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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Владимира Даля И.П. ВАСИЛЬЕВ ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВ ...»

-- [ Страница 4 ] --

Была выполнена попытка выявить корреляцию между содержанием механических частиц и фосфором в масле [11, с. 166]. К механическим частицам относятся все посторонние органические и минеральные частицы размером больше 0,8 мкм. Фосфор преимущественно находится в твердых составных частях семян и переходит в масло при отжиме. В связи с этим было выдвинуто предположение, что существует корреляция между содер жанием механических частиц и содержанием фосфора в масле, но данное предположение не подтвердилось (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Зависимость между содержанием механических частиц и фосфором в масле Получается, что с увеличением содержания механических частиц со держание фосфора, а также серы падает, что труднообъяснимо и требует дальнейших исследований.

Сводные результаты анализа корреляций между характеристиками приведены в табл. 4.8.

В результате анализа характеристик масел выявлено, что между неко торыми характеристиками существует надежная корреляция:

• с увеличением кислотного числа стабильность к окислению сни жается;

• с увеличением йодного числа стабильность к окислению также снижается;

• с увеличением содержания воды в масле низшая теплота сгорания уменьшается;

• с увеличением содержания кальция содержание фосфора увеличи вается.

В некоторых случаях наблюдается слабая корреляция, что может объ ясняться недостаточным количеством замером и их низкой точностью. Та кая зависимость может существовать:

• между содержанием воды и кислотным числом, что объясняется реакцией гидролиза.

Таблица 4. Корреляции между характеристиками Характеристики серы воды число фосфора Зольность Кислотное мех. частиц Содержание Содержание Содержание Содержание к окислению Коксуемость 10 % остатка Стабильность Йодное число Содержание Ca Содержание Na Нет – – – – – – – – – – + – Нет Нет – – – – – – – – – + – – – – – – – – – – – – ++ – Йодное число – – – – – – – – – – ++ – Стабильность к окислению – – – – – – – – – ++ ++ – Содержание воды – – – – – – + + ++ + – Кислотное число – Нет – – Нет – – – Нет – ++ + – Содержание механических частиц – – – – – – Нет Нет Нет Нет Нет – – Коксуемость 10 % остатка – – – – – – – Нет – Нет – – Содержание фосфора – – – – – – – Нет – – Нет – ++– Содержание серы – – – – – – – Нет – – – – – Зольность – – – – – – Нет Нет Нет Нет – Нет Нет Содержание Na – – – – – – – – – – – Нет – Содержание Ca – – – – – – – – – – ++ Нет – «++» надежная корреляция «+» предполагаемая корреляция зт между содержанием воды в масле и t всп, которая с увеличением со • держания воды повышается;

• между содержанием воды и вязкостью. с увеличением концентра ции воды вязкость снижается;

• между содержанием механических частиц и содержанием серы и фосфора, которые с увеличением механических частиц снижаются, что требует объяснений.

В некоторых случаях корреляция отсутствует.

По этому поводу можно дать следующие рекомендации по использо ванию масел в дизелях как топлива.

Стандартом оговорено значение стабильности к окислению, которое не должно превышать 6 часов. Есть масла, которые вписываются в это зна чение при высоком значении йодного числа, которые оговорены DIN 51605 величиной до 120 г J/100 г масла. Масла с высоким йодным числом, благодаря наличию двойных связей, более реакционноспособны. При их использовании КПД двигателя выше, поэтому желательно использование таких масел.

Желательно оценить влияние других характеристик масел на КПД двигателя и, на основании полученных результатов, рекомендовать селек ционные направления работ по получению «топливных» сортов РМ.

4.2. Физико-химические характеристики смесей масел с дизельным топливом При работе с РМ необходимо знание основных характеристик смесей в зависимости от соотношения компонентов. Эти характеристики нужны для проведения как технических, так и экономических расчетов. Обычно производится смешивание компонентов не по массе, а по объему. В то же время такие характеристики, как Q н использует массовые единицы, что предопределяет знание плотностей этих смесей при пересчете.

В табл. 4.9 приводятся характеристики смесей ПМ с ДТ. Состав ПМ взят из табл. 1.2.

Плотность смеси определялась по линейному закону:

y = 0,00084 x + 0,83018, где x – объемная доля ПМ в смеси.

Таблица 4. Расчетные и экспериментальные характеристики топливной смеси ( ):

: (в % об.) Состав 100:0 90:10 80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 0: С 0,768 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0, Н 0,118 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,13 0, О 0,114 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, С/Н 6,52 6,56 6,60 6,64 6,68 6,72 6,76 6,79 6,83 6,87 6, возд /кг топлива 0,428 0,43 0,44 0,45 0,45 0,46 0,47 0,47 0,48 0,49 0,, кмоль возд/кг топл 12,51 12,70 12,90 13,09 13,28 13,48 13,67 13,87 14,06 14,26 14,, кг 0,32 0,322 0,324 0,327 0,329 0,331 0,334 0,336 0,338 0,34 0,, кДж/кг 37000 37570 38140 38710 39280 39850 40420 40990 41560 42130 34000 34144 34288 34432 34576 34720 34864 35008 35152 35200, кДж/л 0,916 0,909 0,895 0,886 0,883 0,870 0,866 0,852 0,848 0,841 0,, г/см3 (эксперимент) 0,914 0,906 0,897 0,889 0,881 0,872 0,864 0,855 0,847 0,839 0,, г/см (расчет) Отличие, % –0,2 –0,4 0,3 0,3 –0,3 0,2 –0,3 0,4 –0,1 –0,3, мм /с 61,6 49,79 34,32 26,79 20,44 15,37 11,98 9,1 7,12 5,47 3, (эксперимент) Коэф. для ф-лы Энглера 17,0 25,0 28,2 27,9 25,5 22,1 17,9 13,1 6,, мм /с 46,05 35,68 28,07 22,48 18,10 14,30 10,96 7,97 5, (расчет по формуле Энглера) Отличие, % –8,1 3,8 4,6 9,1 15,1 16,2 17,0 10,6 7, Для расчета вязкости смеси используется формула Энглера [15, с. 26]:

СМ = (N РМ РМ 100 + (1 N ДТ ) ДТ 100 К ( РМ ДТ ))/100, где РМ – вязкость РМ, мм2/с;

ДТ – вязкость ДТ, мм2/с;

N РМ – доля РМ в смеси;

N ДТ – доля ДТ в смеси;

K – коэффициент пересчета.

При сравнении экспериментальных и расчетных значений плотности отличия не превышают 0,4 %, вязкости могут достигать 17 %.

В работе [16, с. 86] отмечено, что вязкость не является аддитивным свойством топлива и ее необходимо определять экспериментально.

В табл. 4.10 приведены экспериментальные физико-химические ха рактеристики смесей различных РМ с ДТ.

При этом следует учитывать, что даже масла одного вида могут иметь определенные отличия по характеристикам и приведенными данными мож но пользоваться только для предварительных расчетов. Для получения точ ных характеристик необходимы экспериментальные измерения.

Как указывалось ранее, характеристики различных масел можно опре делить в ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH (Германия, juergen.bernath @asg–analytik.de), которое сертифицировано в Немецком аккредитацион ном совете. В табл. 4.11 представлены необходимые объемы для анализов и их стоимость.

4.3. Дизели для работы на сырых растительных маслах В 1912 году Рудольф Дизель в переписке с патентным ведомством вы сказал следующую мысль, взятую как эпиграф к этой книге: «Сегодня при менение растительного масла как топлива не значительное. Но со временем такого вида продукты смогут стать столь же важными, как керосин и уголь ная смола сегодня». Автором допущен несколько свободный перевод цита ты, предполагая, что в те годы нефть добывалась для получения в основном керосина, а наибольшая глубина переработки угля соответствовала получе нию угольной смолы.

И, как в дальнейшем оказалось, эта мысль стала пророческой.

Следует отметить, что человечество начало использовать для обра ботки земли топлива нефтяного происхождения меньше 100 лет назад. Пер вые серийные тракторы появились только в 1908 году [17, с. 217].

Таблица 4. Экспериментальные физико-химические характеристики смесей различных с : (в % об.) Показатели 100:0 90:10 80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 0: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 : (% об.) 0,914 0,906 0,900 0,888 0,881 0,873 0,865 0,856 0,848 0,840 0,, г/см 63,9 58,6 41,5 30,2 22,4 16,9 12,3 9,3 7,2 5,5,мм /с о 255 130 108 92 90 88 82 80,С (05.04): (% об.) 0,916 0,909 0,895 0,886 0,883 0,870 0,866 0,848 0,841 0,, г/см 61,6 49,8 34,3 26,8 20,4 15,4 12 9,1 7,1 5,5,мм /с о 243 134 105 98 96 96 95 94 95 90,С (05.04): (% об.) 3 0,917 0,876 0,867 0,856 0,847 0,840 0,, г/см 2 69,3 17,90 13,43 9,58 7,64 5,56,мм /с о 300 96 90 89 80,С (05.05.04): (% об.) 0,92 0,877 0,866 0,857 0,848 0,841 0,, г/см 73,9 20,60 15,85 10,13 7,31 6,04 4,,мм2/с о 288 90 89 88 87,С Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (04.04):

, г/см3 0,915 0,906 0,897 0,890 0,883 0,874 0,866 0,856 0,850 0,840 0,,мм2/с 76 57 46,2 34,6 25,6 20,2 15,2 10,8 8,0 6,5 4, о,С 280 126 105 100 96 94 90 90 90 : (% об.), г/см3 0,924 0,915 0,894 0,875 0,854 0,841 0, 3,,мм2/с 90,8 65,5 31,4 16,5 8,3 5,, оС : (% об.), г/см 0,862 0,845 0,841 0,839 0,836 0,833 0, 4,,мм2/с 1,96 2,52 2,72 3,43 3,77 3, о,С 44 47 49 56 60 67 Таблица 4. Объемы проб РапМ, как топлива и стоимость анализов в ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH Объем на Характеристика Стандарт Евро анализ, мл DIN EN ISO 12185 10 15, оС DIN EN ISO 2719 25 зт t всп DIN EN 3104 20 DIN 51900–2 40 Qн ЦЧ IP 498 95 Коксуемость 10 % остатка DIN EN ISO 10370 25 Йодное число DIN EN 14111 30 Содержание серы DIN EN ISO 20884 33 Содержание механических примесей DIN EN 12662 45 Кислотное число DIN EN 14104 30 Стабильность к окислению при 110оС DIN EN 14112 45 Содержание фосфора DIN EN 14107 20 Содержание щелочноземельных E DIN EN 14538 40 металлов (Сa+Mg) Зольность DIN EN ISO 6245 15 Содержание воды DIN EN ISO 12937 32 Общая стоимость полного анализа по 355 1л стандарту V DIN Дополнительные характеристики:

Содержание жирных кислот DGF C VI 10a (81) 60 Свободные жирные кислоты DGF C III 4 (97) 35 (в пересчете на кислотное число) Перекисное число DGF C VI 6a (84) 35 Число омыления DGF C V 3 (02) 25 Содержания РМ в смазочном масле IR 39 А до этого времени крестьянин кормил тягловую силу со своей земли.

