н Q ТС топливной смеси, состоящей из смеси БТ и ДТ рассчитывается н по формуле:

Q ТС = N БИО Q н + (1 N БИО ) Q н, БИО ДТ н где N БИО – массовая доля БТ в топливной смеси;

БИО – низшая теплота сгорания БТ, кДж/кг;

Qн ДТ Q н – низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.

Также может использоваться для смеси приведенная теплота сгорания с размерностью (кДж/(кВт ч)), которая рассчитывается по формуле:

БИО ДТ Q н G БИО + Q н G ДТ Q прив =, Ne где G БИО – расход БТ топлива в смеси, кг/ч.

Следует учитывать, что N БИО является массовой долей топливной смеси. Смесь обычно приготавливают объемным способом, и при расчетах необходимо переводить объемные доли в массовые.

В этом случае для одного литра смеси Q ТС рассчитывается по форму н ле:

QТС = (VБИО БИО Q н + (1 VБИО ) ДТ Qн )/ ТС, БИО ДТ н где VБИО – объемная доля биодизеля в топливной смеси;

БИО – плотность БТ, кг/л;

БИО Q н – низшая теплота сгорания БТ, кДж/кг;

ДТ – плотность ДТ, кг/л;

ТС – плотность топливной смеси, кг/л;

ДТ Q н – низшая теплота сгорания ДТ, кДж/кг.

При использовании смесей топлив с различной теплотой сгорания можно использовать приведенный расход топлива [7].

Приведенный эффективный расход топливной смеси, приготовленной по массе, рассчитывается по формуле:

БИО Qн g прив = (N БИО G ТС + (1 N БИО ) G ТС )/N e, е ДТ Qн где N БИО – массовая доля БТ в топливной смеси;

G ТС – масса топливной смеси, кг/ч;

БИО Qн – низшая теплота сгорания, кДж/кг;

ДТ Q н – низшая теплота сгорания ДТ, кДж/кг.

N e – эффективная мощность двигателя, кВт.

Если топливная смесь готовилась по объему, то необходимо пересчи тать по формуле:

БИО Qн g прив = ((VБИО БИО G ТС + (1 VБИО ) ДТ G ТС )/ ТС )/N e, е ДТ Qн где VБИО – объемная доля БТ в топливной смеси;

G ТС – масса топливной смеси, кг/ч;

БИО – плотность БТ, кг/л;

БИО – низшая теплота сгорания БТ, кДж/кг;

Qн ДТ – плотность дизельного топлива, кг/л;

N e – эффективная мощность двигателя, кВт.

Плотность смеси БТ с ДТ можно определять экспериментально или расчетным способом по формуле:

СМ = N БИО БИО + (1 N БИО ) ДТ, N БИО – массовая доля БТ в топливной смеси;

где БИО – плотность БТ, кг/л;

ДТ – плотность ДТ, кг/л.

1.2.1. Состав масел по результатам хроматографического анализа Хроматографический анализ на содержание в маслах метиловых эфи ров жирных кислот был выполнен методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Кристалл–4000» с пламенно-ионизационным детекто ром. Метод расчета – процентная нормализация по площади пиков.

Расчет ведется по следующей методике. После анализа определяется массовое содержание кислот в масле. Затем рассчитывается отдельно сум марное содержание углерода С (атомная масса 12,011), водорода Н (атом ная масса 1,00794) и кислорода О (атомная масса 15,994) по формуле:

C = ii =1 C i A i k i, n = где C i – содержание атомов углерода, водорода и кислорода в i-той кисло те;

A i – атомный вес углерода, водорода и кислорода;

k i – массовая концентрация i-той кислоты в масле.

Далее, зная содержание в масле суммарного углерода, водорода и ки слорода, определяется массовая доля каждого компонента, что соответст вует составу масла. В табл. 1.2 приведены данные по расчету ПМ, в кото рой под термином символ понимается число атомов углерода: количество двойных связей.

Таблица 1. Расчет состава ПМ по результатам хроматографического анализа Содержание Жирные С Н О Символ кислот кислоты % масс.

С10Н20О2 С 10:0 0 0 0 С12Н24О2 С 12:0 0 0 0 С14Н28О2 С 14:0 0,065 0,109 0,018 0, С15Н30О2 С 15:0 0 0 0 С16Н32О2 С 16:0 6,198 11,911 1,999 1, С16Н30О2 С 16:1 0,071 0,136 0,021 0, С18Н36О2 С 18:0 3,803 8,222 1,380 1, С18Н34 О2 С 18:1 23,005 49,736 7,884 7, С18Н32О2 С 18:2 65,226 141,017 21,038 20, С18Н30О2 С 18:3 0,172 0,372 0,052 0, С20Н40О2 С 20:0 0,272 0,653 0,110 0, С20Н38О2 С 20:1 0,17 0,408 0,065 0, С20Н36О2 С 20:2 0 0 С22Н44О2 С 22:0 0,718 1,897 0,318 0, С22Н42О2 С 22:1 0,027 0,071 0,011 0, С22Н40О2 С 22:2 0,000 0,000 0, С24Н48О2 С 24:0 0,273 0,787 0,132 0, С24Н46О2 С 24:1 0 0 0 Сумма 100 215,322 33,029 31, Состав масла, % масс. 76,808 11,782 11, По этим данным возможно определение теплоты сгорания масел.

1.2.2. Теплота сгорания масел Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяю щейся при полном сгорании топлива. Различают высшую ( в ) и низшую ( н ) теплоту сгорания. При определении в учитывают теплоту, которая выделяется при конденсации воды, содержащейся в продуктах сгорания.

Величину н определяют без учета количества теплоты, выделившейся при конденсации воды [8].

Теплоту сгорания (кДж/кг) подсчитывают по элементному составу то плива [9].

Высшую теплоту сгорания по формуле:

в = 339 С + 1256 Н 109 (O S), где C, Н, O, S – массовые доли соответствующих элементов в топливе.

При сгорании одной части водорода образуется 9 частей воды. Поэто му низшая теплота сгорания определяется по формуле:

н = 339 С + 1030 Н 109 (O S) - 25,12 W, где W – количество водяных паров в продуктах сгорания 1 кг топлива.

В табл. 1.3 приведены расчетные значения теплоты сгорания различ ных масел по составу, определенному хроматографическим методом.

Таблица 1. Расчетные значения Q в и Q н различных масел Qв, Qн, С, Н, О, Отл., Топливо % масс. % масс. % масс. % кДж/кг кДж/кг ПМ р (02.05) 76,810 11,780 11,410 39591 36902 6, ПМ нер (12.04) 76,820 11,770 11,420 39580 36894 6, РР нер (01.06) 76,800 12,130 11,070 40064 37295 6, РР нер (06.08) 76,7 12,09 11,21 39962 37229 6, ГМ нер (04.04.) 77,080 11,970 10,940 39972 37240 6, РапМ р (12.04) 76,690 11,970 11,340 39796 37064 6, СМ нер (02.06) 76,749 11,778 11,473 39561 36872 6, КМ р (05.04) 76,750 11,780 11,470 39564 36875 6, ПМ нер х/п (01.08) 76,79 11,8 11,42 39608 36940 6, ДТ 87 12,6 0,4 45297 42421 6, Отличие Q в от Q н составляет в среднем 6,8 %.

Представляло практический интерес сравнение расчетных значений теплоты сгорания с экспериментальными. Для получения надежных экспе риментальных результатов данный анализ выполнялся на ASG Analytik– Service Gesellschaft mbH (Германия), которое имеет право сертификации ТРП согласно разрешению Немецкого аккредитационного совета. Данные результаты приведены в табл. 1.4.

Таблица 1. Сравнение расчетных и экспериментальных значений теплоты сгорания Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент Отл. % Отл.

Qв, Qн, ТРП Q в, кДж/кг % Q н, кДж/кг кДж/кг кДж/кг 39962 39543 1,1 37229 36969 –0, РР нер (06.08) 39608 40035 1,1 36940 37461 1, ПМ нер х/п (01.08) МЭГЖ (07.07) 39793 40481 1,7 37060 38064 2, Экспериментальные значения как Q в, так и Q н отличаются от рас четных значений незначительно, что позволяет рекомендовать данные формулы для определения теплоты сгорания.

