Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Проблемы применения альтернативных топливе дизельных двигателях 12
1. Проблемы применения альтернативных топлив в дизельных двигателях 13
1.1. Альтернативные топлива на основе невозобновляемых источников энергии 19
1.2. Альтернативные топлива на основе возобновляемых источников энергии 22
1.3. Обзор способов подачи спиртового топлива в дизельных двигателях 25
1.4. Характеристики спиртовых топлив для дизелей 34
1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследований 47
Глава II. Экспериментальная установка. Методика исследования 49
2. Экспериментальная установка. Методика исследования 50
2.1. Описание экспериментальной установки 52
2.2. Методика эксперимента, измерение и обработка опытных данных 59
2.3. Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных 64
Глава III. Математическое моделирование рабочего процесса 69
3. Математическое моделирование рабочего процесса 70
3.1. Расчётные методики математической модели 72
3.1.1. Основы математической модели 73
3.1.2. Расчёт физико-химических свойств композиционных топлив 77
3.1.3. Расчёт периода задержки самовоспламенения и процесса тепловыделения 82
3.1.4. Расчёт образования и выгорания сажи и образования окислов азота 88
3.2. Выводы по главе 95
Глава IV. Сопоставление результатов расчётного и экспериментального исследования дизеля при использовании спирто-дизельных топлив 96
4. Сопоставление результатов расчётного и экспериментального исследования дизеля при использовании спирто-дизельных топлив 97
4.1. Оптимизация состава композиционных топлив 102
4.2. Сравнительное исследование параметров рабочего процесса и анализ индикаторного кпд при использовании композиционных топлив 110
4.3. Исследование экологических показателей при работе на композиционных топливах Результаты оптического индицирования 115
4.4. Мероприятия по улучшению параметров рабочего процесса и экологических характеристик 120
4.5. Выводы по главе 124
Заключение по работе. Общие выводы и
Рекомендации 126
Литература 130
Приложение 148
- Альтернативные топлива на основе возобновляемых источников энергии
- Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных
- Расчёт периода задержки самовоспламенения и процесса тепловыделения
- Сравнительное исследование параметров рабочего процесса и анализ индикаторного кпд при использовании композиционных топлив
Введение к работе
В настоящее время все большую актуальность приобретает вопрос энергетического обеспечения жизнедеятельности общества.
Энергетические потребности практически полностью удовлетворяются за счёт ископаемых топлив, главным образом нефтяных. Основы транспортной энергетики - дизельные двигатели, имеющие достаточно хорошие технические, экономические и экологические характеристики, широко применяющиеся в различных отраслях народного хозяйства, (см. приложение 1 рис. 1 - 9). Запасы нефтяных топлив ограничены, а потребление их растёт от года к году, цены постоянно подвержены колебаниям, вызываемым политическими и спекулятивными мотивами, средняя кривая цен неуклонно идёт вверх, и это вполне естественно, поскольку добыча и переработка нефти становятся дороже, а спрос растёт быстрее, чем предложение. В связи с этим возникает вопрос использования альтернативных и, в особенности, возобновляемых, экологически безопасных видов топлива. Однако использование ряда альтернативных топлив из невозобновляемых и из возобновляемых источников ставят ряд проблем технологического, экономического, экологического, и прочего характера.
В последнее время обозначились три основных направления в развитии и разработке малотоксичных и высокоэффективных рабочих процессов энергетических установок с ДВС: 1- дальнейшее совершенствование традиционных способов организации рабочего цикла двигателя; 2- разработка новых модификаций рабочих процессов и систем рационального управления их параметрами; 3- формирование рабочих процессов с использованием нетрадиционных (альтернативных) видов топлива без переделки двигателя, при сгорании которых минимизируются выбросы токсичных продуктов, а в ряде случаев возрастает термодинамическая эффективность рабочего цикла. Последнее направление - одно из наиболее перспективных, так как связано с ресурсосбережением традиционного топлива. Из числа известных энергоносителей несомненный интерес представляет топлива из возобновляемых источников, в т.ч. из биомассы (отходов пищевой и деревообрабатывающей промышленности и др.).