И в настоящее время использование части продукции сельского хозяйства для выполнения полевых работ позволяет возвратиться к естественному, устоявшемуся в веках, замкнутому циклу, но уже на более высоком уровне.

В настоящее время это биотоплива первого поколения, к которым от носятся БТ и РМ, а в перспективе следует ожидать появления биотоплив второго поколения – из биомассы.

В Украине возможно выращивание сельскохозяйственных культур и получение из них следующих масел: рапсового, подсолнечного, соевого и кукурузного. Страны, в которых эти масла являются основными маслич ными культурами, исследуются на предмет использования в двигателях.

Так, РапМ исследуется в качестве добавок в Германии, Канаде, США, Бразилии, Австралии, Австрии, Швеции, Великобритании, ПМ – в ЮАР, Зимбабве, США, Австралии, Австрии, СМ – в Зимбабве, США, Бразилии, Австрии, Великобритании, КМ – в США.

Весьма привлекательной является работа дизелей на сырых РМ, что исключает использование специальных ингредиентов для получения БТ и наличие отходов.

На рис. 4.13 приведена схема сравнения двух технологий использова ния БТ и сырых РМ.

Топливный севооборот О2 О2 О2 О О2 С О СО 2 Черный пар Семена Семена Жмых Растительное Жмых масло Катализаторы Спирты (КOH или (метанол Растительные NaOH) или этанол) масла Реактор Биодизель СО 2 О О2 СО Рис. 4.13. Сравнение технологии получения и использования БТ и сырых РМ в дизеле Получение БТ связано с переработкой РМ, что требует наличия пло щадей под специальную аппаратуру, покупку ингредиентов, отходов про изводства, времени, аппаратчиков. Важно определить качества полученно го БТ, поскольку низкокачественное БТ снизит срок службы двигателей, а это также требует дополнительных затрат. Следует учитывать, что БТ обладает повышенной реакционной способностью к прокладкам двигателя.

В противовес этому использование сырых РМ требует только получе ния масла определенного качества, что относительно легко контролирует ся, и дизеля, оснащенного специальной аппаратурой.

В настоящее время существуют два способа использования РМ в ди зелях:

• применение специальных КC ;

• переоснащение дизеля для работы на маслах (Umrstbausatz).

Второй способ заключается в оснащении дизеля специальной систе мой. Двигатель может работать только на РапМ (однотопливная система) или поочередно на РапМ и ДТ (двухтопливная система).

4.3.1. Специальные камеры сгорания Основным принципом создания камер сгорания для работы на маслах является обеспечение интенсивного перемешивания сгорающей смеси при наличии высокой температуры. Эти мероприятия позволяют нивелировать недостатки масла как топлива, а именно укрупнение капель впрыснутого масла и увеличение дальнобойности, что приводит к повышению присте ночной доли смесеобразования на относительно холодных стенках камеры сгорания. Для уменьшения закоксовываемости отверстий распылителя ис пользуются не многодырчатые распылители с диаметром отверстий 0,1 – 0,25 мм, а однодырчатый с диаметром отверстия 1-2 мм.

Пионером в области использования РМ в дизелях была фирма «Els bett» (Германия), создавшая двигатель для работы на РМ. При создании КC для этого двигателя ставилась цель снижения потерь полезной энергии в форме теплоты вне КC. По этой причине тепло сконцентрировано внут ри камеры так, чтобы уменьшить теплопотери в стенку (рис. 4.14) [18, 19].

Принцип камеры сгорания ELSBETT основан на циркуляции воздуха внутри КC и размещении его в различных слоях согласно различиям в теп лоемкости и плотности, таким образом, формируя центральную горячую воздушную область сгорания и внешний слой избыточного охлажденного воздуха. КC должна быть сферическая и расположена непосредственно в поршне. Форма и размер входных каналов подобраны таким образом, что бы воздух во входных каналах перемещался по вращательному движению.

Рис. 4.14. Схема КС двигателя фирмы ELSBETT:

1 – стенка камеры сгорания;

2 – распылитель;

3 – зона стехиометрического сгорания;

4 – теплоизоляционный слой воздуха Топливо впрыскивается тангенциально и направлено к внутренней части области сгорания таким образом, чтобы полностью смешиваться с воздухом. Топливо не касается стенок КC и поэтому не возникают нежела тельные отложения. Внешний слой охлажденного избыточного воздуха действует как тепловой и акустический изолятор и не позволяет топливу контактировать со стенами камеры. Уменьшенный размер поверхности стенок КC снижает тепловой поток и потери энергии.

Днище поршня изготовлено из серого чугуна, который подвергается минимальному тепловому расширению и имеет низкие теплопроводящие свойства. Тепловое расширение материала днища поршня аналогично та кому же тепловому расширению материала, который использовался для создания блока цилиндров и, следовательно, это является причиной хоро шей изоляции. Поверхность стенки КC имеет подобранный размер, чтобы минимизировать тепловой поток и, следовательно, предотвратить ненуж ное перегревание материала.

Корпус поршня обеспечивает боковую опору (нормальные силы) и помогает охлаждению внутренних стенок цилиндра благодаря распределе нию смазки. По этой причине он снабжен направляющими и сделан из алюминия.

Топливо в двигателе ELSBETT впрыскивается локально (в определён ном месте) и тангенциально внутри центральной области сгорания. Этот процесс предотвращает контакт остатка топлива со стенками цилиндра, та ким образом уменьшая потери теплоты.

По этой причине распылители форсунки имеют одно отверстие с са моочищающейся иглой, и оно ориентировано в определенном положении и под определенным углом.

Anlagen– und Antriebstechnik Nordhausen GmbH (Германия) в лице раз работчика двигателя, предназначенного для работы на РапМ, Dr. Kamp mann von Hans–Jrgen прошла определенный период исследовательских и доводочных работ [20].

Одно время автор этой КC сотрудничал с MWB AG (Германия) [21].

Исследования выявили, что двигатели с непосредственным впрыски ванием через многосопловые распылители при работе на РапМ сущест венно ухудшают свои показатели. Для РМ не пригоден процесс непосред ственного впрыскивания топлива с четырьмя или пятью отверстиями у форсунок, слабо нагретым воздухом в КC с алюминиевым поршнем. FM процесс и его модификация поддерживает горение в дизеле с использова нием свечи накаливания и имеет очень большие технические недостатки.

Существующие в распоряжении газовые двигатели внутреннего сгора ния и двигатели для работы на метаноле не могут быть использованы для работы на РМ с непосредственным впрыскиванием.

Для использования Н-процесса (модификация М-процесса) через во семь лет после упорного и напряженного труда был создан термопоршень (Ferrotherm–Kolben). С его созданием были сделаны предпосылки для ис пользования РМ в двигателях с непосредственным впрыскиванием.

Наиболее рационально для этой цели применение двигателя, у которо го поршень содержит легированную вставку или верхнюю часть, выпол ненную из термостойкой стали.

Чтобы создать похожие условия смесеобразования в дизеле для РМ необходимо создать в КC в конце такта сжатия более высокую температу ру. Такие температуры реализуются в вихрекамерных и предкамерных ди зельных двигателях, а также за счет специальных конструктивных особен ностей КC, а именно теплоизоляции и использования термических вставок (рис. 4.15).

Дальнейшее развитие серийной КC (4.15, а) привело к созданию поршня (4.15, б), снабженного никелевой вставкой, которая обеспечивала температуру, равную 420оС. Но данная температура не удовлетворяла по ставленной задаче. Только после создания головки поршня из термостой кой стали, так называемого «термопоршня», удалось повысить температуру в КC до 550оС, что привело к более быстрому испарению топлива (4.15, в) и обеспечило возможность нормальной работы дизеля на РМ. Кроме этого были выполнены следующие дополнительные усовершенствования:

335oC 2 35 oC 420oC 2 65 oC 550oC 2 78 oC 232 oC 320 oC 334 oC Термост ойкая сталь Никел евая вставка Алюминий a б в Рис. 4.15. Изменения схем КC Dr. Kampmann’а для обеспечения работы на РМ • улучшение закрутки воздуха на впуске;

• использование однодырчатого распылителя с проходным сечени ем, увеличенным с 0,2 до 0,3 мм2.

По экономическим показателям дизель при работе на РМ (4 P 13,5) имеет КПД 40%, при работе на ДТ (4 D 13,5) – 39%.

Автор указывает, что дизель, работающий на РМ, по выделению вредных веществ с OГ сравним с дизелем. Отмечается повышенный на % уровень выделения NO x при сравнении по 13-ступенчатому ездовому циклу у двигателя 4 P 13,5 (с 7,85 до 8,43 г/(кВт·ч)). При этом дымность двигателя при работе на РМ ниже, чем при работе на ДТ, соответственно равны 0,8 и 1,5 единиц по шкале Bosch.

В работе [22] для этой же цели использовалась стальная накладка на поршне (рис. 4.16).

Стальная накладка Алюминий a б ПМ Рис. 4.16. Схемы серийного и опытного поршня для работы на Испытания двигателя с серийным поршнем на ПМ показали высо кую склонность к нагароотложению как на поверхности поршня, так и рас пылителя. Одним из путей борьбы с нагароотложением является повыше ние температуры деталей КC путем теплоизоляции поршня при использо вании стальной накладки на поршне с воздушным зазором. Такому техни ческому решению предшествовали исследования по определению скорости испарения капель ДТ и ПМ.

Известно, что скорость горения капли (объем или масса топлива, ис паряющаяся за единицу времени) определяется скоростью испарения [23, с.