1.2.3. Индекс ненасыщенности Для оценки в составе масел ненасыщенных кислот используется форму ла для расчета ИН [10, 11]:

ИН = P j / 100, где Pj – произведение содержания (% масс.) ненасыщенных жирных кислот и содержания двойных связей в каждой кислоте.

ИН в некоторой степени характеризует реакционноспособность ма сел. В табл. 1.5 представлены образцы расчета ИН для масел, отличаю щихся по содержанию ненасыщенных кислот.

Из табл. 1.2 следует, что масло с большим содержанием насыщенных кислот имеют ИН меньше, чем масло с меньшим содержанием насыщен ных кислот. Так РР нер имеет ИН =1,08 % масс., а СМ нер – ИН =1,53 % масс., отличие составляет 42 %. Для сравнения ИН различных масел при ведены в табл. 1.6.

Таблица 1. Расчет для масла и (01.06) (02.06) Состав Кол–во жирных Символ С Н О [3] [4] Состав С Н О [3] [9] 2 связей Состав кислот % масс. % масс.

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, С10Н20О2 С 10: 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, С12Н24О2 С 12: 0,039 0,1 0,0 0,01 0,068 0,1 0,019 0, С14Н28О2 С 14: 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, С15Н30О2 С 15: 7,894 15,2 2,5 2,5 10,652 20,5 3,4 3, С16Н32О2 С 16: 1 0,063 0,1 0,0 0,02 0,06 0,075 0,1 0,0 0,02 0, С16Н30О2 С 16: 4,405 9,5 1,6 1,4 4,322 9,3 1,6 1, С18Н36О2 С 18: 1 49,03 106,0 16,8 15,7 49,03 24,036 52,0 8,2 7,7 24, С18Н34 О2 С 18: 2 17,222 37,2 5,6 5,5 34,44 51,173 110,6 16,5 16,4 102, С18Н32О2 С 18: 3 4,04 8,7 1,2 1,3 12,12 8,628 18,7 2,6 2,8 25, С18Н30О2 С 18: 1,111 2,7 0,4 0,4 0,363 0,9 0,1 0, С20Н40О2 С 20: 1 2,388 5,7 0,9 0,8 2,39 0,173 0,4 0,1 0,1 0, С20Н38О2 С 20: 2 0,149 0,4 0,1 0,0 0,30 0,0 0,0 0,0 0, С20Н36О2 С 20: 3,007 7,9 1,3 1,0 0,383 1,0 0,2 0, С22Н44О2 С 22: 1 9,272 24,5 3,9 3,0 9,27 0,004 0,0 0,0 0,0 0, С22Н42О2 С 22: 2 0,174 0,5 0,1 0,1 0,35 0,0 0,0 0,0 0, С22Н40О2 С 22: 0,904 2,6 0,4 0,3 0,123 0,4 0,1 0, С24Н48О2 С 24: 1 0,301 0,9 0,1 0,1 0,30 0,0 0,0 0,0 0, С24Н46О2 С 24:, масс.% 1,08 1, Таблица 1. ИН различных масел и жиров С H O ИН Названия масел и жиров масс. % Растительные масла ПМ нер (12.04) 76,815 11,768 11,416 1, ПМ р (02.05) 76,808 11,782 11,411 1, ПМ нер х/п (01.08) 76,79 11,8 11,42 1, СМ нер (02.06) ) 76,75 11,78 11,47 1, ГМ нер (04.04) 77,08 11,97 10,94 1, КМ р (05.04) 76,713 11,822 11,466 1, КМ р (03.05) 76,791 11,663 11,546 1, РапМ р (12.04) 76,69 11,97 11,34 1, Масло РР нер (06.08) 76,70 12,09 11,21 1, Масло РР нер (01.06) 76,80 12,13 11,07 1, Масло какао (03.05) 76,69 11,97 11,34 0, Животные жиры Говяжий жир (07.07) 76,318 12,090 11,593 0, ИН для различных масел отличаются. В пределах одного вида масла отличия ИН могут быть не значительные, так для масла РР нер и ПМ они не превышают 2,7%. Но могут наблюдаться значительные отличия, напри мер, для КМ р оно составляет 25 %. Это объясняется различными климати ческими условиями в разные годы выращивания, технологией переработки и другими факторами. Животные жиры имеют более низкий уровень ИН, чем РМ.

1.2.4. Топливный эквивалент масла Для сельхозпроизводителей представляет интерес сравнение такого показателя, как условное количество ДТ, получаемое с единицы площади поля (л/га).

Таким показателем может быть топливный эквивалент масел ( ТЭМ ), который определяется по формуле:

РМ Q н ТЭМ = М РМ, Q н ДТ ДТ где М РМ – масса масла в центнерах, получаемая с одного гектара, ц/га;

РМ Q н – низшая теплота сгорания РМ, кДж/кг;

ДТ Q н – низшая теплота сгорания ДТ, кДж/кг;

ДТ – плотность ДТ, кг/л.

1.3. Влияние на экологические и экономические показатели дизеля Для оценки воздействия использования ТРП, на основании экспери ментальных исследований, был произведен анализ влияния g e и на по казатели вихрекамерного двигателя (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема КC дизеля Ч 8,5/11:

1 – поршень;

2 – клапан;

3 – вихревая камера сгорания;

4 – головка;

5 – форсунка;

6 – термопара в камере сгорания ( Tкс );

7 – термопара в выхлопном патрубке ( Tог ) В головке двигателя вместо свечи накаливания устанавливался шту цер, в котором фиксировалась хромель-копелевая термопара диаметром 1,5 мм для замера Tкс. В выпускном парубке Tог фиксировалась также хромель-копелевой термопарой. Термопары были предварительно совмест но протарированы и подобраны по характеристикам. Это позволяло кон тролировать состояние выпускных клапанов и влияние топлив на среднюю температуру стенки вихревой камеры.

Испытательный стенд содержит дизель-генератор, нагрузочное уст ройство в виде блоков ленточных сопротивлений, впускную систему с ус покоительной емкостью и счетчиком газа РГ–40, устройство для замера расхода топлива АИР–50, водяную систему с автономным приводом водя ного насоса и выпускную систему. Частота вращения коленчатого вала двигателя фиксировалась штатным тахометром и дублировалась счетчи ком-частотомером Ф5080. Расход воздуха фиксировался газовым счетчи ком РГ–40.

Дымность ( N ) определялась на измерителе дымности стендовом, раз работкой и созданием которого занималась кафедра ДВС Ворошиловград ского машиностроительного института с 1969 года [12, 13, 14].

Использовалась последняя модификация ИДС–3С, который представ ляет собой микропроцессорный прибор, который обеспечивает автоматиче скую калибровку и настройку. Результат измерений представляется в виде среднего арифметического значения, полученного по 20-ти текущим значе ниям дымности, измеренным за цикл измерения (20 с). Данный дымомер сертифицирован в Украине, России и Белоруссии. Он используется как в этих странах, так и в Пакистане, Литве.

Отбор отработавших газов осуществлялся в колбы и газовые пипетки и со следующими анализами.

NO x (суммарные) – фотокалориметрическим методом по реакции NO 3 иона с сульфосалициловой кислотой.

Концентрация CO определялась на газовом хроматографе марки «Цвет–110» путем метанирования CO в метан и последующим определе нием на пламенно-ионизационном детекторе.

Концентрация CH – на газовом хроматографе марки «Цвет–500» с пламенно-ионизационным детектором.

Концентрация CO2 – на газовом хроматографе марки «Цвет–100» с катарометром.

Описание испытательного стенда и методики испытаний приведены в работах [15, 16].

При постоянной мощности и оборотах коленчатого вала без измене ния за счет улучшения рабочего процесса или использования более калорийного топлива наблюдается следующее (табл. 1.7).