Таким образом, настоящая диссертация относится к решению проблемы использования в дизелях альтернативных топлив, а прежде всего спиртов в виде композиционных топлив, полученных из возобновляемых источников. Основным компонентом композиционных топлив является этанол, полученный на основе переработки продуктов сельского хозяйства, что позволит не только сберечь ресурсы нефтяных топлив, но и улучшить экологическую обстановку на транспорте.
Цель работы - анализ возможности работы и получение расчётных данных рабочего процесса дизельного двигателя при работе на спирто-дизельных композиционных топливах при обеспечении высоких мощностных, экономических и экологических показателей.
Задача исследования: разработка математических моделей адекватно описывающих внутрицилиндровые процессы при использовании альтернативных топлив и позволяющих прогнозировать экономические и экологические показатели при использовании альтернативных топлив различного состава.
Научная новизна. Составлена модель рабочего процесса дизеля, работающего на спирто-дизельных композиционных топливах, позволяющая учитывать изменение физико-химических свойств топлива, предпламенных процессов, кинетики горения и условий образования вредных веществ. Данная модель реализована на алгоритмическом языке PASCAL и доведена до практического инженерного использования.
Получены данные по оптимизации состава спирто-дизельных композиционных топлив при применении различных растворителей и проведены расчётные исследования показателей рабочего процесса и экологических показателей при изменении режимных параметров.
Методы исследований. В работе нашли применение теоретические методы, базирующиеся на экспериментальных исследованиях. Достоверность результатов достигнута выбором современных методов и средств измерений, соблюдением стандартов, периодической проверкой и тарировкой приборов, анализом и контролем погрешностей, а для теоретических исследований - принятием обоснованных исходных данных и закономерностей и сопоставлением результатов расчёта и эксперимента.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Предлагаемые расчётные методы, реализованные в виде программы для ЭВМ на алгоритмическом языке PASCAL позволяют, в зависимости от состава топлива, режимов работы ДВС, вести расчёт физико-химических свойств композиционных топлив, изменение предпламенных процессов и кинетики сгорания, условий образования и количества вредных выбросов.
Рассмотрены различные составы композиционных спирто-дизельных топлив и рекомендованы оптимальные соотношения дизтоплива, этанола и растворителя.
Проведено расчётное исследование параметров рабочего процесса и экологических показателей при работе на выбранных топливах.
Адекватность полученных расчётных данных была проверена экспериментальными исследованиями, проведёнными на установке с двигателем 14 13/14 в лаборатории кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
Результаты работы использованы в учебном процессе и НИРС АлтГТУ им. И.И. Ползунова.
Апробация работы. Материалы исследований, теоретических разработок по теме диссертации доложены на:
- 3— международной научно-практической конференции "Наука и практика организации производства и управления", г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 28-30 мая 2003 г.;
- 3— семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по "Теплофизике и теплоэнергетике", г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 18-20 сентября 2003 г.;
- 5 и 6— городской научно-практической конференции молодых учёных "Молодёжь - Барнаулу", мероприятие было организовано Советом ректоров ВУЗов Алтая при Комитете по делам молодёжи, г. Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 20-21 ноября 2003 г. и 15-16 ноября 2004 г.
Публикации. Все основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных статях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, списка литературы, приложения. Список литературы, содержит 146 источников. Работа содержит 152 страницы машинописного текста и включает 7 таблиц, 40 рисунков.
На защиту выносятся:
- результаты литературного анализа по применению альтернативных топлив, способов их использования и вопросов математического моделирования рабочего процесса дизеля, работающего на спирто-дизельных топливах;
- выбор и доработка расчетных методик, позволяющих учитывать различие физико-химических свойств спирто-дизельных композиционных топлив и их влияние на предпламенные процессы, кинетику горения и образования вредных веществ;
- обработка и анализ результатов ранее проведенных экспериментальных исследований при использовании спирто- дизельных топлив;
- сравнение экспериментальных и расчетных параметров рабочего процесса и образования вредных веществ при использовании композиционных топлив различного состава.