198–207]. Для этого использовалось устройство, приведенное на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Схема устройства для определения скорости испарения капли:

1 – теплоизоляция;

2 – нагреватель;

3 – кварцевая нить;

4 – капля топлива Камера снабжена теплоизоляцией 1, с нагревателем 2, в которой на кварцевой нити помещается капля топлива и под действием температуры (до 1000оС) испаряется. Изменение поверхности капли фиксировалось че рез специальные окна. Результаты замеров при температуре в камере 450оС приведены на рис. 4.18.

Поверхность капли, мм 2, 1, 1, 1, Подсолнечное масло 1, 1, 0, 0, Дизельное топливо 0, 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Время, с Рис. 4.18. График изменения поверхностей капель топлив при температуре 450оС При температуре 450оС скорость испарения капли ПМ значительно меньше, чем ДТ. При повышении температуры было выявлено, что испа ПМ имеют одинаковую скорость при тем рение единичной капли ДТ и пературе около 600оС. На основании этих исследований было предложено обеспечить температуру КC не менее 500оС.

Испытания с высокотемпературной накладкой выявили нормальную ра боту двигателя на ПМ без отложений на поверхности КC. Но было от мечено ухудшение расхода топлива на 15 г/(кВт·ч), как предполагалось за счет усиления теплоотдачи в стенки КC.

Для сжигания РМ лучше всего адаптированы двигатели с разделенны ми КC. Особенно это эффективно при наличии высокотемпературных эле ментов в КC, на поверхности которых происходит ускорение предпламен ных реакций (рис. 4.19) [24].

3 2 Рис. 4.19. Схема опытной разделенной КС для работы на РМ фирмы Caterpillar Tractor Co:

1 – предкамера;

2 – распылитель;

3 – свеча накаливания;

4 – высокотемпературная вставка Исследования проводились на дизеле с наддувом марки 3306 PC-T с диаметром цилиндра 121 мм и ходом поршня 152 мм при N e =186 кВт и n =2200 об/мин. Результаты испытаний двигателя с серийным и опытным поршнями на ДТ и СМ приведены в табл. 4.12.

Таблица 4. Результаты испытаний дизеля 3306 PC–T на ДТ и СМ Серийный поршень Опытный поршень Топливо Характеристики СМ ДТ ДТ n =2200 об/мин, p e =0,966 МПа Удельный расход топлива, приведенный 10440 10410 к теплоте сгорания, кДж/(кВт·ч) 10,4 10,4 10, Pz, МПа Дымность, (по шкале Bosch) 0,9 1,2 0, Продолжительность впрыска, о п.к.в – 29 n =1400 об/мин, p e =1,1 МПа Удельный расход топлива, приведенный 10440 10100 к теплоте сгорания, кДж/(кВт·ч) 9,9 8,6 9, Pz, МПа Дымность, (по шкале Bosch) 2,4 2,5 2, Продолжительность впрыска, о п. к. в. – 24 Из результатов испытаний следует, что удельный расход топлива, при веденный к теплоте сгорания (аналог КПД двигателя) и Pz на больших оборотах коленчатого вала на всех топливах практически одинаковый. И при работе на обессмоленном СМ снижается дымность на 40%, но увели чивается продолжительность впрыска на 10%. На низких оборотах колен чатого вала также увеличивается продолжительность впрыска на 20 %, но при небольшом увеличении дымности. Данные результаты свидетельству ют о наличии оптимальных условий сгорания СМ в КC.

Дальнейшим усовершенствованием улучшения сгорания РМ является комбинация высокотемпературного элемента в КC с внутрицилиндровым катализом [25].

Положительные результаты по комбинированному воздействию были получены в работе [26].

Для исследований предположительно использовался одноцилиндро вый вихрекамерный дизель 1 Ч 8,5/11, приведенный на рис. 4.20.

Испытания проводились с серийной КC и после нанесения каталити ческого покрытия толщиной 0,2 мм на поверхность вихревой вставки. В ка честве покрытия использовался нихром, известный катализатор конверсии углеводородов. Покрытие наносилось методом термического напыления порошкообразной смесью никеля и хрома, взятых в соотношении 4:1.

5 4 7 3 2 1 Рис. 4.20. Схема вихревой КC с каталитическим покрытием:

1–головка;

2–клапан;

3–вихревая камера сгорания;

4–форсунка;

5–свеча накаливания;

6–поршень;

7–каталитическое покрытие Для испытаний использовались ДТ и РапМ : ДТ – 50:50, характери стики, которых приведены в табл. 4.13.

Таблица 4. Характеристики РапМ и смеси РапМ : ДТ – 50: РапМ : ДТ – 50: РапМ Характеристики 0,915 0, 20, г/см 75 39,, мм2/с 37300 Q н, кДж/кг ЦЧ 34 Кроме этого для повышения ЦЧ в смесь добавлялось 0,03 % масс. ор ганической перекиси и для снижения продолжительности сгорания – 0, % активатора сгорания (ферроцена). Результаты испытаний приведены в табл. 4.14.

Таблица 4. Изменение результатов испытаний двигателя с ДТ и со смесью РапМ : ДТ –50: Изменения показателей двигателя, % Вставка вихревой камеры сгорания g e NO x N CO CH Отложения на камере Серийная 3 15 35 10 10 Значительные С каталитическим покрытием и добав- нет нет 60 нет нет нет кой присадок Двигатель с серийной вихревой вставкой при работе на смеси РапМ : ДТ – 50:50 по сравнению с ДТ имел ухудшение расхода топлива на 3%, но при этом снижалось выделение всех вредных выбросов. При ра боте двигателя с вихревой вставкой, имеющей каталитическое покрытие и присадки, наблюдалось сохранение показателей при резком снижении дымности больше 60%. При этом отсутствовали углеродистые отложения на поверхности вставки.

В результате проведенных испытаний была подтверждена возмож ность положительного воздействия на показатели двигателя при работе на смеси РапМ с ДТ путем каталитического воздействия как на поверхности КC, так и в топливе.

4.3.2. Распылители для работы на маслах При создании первых двигателей для работы на РМ шли по пути ис пользования однодырчатых распылителей.

Таким примером служит распылитель форсунки двигателя ELSBETT, который имеет одно отверстие с самоочищающейся иглой и ориентирован в определенном положении и под определенным углом (рис. 4.21).

Дальнейшее расширение номенклатуры используемых двигателей для работы на РМ потребовало также совершенствования многодырчатых рас пылителей.

В работе [27] при использовании смесей РапМ с ДТ было выявлено, что отличия в вязкости, плотности, поверхностном натяжении, испаряемо сти сказывается на процессе смесеобразования следующим образом:

• увеличивается средний диаметр капель топлива;

• уменьшается угол раскрытия струи (для МЭРМ на 10%);

• увеличивается дальнобойность струи топлива;

Рис. 4.21. Распылитель двигателя ELSBETT • рост доли плёночного смесеобразования (79% МЭРМ попадает на стенки КC, у ДТ – 59%).

Для уменьшения этого отрицательного воздействия предлагается:

• повысить давление впрыскивания топлива;

• увеличить число распыливающих отверстий распылителя форсун ки;

• повысить степень сжатия двигателя.

При этом исходили из характеристик РМ, которые обладают повы шенной вязкостью, что резко изменяет условия впрыскивания топлива.

В работе [28] на основании результатов оптических исследований при впрыске топлив при атмосферных условиях пришли к следующим выво дам:

• впрыск начинается позже на 3–3,5 град. п. к. в.;

• структура факела в поперечном сечении становиться более нерав номерной;

• угол раскрытия факела уменьшается;

• факел становиться более дальнобойным.

При работе дизеля на РапМ эти изменения приводят к:

• к ухудшению экономичности дизеля (индикаторный КПД двига теля уменьшается на 15–20%);

• уменьшению Pz и средней температуры в КC при повышении температуры OГ ;

• незначительному уменьшению выделения NO x ;

• увеличению выбросов CO на высоких нагрузках.

В данной работе были экспериментально проверены способы улучше ния распылителей путем уменьшения количества топлива, попадающего на поверхность стенки КC, и увеличения объемной составляющей цикловой порции за счет повышения мелкости дробления капель топлива и снижения дальнобойности топливного факела.

Одним из способов улучшения характеристик распылителя при работе на РМ является увеличение суммарного эффективного проходного сече ния отверстий распылителя с 0,237 до 0,313 мм2, что привело к улучшению экономических и экологических показателей.

В работе [29] также определено влияние изменения проходного сече ния отверстий распылителя, давления затяжки пружины форсунки и.

Увеличение количества распыливающих отверстий с 4 до 8 и росте эффективного проходного сечения с 0,237 до 0,246 мм2 привело при работе на РапМ к уменьшению индикаторного расхода топлива на 5% и сниже нию выделения CO на 80% при небольшом увеличении выделения NO x.

При оценке влияния затяжки пружины форсунки выявлено, что эко номичность практически не изменяется с увеличением давления начала впрыскивания топлива, но резко ухудшается при его уменьшении.

Существует оптимальный угол опережения впрыскивания топлива, что предопределяет регулировку двигателя при работе на РМ.

В работе [30] представлена конструкция распылителя Алтайского за вода прецизионных изделий (АЗПИ) для работы на смеси РапМ : ДТ –20: и предназначенного для дизеля Д–245.12С (4 ЧН 11/12,5) Минского мотор ного завода (рис. 4.22).

Особенностью данного распылителя является наличие нескольких распыливающих отверстий 6 и 7, выполненных попарно и расположенных равномерно по поверхности носка 4 распылителя. При этом оси 6, 7 распо ложены в плоскости, проходящей через ось цилиндрической полости 2 кор пуса распылителя, и выполнены под углом друг относительно друга. При этом входные кромки 8 и 9 распыливающих отверстий 6 и 7 расположены на конической запорной поверхности 3 корпуса 1 распылителя.

При впрыскивании каждое распыливающее отверстие формирует струю распыливаемого топлива. Струи спаренных отверстий 6, 7 сталки ваются друг с другом на некотором расстоянии от носка 4 распылителя.

При этом струи топлива дополнительно турбулизируются и образуется од на общая струя большего объема. Причем длина этой струи несколько меньше струи топлива, формируемой одним распыливающим отверстием, имеющим эффективное проходное сечение, равное сумме эффективных проходных сечений распыливающих отверстии 6 и 7.

?