Таблица 1. Изменение параметров вихрекамерного двигателя при улучшении рабочего процесса дизеля без изменения КПД N CO ge NO x CO2 Tог Tкс При снижении g e (росте КПД двигателя) происходит повышение NO x, и Tкс при этом наблюдается снижение N, CO, CO2 и Tог. Это объясняется тем, что улучшение процесса сгорания приводит к повышению средней температуры и соответственно локальных температур, которые приводят к увеличению образования NO x, но способствуют выгоранию частиц сажи.

При постоянной N e и n при уменьшении (без наличия оптимума) наблюдается следующее (табл. 1.8).

Таблица 1. Параметры вихрекамерного дизеля при изменении при N e =const Изменение N CO CO2 Tог Tкс ge NO x о (с 22 до 10 до ВМТ) Наблюдается увеличение g e (снижение КПД двигателя), снижение NO x, CO2 и Tкс, при этом наблюдается увеличение, N, CO и Tог. Это объясняется тем, что впрыск топлива осуществляется позднее и уменьшает ся время на смесеобразование, что приводит к ухудшению процесса сго рания. При малых сгорание может продолжаться в выхлопном патрубке.

При использовании ТРП, в частности БТ, наблюдаются изменения в широком диапазоне как в положительную, так и в отрицательную стороны.

Это объясняется использованием БТ, изготовленных по разным техноло гиям, из разного сырья, проведения сравнения с разными ДТ.

В работе [17] отмечается, что в среднем увеличение расхода топлива составляет приблизительно 5 % и находится в диапазоне от минус 4 % до плюс 14 %.

Следует отметить, что некорректно сравнивать топлива с разной те плотой сгорания по массовому расходу топлива. Необходимо сравнивать КПД двигателя, который учитывает разную теплоту сгорания этих топ лив. Может наблюдаться эффект, когда расход топлива растет, но с уче том теплотворной способности, КПД двигателя может улучшаться. Так, в этой работе отмечено улучшение КПД двигателя при работе на БТ на 6,5 % по сравнению с ДТ.

Упрощенно топливо возможно рассматривать как своеобразный «кок тейль» из веществ с разными физико-химическими свойствами. При этом необходимо оптимальное соотношение этих веществ, чтобы обеспечивался запуск двигателя, а во время сгорания достигалось тепловыделение по углу поворота коленчатого вала, обеспечивающее получение максимального КПД двигателя. Важно необходимое содержание легких фракций, ответ ственных за пусковые свойства двигателя. При впрыскивании топлива в КC они в первую очередь испаряются и обеспечивают воспламенение остального топлива. Если их будет не достаточно, то двигатель не запустится. Если будет наблюдаться избыточное содержание таких фракций, то будет происходить быстрое сгорание, что ухудшит показатели двигателя, уменьшится КПД, возрастет дымность. Это объясняется тем, что высокое содержание легких фракций приводит к резкому увеличению скорости сгорания. Высокое содержание в БТ кислорода до 11% обеспечивает ускорение предпламенных реакций, что приводит к улучшению сгорания, снижению выделения сажи, но приводит к уменьшению дисперсности сажевых частиц и росту NO x.

При использовании ТРП и особенно их смесей необходимо стремить ся к получению оптимального состава по экономическим и экологическим параметрам.

В вышеуказанной работе отмечается, что при большинстве испытаний наблюдается незначительное изменение NO x в диапазоне ±5 %, в то же время сообщает, что при одних из испытаний отмечено увеличение выделения NO x на 25 %. По результатам испытаний в Швейцарии и Ка наде были отмечены случаи уменьшения NO x больше чем на 25 %, ве роятно, за счет изменения условий впрыскивания топлива.

Определение N с помощью дымомера типа Bosch выявило значи тельное сокращение дымности на 40…60 %.

Определение ТЧ выявило их зависимость от условий испытаний. В общем, отмечено сокращение выделения ТЧ на 29…53 %. Можно пред положить, что последнее объясняется тем, что в OГ дизеля при работе на БТ больше углеводородов, которые фиксируются при замере ТЧ, а в дымомере они не полностью регистрируются.

Ввиду этого может наблюдаться парадоксальное явление, когда при работе на БТ при снижении дымности OГ фиксируется увеличение вы бросов ТЧ за счет, предположительно, улавливания углеводородов.

Выбросы CO были увеличены примерно на 3…10 %. При исполь зовании окисного катализатора выбросы уменьшены на 65 %.

Выбросы CO2 зависят от чистоты БТ [18]. Чем выше чистота БТ, тем выше уровень выделения CO2. У чистого БТ выбросы CO2 увели чены примерно на 3%. Для БТ животного происхождения уровень CO снижается примерно на 1%.

Выбросы CH имеют противоречивый характер, отмечается как уве личение выбросов до 10 %, так и уменьшение на 30…80%. Следует учи тывать, что использование окислительных катализаторов уменьшает эти выбросы на 68 % по сравнению с дизелями без окислительного нейтра лизатора.

Выбросы PAH, обладающие канцерогенным воздействием, сущест венно сокращаются, что наиболее очевидно с бенз(а)пиреном, фенантре ном, бенз (b+j+k)флуорантеном и т. д.

Для выбросов альдегидов наблюдается сокращение на 13 %. Выбро сы формальдегида не изменяются. Выбросы акролеина увеличились на 10% при одних испытаниях, при других было отмечено трехкратное уве личение, что, предположительно, является причиной специфического за паха OГ при работе на БТ.

Для ароматической группы наблюдалось сокращение на 30 %;

при этом выбросы бензола увеличились на 32 %.

В работе [19] приведены сравнительные результаты испытаний HySEE и ДТ (табл. 1.9).

Таблица 1. Сравнение вредных выбросов с OГ при работе дизеля на ДТ и HySEE HySEE ДТ Удельные выбросы, г/(элс·ч) Отличие, % 4,55 4,78 NO x ТЧ 0,077 0,038 CO 1,46 0,632 CH 0,12 0,026 552 552 CO При работе на БТ снижаются выбросы ТЧ на 51%, CO на 50 %, CH на 78%, но растут выбросы NO x на 5%.

В работе [20] приведено изменение вредных выбросов с OГ дизеля при работе на ДТ и БТ (табл. 1.10).

Таблица 1. Изменение вредных выбросов с OГ при работе на БТ по сравнению с ДТ ТЧ CO Вредные выбросы SO x NO x NO * x Изменение, % –99 –20 +1 –23 Из-за отсутствия серы в БТ уровень выделения SO x снижается на 99 %. Наибольший интерес представляют выбросы NO * на специально x отрегулированном двигателе для работы на БТ. Они снижаются на 23 %.

Для полноты информации желательно знать изменение КПД двигателя.

В работе [21] приведено изменение вредных выбросов с OГ дизеля при работе на ДТ и БТ (табл. 1.11).

Таблица 1. Сравнение удельных вредных выбросов с OГ при работе дизеля на ДТ и БТ ДТ БТ Удельные выбросы, г/(элс·ч) Отличие, % 5 5,5 NO x ТЧ 0,05 0,015 CO 15,5 7,5 CH 1,3 0,75 42, 0,17 SO 563 CO2 (минеральное происхождение) 0 CO2 (растительное присхождение) CO2 563 575 2, При определении выбросов CO2 были рассчитаны доля углерода ми нерального и растительного происхождения, участвующих в образовании CO2 для ДТ и БТ по полному жизненному циклу. Для ДТ эта величина составила 633 г, для БТ – 136 г. При использовании ДТ CO2 образуется полностью из углерода минерального происхождения. При использовании БТ CO2 образуется из углерода растительного происхождения. Считается, что он полностью поглощается растениями на полях. Но при изготовлении БТ применяется метанол и если он изготовлен из природного газа, то ис пользуется углерод минерального происхождения. Поэтому происходит только частичное преобразование CO2. Делается вывод, что БТ имеет не на 100 % меньше выбросов CO2, а только на 79 %.

Соединения серы минимальны в выхлопе из-за низкого содержания ее в БТ. В этом свете БТ – идеальное топливо для двигателей, обору дованных нейтрализаторами, катализаторы которых подвержены отрав лению серой. Но в ТРП находится фосфор, который также является ка талитическим ядом, и в настоящее время определяется его воздействие на работоспособность катализаторов.