Альтернативные топлива на основе возобновляемых источников энергии
В настоящее время связи с возрастанием дефицита продовольственных и энергетических ресурсов, ограниченностью традиционных технологий и повышением потребления топлива, непрерывным ростом энергозатрат, повышением стоимости все больше внимание уделяется энергии возобновляющихся источников. Использование возобновляющихся источников энергии значительно экономит топливно-энергетические ресурсы в мире и способствуют охране окружающей среды. Комплексное использование возобновляющихся источников энергии способствует экономии традиционных видов топлива и ликвидирует проблемы в графиках энергопотребления.
К альтернативным топливам для дизелей на основе возобновляемых источников энергии относятся следующие виды топлив: - топлива на основе растительных масел; - спиртовые топлива (этанол и метанол); - водород; - жидкие углеводороды; - синтетические жидкие топлива (СЖТ); - аммиак NH3 и гидразин N2H4.
Вышеперечисленные виды топлив получают в процессе переработки из возобновляемых источников энергоресурсов. Возобновляемые источники энергии - это виды неископаемых энергоресурсов, которые имеют вечные пожизненные неограниченные запасы. К категории возобновляемых источников энергии относятся непрерывные, самовозобновляемые энергетические системы, включающие три группы физических энергоисточников естественного происхождения: механическая энергия атмосферы и гидросферы земли; внутреннее тепло земли; солнечная энергия; и биомасса (продукты отходов сельскохозяйственного производства, пищевой промышленности) Наиболее низкой стоимостью получения и обширной базой воспроизводства обладают спирты - метанол и этанол. В данной работе будем рассматривать вопрос применения спирта (этанола), получаемого из биомассы.
Топлива из биомассы. - Биомассу перед применением необходимо высушить, очистить и измельчить. Используемый вид биомассы может быть получен при 75%-ном кпд производства. Из биомассы могут получаться в основном два вида топлива - спирты (Главным образом этанол - получаемый из растительности с помощью перегонки. КПД производства этанола оценивается в 35%.) и жидкие углеводороды на основе растительных масел, подобные дистиллятному топливу.
Этиловый спирт, вырабатываемый для технических целей, денатурируется путём прибавления веществ, делающих его негодным для питья. Для этой цели служат формалин, метиловый спирт, пиридиновые основания, некоторые красящие вещества. Для использования этанола в качестве одного из компонентов смесевого топлива для дизеля нужно извлечь из него воду, поэтому лучшего обезвоживания можно достичь, если несколько часов кипятить спирт с большим количеством хорошо прокалённой извести и затем произвести отгонку, защищая дистиллят от соприкосновения с влажным воздухом. Исходным продуктом для получения этанола может служить полисахаридный крахмал, содержащийся, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы, кукурузы и в отходах лесной промышленности.
Перспективы создания сырьевой базы - создание специальных плантаций быстрорастущих сортов деревьев и кустарников, многолетних трав, морских пресноводных макро - и микроводорослей и растений для получения этанола.