Рис. 4.22. Схема распылителя форсунки АЗПИ для работы на рапсовом масле:

1 – корпус;

2 – цилиндрическая полость;

3 – коническая запорная поверхность корпуса;

4 – носок распылителя;

5 – подыгольная полость;

6 и 7 – распыливающие отверстия;

8 и 9 – входные кромки отверстий;

10 – игла;

11 – коническая поверхность иглы;

12 – коническая запорная часть иглы Данный распылитель обеспечивал работу дизеля на чистом РапМ, но для приближения характеристик смесевого топлива к характеристикам ДТ исследования проводились на смеси РапМ : ДТ –20:80.

Распылитель АЗПИ имеет 10 распыливающих отверстий с диаметром 0,25 мм и суммарной эффективной площадью распыливающих отверстий 0,27 мм2. Распылитель Motorpal, который испытывался в сравнении, имеет 5 распыливающих отверстий с диаметром 0,34 мм и суммарной эффектив ной площадью распыливающих отверстий 0,25 мм2.

В табл. 4.15 представлены удельные показатели дизеля при работе с данными распылителями по 13-ступенчатому ездовому циклу.

Таблица 4. Показатели дизеля Д–245.12С с разными распылителями при работе на смеси РапМ : ДТ –20: Показатели дизеля, г/(кВт·ч) Тип распылителя КПД e CO e CH e NO x Motorpal 0,3410 7,159 3,814 0, АЗПИ 0,3427 8,43 2,636 0, Изменение, % 0,5 17,8 30,9 38, При работе двигателя с распылителем АЗПИ наблюдается улучшение КПД двигателя при ожидаемом росте выбросов NO x и снижении выделе ния CO и CH. Для полной картины учета влияния опытного распылителя на показатели двигателя не хватает изменения дымности OГ.

Одним из способов снижения вязкости РМ является его подогрев в топливной системе. Подогрев может осуществляться в зонах, приведенных на рис. 4.23.

Зона Зона Зона Рис. 4.23. Схема расположения зон подогрева в топливной системе дизеля:

1 – топливный бак;

2 – топливный насос;

3 – топливный фильтр;

4 – ТНВД ;

5 – форсунка;

6 – зона подогрева топлива Возможно осуществлять подогрев до топливного насоса, например, в топливном фильтре (зона 1), после топливного насоса (зона 2) и в корпусе распылителя (зона 3).

Возможен также подогрев топлива через топливные трубки. Подогрев высоковязкого топлива до плунжерного насоса и после насоса приводит к улучшению показателей двигателя. В некоторых случаях при оптимальных условиях нагрева наблюдается улучшение показателей дизеля из-за уско рения предпламенных реакций.

В работе [31] выявлено, что подогрев РапМ : ДТ –50:50 в топливном фильтре приводит к улучшению экономических показателей двигателя.

Авторы объясняют это тем, что уменьшается плотность, вязкость и поверхностное натяжение, что способствует более мелкому распыливанию и увеличению доли объемного смесеобразования. Но при этом на полной нагрузке наблюдается падение оборотов из-за снижения цикловой подачи топлива.

В работах [28, 32] оценено влияние подогрева топлива до ТНВД при работе по нагрузочной характеристики.

Выявлено, что с увеличением температуры топлива экономичность двигателя ухудшается, а выбросы NO x незначительно уменьшаются. Де лается заключение о необходимости подогрева топлива для обеспечения нормальной подачи через трубопровод низкого давления, при этом темпе ратура не должна превышать на входе в ТНВД 40–45оС, что обеспечивает минимальное ухудшение экономичности двигателя. Зависимость измене ния индикаторного КПД двигателя и выбросов NO x от температуры РМ на входе в ТНВД представлена на рис. 4.24.

NOx, мг/м ?i 0, 0, 0, Те мпер атура РМ 30 50 70 90 до ТНВД оС Рис. 4.24. Изменение показателей двигателя от температуры РапМ на входе в ТНВД Оптимальная величина температуры по индикаторному КПД соответ ствует 45оС. С увеличением температуры происходит снижение выделения NO x, что объясняется уменьшением задержки воспламенения.

Представляет интерес обеспечение подогрева топлива в самом распы лителе. На рис. 4.25 представлена форсунка многотопливного двигателя для работы на альтернативных топливах, в частности РМ, а именно на РапМ [33].

1 А-А А А Рис. 4.25. Схема распылителя с подогревом топлива для работы на РапМ :

1 – корпус форсунки;

2 – распылитель;

3 – корпус распылителя;

4 – подводящий штуцер;

5 – топливный фильтр;

6 – отводящий штуцер;

7 – топливоподводящий канал;

8 – нагревательный элемент;

9 – пружина;

10 – игла распылителя;

11 – распыливающие отверстия Особенностью конструкции является наличие в корпусе форсунки специального нагревательного элемента, который подогревает РапМ до необходимого уровня вязкости, что увеличивает мелкость распыливания топлива. Центр распылителя может нагреваться до 100оС. Распыливающие отверстия имеют увеличенную удельную поверхность, на которую нанесе но каталитическое покрытие из платины и родия. Нагрев топлива в фор сунке требует установки дополнительного источника тепла, что усложняет ее конструкцию.

С участием автора была разработана и экспериментально проверена работа штифтового распылителя со специальной полостью для подогрева альтернативного топлива, в частности смеси ПМ с ДТ [34, 25].

Весьма привлекательным является то, что не требуется установка до полнительных устройств, которые могли бы влиять на показатели впры скивания.

Испытания такого распылителя выявили возможность улучшения по казателей двигателя при работе на ДТ при фумигации топлива [35].

Конструкция распылителя представлена на рис. 4.26.

а б Рис. 4.26. Схема серийного (а) и опытного (б) штифтовых распылителей Особенностью опытного распылителя является организация контак та топлива с торцовой стенкой распылителя, нагретой от КС. Это приводит к ускорению предпламенных реакций, что положительно влияет на показа тели дизеля.

Представляло интерес оценить влияние такого распылителя на показа тели двигателя при использовании ТРП в частности, ПМ нер : ДТ – 30:70 и ПМ р : ДТ – 30:70. Для этого предварительно были проведено сравнение характеристик ПМ р и ПМ нер и их смесей с ДТ. Определялись характери стики следующих топлив: ДТ, ПМ р : ДТ – 30:70, ПМ нер : ДТ – 30:70. Оп ределялись массовым способом – 20, с помощью вискозиметра ВПЖ – 4 – 20, t всп и t от и t воспл [36, 37, 38].

зт всп Расчетным методом – Q н. Теплотворная способность масел прини малась согласно сертификатам равной 37000 кДж/кг. Характеристики топ лив сведены в табл. 4.16.

Плотность, вязкость и температура вспышки в закрытом тигле у ПМ р выше, чем у ПМ нер. Но t пом выше у ПМ нер, чем у ПМ р. Это можно объяснить удалением определенных веществ при рафинировании, обеспе зт чивающих повышение t пом и снижение t всп в ПМ нер.

Таблица 4. Характеристики ДТ, масел и двухкомпонентных смесей Масла Топлива ПМ нер : ДТ – ПМ р : ДТ – Характеристики ПМ нер ПМ р ДТ 30:70 30: 0,919 0,92 0,835 0,857 0, 20, г/см 65,3 69,8 4,9 8,9 11, 20, мм2/с 3700 37000 42700 40990 Qн, кДж/кг –10 – t пом, oC –15 – o t заст, C 243 263 55 73 зт t всп, оС – 57 64 t от, оС всп – 69 80 t воспл, оС Аналогичные отличия наблюдаются и в стандарте на ПМ [39]. Так, зт для ПМ р t всп равна 234оС, а для ПМ нер – 225оС. Кроме этого йодное чис ло, которое в некоторой степени характеризует реакционную способность масел, у ПМ нер выше, чем у ПМ р, 145 и 125 (г J2/100 г масла) соответст венно. Калорийность этих масел, аналог теплоте сгорания, практически одинаков. Калорийность 100 г ПМ нер равна 898 Ккал, а ПМ р – 899 Ккал.

Также было проанализировано содержание металлов в маслах, кото рые могут входить в состав каталитически активных соединений и положи тельно воздействовать на сгорание. Исследования по наличию металлов в маслах проводились полярографическим методом и приведены в табл. 4.17.

Таблица 4. Сравнение содержания металлов в исследованных маслах ПМ нер, мг/кг ПМ р, мг/кг Металлы Отличие, % Cu 0,36 0,29 19, Zn 0,23 0,1 56, 0,002 0, Pb – 0,001 0, Cd – Из табл. 4.17 следует, что процесс рафинирования приводит к частич ному удалению металлов: по меди это может достигать около 20 %, по цин ку – 57 %. Высокое содержание этих металлов в нерафинированном масле должно положительно влиять на процесс сгорания.

В табл. 4.18 представлены результаты сравнительных испытаний ука занных топлив при работе дизеля с серийным распылителем.

Таблица 4. Влияние топлива на показатели дизеля с серийным распылителем при =22 до ВМТ Топлива Ne, ПМ нер : ДТ – Отличие от ПМ р : ДТ – Отличие от ДТ кВт ДТ, % ДТ, % 30:70 30: g прив (г/(кВт·ч) e 1,94 385 378 1,74 387 –0, 1,64 395 393 0,41 402 –1, 1,2 445 438 1,55 443 0, Tог, оС 1,94 262 261 0,38 268 –2, 1,64 234 232 0,85 240 –2, 1,2 189 189 0 184 2, Tкс, оС 1,94 579 580 –0,17 616 –6, 1,64 525 567 –8 629 –19, 1,2 502 537 –7 558 – 1,94 1,97 2,02 –2,54 1,91 1,64 2,3 2,31 –0,4 2,23 1,2 2,84 2,86 –0,7 2,84 CO 2, % 1,94 4,57 4,53 0,8 2,76 39, 1,64 3,94 3,38 14,2 2,25 1,2 3,51 3,0 17 2,05 NO x, чнм 1,64 1465 1588 –8,4 1602 –9, В первую очередь было оценено влияние масел на g прив рис. 4.27.

e Рис. 4.27. Изменение g прив смесей относительно расхода ДТ при работе дизеля с e серийным распылителем: (1 – 1,94 кВт;

2 – 1,64 кВт;

3 – 1,2 кВт) Из рис. 4.27 следует, что g прив дизелем при работе на ПМ нер : ДТ – e 30:70 лучше, чем при работе на ПМ р : ДТ –30:70. С учетом статистической обработки наблюдались существенные отличия при N e =1,94 кВт. По всей нагрузочной характеристике выявлен рост Tкс при работе на маслах. При этом наблюдалось повышение выбросов NO x.