В работе [22] отмечается, что уровень мутагенного воздействия OГ дизеля при работе на БТ ниже, чем при работе на ДТ.

Аналогичные результаты зафиксированы и при работе дизеля на РМ. Мутагенное воздействие частиц сажи при работе на РапМ по испы тательному циклу для трактора на 30…70 % и при работе на холостом ходу на 20…50% ниже, чем при работе на ДТ [23].

В общем случае по влиянию БТ в смеси с ДТ на вредные выбросы с OГ возможно ориентироваться на зависимости, приведенные в работе [12] (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Влияние добавки БТ на вредные выбросы с OГ Согласно этому графику пропорционально добавки БТ снижаются выбросы ТЧ, CO и CH. При работе на БТ наблюдается снижение ТЧ на 48%, CO на 48%, CH на 70%. Но при этом наблюдается рост выделения NO x, которое при полном переводе двигателя на БТ составляет 10%.

Топливо при движении поршня всегда попадает из КC в картер двига теля и разбавляет смазочное масло. При использовании БТ в некоторых случаях наблюдается загущение моторных масел – явление желирования [24].

Это приводит к значительному увеличению количества шламов, смоли стых осадков и нерастворимых веществ в смазочном масле и осаждение на внутренних поверхностях элементов двигателей.

Эти явления приводят к увеличению его вязкости, температуры рабо ты двигателя, сопротивлению протекания масла и ухудшению смазки. По вышение температуры элементов двигателя до 1200С приводит к возникно вению высокотемпературных шламов, а малая эффективность при этих температурах диспергирующих присадок способствует быстрому соедине нию ТЧ в агломераты.

Несмотря на то, что явление желирования известно достаточно давно, пока еще нет полного понимания его возникновения. Наиболее полное объ яснение представлено в работах Херманса, в которых желе представляется как однородная дисперсная система с постоянной внешней формой (под действием внешнего механического воздействия ведут себя как твердые те ла) и обладает структурной вязкостью. Оно состоит из двух фаз – объемной сети дисперсной системы, которая дает ей жесткость формы и жидкой фа зы, заполняющей сеть. Обе фазы взаимно проникают, постоянно заполняя систему. В сложной структуре сети можно выделить петли, узлы и свобод ные концы (рис. 1.3).

петля свободный конец узел цепи Рис. 1.3. Схема структуры желеобразного смазочного масла Они создают химические ковалентные связи: переплетенные сети, воз никающие под действием простых топологических взаимодействий, в кото рых узлы возникают в процессе физического воздействия.

Результаты лабораторных исследований желированных масел свиде тельствуют о том, что практически все основные параметры таких масел не отличаются от свежих, кроме кинематической вязкости – при 40оС и 100оС для свежего масла 106,2 и 14,07 для желированного соответственно 2374, и 1888,3 мм2/с. При этом желированное масло характеризуется повышен ным содержанием ТЧ.

То есть одной из возможных причин загущения моторного масла яв ляется наличие конгломератов сажи и тетраглицеридов жирных кислот – основных составляющих топлив растительного происхождения.

Основные причины желирования моторных масел связаны в первую очередь с химическими процессами, в которых основными субстратами яв ляются база моторного масла и метиловые эфиры жирных кислот РМ, а также наличие ТЧ, которые в результате конгломерации способствуют за гущению моторного масла. Решением указанной проблемы является ис пользование соответствующих присадок и усовершенствование фильтров тонкой очистки.

Некоторые фирмы рассматривают решение этой проблемы более оп тимистически [17].

Разный фракционный состав (более узкий для БТ, который находит ся между 320–350°C) и ДТ (180–340oC) приводит к тому, что ДТ больше склонно к растворению в смазочном масле, в противовес БТ, которое бо лее гомогенно. При исследованиях растворение БТ в смазочном масле составляло от 1 до 10 %. Испытания фирм Castrol и Mercedes не показа ли никаких неблагоприятных эффектов от содержания в смазочном мас ле до 20 % масс. БТ.

Некоторые компании по производству минеральных смазочных масел разработали масла, которые адаптированы для использования в двигателях, работающих на БТ, например, BP Vanellus FE, Castrol Powermax, Shell Rimula X, Fuchs–Genol Unic 1040 MC, Mobil Delvac super, OMV–Elan RME plus.

1.3.1. Комплексная оценка систем нейтрализация ОГ с учетом парниковых газов Учитывая, что в настоящее время основная масса транспортных средств снабжена системами нейтрализации OГ, а в дальнейшем это должно но сить массовый характер, то важной задачей становится оценка эффектив ности этих систем с учетом влияния альтернативных топлив и выбросов парниковых газов с OГ [25].

При решении вопроса о выборе систем нейтрализации OГ двигателя при работе на альтернативных топливах необходима комплексная оценка, отнесенная к единице мощности за единицу времени [26].

Она должна учитывать стоимости топлива, экологического ущерба от вредных выбросов с OГ и выбросов «парниковых» газов. При этом следу ет учитывать изменения характеристик вредных выбросов, вносимых пере ходом на альтернативные топлива и воздействием систем нейтрализации, использующих нейтрализирующие добавки, которые также являются вред ными веществами.

Комплексной оценкой эффективности систем нейтрализации являются затраты, отнесенные к единице мощности за единицу времени грн/(кВт·ч) и определяются по формуле:

С = С1 + С2 + С3 + С4 + С5, где C1 – стоимость топлива, которая определяется как произведение мас сового расхода топлива на стоимость 1 кг топлива (грн/(кВт·ч));

C 2 – суммарный ущерб от выделения NO x, твердых частиц, CO, CH, которые определяются с учетом массового выброса и показателей аг рессивности (грн/(кВт ч));

C3 – ущерб от выделения парниковых газов, в частности CO2, кото рый определяется как массовый выброс за единицу времени на единицу мощности грн/(кВт·ч). При этом стоимость CO2 равна 40–80 евро/т (при нимается – 60 евро/т) [27].

При использовании ТРП эта величина принимается равной 0, по скольку концентрация CO2 не увеличивается и находится в равновесии.

C4 – ущерб от остаточного газа-восстановителя после нейтрализатора, например NH 3, показатель относительной агрессивности которого на 30 % выше, чем NO x (поскольку ПДК р.з. NO – 30 мг/м3, а ПДК р.з. NH 3 – мг/м3) [28].

Определяется с учетом массового выброса NH 3 и показателя агрес сивности (табл. 1.12).

Таблица 1. Показатели относительной агрессивности компонентов отработавших газов двигателей усл. кг/кг ТЧ CO CH NO x NH 1 3,16 41,1 200 54, Ущерб определяется по формуле [29]:

У = f M, где – размерный коэффициент, служащий для перевода бальной оценки ущерба в стоимостную, принимается равной стоимости топлива;

– показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над разными территориями;

f – поправка, учитывающая характер рассеивания OГ в атмосфере;


M – приведенная годовая масса вредных выбросов.

При этом следует учитывать, это вредное воздействие в данном случае распространяется не на разные территории, а на весь земной шар, поэтому коэффициенты и f, вероятно, следует принимать одинаковыми.

C5 – ущерб от выделения газов при регенерации сажи, который опре деляется как массовый выброс CO2 при регенерации на цену CO (грн/(кВт ч)).

Испытания проводились при следующих условиях: нейтрализатор диаметром 120 мм, высотой – 126 мм;

катализатор – меднохроокисный;

объемная скорость – 11000 ч–1;

цена ДТ – 8,12 грн/кг;

цена БТ – 6, грн/кг, подавался в реактор водный раствор аммиака – 100% избыток по отношению к NO x. Результаты расчета комплексного показателя и его со ставляющих приведены в табл. 1.13.

На рис. 1.4 приведена гистограмма изменения комплексного показате ля и его составляющих.

Комбинации таких средств, как селективная система нейтрализации и использование БТ для снижения вредного воздействия OГ в настоящее время исследуется за рубежом [30].

При этом следует отметить дальновидность авторов работы [31], кото рые с 1976 году проводили исследования по селективному восстановлению NO x дизелей.