Спиртовое топливо может производится по цене значительно более низкой, чем нефтяные топлива, при сопоставлении цен за единицу производимой энергии. Поэтому спиртовое топливо можно рассматривать в качестве одного из основных моторных топлива для дизелей. Сырьевая база спиртов весьма многочисленна и включает как невозобновляемые, так и возобновляемые источники: нефть, уголь, газ, древесина, отходы сельской хозяйственной переработки и т.д. I. Конвертация дизелей для работы на чистых спиртовых топливах. Основной проблемой при использовании спиртов в чистом виде является низкое цетановое число топлива (3-5 у метанола и 8-10 у этанола). В работах, проведенных Тадаши, для воспламенения этанола использовались: 1. Установка системы зажигания. Эксперимент с оборудованием дизельных двигателей системой зажигания для питания этанолом проводился также в Италии на тракторах FIAT [136]. Было отмечено увеличение максимальной мощности Ne и максимального крутящего момента Ме, а также увеличение расхода топлива. На установке системы зажигания использовались: а) Свечи накаливания. Была выявлена необходимость выбора оптимального положения свечи накаливания в камере сгорания (КС). Также было установлено положительное влияние на воспламеняемость спиртов путём введения подогрева воздушного заряда на впуске и рециркуляции отработавших газов, б) Свечи зажигания успешно применялись в опытах Ньюнхема на дизеле Peffer РШ с воздушным охлаждением и полусферической КС. Система зажигания обеспечивала воспламенение топливовоздушной смеси генерированием множества импульсов искрового разряда частотой 13,2 кГц, что эквивалентно одному разряду на 1 град, поворота коленчатого вала при 2200 мин"1. 2. Присадки, повышающие цетановое число спиртового топлива. Химическую агрессивность спиртов можно нейтрализовать введением антиокислительной присадки. Двигатели, работающие на таких топливах, используют стандартную систему питания, их мощностные характеристики не ухудшаются, а оптимизация их работы достигается предусмотренными конструкцией регулировками угла опережения впрыска топлива и давления подъема иглы форсунки. Штутгарским университетом проводились опыты по использованию присадок, повышающих ЦЧ этанола [121]. Введение присадок не помогло повысить ЦЧ топлива до требуемого значения 52 ед. Улучшить самовоспламенение этанола удалось введением подогрева воздуха на впуске до 200С. При этом было отмечено уменьшение подъема иглы форсунки вплоть до ее заклинивания и кавитационное изнашивание элементов топливного насоса.
Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных
В 80-е годы в странах Западной Европы, США и Японии велись наиболее интенсивные работы по использованию спиртов в качестве топлив для дизельных двигателей.
Вопросами применения спиртов в дизелях, также в течение последних лет, активно занимается ведущие фирмы и исследовательские центры: Ricardo, Perkins (Англия); Komatsu, Usutsu (Япония); Миссурийский университет, Юго-западный исследовательский институт; John Deere, Caterpillar (США); Volvo, Saab (Швеция); Volskswagenwerk A.G.; MAN, MWM (ФРГ), Бразилия, ЮАР, Румыния и другие. В России также ведутся активные работы по использованию спиртов в дизелях: МАДИ, МИИТе, ФНИКТИД, НАМИ, КСХИ.
Исследования имели целью определить возможности применения спиртов и в двигателях, как автомобилей, так и тракторов и электрогенераторов. Эти опыты были обусловлены с одной стороны, ожидаемым дефицитом традиционных видов топлива, а с другой - значительными возможностями дизельных двигателей в плане многотопливности.
При переводе дизелей на спиртовые топлива, в случае использования чистого спирта, очень трудно обеспечить их самовоспламенение. Поэтому более широкое распространение получили способы воспламенения спирто-воздушной смеси с помощью запальной порции ДТ или электрической искры, однако в этом случае необходимы конструкторские изменения.
Все примеры использования спиртов можно разделить на три группы: - Полное замещение дизельного топлива спиртовым. - Раздельная подача спирта и дизельного топлива. - Использование топливоспиртовых смесей. Проведённый анализ работ по применению спиртовых топлив в дизелях показал принципиальную возможность их успешного использования. Целый ряд исследований показал, что спирты позволяют снизить токсичные выбросы с отработавшими газами (особенно важно снижение дымности и выбросов NOx - основной недостаток дизелей в настоящее время), уменьшить теплонапряженность дизельных двигателей при сохранении приемлемой жёсткости работы, а в ряде случаев и повысить КПД дизелей. При возрастании интереса к спиртовым добавкам в дизельное топливо становится очевидной недостаточная проработка теоретических вопросов, в частности, методики расчёта показателей рабочего процесса дизелей. Таким образом, имеется необходимость уточнения расчётных методик при работе на спиртовых топливах. Исследователи предложили и сформулировали большое количество таких моделей, которые отличаются друг от друга допущениями и уровнем детализации при описании процесса. Для моделирования рабочего процесса и процессов образования токсичных веществ в цилиндре дизеля в данной работе выбран феноменологический подход. В основу рабочей модели была положена методика Н.