Для оценки влияния подогрева топлива в распылителе на показатели двигателя следующие испытания проводились на опытном распылителе.

Результаты испытаний представлены в табл. 4.19.

Изменение g прив приведено на рис. 4.28.

e Рис. 4.28. Изменение g прив смесей относительно расхода ДТ при работе дизеля с e опытным распылителем: (1 – 1,94 кВт;

2 – 1,64 кВт;

3 – 1,2 кВт) Таблица 4. Влияние топлив на показатели дизеля с опытным распылителем при =22 до ВМТ Топлива Ne, ПМ нер : ДТ – ПМ р : ДТ – Отличие от Отличие от ДТ кВт ДТ, % ДТ, % 30:70 30: g прив (г/(кВт·ч) e 1,94 353 350,5 0,71 381,4 –8, 1,64 370 362,6 2,0 375,3 –1, 1,2 398 391,6 1,6 444,7 –11, Tог, оС 1,94 289 285 1,4 292 – 1,64 257 250 2,7 253 –1, 1,2 210 203 3,3 214 –1, Tкс, оС 1,94 539 565 –4,8 584 –8, 1,64 520 551 –6 580 –11, 1,2 473 547 –15,7 571 –20, 1,94 2,10 2,11 –0,5 1,95 7, 1,64 2,40 2,43 –1,3 2,33 2, 1,2 3,09 3,12 –1 2,8 9, CO 2, % 1,94 5,85 5,92 1,2 5,14 12, 1,64 5,06 4,96 2 4,32 14, 1,2 4,13 3,92 5 3,76 NO x, чнм 1,64 1928 1259 34,7 1046 45, Следует отметить, что g прив дизеля с опытным распылителем при ра e боте на ДТ лучше, чем при использовании серийного распылителя.

По результатам испытаний выявлено, что g прив дизелем при работе на e ПМ нер : ДТ – 30:70 лучше, чем при работе на ДТ. Но наблюдается нети пичное снижение выбросов NO x на 34,7% при улучшении экономичности.

При этом следует отметить, что зафиксировано при повышении Tкс сниже ние Tог.

Представляет интерес сравнение показателей дизеля при работе на ПМ нер : ДТ – 30:70 и ПМ р : ДТ – 30:70. Здесь отличия существенны по всем параметрам. При использовании ПМ р : ДТ – 30:70 значительно ухуд шается топливная экономичность, наблюдается рост Tкс и Tог. Отсюда следует предположить, что в ПМ нер находятся вещества, которые благо приятно влияют на сгорание. Этому может быть несколько причин.

Эти результаты могут быть вызваны отличиями в характеристиках ма сел. Так, рафинированное масло имеет более высокую вязкость и темпера туру вспышки, более низкое значение йодного числа, что ухудшает процесс сгорания. В опытном распылителе происходит подогрев топлива. При этом уменьшается плотность, вязкость и поверхностное натяжение топлива, что способствует более мелкому распыливанию. Это приводит к ускорению предпламенных реакций, что вызывает уменьшение задержки воспламене ния и, как следствие приводит к улучшению сгорания.

Возможно также предположить каталитическое воздействие состав ляющих нерафинированного масла, которое имеет повышенное содержа ние металлов по сравнению с рафинированным маслом. Поскольку разме ры каталитических частиц меньше 10 мкм, но возможно говорить об ис пользовании элементов нанотехнологии при получении таких топлив.

Аналогичные результаты были получены при использовании внутри цилиндрового катализа [40]. Наличие каталитического покрытия на по верхности специальной конструкции КC также привело к одновременному снижению выделения NO x и улучшению топливной экономичности.

Возможно предположить, что рафинирование удаляет из масел веще ства, положительно влияющие на процесс сгорания.

И если разные масла не отличаются существенно по составу, то после рафинирования они должны иметь одинаковые экономические показатели.

Это подтверждают испытания смеси ПМ р : ДТ – 30:70 и РапМ p : ДТ – 30:70. При близких характеристиках и значениях ИН отличия по КПД дви гателя оказались несущественными.

Представляет интерес рассмотреть механизм воздейстия подогрева ТРП на показатели двигателя.

Как при сгорании углеводородных топлив, так и при окислении масел наблюдается протекание общих реакций, связанных с отщеплением водорода и присоединением кислорода [41, 42].

Предпосылкой усиления этого влияния является наличие в ТРП не предельных кислот, атомарного кислорода и энзимов. Энзимы – это специ фические органические катализаторы, воздействующие во много раз быст рей, чем неорганические катализаторы [43].

Примером такого энзима может являться липаза, ответственная за раз ложение масел. Специфичность липаз очень низкая, и любая липаза может расщеплять всякий жир. Это положительный фактор, поскольку остальные энзимы избирательны, реагируют только с конкретными составляющими.

Предположительно, липаза при повышении температуры обеспечивает ус корение предпламенных реакций.

В состав энзимов входят металлы. В работе [44] отмечено, что роль металла сводится к инициированию цепных реакции окисления и в даль нейших стадиях реакций микроэлементы участия не принимают.

Так, термическое воздействие приводит к повышению каталитической эффективности энзимов. Наибольшая активность приходится на темпера турный диапазон 40–55 оС. Данный механизм объясняется изменением кле точных энзимов (ферментов) как путь адаптации растений к температуре [45]. В дальнейшем используется термин энзимы как наиболее употреби тельный в мировой практике.

В работе [46] рассматривается клонирование гена липазы, ответствен ного за катализ реакции гидролиза жиров и масел. В качестве составляю щей субстрата использовалось ПМ. Полученный ген липазы, по сравне нию с исходным штаммом, показал активность в 14 раз выше. Наибольшая активность реакции гидролиза полученной липазой наблюдалась в темпера турном диапазоне 45–47 оС.

В работе [42] рассматриваются изменения действия энзимов в зависи мости от условий среды. Так, разрушение энзимов наступает при 70 – 80 оС. Температурный оптимум большинства растительных энзимов 40 – 60 оС. При ферментативной реакции, продолжающейся несколько секунд или минут, оптимальная температура реакции будет 70–80 оС.

Наличие в ТРП ненасыщенных кислот обеспечивает их активность за счет двойной связи. На рис. 4.29 представлены олеиновая кислота, имею щая одну двойную связь, и линолевая, имеющая две двойные связи [47].

На рис. 4.30 представлен механизм окисления кислот. Сначала реак ция происходит при разрыве двойной связи.

CH 3 - (CH2)7 - СH = CH - (CH ) 7 - COOH CH3 - (CH2)4 - СH = CH - CH - CH = CH-(CH ) 7- COOH 2 Рис. 4.29. Формулы олеиновой и линолевой кислот R - CH =СH - R + O R - CH - СH - R O O Рис. 4.30. Механизм окисления непредельных кислот Поэтому в качестве РМ было выбрано ПМ, имеющее около 90% не предельных кислот (олеиновой и линолевой).

При этом следует отметить, что если для получения пищевых высоко масличных сортов добиваются повышенного содержания олеиновой кисло ты около 80% [48], то для масел, предназначенных для использования в двигателях, предпочтительно наличие линолевой кислоты, имеющей две двойные связи.

Так, в отечественных сортах подсолнечника на долю линолевой ки слоты приходится до 60% от общего количества кислот [49].

Это предполагает более высокую эффективность сгорания в КC, что объясняется повышением ЦЧ топлива, которое пропорционально наличию непредельных углеводородов [50].

Исходя из этого, можно предложить использование специально селек тивно и генетически подобранных масел с составляющими, которые обес печивают улучшение процесса сгорания с повышением экономичности и подавлением образования вредных веществ с OГ.

Для подтверждения полученных данных необходимо провести иссле дования в следующих направлениях. Использовать для испытаний РМ с одного «поля». После получения нерафинированного масла приготовить из этого масла также и рафинированное и затем провести с ними испытания.

Это исключит влияние разных составов масел.

Из результатов испытаний следует, что экономичность двигателя с опытным распылителем лучше, чем с серийным. Но этот результат может быть получен за счет разных характеристик распылителей. Поэтому пред варительно должна быть испытана серия однотипных распылителей и из этих распылителей выбраны распылители с близкими экономическими и экологическими показателями для изготовления опытного распылителя.

Основными мероприятиями по улучшению условий впрыскивания РМ в КC является:

• подогрев топлива на входе в ТНВД не выше 40 45ос;

• подогрев топлива в распылителе;

• использование распылителя с большим количеством распыливаю щих отверстий меньшего диаметра;

• увеличение давления впрыскивания топлива на 5–10%;

• проведение регулировок, обеспечивающих оптимизацию по эко номическим и экологическим показателям;

• использование распылителей специальной конструкции, обеспечи вающих увеличение объемной доли подачи топлива, мелкости распылива ния и снижения дальнобойности факела.

4.3.3. Переоснащение дизеля для работы на РМ Существуют попытки использования РМ в серийных дизелях без пере оснащения топливной аппаратуры. Возможна кратковременная работа на таком топливе, но со временем это приводит к ухудшению показателей двигателя и к выходу двигателя из строя из–за сильного нагарообразова ния.

Основные проблемы при использовании РапМ в дизелях является:

• изменение свойств РапМ ;

• высокая температура воспламенения;

• высокая вязкость.

Это решено следующими путями:

• принятием стандарта на РапМ ;

• использованием регулируемого подогрева РапМ ;

• управлением подачей топлив;

• использованием необходимых ступеней фильтрации;

• путем электрического управления;

• при необходимости использованием впрыскивающей аппарату ры;

• использованием управляющей аппаратуры и реле.

Задача использования РМ в существующих двигателях с серийными КC и топливной аппаратурой решена путем оснащения двигателя допол нительной системой (Umrstung). Двигатель может работать только на рап совом масле (однотопливная система) или поочередно на рапсовом масле и ДТ (двухтопливная система). При этом должны выполняться требования на качество РапМ.