Данный способ является чуть ли не единственным, обеспечивающим выполнение норм ЕВРО–5 на существующих двигателях.

1.4. Нормативные документы на ТРП В Европе и в США в качестве ТРП широко используется БТ [17, 32].

Для его использования в этих странах введены стандарты на БТ [33].

Таблица 1. Результаты комплексной оценки систем нейтрализации при использовании и Параметры (температура в слое (температура в слое (температура в слое (температура в слое 333оС), c остаточным 333оС), без остаточного 316оС), с остаточным 316оС), без остаточного аммиаком аммиака аммиаком аммиака после до после до после до после до 0,047 0,0234 0,047 0,0234 0,0512 0,0218 0,0512 0,,% 0,0517 0,0033 0,0517 0,0033 0,0469 0,0031 0,0469 0,, мг/л 12,7 12,8 12,7 12,8 12,7 12,85 12,7 12,,% 0,0733 0,0733 0,0367 0,,% 0,0751 0,0751 0,0751 0, 0,002 0,002 0,0017 0,,% 0,0029 0,0029 0,002 0, 0,0483 0,,% Составляющие комплексной оценки, грн/кВт ч 2,92 2,92 2,92 2,92 2,70 2,70 2,70 2,, грн/кВт ч 2,51 0,98 2,51 0,98 2,15 0,74 2,15 0, 0, грн/кВт ч 0,90 0,91 0,90 0,91 0, грн/кВт ч 0,00 1,37 0,00 0,00 1,74, грн/кВт ч 6,33 6,18 6,33 4,81 4,85 5,18 4,854 3, Рис. 1.4. Изменение комплексного показателя дизеля при работе на ДТ и БТ с селективной системой нейтрализации OГ на дизеле 1Ч8,5/ Задача принятия стандарта на БТ в Украине стоит очень остро. Учи тывая, что Украина только вступила в стадию применения таких топлив, желательно использовать уже имеющийся мировой опыт [34].

С необходимостью использования альтернативных топлив из биомас сы Германия столкнулась в 90-е годы. Наибольший практический интерес в этом плане представило РапМ. Принятию этого решения предшествовал тщательный системный технико-экономический анализ использования РапМ в качестве заменителя ДТ с учетом затрат на возделывание рапса, его переработку, спроса на получаемые из рапса продукты со стороны дру гих отраслей и других факторов [35].

Затем последовали дорогостоящие и длительные экспериментальные исследования по возможности использования РапМ и БТ (этиловые и ме тиловые эфиры жирных кислот) в качества топлив для дизелей с разными типами камер сгорания. Например, в работе [36] определялись экономиче ские и регулировочные показатели в двигателях с разделенной и неразде ленной КC, склонность к закоксовываемости поршневых колец, распыли телей и КC.

Было выявлено, что БТ с высокой степенью очистки может использо ваться во всех типах КC. Использование РМ в двигателях в то время счи талось невозможным. В дальнейшем эта задача была также решена.

Из опыта работы с БТ выяснилось, что у ряда людей, работающих в этой области, знакомство с оригиналами стандартов вызывает определен ные трудности в силу наличия разной терминологии, различных единиц из мерения и других факторов. Так массовые концентрации имеют следующие единицы: % масс., мг/кг, mg/kg, % mass., % (m/m). Они соотносятся сле дующим образом: 1 мг/кг = 0,0001 % масс., 1 mg/kg = 0,0001 % mass (% (m/m). Так, содержание воды в БТ 500 mg/kg равно 0,05 % mass.

При этом следует учитывать, что способы определения характеристик в разных странах могут отличаться, что приводит к получению разных за ключений по пригодности БТ. Так, в статье [37] отмечается, что произво дитель БТ после получения положительных анализов, вероятно, от несер тифицированных лабораторий на определение качества БТ получал отри цательное заключение по пригодности БТ из Германии.

В таких случаях следует отдавать предпочтение заключению из Гер мании, в которой существуют специальные лаборатории по анализу БТ и они сертифицированы. Стандарты сведены в одну табл. 1.14 и приведены на четырех языках (на украинском языке только основные термины). В ней приведены выдержки из стандартов на БТ Европы, Германии, США, от раслевой стандарт Украины [38], проект стандарта РФ [39] и для сравнения стандарт на ДТ [40].

Следует отметить, что после принятия европейского стандарта на БТ DIN EN 14214:2003 в октябре 2003 немецкий стандарт E DIN 51606 немец ким центром сертификации был аннулирован.

Сравнение европейского стандарта на БТ EN 14214:2003 и отраслево го стандарта Украины на биодизель СОУ 24.14–37–561:2007 говорит об их идентичности.

Хотя за рубежом существует несколько стандартов на БТ (в Герма нии DIN V 51606, в США ASTM D6751), но немецкие коллеги рекоменду ют ориентироваться на европейский стандарт EN 14214, что позволит не только получать качественное БТ, но и в перспективе обеспечить экспорт этого топлива.

В этом свете проект стандарта РФ на БТ, за основу которого взят ев ропейский стандарт EN 14214, имеет некоторые отличия в сторону ослаб ления показателей. Так, содержание воды повышено с 500 до 1500 мг/кг, содержание свободного глицерина – с 0,02 до 0,05 % масс., содержание ме танола – с 0,2 до 0,5 % масс., при этом содержание золы снижено с 0,02 до 0,01 % масс. Данные отличия могут являться препятствием для применения такого БТ в зарубежной технике, эксплуатируемой в России.

Таблица 1. Стандарты на БТ и ДТ (на английском, немецком, русском и украинском языках) Страна ЕвропаГермания США Украина РФ РФ Характеристики Единицы DIN V ASTM СОУ 24.14– ГОСТ EN 14214 Проект 51606 D6751 37–561:2007 305– Топливо FAME FAME FAAE ЭМЖК ДТ 1 2 3 4 5 6 7 Density 15oC g/cm3 0,86–0, Dichte bei 15oC g/cm3 0,875–0, Плотность, 20oC кг/м3 830– Густина 15oC кг/м3 860–900 860– Viscosity 40 oC mm2/s 3,5–5 1,9– Viskositt bei 40 oC mm2/s 3,5– Кинематическая вязкость, мм2/с 1,5– 20oC Кінематична в’язкість 40 oC мм /с 3,5–5 3,5– Distillation % & oC 90%, 360 oC Фракционный состав 50%, 280 oC;

% при oC 96%, 360 oC o Flashpoint C 120 min 130 min o Flammpunkt C 110 min Температура вспышки в 35 «З»;

o C 120 min закрытом тигле 62 «Л» min Температура спалаху у закр. o C 120 min тиглі Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 CFPP местные (Cold Filter Plugging Point) требования CFPP лето 0;

осень/весна – 10;

зима – Предельная температура не выше – фильтруемости o Cloud point C report o Температура помутнения C не выше –5 «Л»;

–35 «З»

o Congealing (pour) point C o Температура застывания, C не выше –10 «Л»;

–45 «З»

Sulphur mg/kg 10 max 15 max Schwefelgehalt mg/kg 10 max Содержание серы мг/кг 10 0,5 max max Масова частка сірки мг/кг 10 max % мас. 0, max Coradson Carbon Residue (CCR) % mass 0, 100 % distillation residue max Koksrckstand (Rurckstand) % 0,05 max (von 100% Destillatinsrckstand) (m/m) Коксуемость 100 % остатка % масс.

