Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 12
1.1. Социально-экологические аспекты применения метанола в качестве моторного топлива 12
1.2. Применение метанола в автотракторных дизелях с использованием ДСТ ' 17
1.3. Снижение содержания сажи в ОГ автотракторных дизелей при применении метанола с ДСТ 20
1.4. Особенности образования сажи в цилиндре дизеля при горении углеводородных топлив 24
1.4.1. Физико-химические свойства частиц сажи 25
1.4.2. Теории образования сажи в цилиндре дизеля при горении углеводородных пламен 29
1.5. Задачи исследований 38
2. Теория процесса образования и выгорания частиц сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе наметаноле с ДСТ 41
2.1. Теория процесса образования и выгорания сажи в цилиндре дизеле 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на ме таноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку 41
2.2. Химизм образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку 45
2.3. Математическая модель расчетов массовой концентрации сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 54
2.4. Теоретические расчеты массовой концентрации сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 59
3. Методика исследования раб04его процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 69
3.1. Объект испытаний 69
3.2. Методика проведения стендовых испытаний по снижению дым-ности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ 69
3.3. Особенности экспериментальной установки, приборов и оборудования при работе на метаноле с ДСТ 74
3.4. Расчет выбросов вредных газообразных веществ 79
3.5. Методика обработки результатов исследований и ошибки измерений 80
4. Результаты исследований влияния применения метанола на экономическиепоказатели, содержание токсичных компонентов и дымность ог дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ 84
4.1. Влияние применения метанола на экономические показатели, содержание токсичных компонентов и показатели рабочего процесса дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения установочного УОВТ 84
4.1.1. Влияние применения метанола на удельный эффективный расход топлива дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ 84
4.1.2. Влияние применения метанола на максимальное давление газов в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ 87
4.1.3. Влияние применения метанола на максимальную осредненную температуру цикла в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ 91
4.1.4. Влияние применения метанола на дымность ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ 95
4.1.5. Влияние применения метанола на массовую концентрацию са
жи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости
от УУОВТ 99
4.1.6. Влияние применения метанола на относительную концентра
ция сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ 101
4.2. Влияние применения метанола на мощностные, экономические показатели и содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля 104
24 10,5/12,0 при работе с ДСТ
4.2.1. Влияние применения метанола на мощностные и экономические показатели дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки 104
4.2.2. Влияние применения метанола на мощностные и экономические показатели дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения 111
4.2.3. Влияние применения метанола на содержание токсичных компонентов в ОТ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки 113
4.2.4. Влияние применения метанола на содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения 119
4.3. Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ 122
4.3.1. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала 122
4.3.2. Изменение показателей процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от угла поворота коленчатого вала при оптимальных установочных У ОВТ 135 4.4. Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания
в цилиндре и сажесодержания в ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от режимов работы 139
4.4.1. Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания в цилиндре и сажесодержания в ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки 139
4.4.2. Влияние применения метанола на показатели процесса сгорания в цилиндре и сажесодержания в ОГ дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения 144
5. Экономическая оценка эффективности использования метанола в качестве моторного топлива в дизеле 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ 148
Выводы и рекомендации 153
Литература
- Применение метанола в автотракторных дизелях с использованием ДСТ
- Химизм образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку
- Методика проведения стендовых испытаний по снижению дым-ности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ
- Влияние применения метанола на удельный эффективный расход топлива дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ
Введение к работе
В начале XXI столетия дизель остается одной из основных энергетических установок для транспортных средств в России. В тоже время дизель является одним их основных источников загрязнения окружающей среды и потребления моторных видов топлива (МТ), что определяет поиск новых видов топлива: природного газа, спиртов и т.д. Из спиртовых топлив можно выделить метиловый спирт (метанол).
К сожалению, отечественная нефтеперерабатывающая промышленность не сможет удовлетворить в ближайшие 10 лет растущий внутрироссий-ский рынок. За последние 3 года цена на топливо нефтяного происхождения постоянно растет, и особенно сильно ситуация на рынке изменилась в первое полугодие 2008 года.