Особенностью однотопливной системы является наличие одного топ ливного бака с РапМ. Двигатель оснащается специальными распылителя ми, свечами накаливания, дополнительным топливным фильтром, фильт ром с электроподогревом, при необходимости электрическим топливным насосом, температурным реле, проводами и трубопроводами. Перед пуском осуществляется прогрев системы и с помощью свечи накаливания запуск двигателя. При работе двигателя осуществляется с помощью реле регули ровка температуры подаваемого РапМ в КC.

Принципиальная схема двухтопливной системы фирмы «Elsbett» при ведена на рис. 4.31.

1 2 3 4 Рис. 4.31. Схема двухтопливной системы двигателя фирмы «Elsbett»

для работы на РМ :

1 – топливный бак с дизельным топливом;

2 – топливоподкачивающий насос;

3 – топливный фильтр дизельного топлива;

4 – управляющий вентиль и регулятор давления;

5 – регулятор опережения подачи топлива;

6 – теплообменник для подогрева масла;

7 – фильтр для растительного масла;


8 – электрический топливо подкачивающий насос с регулятором давления для растительного масла;

9 – топливный бак с растительным маслом Система работает следующим образом. Запуск осуществляется на ди зельном топливе из бака на 20–30 литров и после прогрева происходит ав томатическое переключение на работу из главного бака с РапМ. Наличие электрического топливоподкачивающего насоса и теплообменника обеспе чивает подачу подогретого масла в высокоэффективный фильтр, что позво ляет осуществить необходимую очистку масла. Перед остановкой дизеля рекомендуется перевести его на работу на ДТ.

Стоимость системы и установки для разных типов двигателей приве дены в табл.4.20.

Таблица 4. Стоимость переоснащения дизеля для работы на РапМ Система с установкой Типы автомобилей Стоимость системы, евро на двигателе, евро Однотопливная система Легковые автомобили Разделенные КC 690 – 790 Автомобили 850 – VW, AUDI, Seat, Skoda Двухтопливная система Легковые автомобили С системой впрыска 750 – 950 1650– Common Rail Все другие автомобили 560 – Грузовые автомобили Тяжелые грузовики 1950 Строительные машины, Согласно запросу автобусы Следует отметить, что данная фирма имеет ограничения по использо ванию данной системы на некоторых двигателях.

Учитывая, что выпуск дизелей фирмы «Elsbett» с адаптированной КC для работы на РапМ прекращен, данные системы являются их альтернати вой.

Такая же система разработана и фирмой «Deutz AG» для дизеля с се рийной КC, приведенной на рис. 4.32.

Принципиальная схема такой системы фирмы «Deutz AG» приведена на рис. 4.33.

Рис. 4.32. Схема серийной КC переоснащенного дизеля «Deutz AG» для работы на РапМ 1 2 3 4 5 11 7 8 9 Common Rail Рис. 4.33. Схемы двухтопливной системы двигателя «Deutz AG» для работы на РапМ :

1 – бак с дизельным топливом;

2 – влагоотделительный фильтр дизельного топлива;

3 – электрический топливоподкачивающий насос;

4 – фильтр основной очистки дизельного топлива;

5 – электромагнитный клапан;

6 – топливный бак с рапсовым маслом;

7 – теплообменник для подогрева рапсового масла;

8 – влагоотделительный фильтр рапсового масла;

9 – топливоподкачивающий насос для подачи рапсового масла;

10 – фильтр основной очистки масла;

11 – общий блок управления;

12 – топливный блок управления;

13 – насос высокого давления;

14 – распылитель Работа этой системы похожа на работу вышеописанной системы. Дви гатель фирмы DEUTZ AG с системой для работы на РапМ получил сереб ряную медаль на сельскохозяйственной выставке в Ганновере «AGRI TECHNICA–2007».

4.4. Результаты испытаний смесей масел с дизельным топливом Применение сырых РМ в существующих двигателя с многодырчатыми распылителями и неразделенными КC не желательно. Такие распылители закоксовываются через 4-5 часов работы при работе на сыром РапМ [51].

Как уже отмечалось, для этой цели необходимо использование или двигателей со специальными КC или после соответствующего переосна щения топливной аппаратуры. В то же время кратковременные испытания РМ, особенно в разделенных КC в исследовательских целях допускаются.

Для таких исследований автором использовался вихрекамерный ди зель, приведенный на рис. 1.1.

По экспериментальным данным в зоне свечи накаливания температура стенки вихревой камеры, замеренная с помощью термопары, превышала 500оС. На рис. 4.34 представлена схема установки термопары диаметром 1,7 мм в вихревой КC, а на рис.4.35 изменение средней температуры при n =1000 об/мин и N e =1,64 кВт.

Близкие значения температуры стенок вихревой КC приведены в ра боте [52].

В различных странах при выборе альтернативного топлива ориенти руются на региональный принцип его получения. Учитывая, что в Украине производится 20 % ПМ от всего мирового производства, имеет смысл оценить его как моторное топливо. Уже существует положительный опыт использования топливной смеси с содержанием ПМ в двигателях сельско хозяйственной техники в ЮАР [53, 54].

Пробег сельхозтехники составлял около 2000 часов с перерегулиров кой форсунок через каждые 400 часов работы двигателя. Это вполне доста точно для проведения сельскохозяйственных работ для одного сезона.

Известно использование ПМ в качестве добавки к дизельному топли ву в соотношении 10:90, 20:80 [54] и 50:50 [55].

Следует отметить как положительный, так и не очень удачный опыт использования таких топлив. Это объясняется разными условиями смесеоб разования.

Наиболее обнадеживающие результаты были получены при использо вании двигателей Минского тракторного завода с -образной КC (типа ЦНИДИ) двигателя Д–240 [56].

Двигатель СМД–62 с КС с непосредственным впрыском (объемным смесеобразованием) показал худшие результаты. Двигатели работали на смеси РапМ : ДТ –75:25 с подогревом топлива от системы охлаждения и от выпускных газов. При этом не обнаружено снижение топливной эконо мичности с учетом теплотворной способности топлива. Наоборот, на неко торых режимах обнаружено увеличение КПД двигателя, что объясняется меньшими утечками через зазоры плунжерных пар более вязкого биотоп лива при работе с пониженной частотой на корректорной ветви.

5 4 H Рис. 4.34. Схема установки термопары в вихревой КC дизеля Ч 8,5/11:

1 – головка;

2 – вихревая КС;

3 – вставка;

4 – форсунка;

5 – штуцер;

6 – термопара;

H – перемещение спая термопары Рис. 4.35. Изменение средней температуры в вихревой КC дизеля 2Ч 8,5/11:

1 – головка;

2 – вихревая КС;

3 – вставка;

4 – форсунка;

5 – штуцер;

6 – термопара При этом столкнулись с проблемой повышенного нагаро- и лакообра зования на деталях ЦПГ и закоксовыванием отверстий распылителей.

Положительный опыт использования этой техники отмечен и за рубе жом, например, в Германии на лесозаготовках использовались трейлеры с двигателями производства Минского тракторного завода [57].

В работе [58] также приводятся результаты испытания дизеля Д– на ДТ и РапМ. Наблюдается повышение расхода топлива при снижении выбросов NO x.

В работе [59] приведены результаты исследований, проведенных Ук раинским транспортным университетом совместно с Киевским политехни ческим институтом. Испытания проводились на дизеле Д–243 на смесях ДТ с РапМ и на МЭРМ. Отмечается, что при работе на смеси энергети ческие показатели практически одинаковые по сравнение с работой на ДТ.

Наблюдается ухудшение удельного расхода топлива на 2 – 5% в зоне сред них и больших нагрузок. По вредным выбросам следует отметить, что на блюдается рост NO x при выделении других составляющих OГ в пределах погрешности измерений. В общем, результаты оцениваются как обнадежи вающие, но требуются дальнейшие исследования.

В Харькове, в центре двигателестроения и тракторостроения Украины также проводятся работы по исследованию влияния РМ на показатели двигателей.

В работе [52] приведены результаты исследований на дизеле СМД– 17Н при работе на ДТ и РапМ и смесях РапМ с ДТ в соотношении 25 к 50 %. С увеличением доли масла в смеси увеличивается расход топлива, что связано с уменьшение теплоты сгорания смеси.

Результаты сравнительных испытаний смесей ПМ с ДТ представле ны в работе [60].

В табл. 4.21 приведены экспериментально определенные характери стики смесей РМ с ДТ.

Таблица 4. Характеристики смеси РМ : ДТ РМ : ДТ, % об.

Характеристики 100:0 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 0: 0,92 0,87 0,86 0,856 0,85 0,84 0, 20, г/см 79,8 23,8 17,9 13 9,6 7,6 5, 20, мм2/с 35980 39200 39900 40300 40800 41550 Q н, кДж/кг С увеличением содержания ПМ в ДТ вязкость и плотность смеси рас тут, а Q н снижается. Но эти отрицательные факторы при сгорании компен сируются улучшением смесеобразования за счет содержания в ПМ ато марного кислорода (рис. 4.36).

Рис. 4.36. Изменение g прив от содержания ПМ в ДТ и N e e Оптимальное по экономичности содержание ПМ в ДТ зависит от на грузки. Наиболее высокий КПД двигателя при N e =1,94 кВт наблюдается при содержании в смеси около 30 % об. ПМ.

Близкие результаты получены в смесях РапМ с ДТ [31]. При этих испытаниях оптимум приходится на смесь состава РапМ : ДТ – 50:50.

Учитывая, что в этих смесях с уменьшением дымности наблюдается рост NO x, то была оценена возможность их снижения за счет уменьшения (табл. 4.22).

Таблица 4. Сравнение изменения вредных выбросов с OГ по для ДТ и смеси ПМ : ДТ –30: =18о до ВМТ =10о до ВМТ Характеристики Отличие, % ДТ 739 621 NO x, чнм N,% 5,3 10,1 ПМ : ДТ –30: 1066 591 NO x, чнм N,% 4,7 5,6 При сравнительных испытаниях для смеси наблюдается более высокая динамика снижения NO x (46%), чем у ДТ (16%). Для смеси рост дымно сти составляет всего 19%, а ДТ – 91%. Это возможно объяснить снижени ем задержки воспламенения у смеси вследствие наличия кислорода в соста ве топлива. В сумме это благоприятно влияет на снижение суммарной ток сичности.

Возможно рекомендовать подбор, например, оптимального по кри терию, оценивающему суммарное вредное воздействие NO x и дымности.