Ф. Разлейцева [86]. К преимуществам данной модели следует отнести: адекватное отражение расчётных и экспериментальных данных; модульность построения, позволяющая модифицировать выбранные расчётные блоки; достаточная простота вычислительного аппарата, не предъявляющая повышенных требований к компьютеру и позволяющая провести расчёты в короткий срок. Математическая модель сложной системы даёт возможность решать различные задачи. В настоящей работе рассматриваемая модель предназначена в основном для решения задач анализа и синтеза. Описание подсистем и явлений выполнено ниже при описании модели, математическая часть подсистем известно и описываются математическими выражениями, а часть- описана полуэмпирическими уравнениями и регрессионными зависимостями. На основе методики Н.Ф.Разлейцева, реализована математическая модель рабочего процесса дизеля, которая позволяет моделировать рабочий процесс двигателя с учётом образования вредных веществ отработавших газов. За основу при разработке модели принят алгоритм расчётов, предложенный Н.Ф. Разлейцевым, в который также введены В.Ю. Русаковым новые расчётные блоки, (рис. 3.1): расчёта параметров рабочего тела в цилиндре; расчёта температуры пламени; расчёта образования термических окислов азота; расчёта выбросов углеводородов и окиси углерода; предложены выражения для учёта влияния турбулентности воздушного заряда на рабочий процесс дизеля; расчёта образования и выгорания сажи в цилиндрах дизелей. Вышеизложенная методика расчёта параметров рабочего процесса дизеля является достаточно стандартной для всех математических моделей. Так как в этой работе рассматривается исследование рабочего процесса дизеля при использовании альтернативных композиционных нетрадиционных видов топлив для данного двигателя, то для учёта различий физико-химических свойств, процессов смесеобразования, сгорания и образования вредных веществ при использовании альтернативных топлив на основе спиртов были дополнительно разработаны или модернизированы следующие блоки (рис. 3.2): - учёта различий физико-химических свойств композиционных топлив и стандартного ДТ, учитывающее изменение количества этанола (или метанола) в топливе, вид и количества третьего компонента; - расчёта периода задержки воспламенения для композиционных топлив и изменение кинетики сгорания топливо-воздушной смеси связанное с различием физико-химических свойств; - расчёта образования сажи и окислов азота при изменении состава рабочего тела и кинетики сгорания при работе на альтернативных спиртовых топливах.
Расчёт периода задержки самовоспламенения и процесса тепловыделения
В 80-е годы в странах Западной Европы, США и Японии велись наиболее интенсивные работы по использованию спиртов в качестве топлив для дизельных двигателей.
Вопросами применения спиртов в дизелях, также в течение последних лет, активно занимается ведущие фирмы и исследовательские центры: Ricardo, Perkins (Англия); Komatsu, Usutsu (Япония); Миссурийский университет, Юго-западный исследовательский институт; John Deere, Caterpillar (США); Volvo, Saab (Швеция); Volskswagenwerk A.G.; MAN, MWM (ФРГ), Бразилия, ЮАР, Румыния и другие. В России также ведутся активные работы по использованию спиртов в дизелях: МАДИ, МИИТе, ФНИКТИД, НАМИ, КСХИ.
Исследования имели целью определить возможности применения спиртов и в двигателях, как автомобилей, так и тракторов и электрогенераторов. Эти опыты были обусловлены с одной стороны, ожидаемым дефицитом традиционных видов топлива, а с другой - значительными возможностями дизельных двигателей в плане многотопливности.
При переводе дизелей на спиртовые топлива, в случае использования чистого спирта, очень трудно обеспечить их самовоспламенение. Поэтому более широкое распространение получили способы воспламенения спирто-воздушной смеси с помощью запальной порции ДТ или электрической искры, однако в этом случае необходимы конструкторские изменения.
Все примеры использования спиртов можно разделить на три группы: - Полное замещение дизельного топлива спиртовым.