Carbon residue (10% distillation % mass 0,3 max residue) Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 Koksrckstand (Rurckstand) % (m/m) 0,3 max (von 10% Destillatinsrckstand) Коксуемость 10 % остатка % масс. 0,3 max 0,3 max Коксівність 10%–го залишку % масс. 0,3 max Oxid ash % mass Aschegehalt % (m/m) Зольность % масс. 0, max Sulphated ash (Sulphated ash % mass 0,02 max 0,02 max content) Sulfat–Asche % (m/m) 0,03 max Сульфаты золы % масс. 0,02 max 0,02 max Water mg/kg 500 max 500 max Wassergehalt mg/kg 300 max Содержание воды мг/кг 1500 нет Вміст води мг/кг 500 max % мас. 0,05 max Total contamination mg/kg 24 max Gesamtverschmutzung mg/kg 20 max Содержание механических частиц нет Вміст механічних домішок відсутні Cu corrosion max 3 h/50oC 1 Korrosionswirkung auf Kupfer (3 h Korrosions bei 50oC) grad Испытание на медной пластинке выдерживает Випробування на мідній пластинці витримує Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 Oxidation stability hrs;

110oC 6 min 6 min Oxidationstabilitt, 110 oC h 6 min Стабильность к окислению час 6 min при 110оС Стабільність окислення за година 6 min температури 110оС Cetane number 51 min 47 min Cetanzahl 49 min Цетановое число 51 min 45 min Цетанове число 51 min Acid value mg KOH/ g 0,5 max 0,8 max Surezahl mg KOH/ g 0,5 max Кислотное число мг KOH на 1 г топлива 0,5 max Кислотне число мг KOH на 1 г 0,5 max Кислотность мг KOH на 100 см3 5 max топлива Methanol % mass 0,2 max Methanol–Gehalt % (m/m) 0,3 max Содержание метанола % масс. 0,5 max Масова частка метанолу % мас. 0,2 max Ester content % mass 96,5 min Ester–Gehalt Masse % Содержание эфира % масс. 96,5 min Масова частка ефірів % мас. 96,5 min Monoglyceride % mass 0,8 max Monoglycerid–Gehalt % (m/m) 0,8 max Содержание моноглицеридов % масс. 0,8 max Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 Масова частка моногліцеридів % мас. 0,8 max Diglyceride % mass 0,2 max Diglicerid–Gehalt % (m/m) 0,4 max Содержание диглицеридов % масс. 0,2 max Масова частка дігліцеридів % мас. 0,2 max Triglyceride % mass 0,2 max Triglycerid–Gehalte % (m/m) 0,4 max Содержание триглицеридов % масс. 0,2 max Масова частка тригліцеридів % мас. 0,2 max Free glycerol % mass 0,02 max 0,02 max Gehalt an freiem Glycerin (Freies Glyzerin) % (m/m) 0,02 max Свободный глицерин % масс. 0,05 max Масова частка вільного гліцерину % мас. 0,02 max Total glycerol % mass 0,25 max 0,24 max Gehalt an Gesamt Glycerin (Gesamt Glyzerin) % (m/m) 0,25 max Содержание общего глицерина % масс. 0,25 max Масова частка загального гліцерину % мас. 0,25 max Iodine value 120 max Iodzahl (Jodwert) Gr Iod/100 gr 115 max Йодное число г йода на 100 г 120 max 6 max топлива Йодне число г йоду на 100 г 120 max Linolenic acid ME % mass 12 max Gehalt an Linolensure–Methylester % (m/m) 12 max Содержание эфиров линоленовой кислоты % масс. 12 max Масова частка метилового ефіру % мас. 12 max ліноленової кислоти Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 5 6 7 C(:4) & greater unsaturated ester % mass 1 max Gehalt an Fettsure–Methylestern mit 4 % (m/m) 1 max Doppelbindungen Содержание ненасыщенных % масс. 1 max метиловых эфиров c больше чем 4–мя двойными связями Масова частка поліненасичених % мас. 1 max метилових ефіров Phosphorus mg/kg 10 max 10 max Phosphor–Gehalt mg/kg 10 max Содержание фосфора мг/кг 10 max 0, Масова частка фосфору % мас. мг/кг 10 max Alkalinity mg/kg Alkalitt mg/kg 5 max Щелочность мг/кг Gp I metals (Na, K);


mg/kg 5 max 5 max 5 max Alkaline content (Na+K) Gehalt an Alkali–Metallen (Na + K) mg/kg 5 max Содержание Na и K мг/кг 5 max Масова частка лужних металів (Na+K) мг/кг 5 max Gp II metals (Ca, Mg);

mg/kg 5 max Alkaline earth content (Ca+Mg) Gehalt an Erdalkali–Metallen (Ca +Mg) mg/kg Содержание Сa и Mg мг/кг 5 max 5 max PAHs % mass Полиароматические СН % масс.

Lubricity / wear m at 60 oC Смазывающая способность/износ мкм при 60 оС Таблица 1. Стандарт на как топливо (на немецком и русском языках) Граничные значения по ГОСТ 8988–77. Масло рапсовое «RK–Qualttsstanard Характеристика Единицы Рапсовое масло Рапсовое масло 05/2000»

рафинированное холоднопрессованное E DIN 51605:06/ 1 2 3 4 Dichte bei 15oC kg/m3 900– Плотность, 20oC кг/м Kin. Viskositt bei 40 oC mm2/s 38 max 36 max Кинематическая вязкость, 40oC мм2/с o Flammpunkt nach P.–M. C 220 min o Температура вспышки C 230 Heizwert kJ/kg 35000 min 36000 min Низшая теплота сгорания кДж/кг 37640* Zndwilligkeit 39 min Цетановое число Koksrckstand (Rurckstand) Masse % 0,4 max (von 10% Destillatinsrckstand) Коксуемость 10 % остатка %, масс.

Iodzahl (Jodwert) Gr Iod/100 gr 100– 95– Йодное число г йода на 100 г 94–106 94– топлива Schwefelgehalt mg/kg 20 max 10 max Содержание серы мг/кг 6 Продолжение табл. 1. 1 2 3 4 Gesamtverschmutzung mg/kg 25 max 24 max Содержание механических частиц мг/кг Surezahl mg KOH/ g 2,0 max Кислотное число мг KOH на 1 г 0,4 топлива Oxidationstabilitt, 110 oC h 5 min 6 min Стабильность к окислению Phosphor–Gehalt mg/kg 15 max 12 max Содержание фосфора мг/кг 0,05 Aschegehalt Masse % 0,01 max Зольность %, масс.

Wassergehalt Masse % 0,075 max Содержание воды % масс. 0,15 0, Summengehalt an Ca und Mg mg/kg 2,0 max Суммарное содержание Сa и Mg мг/кг Visuelle Begutachtung Frei von sichtbaren Verunreinigungen, Sedimenten sowie freiem Wasser Визуальное заключение Свободно от видимого загрязнения, осадка и свободной воды *согласно ТУ У 15.4–23509930–003–2004.

В то же время в Европе, особенно в Германии, ведутся активно работы по использованию РапМ в качестве топлива для дизелей. Уже существуют двигатели, которые могут работать на РапМ, и для них предусмотрены со ответствующие заправки [41, 42].

В Германии для этой цели был разработан стандарт Е DIN 51605 на РапМ как топливо для дизелей (табл. 1.15). Для сравнения приведен отече ственный стандарт на РапМ [43].

Рафинированное РапМ по ГОСТ 8988–77 удовлетворяет части харак теристик РапМ как топлива по стандарту Германии Е DIN 51605:06/2006.

Следует учитывать, что данный стандарт носит рекомендательный харак тер.

Некоторые граничные значения характеристик приняты для обеспече ния нормальной работы двигателей для условий Германии. Например, ог раничения по содержанию фосфора объясняются его отравляющим воздей ствием на катализаторы в нейтрализаторах отработавших газов [44].

В дальнейшем следует ожидать расширения спектра используемых РМ и принятия для них соответствующих требований к характеристикам.

Так, некоторые фирмы в Германии используют не только РапМ, но и дру гие масла, к которым они предъявляют собственные требования. Таким примером являются характеристики, разработанные ALFRED KUHSE GmbH (Германия) (см. табл. 1.16).

В используемых фирмой требованиях допускается повышенное зна зт чение йодного числа до 135, уменьшение t всп до 200оС и изменение требо ваний по стабильности. Замер кинематической вязкости пальмового масла осуществляется не как обычно, при 40оС, а при 50оС.