Для потребителей использование того или иного ТРП должно опре деляться экономической целесообразностью на данный момент времени.

Потребитель сам должен решать, что ему выгодно: изготавливать БТ из масел и применять его в существующих двигателях или после переделки систем двигателя или формы КC использовать сырые нерафинированные масла.

Обычно наличие добавки топлив растительного происхождения в сме си приводит к улучшению экономичности по КПД двигателя, снижению дымности, но росту NO x, которое может быть компенсировано уменьше нием. При этом динамика изменения дымности и NO x более благопри ятна для смесей с наличием ТРП, чем для ДТ.

4.5. Стандарт на рапсовое масло как топливо В табл. 4.23 приведены характеристики на РапМ как топливо соглас но стандарту E DIN 51605.


Таблица 4. Характеристики РапМ как топлива согласно E DIN Характеристика Единицы E DIN 51605:06/ 1 2 кг/м3 900– мм2/с max o C min зт t всп кДж/кг min Qн Цетановое число min Коксуемость 10 % остатка % масс. max 0, Йодное число г йода/100 г 95– Продолжение табл. 4. 1 2 Содержание серы % масс. max max Содержание механических частиц мг/кг max max Кислотное число мг KOH/1 г max 2, Стабильность к окислению при 110оС час min Содержание фосфора мг/кг max Зольность % масс. max 0, Содержание воды % масс. max 0, Содержание Сa и Mg мг/кг max 2, Следует отметить, что этот стандарт в Германии носит рекоменда тельный характер и периодически изменяется.

Выводы Непосредственное использование РМ в двигателях с традиционными камерами сгорания ограничено следующим факторами:

• повышенная вязкость масел требует дополнительных затрат на прокачку топлива;

• увеличивается дальнобойность топливного факела, что приводит к повышению доли пристеночного смесеобразования и изменяет оптималь ные условия смесеобразования;

• размер капель топлива увеличивается;

• скорость испарения капель масла в КC при обычных температурах занижена;

• угол распыливания топливного факела уменьшается;

• при длительной работе на РМ наблюдается повышенная закоксо вываемость отверстий распылителей и КC.

Для устранения этих явлений необходимо изменение условий смесе образования, а именно:

• подогрев масла перед подачей в КC для снижения вязкости;

• повышение температуры стенки в КC выше 500ос;

• увеличение турбулентности воздушного потока;

• использование высокотемпературных элементов в КC ;

• применение специальных каталитических покрытий.

Параллельно необходимо изменение конструкции распылителя:

• переход на однодырчатый распылитель, менее склонный к закок совываемости;

• улучшение распыливания в многодырчатых распылителях;

• подогрев топлива в распылителе.

Также одним из путей улучшения сгорания при использовании РМ является уменьшение задержки воспламенения.

Обычно наличие добавки РМ в смеси с ДТ приводит к улучшению экономичности по КПД двигателя, снижению дымности, но росту NO x, которое может быть компенсировано уменьшением. При этом динамика изменения дымности и NO x при регулировании более благоприятна для смесей с наличием РМ, чем для ДТ.

Перспективным способом воздействия на ускорение предпламенных реакций является фумигация топлива. Подогрев топлива предложено осу ществлять в усовершенствованном распылителе в специально выполненной полости.

Использование в КC с серийным распылителем смесей ДТ с ПМ нер по сравнению с ПМ р приводит к улучшению экономических показателей.

Данный эффект усиливается при использовании распылителя с полостью для подогрева топлива, при этом снижаются выбросы NO x,, что нетипично для серийных распылителей. Можно предположить, что это происходит из за наличия в нерафинированном масле каталитически активных веществ, эффективность которых при нагреве возрастает. Поскольку размеры ката литических частиц меньше 10 мкм, но возможно говорить об использова нии элементов нанотехнологии при получении таких топлив.

Литература к главе 1. Onion G., Bodo L. D. Oxygenate fuel for diesel engines: a survey of world – wide activities // Biomass. – 1983. – № 2. – pp. 77–133.

2. Деклараційний патент 13567 Україна, C 10 G 3/10. Паливна композиція із сумі ші рослинних олій та дизельного палива / Васильєв І.П.;

Східноукраїнський на ціональний університет імені Володимира Даля (UA).– № 2005 08198;

Заявлено 22.08.05;

Опубл. 17.04.06. Бюл. №4.

3. Пожарная безопасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности: справочник / Под общ.ред. к.т.н. И.В. Рябова. – М.: Химия, 1970. – 336 c.

4. Кулиев Р.Ш., Ширинов Ф.Р., Кулиев Ф.А. Физико-химические свойства некото рых растительных масел // Химия и технология топлив и масел. – 1999. – № 4. – С. 36–37.

5. Корольченко А.В. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения: справочник. – М.: Асс. Пожнаука, 2000. – Ч. 1. – 709 c.

6. ГОСТ 5066 – 91 (СТ СЭВ 3655–82). Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации. – Взамен ГОСТ 5066 – 56;

Введ. 01.01.93. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 13 с.

7. ГОСТ 20287 – 91. Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания. – Введ. 01.01.92. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 10 с.

8. Маркман А.Л. Жиры растительные // Краткая химическая энциклопедия. – М.:

Гос. научн. изд-во «Советская энциклопедия», 1963. – Т. 2. – С. 71–76.

9. Харченко Л.Н. Закономерности накопления липидов и перспективы направлен ного изменения качества масла семян масличных культур: (подсолнечник и горчица) Дис... д-ра с.–х. наук: 03.00.12 (физиология растений) 06.01.05 (селек ция и семеноводство). Краснодар, 1981. – 340 с.

10. Щиголев Б.М. Математическая обработка наблюдений. – М., 1960. – 344 с.

11. Remmele E. Standardisierung von Rapsl als Kraftstoff – Untersuchungen zu Kenn gren, Prfverfahren und Grenzwerten: Dissertation Doktors der Agrarwis senschaften: Fakultt Wissenschaftszentrum Weihenstephan fr Ernhrung, Land nutzung und Umwelt der Technischen Universitt Mnchen – Department fr Bio gene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung, Freising–Weihenstephan, VDIMEG–Schrift Nr. 400. – 2002. – 194 S.

12. Олейник Б.Н. Точная калориметрия. – М.: Изд-во стандартов, 1973. – 208 с.

13. Krahl J., Munack A. and Bockey D. Property Demands on Future Biodiesel // Landbauforschung Vlkenrode. – 2007. – 4 (57). S. 415–418.

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

15. Башта Г.М. Машиностроительная гидравлика. – М.: Машиностроение, 1971. – 672 с.

16. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и приме нение: Справ. изд. / К.М. Бадыштова, Я.А. Берштатд, Ш.К. Богданович и др.;

Под ред. Школьникова Б.В. – М.: Химия, 1989. – 432 с.

17. Корчанова Ю. О., Петренко О. О. Історія техніки землеробства: словник-довід ник. – Ч. I. Трактори й автомобілі. Ч. II. Сільськогосподарські машини. – Лу ганськ: ЛНАУ, 2005. – 588 с.

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

19. http://www.elsbett.com // Elsbett AG Pflanzenl: die marktreife kraftstoffalternative.

20. 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.

21. http://www.mwb.ag // BHKW Anlagen mit Pflanzenlmotoren. NWB Motorenwerke Bremerhaven AG Niederlassung Nordhasen.

22. Higelin P., Charlet A. The use of sunflower of oil as diesel for DI engines // 4th Inter national conference ICE. – 1997. – pp. 1–5.

23. Кумагаи С. Горение: Пер. с японского. – М.: Химия, 1980. – 256 с.

24. Suda Kenneth J. Vegetable Oil or Diesel Fuel–A Flexible Option // SAE Techn. Pap.

Ser. –1984. –№ 84004. – 10 p.

25. Васильев И.П., Клюс О.В. Внутрицилиндровый катализ в дизелях. – Калинин град: КГТУ, 2008. – 133 с.

26. Фомин В.М., Ермолович И.В., Сатер Халиль А. Использование рапсового масла в качестве моторного топлива для дизелей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1997. – № 5. – С. 11–12.

27. Ліньков О. Ю. Вибір та обґрунтування параметрів сумішоутворення та згоряння в швидкохідному дизелі, який працює на альтернативному паливі: Автореф.

дис...к-та тех. наук: 05.05.03 / Нац. техн. ун-т «Харьківський політех. ін-т». – Харьків, 2004. – 20 с.

28. Матиевский Д.Д., Кулманаков С.П., Шашев А.В. Решение вопросов оптимиза ции рабочего процесса дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием на чис том рапсовом масле // Сборник научных трудов по материалам Международной конференции Двигатель–2007, посвященной 100-летию школы двигателестрое ния МГТУ им. Н.Э. Баумана. Под редакцией Н.А. Иващенко, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, Л.В. Грехова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – С. 371–375.

29. Матиевский Д.Д., Кулманаков С.П., Лебедев С.В., Шашев А.В. Применение то плива на основе рапсового масла в дизелях / Ползуновский вестник. Барнаул (Россия) – 2006. – № 4. – С. 118–127.

30. Марков В.А., Коршунов В.А., Девянин С.Н., Дробышев О.В. Улучшение качест ва процесса смесеобразования дизеля при его работе на рапсовом масле // Безо пасность в техносфере. Научно-метод. и инф. журнал (Россия). – 2007. – № 5. – С. 26–30.

31. Марченко А.П., Минак А.Ф., Семенов В.Г., Линьков О.Ю., Шпаковский В.В., Обозный С.В. Расчетно-экспериментальные исследования по оценке влияния подогрева альтернативных топлив на показатели работы дизеля // Вестник На ционального технического университета «ХПИ», Двигатели внутреннего сгора ния, Харьков: 2005. – № 1. – С. 8–17.

32. Матиевский Д.Д., Кулманаков С.П., Лебедев С.В., Шашев А.В. Применение то плива на основе рапсового масла в дизелях // Ползуновский вестник. Барнаул (Россия) – 2006. – № 4. – С. 118–127.

33. Offenlegungsschrift DE 10037615 A1 Германия, МКИ F 02 M 53/04. Einspritzventil fr nach dem Dieselprinzip arbeitende Motoren / Hausmann S. (Германия);

– № 10037615.0;

Заявл. 02.08.2000;

Опубл. 21.02.2002;

5 с.