Раздельная подача спирта и дизельного топлива. - Использование топливоспиртовых смесей. Проведённый анализ работ по применению спиртовых топлив в дизелях показал принципиальную возможность их успешного использования. Целый ряд исследований показал, что спирты позволяют снизить токсичные выбросы с отработавшими газами (особенно важно снижение дымности и выбросов NOx - основной недостаток дизелей в настоящее время), уменьшить теплонапряженность дизельных двигателей при сохранении приемлемой жёсткости работы, а в ряде случаев и повысить КПД дизелей. При возрастании интереса к спиртовым добавкам в дизельное топливо становится очевидной недостаточная проработка теоретических вопросов, в частности, методики расчёта показателей рабочего процесса дизелей. Таким образом, имеется необходимость уточнения расчётных методик при работе на спиртовых топливах. Исследователи предложили и сформулировали большое количество таких моделей, которые отличаются друг от друга допущениями и уровнем детализации при описании процесса. Для моделирования рабочего процесса и процессов образования токсичных веществ в цилиндре дизеля в данной работе выбран феноменологический подход. В основу рабочей модели была положена методика Н.Ф. Разлейцева [86]. К преимуществам данной модели следует отнести: адекватное отражение расчётных и экспериментальных данных; модульность построения, позволяющая модифицировать выбранные расчётные блоки; достаточная простота вычислительного аппарата, не предъявляющая повышенных требований к компьютеру и позволяющая провести расчёты в короткий срок. Математическая модель сложной системы даёт возможность решать различные задачи. В настоящей работе рассматриваемая модель предназначена в основном для решения задач анализа и синтеза. Описание подсистем и явлений выполнено ниже при описании модели, математическая часть подсистем известно и описываются математическими выражениями, а часть- описана полуэмпирическими уравнениями и регрессионными зависимостями. На основе методики Н.Ф.Разлейцева, реализована математическая модель рабочего процесса дизеля, которая позволяет моделировать рабочий процесс двигателя с учётом образования вредных веществ отработавших газов. За основу при разработке модели принят алгоритм расчётов, предложенный Н.Ф. Разлейцевым, в который также введены В.Ю. Русаковым новые расчётные блоки, (рис. 3.1): расчёта параметров рабочего тела в цилиндре; расчёта температуры пламени; расчёта образования термических окислов азота; расчёта выбросов углеводородов и окиси углерода; предложены выражения для учёта влияния турбулентности воздушного заряда на рабочий процесс дизеля; расчёта образования и выгорания сажи в цилиндрах дизелей. Вышеизложенная методика расчёта параметров рабочего процесса дизеля является достаточно стандартной для всех математических моделей. Так как в этой работе рассматривается исследование рабочего процесса дизеля при использовании альтернативных композиционных нетрадиционных видов топлив для данного двигателя, то для учёта различий физико-химических свойств, процессов смесеобразования, сгорания и образования вредных веществ при использовании альтернативных топлив на основе спиртов были дополнительно разработаны или модернизированы следующие блоки (рис. 3.2): - учёта различий физико-химических свойств композиционных топлив и стандартного ДТ, учитывающее изменение количества этанола (или метанола) в топливе, вид и количества третьего компонента; - расчёта периода задержки воспламенения для композиционных топлив и изменение кинетики сгорания топливо-воздушной смеси связанное с различием физико-химических свойств; - расчёта образования сажи и окислов азота при изменении состава рабочего тела и кинетики сгорания при работе на альтернативных спиртовых топливах.