Выводы В настоящее время одним из основных критериев выбора двигателей и топлив становятся экологические показатели, которые включают не только вредные выбросы с OГ, но и «парниковые» газы. Выбор процесса смесе образования в цилиндре двигателя, подбора альтернативных топлив и па раметров систем нейтрализации позволяет обеспечить все ужесточающие нормы не только на вредные выбросы, но и на «парниковые» газы. Данные требования возможно обеспечить принятием на межгосударственном уров не соответствующих нормативных документов, стимулирующих использо вание альтернативных топлив и применение комплексных систем нейтра лизации OГ.

В будущем следует ожидать расширения спектра используемых масел, что потребует разработки новых стандартов.

Таблица 1. Характеристики РМ как топлив Граничные значе- Для рафинированных ния по «RK– пальмового, соевого и Qualttsstanard рапсовых масел Характеристика Единицы 05/2000» и по данным ALFRED E DIN KUHSE GmbH 51605:06/2006 (Германия) кг/м3 900–930 900– мм2/с max 38 max max мм2/с max 30 (для пальмово го масла) o C min 220 min зт t всп Низшая теплота сгорания кДж/кг min 35000 min min Цетановое число min 39 min Коксуемость 10 % остатка % масс. max 0,4 max 0, Йодное число г йода/100 г 100–120 max 95– Содержание серы % масс. max 20 max max Содержание механических мг/кг max 25 max частиц max Кислотное число мг KOH/1 г max 2,0 max (Нейтрализационное число) Стабильность к окислению час min 5 min 6 для рапсового и при 110оС min 6 соевого масел min 15 для пальмового масла Содержание фосфора мг/кг max 15 max max Зольность % масс. max 0,01 max 0, Содержание воды % масс. max 0,075 max 0, Содержание Сa и Mg мг/кг max 2,0 max (Са как смазочная со ставляющая) Визуальное заключение Свободен от видимого загрязнения осад ком, а также от воды Уже сейчас ТРП необходимо рассматривать не как топливо, характе ристики которого необходимо приближать к характеристкам ДТ, а как но вый вид топлива, под которое необходимо адаптировать двигатели. При этом характеристики ТРП должны быть максимально изменены селекци онными и генетическим способами для получения наилучших показателей двигателя по экологическим и экономическим показателям.

Литература к главе 1. Корчанова Ю.О., Петренко О.О. Історія техніки землеробства. Словник–довід ник. Ч. I. Трактори й автомобілі. Ч. II. Сільськогосподарьскі машини. – Лу ганськ: ЛНАУ, 2005. – 588 с.

2. Петренко А.Е., Корчанова Ю.А., Васильев И.П. Анализ свойств топливных сме сей с добавками подсолнечного масла для применения в дизельных двигателях // Збірник наукових прац Луганського державного аграрного університету. Се рія: Технічні науки. –Луганськ: ЛДАУ, 2001. – № 10 (22). – С. 120 – 124.

3. Тракторные дизели: Справочник / Б.В. Взоров, А.В. Адамович, А.Г. Арабян и др.;

Под общей ред. Б.А. Взорова.–М.: Машиностроение, 1981. – 535 с.

4. Трактори та автомобілі. Ч.1 Автотракторні двигуни: Навч. посібник /М. Г. Сан домирський, М.Ф. Бойко, А.Т. Лебедєв та ін.;

За ред. проф. А.Т. Лебедєва. – К.:

Вища шк., 2000. – 357 с.

5. Білоконь Я.Ю., Окоча А.І. До питання про замінники дизельного палива // Збір ник наукових прац Національного аграрного університету. Механізація сільсь когосподарського виробництва. Теорія и розрахунок сільськогосподарських машин. – К., 1999.– VI. – С. 46–49.

6. Андриевская А. Энергетические растения как альтернативный вид топлива // Нефть и газ. – 2000. – № 7(25). – С. 82 – 84.

7. Dietrich W., Schnbeck A. Das MWM-Zndstrahl-Alkohol-Brennverfahren // MTZ. 1982. - 43.- № 12. – S. 583 – 588.

8. Обельницкий А.М. Топливо и смазочные материалы: учебник для втузов. – М.:

Высшая школа, 1982. – 208 с.

9. Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Топливо, масла и технические жидкости: Спра вочник. – 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989. – 304 с.

10. Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Дударева Л.В. Жирные кислоты липидов ва куолей корнеплодов растений // Биологические мембраны. – 2007. – том 24. – №5. – С. 363 – 369.

11. Lyons J.M., Wheaton T.A., Pratt Y.K. Relationship Between the Physical Nature of Mitochondrial Membranes and Chilling Sensitivity in Plants // Plant Physiol. – 1964.

– V.39. – P. 262 – 268.

12. Патент 15441 Україна, МКИ G 01 N 21/53. Пристрій для вимірювання оптичної густини відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння / Звонов В.О., Дядін О.П., Малютяк В.В., Васильєв І.П. (UA). – № 93121720;

Заявлено 04.03.93;

.Опубл. 30.06. 97, Бюл. № 3.

13. Дядин А.П., Васильев И.П., Васильев В.И. Разработка и совершенствование способов замера дымности дизельных двигателей // Вісті Автомобільно дорожнього інституту: Науково-виробничий збірник / АДІ ДонНТУ. - Горлівка, 2008. – № 1 (16). – С. 28 – 31.

14. Дядин А.П., Васильев И.П. Разработка дымомеров для замера дымности тепло возных дизелей // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту імені Володимира Даля. – 2008. ч.

1.– № 5 (123). – С. 131 – 135.

15. Zlobin V.N., Bannikov M.G., Vasilev I.P., Cherkasov J.A., Gawrilenko P.N. Potential of use of ion implantation as a means of catalyst manufacturing // Automobile Engi neering. – 2002. – Vol. 216.– № D5. – P. 385 – 390.

16. Васильев И.П. Экологически чистые направления получения и использования топлив растительного происхождения в двигателях внутреннего сгорания // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2005. – № 1. – С. 19 – 25.

17. Werner Korbitz. Status and Development of Biodiesel Production and Projects in Europe // SAE Techn. Pap. Ser.– 1995. – № 952768. – pp. 249 – 254.

18. Environmental Protection Agency. October 2002 Draft Technical Report, A Com prehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, EPA420–P–02– (www.epa.gov/OMS/models/biodsl.htm). р. 48.

19. Craig L. Chase, Charles L. Peterson, Gary Lowe, Paul Mann, Jeffrey A. Smith, Nor man Y. Kado. A 322,000 kilometer (200,000 mile) Over the Road Test with HySEE Biodiesel in a Heavy Duty Truck // SAE Techn. Pap. Ser.– 2000. – № 2000–01– 2647.– pp. 1–22.

20. Booth E., Booth J., Cook P., Ferguson B., Walker K. Economic Evaluation of Bio diesel Production from Oilseed Rape grown in North and East Scotland // SAC (Supporting the land–based industries for over a century).– October 2005. – P.

134.

21. Camobreco V., Sheehan J., Duffield J., Graboski M. Understanding the Life–Cycle Costs and Environmental Profile of Biodiesel and Petroleum Diesel Fuel // SAE Techn. Pap. Ser.– 2000. – № 2000–01–1487. – p. 6.

22. Krahl, J., A. Munack, M. Bahadir, Schumacher L., and Elser N. Review: Utilization of Rapeseed Oil, Rapeseed Oil Methyl Ester or Diesel Fuel: Exhaust Gas Emissions and Estimation of Environmental Effects. // International Fall Fuels and Lubricant Meeting. San Antonio, TX. 1996. – SAE Paper № 962096.

23. Thuneke K., Emberger P., Gassner T., Remmele E., Widmann B., Fischer H., Krist H., Schnelle–Kreis J., Hoppenheidt K. Mutagett der Partikelemissionen eines mit Rapsl– und Dieselkraftstoff betriebenen Traktors // Technologie– und Frderzentrum im Kompetenzzentrum fr Nachwachsende Rohstoffe.– Straubing.– Oktober, 2007. – № 14. – 98 S.

24. Клюс О. В. Желирование моторных масел при работе на топливах растительно го происхождения // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту імені Володимира Даля. – 2008.

ч. 1.– № 5 (123). – С. 112–114.