34. Патент № 372252 Polska, F 02 M 53/04, Wtryskiwacz paliwa / Oleh Klyus, Janusz Mysowski, Igor Wasilijew, Piotr Gawrilenko, Mikoaj Bannikow;

Politechnika Szczeciska (Szczecin, Polska). – № 18 – S – 04;

Заявлено 14.01.2005. Опубл.

2006. BIULETYN URZDU PAPRNTOWEGO №15 (850).

35. Клюс О.В., Гавриленко П.Н., Васильев И.П. Исследование влияния подогрева топлива в распылителе на эффективные показатели дизеля // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении. Международная научно техническая конференция БАЛТТЕХМАШ–2000: Сборник докладов. – Кали нинград, 2000. – т. 2. – С. 93–54.

36. ГОСТ 6356–75. Нефтепродукты. Продукты химические органические. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле. – Взамен ГОСТ 6356–52;

Введ. 01.01.77. – М.: Изд–во стандартов, 1977. – 6 с.

37. ГОСТ 4333–87 (СТ СЭВ 5469–86). Нефтепродукты. Методы определения тем пературы вспышки и воспламенения в открытом тигле. – Взамен ГОСТ 4333– 48;

Введ. 01.07.88. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 8 с.

38. ГОСТ 9287–59. Масла растительные. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле. – Введен впервые;

Введ. 01.07.60. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 3 с.

39. ГОСТ 1129–93. Межгосударственный стандарт. Масло подсолнечное. Техниче ские условия. – Взамен ГОСТ 1129–73;

Введ. 01.01.97. – Киев;

Госстандарт Ук раины, 1996. – 17 с.

40. Bannikov M.G., Draper P.H., Chattha J.A., Vasilev I.P., Gawrilenko P.N. Reduction in NOx emission of diesel engines by in – cylinder catalysis // Proceedings of the I MECH E Part A Jornal of Power and Energy. – 1 Februar 2003. – vol. 217.– № 1. – pp. 101–106.

41. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1980. – 169 с.

42. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений. – М.: Колос, 1965. – 448 с.

43. Вилли К. Биология. – М.: Мир, 1968. – 808 с.

44. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. – Л.: Наука, Ленингр. отд.

1974. – 324 с.

45. Лютова М.И. Изменение термостабильности и кинетических свойств ферментов при адаптации растений к температуре // Физиология растений.–1995. – № 6. – С. 929–941.

46. Губайдуллин М.И., Чемерис А.В., Гималов Ф.Р., Вахитов В.А. Молекулярное клонирование гена липазы из бактерий рода Micrococcus и исследование физи ко-химических свойств кодируемого им фермента // Биотехнология. – 1995. – № 9–10. – С. 22–26.

47. Демидов П.Г. Горение и свойства горючих веществ. – М.: Министерство ком мунального хозяйства РСФСР, 1962. – 264 с.

48. Bacon D. M., Brear F., Moncrieff, Walker K. L. The use vegetable oils in straight and modified form as diesel engine fuels // Beyond Energy Crisis: Opportunity and Chal lenge. 3rd Int. Conf. Energy Use Manag. Berlin (West), Oct. 26–30, 1981.Vol. 3. Ox ford e. a., 1981. – pp. 1525–1533.

49. Бородулина А.А. Пути повышения качества растительных масел / Селекция и семеноводство технических культур: сборник статей. - М.: Колос, 1973. – С. 50– 59.

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

Высшая школа, 1982. – 208 с.

51. Шеховцов А.Ф., Марченко А.П., Минак А.Ф., Линьков О.Ю. Эксперименталь ное исследование автотракторного дизеля СМД-17Н при его работе на рапсовом масле и его смесях с дизельным топливом // Двигатели внутреннего сгорания. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. – № 1, 2. – С. 143–145.

52. Семенов Б.Н., Павлов Е.П., Копцев В.П. Рабочий процесс высокооборотных ди зелей малой мощности. – Л.: Ленингр. отд., 1990. – 240 с.

53. Van der Walt A. N., Hugo F. J. C. Diesel engine test wiht sunflower oil as an alterna tive fuel // Beyond Energy Crisis: Opportunity and Challenge. 3rd Int. Conf. Energy Use Manag. Berlin (West), Oct. 26–30, 1981.Vol. 3. Oxford e. a., 1981. – pp. 1927– 1933.

54. Kaufman K. R., Ziejewski M., Morohl M., Jones A. E. Sunfower oil and methyl ester as fuels for diesel engines // Beyond Energy Crisis: Opportunity and Challenge. 3rd Int. Conf. Energy Use Manag. Berlin (West), Oct. 26 – 30, 1981.Vol. 3. Oxford e. a., 1981. – pp. 1635–1643.

55. McCutchen R. Vegetable oils as a diesel fuel Soybean oil // Beyond Energy Crisis:

Opportunity and Challenge. 3rd Int. Conf. Energy Use Manag. Berlin (West), Oct.

26–30, 1981.Vol. 3. Oxford e. a., 1981. – pp. 1679–1686.

56. Краснощеков Н.В., Савельев Г.С., Шапкайц А.Д., Подосинников В.В., Буб нов Д.Б., Демидов В.А., Пономарев Е.Т., Басистый Л.Н. Адаптация тракторов и автомобилей к работе на биотопливе // Тракторы и сельскохозяйственные ма шины. – 1994. – № 12. – С. 1–4.

57. Erfahrungen mit Biodiesel // Union zur Frderung von Oel– und Proteinpflanzen e.

V., Bonn.–1998.–Januar. – 2 Auflage. – S. 47.

58. Farkas Ferenc Vegetable oil derivates as fuel // Вістник Харківського державного технічного університету сільського господарства «Механізація сільськогоспо дарського виробництва», Харьків.– 2001. – вип. 7.– С. 102–109.

59. Гутаревич Ю.Ф., Говорун А.Г., Корпач А.А. К вопросу использования рапсово го масла в качестве моторного топлива // Труды ТГАТА.– Мелитополь, 1998. – Т. 3. – Вып. 2. Отраслевое машиностроение. – С. 71–75.

60. Смыслов А.И., Мельник А.В., Васильев И.П. Применение в дизелях раститель ного масла в качестве добавки к топливу // Вісн. Східноукр. нац. ун–ту. – 2000. – №9 (31). – Ч. 2. – С. 181–184.

Глава ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В настоящее время только начинается освоение биомассы как топлива.

На первом этапе это использование БТ из РМ, РМ, получение из биомас сы спиртов и т. д. Далее ожидается получение топлив из растительной мас сы после соответствующих химических преобразований.

Возможно использование определенных мероприятий по получению необходимых характеристик уже на полях. Здесь могут быть использованы селекционные и генетические изменения. К генетическим изменениям рас тений существует определенная настороженность, которая объясняется возможным отрицательным воздействием на человека. Использование этих растений только для получения топлив снимает эту проблему.

Данная мысль, высказанная автором в работах [1, 2], находит свое подтверждение в настоящее время в работах других авторов [3].

В общем, это могут быть следующие направления:

• поиск новых растений;

• использование непищевых масел;

• «топливные» и «топливо-смазочные» севообороты;

• использование смесей различных масел;

• изменения существующих растений для получения масел, благо приятных для использования как ТРП ;

• использование земель и удобрений (отвалов шахт), которые не при годны для выращивания пищевых культур;

• селекционные изменения растений;

• генетические изменения растений.

Все растения, которые использует человек, имеют дикорастущих предшественников. Выбор этих растений определялся в основном их по лезностью для человека как продукта питания. Но существуют тысячи рас тений, которые просто выпали из этого обзора. К ним относятся так назы ваемые сорняки, из которых возможно получать масла [4]. Это также могут быть ядовитые растения.

В настоящее время есть смысл оценить эти растения на предмет полу чения ТРП.

Из этого выбора также выпали растения, из которых получают непи щевые продукты. Их использование в лучшем случае было ограничено тех ническими целями. Сейчас есть смысл пересмотреть отношение к этим рас тения на предмет получения ТРП.

Монокультура является отрицательным фактором в земледелии, кото рая приводит к падению урожаев и истощению земли. Для устранения это го явления необходимо использование севооборотов, специально подобран ных чередований различных культур с внесением определенных удобрений с целью поддержания плодородия земли и высоких урожаев.

В мире уже имеется практика использования специальных севооборо тов. Существует, например, «сахарный» севооборот, направленные на получение высоких урожаев сахарной свеклы [5].

Разработан эфиромасличный севооборот, который предназначен для климатической зоны субтропиков [6].

Севооборот предопределяет наличие различных масел, которые воз можно использовать в смеси. Но возникает необходимость оценки разных смесей масел в различных соотношениях на показатели двигателя.

В рамках использования существующих растений путем подбора со ответствующего сорта и способа получения масла возможно значительно повлиять на показатели масел как топлив.

В работе [7] отмечается, что возможно создать сорта с различным за данным составом жирных кислот в масле. Таким образом, количественный и качественный состав запасенного масла семян растений может быть рез ко изменен без нарушений основных функций растительного организма.

Также отмечается возможность улучшения свойств масел, например, по длительности сохранения. Например, масло сарептской горчицы, в от личие от других РМ, хорошо сохраняется благодаря присутствию в нем небольших количеств эфирных горчичных масел, обладающих сильными бактерицидными свойствами. Этот положительный фактор можно исполь зовать в смесях с другими маслами.

При соответствующем подборе сорта и способа получения РапМ можно повысить низшую теплоту сгорания с 37200 до 41300 кДж/кг. Эти ми мероприятиями возможно влиять на другие показатели масел как топ лива, а именно содержание фосфора, серы, воды и т. д.

В сельском хозяйстве существуют земли, которые не могут использо ваться для выращивания пищевых культур из-за высокого содержания ра диоактивных веществ, тяжелых металлов и т. д. Это объясняется тем, что тяжелые металлы переходят в масла и если их содержание превышает оп ределенные нормы [8, 9], они не пригодны для использования в пищу (табл.

5.1).

Таблица 5. Допустимое содержание тяжелых металлов в РМ Металл Максимально допустимая концентрация, мг/кг Pb 0, As 0, Cd 0, Hg 0, Cu 0, Fe Zn Некоторые удобрения естественного происхождения, такие как отвалы шахт, содержат высокие концентрации тяжелых металлов. Использование таких удобрений для выращивания масличных «топливных» культур – до пустимая вещь.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.