Сравнительное исследование параметров рабочего процесса и анализ индикаторного кпд при использовании композиционных топлив
Экологические свойства многотопливных дизелей работающих на различных топливах, определяются двумя основными факторами: шумностью работы двигателя и токсичностью его ОГ. Повышенная шумность двигателя, работающего на облегченных топливах, обусловлена увеличением показателей динамики процесса их сгорания. Изменение физико-химических свойств альтернативных топлив и процессов, происходящих в цилиндре двигателя будут весьма значительно сказываться на образовании вредных веществ. Соответственно это должно отражаться и в расчётных методиках. Основными вредными выбросами для дизельных двигателей являются сажи и окислы азота, поэтому в расчётной модели уделяется особое внимание механизмам образования сажи и окислов азота (см. гл. 3). Для установления соответствия механизмов образования и выгорания сажи и образования окислов азота в расчётной модели, в экспериментальных исследованиях были проведены специальные эксперименты. Были исследованы изменение текущей оптической температуры по углу поворота коленвала и излучательная способность продуктов сгорания. Данные по этим экспериментальным исследованиям непосредственно связаны с образованием сажи и окислов азота (работы Батурина С.А. [10, 11, 12], Гладышева А.В...., Лоскутова А.С. [56]). Образование окислов азота, при отсутствии соединений азота в топливе, носит термический характер и напрямую связано с максимальной температурой цикла. Заметно совпадение характера изменения температуры в цилиндре и концентрации NOx по углу поворота коленвала дизеля 14 13/14 при использовании альтернативных композиционных спирто-дизельных топлив (рис. 4.10-4.11; 4.12—4.13; 4.14-4.15). Излучательная способность продуктов сгорания объясняется, прежде всего, излучательной способностью частиц сажи.
Таким образом, экспериментальные данные позволяют проверить адекватность расчётных методик. На рис. 4.10, 4.12, 4.14 сопоставлены результаты оптического зондирования цилиндра и расчётных данных по углу поворота коленвала дизеля 14 13/14 для композиционных спирто-дизельных топлив. На данных рисунках можно увидеть, что экспериментальные и расчётные данные обладают хорошей сходимостью (погрешность составляет 10-15%) и повторяемостью. Это позволяет сделать вывод о правильности выбранных расчётных методик.
Из рис.4.16 мы можем увидеть, что эмиссия окислов азота NOx, для композиционных топлив на основе легких спиртов увеличивается. Это объясняется большей максимальной температурой цикла Tz. Однако, можно снизить окислы азота, проводя регулировочные мероприятия аппаратуры топливоподачи. Из рисунка видно, что максимальная величина выбросов NOx для легких спиртов составляет 2,5-3 г/м , а для дизтоплива - 1,8 г/м . Для октаноловых топлив выбросы NOx не превышают уровень, характерный для стандартного топлива.
Содержание сажи в ОГ снижается и составляет 0,13-0,20 г/м3 для номинального режима. Наиболее значительное уменьшение достигается при использовании топлива АОб - 0,2 г/м3, что в 3,5 раза меньше, чем при работе на дизтопливе.
Максимальный уровень СО увеличивается в 2 раза и происходит изменение характера протекания. Если для композиционных топлив на основе изобутанола и пропанола по мере роста нагрузки выбросы СО увеличиваются и достигают максимального значения при средних нагрузках, а затем уменьшаются, то для композиционных топлив (А04, АОб) наблюдается обратная картина: на режимах, близких к холостому ходу выбросы окиси углерода имеют максимальное значение, достигающее 4-6 г/м . По мере роста нагрузки содержание СО в ОГ уменьшается, а на режимах, близких к номинальным, происходит рост выбросов. Уровень выбросов СХНУ меньше на 28% чем при использовании дизтоплива.
Для сравнительной оценки результатов расчётных и экспериментальных исследований экологической показателей на рис.4, і 7 представлены данные при работе по нагрузочной характеристике.
Резервом улучшения экологических параметров дизелей, вместе с улучшением или сохранением топливной экономичности, является оптимизация рабочих процессов применительно к режимам, на которых преимущественно эксплуатируются дизели. Наиболее полно оптимизацию можно было бы осуществить путём автоматизации регулирования параметров, определяющих организацию рабочего цикла для каждого из режимов эксплуатации. Однако в условиях, когда большое количество двигателей уже эксплуатируется, невозможно внедрение сложных схем автоматического регулирования. Наиболее целесообразны компромиссные решения, заключающиеся в осуществлении подбора параметров рабочего процесса, применении средств снижения токсичности отработавших газов, которые обеспечивают наименьшее загрязнение окружающей среды при наиболее высокой возможной топливной экономичности на всех характерных режимах эксплуатации без значительного усложнения систем автоматического регулирования.