25. Васильев И.П. Теоретические основы разработки комплексной системы нейтра лизации отработавших газов дизелей при работе на альтернативных топливах // Двигатели внутреннего сгорания. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. – № 1. – С. – 160.

26. Парсаданов І.В. Наукові основи комплексного поліпшення показників паливної економічності та токсичності відпрацьованих газів дизелів вантажних автомобі лів і сільськогосподарських машин: Автореф. дис…д-ра техн. наук: 05.05.03 / Національний технічний університет «Харьківский політехнічний інститут» – Харьків, 2003. – 37 с.

27. Панцхава Е.С., Пожарнов В.А. Перспективы использования биомассы в энерге тике России и экспорте топлива // Малая энергетика. – 2005. – № 1–2.– С. 74–72.

28. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. – Изд.

2-е, пер. и доп. – Л.: Химия, 1975. – C. 10.

29. Екологія автомобільних двигунів внутрішнього згоряння / В.О. Звонов, Л.С. Заі граєв, В.І. Черних, А.В. Козлов;

За ред. В.О. Звонова. – Луганськ: вид–во СНУ ім. В. Даля, 2004. – 268 с.

30. Krahl J., Munack A., Ruschel Y., Schrder O., Schwarz S., Hofmann L., Bnger J.

Influence of the phosphorus content in rapeseed oil methyl esters during a 1000 hours endurance test on the function of a SCR system measured by exhaust gas emissions and health effects // 2006. – SAE Paper 06013282.

31. Звонов В.А., Звонова З.Т., Фесенко П.П., Васильев И.П. Исследование катали тической нейтрализации отработавших газов дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. – Харьков, 1978. – № 28. – С. 121–127.

32. Craig L. Chase, Charles L. Peterson, Gary Lowe, Paul Mann, Jeffrey A. Smith, Nor man Y. Kado. A 322,000 kilometer (200,000 mile) Over the Road Test with HySEE Biodiesel in a Heavy Duty Truck // SAE Techn. Pap. Ser.– 2000. – № 2000–01–2647.

– pp. 1 – 22.

33. Steve Howell. U. S. Biodiesel Standards – An Update of Current Activities // SAE Techn. Pap. Ser.– 1997. – № 971687.– pp. 203–208.

34. Петренко А.Е., Маковский А.Г., Калашников А.М., Васильєв І.П. К разработке стандартов Украины на топлива растительного происхождения // Український метрологічний журнал.– 2008. – № 1. – С. 43–48.

35. Bhner T, Kgl H. Mglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Rapsl als Motorenkraftstoff in der Bundesrepublik Deutschland // Landbauforschung Vlkenrode. 1981.–№ 4. – S. 213–226.

36. Vellguth G. Eignung von Pflanzenlen und Pflanzenlderivaten als Kraftstoff fr Dieselmoren // Grundl. Landtechnik. 1982. Bd. 32. – № 5. –S. 177–186.

37. Давий В. Моющее средство вместо биотоплива // Альтернативное топливо.– 2008. – Март. – С. 39–41.

38. СОУ 24.14–37–561:2007. Ефіри метилові жирних кислот для дизельних двигу нів. Вимоги і методи оцінки. Введ. 13.03.07. – К.: Мінагрополітики України, 2007. – 14 с.

39. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / А.Р. Аблаев, Ф.М. Гумеров, И.Ф. Левин, О.А. Матвеева, Т.Н. Митусова, В.Г. Намакштан ский, В.Г. Семенов, Д.В. Хайбуллин, Р.С. Яруллин. – М.: АПК и ППРО, 2006. – 80 с.

40. ГОСТ 305–82. Топливо дизельное. Технические условия. – Взамен ГОСТ 305– 73 и ГОСТ 4749–73;

Введ. 01.01.83. – М.: Изд–во стандартов, 1982. –8 с.

41. Elsbett Guenter, Elsbett Klaus Future trends of biofuel engines with Elsbett– technology // Elaeis Special Issue.– 1995. – November. – рр. 35–41.

42. Kampmann von Hans–Jrgen Dieselmotor mit Direkteinspritzung fr Pflanzenl // Sonderdruck aus MTZ. Franck–Kosmos Verlags–GmbH & Co. – Stuttgart, 1993.– 54.–№ 7/8.–S. 1 – 7.

43. ГОСТ 8988–77. Масло рапсовое. Технические условия. – Взамен ГОСТ 8988– 59;

Введ. 01.07.78. –М.: Изд–во стандартов, 1988. – 20 с.

44. Widmann B., Remmele E., Thuneke K., Wilharm T. Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsl als Kraftstoff fr pflanzenltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW // Technische Universitt Mnchen Bayerische Landesanstalt fr Landtechnik. 2000. – 219 S.

Глава ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ Важнейшее влияние на экономические и экологические показатели двигателя оказывают характеристики топлив. ТРП, так же как и нефть, об ладают разными характеристиками [1]. Если физико-химические характери стики нефти зависят от месторождения, то характеристики ТРП – от гео графических и климатических условий, а также от сорта и агрономических мероприятий при выращивании.

Ниже рассмотрены основные характеристики ТРП. При этом следует учитывать, что для разных ТРП определяющими могут быть разные свойст ва. При обзоре использовались термины и определения согласно [2]:

Большой объем работ в этом направлении был выполнен в Германии Dr. Edgard Remmele из Technologie– und Forderzentrum (TFZ) [3, 4].

При сравнении характеристик ТРП для разных источников возникает проблема сравнения этих показателей, поскольку используются различные методики и аппаратура.

В табл. 2.1 представлены характеристики различных ТРП, опредлен ные автором в одинаковых условиях и на одной измерительной аппаратуре.

Таблица 2. Сравнение физико-химических характеристик различных ТРП зт 20, t всп, t пом, t заст, 20, ТРП 2 о о мм /с С С о г/см С 1 2 3 4 5 ДТ ДТ «Л» 0,83 3,94 –12 – – ДТ «З» 0,8258 3,8 74 – РМ 0,916 61,4 230 –10 – ПМ р 0,917 63,9 260 –15 – ПМ нер Продолжение табл. 2. 1 2 3 4 5 0,917 64 243 –7 – СМ нер 0,92 73,9 СМ р 0,914 63,9 255 –12 – РапМр 0,917 68,3 300 –10 – КМ р 0,914 67,7 ГМ нер 0,915 75,9 280 –14 – ГМ нер 0,924 90,8 230 +3 РРнер КасМ 0,96 1000 ЛМ 0,918 64,9 Масло расторопши 0,917 57,4 Масло репейное 62, Смеси РМ с ДТ 0,857 8,98 ПМ нер : ДТ –30: 0,856 9,34 86 –10 – СМ р : ДТ –30: 0,854 8,63 88 –8 – РРнер : ДТ –30: 0,857 9,4 ПМ р : СМ р : ДТ –15:15: 0,857 9,38 РапМ р : ПМ р : ДТ –15:15: 0,86 10,2 ПМ р : СМ р : КМ р : ДТ –10:10:10: БТ (производство Украины) МЭСМ 0,844 7,24 173 –2 – МЭПМ 0,888 9,6 60 –3 – МЭРМ 0,881 6,4 МЭМРР 0,854 8,63 88 +13 Другие вещества Ск 0,861 1,96 СН3ОН 0,79 0,77 С2Н5ОН 0,79 1,84 Следует отметить, что масла одного вида, например ГМ нер, могут от личаться по характеристикам. Аналогичная картина наблюдается и для других масел. Это объясняется влиянием сорта, условиями выращивания, технологией переработки. В нижеприведенных разделах даны характери стики БТ, наиболее распространенных масел и РапМ, которое уже ис пользуется как топлива в дизелях. Следует отметить, что стандарты на ха рактеристики топлив и масел отличаются в разных странах. Отличие на блюдается как в методиках, так и в используемой анализируемой аппара туре, что не всегда позволяет объективно сравнивать характеристики этих веществ. Отсюда вытекает необходимость в разработке и использовании международных стан-дартов.

2.1. Характеристики топлив 2.1.1. Плотность Под плотностью понимают массу жидкости в единице объема при оп ределенной температуре (г/см3).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.