Дефицит моторных топлив может быть компенсирован альтернативными видами топлив, которые, к тому же, как правило, являются и экологически более чистыми.
Для дизелей перспективными являются, в первую очередь, газообразные и спиртовые топлива, особенно метиловый спирт (метанол).
Важное место в исследованиях по применению в дизелях спиртовых топлив, в частности метанола, занимают работы С.А. Абрамова, B.C. Азева, Д.Г. Алексеева, Ю.П. Алейникова, Е.Е. Арсенова, В.И. Балакина, А.Б. Виппера, В.А. Гладких, В.А. Звонова, Г.М. Камфера, И.В. Ксенофонтова, СР. Лебедева, М.О. Лернера, В.А. Лиханова, В.М. Луканина, В.В. Луневой, В.А. Лукшо, В. Льотко, Р.В. Малова, В.З. Махова, Н.В.Носенко, A.M. Обельниц-кого, Н.Н. Патрахальцева, С.А. Плотникова, В.М. Попова, В.П. Попова, М.Ю. Ратьковой, В.Ф. Смаля, А.Н. Чувашева, А.С. Хачияна и др.
Особое место среди способов использования метанола в качестве МТ занимает подача его непосредственно в цилиндр дизеля при работе с двойной системой топливоподачи. Этот способ позволяет экономить до 80% ДТ, но и требует существенных модификаций дизеля.
Известно, что в дизелях при сжигании жидких нефтяных видов топлива
происходит выброс токсичных компонентов, наиболее токсичными из которых являются оксиды азота и сажа. Таким образом, существует необходимость изучить процесс сажеобразования в цилиндре двигателя и последующего окисления частиц сажи.
Вопросами образования сажи в разное время занимались Ф.Г. Бакиров, С.А. Батурин, А.Г. Блох, П.Н. Вылегжанин, В.М. Захаров, В.А. Звонов, А.Д. Кокурин, В.А. Лиханов, В.Н. Ложкин, А.С. Лоскутов, Н.Ф. Разлейцев, А.В. Россохин, М.В. Страдомский, П.А. Теснер, В.В. Эфрос, а так же Н. Bockliorn, H.W. Dalzell, A.F. Sarofim, Т. Schafer, J. Fujiwara, J. Warnatz, K.H. Homann и др.
Исходя из изложенного выше, можно отметить, что снижение дымно-сти отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение и включенной Правительством РФ в направления развития автомобильной промышленности РФ.
Целью исследований является снижение дымности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи.
Объект исследований. Дизель 24 10,5/12,0 (Д-21А1) воздушного охлаждения производства ВМТЗ (г. Владимир), работающий на альтернативном топливе - метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Научная новизна работы:
- результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований
влияния применения метанола на процессы образования и выгорания сажи,
экологические показатели дизеля 24 10,5/12,0 при работе на ДСТ с полусфе
рической КС в поршне и впрыскивании ДТ (запального) через многоструй
ную форсунку;
- химизм процесса образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля
24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ
и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
математическая модель расчетов массовой и относительной концентрации сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
результаты расчета показателей массовой концентрации и относительного сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
рекомендации по снижению дымности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской и Нижегородской государственных сельскохозяйственных академиях, Чебоксарском институте (филиале) Московского государственного открытого университета при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании для студентов, обучающихся по специальностям 110301, 190601 и 190603.
Экономическая эффективность от снижения ущерба, наносимого токсичными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу с ОГ, составит не менее 54645,3 руб. на 1 двигатель в год (в ценах на март 2008 года). При работе дизеля на метаноле с ДСТ экономия на топливе за счет применения более дешевого вида топлива - метанола при годовой наработке 500 мото-часов составляет 26375 руб./год.
Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР ФГОУ ВПО Вятская ГСХА (г. Киров) на 2006...2010 гг. (номер государственной регистрации 01.2.006-0989 Г).
На защиту выносятся следующие положения.
1. Результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований
влияния применения метанола на процессы образования и выгорания сажи,
экологические показатели дизеля 24 10,5/12,0 при работе на ДСТ с полусферической КС в поршне и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Химизм процесса образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Математическая модель расчета массовой и относительной концентрации сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Результаты расчета показателей массовой концентрации и относительного сажесодержания в цилиндре и ОГ дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку;
Рекомендации по снижению дымности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку.
Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 52-й научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА, 2005 г. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); 5-й, 6-й, 7-й и 8-й городских научных конференциях аспирантов и соискателей, 2005...2008 гг. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Региональной научно-практической конференции вузов Приволжского региона «Инновации в образовательном процессе», 2006 г. (4ебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. 4ебоксары); Научно-практической конференции «Совершенствование технологий и средств механизации производства продукции растениеводства и животноводства»,
2006 г. (Зональный НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, г.Киров); 17-й региональной научно-практической конференции кафедр «Тракторы и автомобили» вузов Поволжья и Предуралья «Повышение технико-экономических и экологических показателей двигателей, тракторов, автомобилей в сельскохозяйственном производстве», 2007 г. (ФГОУ ВПО Нижегородская ГСХА, г. Н. Новгород); Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей», 2007 г. (ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский ГАУ», г. Санкт-Петербург-Пушкин); 1-й и 2-й Всероссийских научно-практических конференциях «Наука - Технология - Ресурсосбережение», 2007, 2008 гг. (ФГОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); IX Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», 2007 г. (ГОУ ВПО «Марийский ГУ», г. Йошкар-Ола); Международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения предприятий в АПК и сельских территорий», 2008 г. (ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский ГАУ», г. Санкт-Петербург-Пушкин); Международной научной конференции «Гидродинамика. Механика. Энергетические установки», 2008 г. (Чебоксарский институт (филиал) МГОУ, г. Чебоксары).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 25 печатных работах, включая монографию объемом 9,6 п.л., 2 статьи в центральном журнале, входящем в перечень ВАК РФ и статьи общим объемом 7,5 п.л., в т.ч. в сборниках трудов Международных и Всероссийских конференций опубликовано 11 статей. Без соавторов опубликовано 6 статей объемом 1,7 п.л.
Применение метанола в автотракторных дизелях с использованием ДСТ
Для впрыскивания в цилиндр запального ДТ использовались штифтовые форсунки ФШ-6-2х25, для установки и крепления которых сверлились дополнительные отверстия в головках цилиндров. Это позволяло при COOT ветствующей разнице установочных УОВТ @дт и 0М подавать метанол в факел распыленного ДТ, что способствовало лучшей организации воспламенения метанола в цилиндре. Пуск и прогрев дизеля осуществлялся на ДТ. Затем включалась подача метанола, а подача ДТ уменьшалась до появления пропусков воспламенения, после чего несколько увеличивалась до достижения устойчивой работы дизеля. В дальнейшем цикловая подача запального топлива оставалась постоянной, а регулирование режима велось только изменением подачи метанола.
Двойная система топливоподачи исследована фирмой KHD. Исследования проводились на V-образном восьмицилиндровом двигателе с воздушным охлаждением размерностью S/D = 130/125. ДТ использовалось в качестве запального и пускового. Оно подавалось до впрыскивания основного топлива - метанола - отдельным насосом через дополнительную форсунку. Метанол подавался в цилиндр дизеля после воспламенения запальной порции ДТ вторым насосом через основную форсунку [169, 176].
Фирма разработала различные варианты размещения и привода насосов. Достаточно усложнена система управления дизелем, предусматривающая: - специальную процедуру запуска с участием автоматических уст ройств, реагирующих на тепловое состояние дизеля; - различную последовательность и темп уменьшения подачи основной и запальной порций топлива на регуляторной ветви (с целью обеспечения надежного воспламенения метанола); - выключение подачи топлива при работе автомобиля в режимах принудительного холостого хода и моторного тормоза.
Фирма «Volvo» [178] проводит опыты по обеспечению работы дизелей на метаноле с 1975 г. Представители фирмы отмечают, что для приспособления дизеля к работе на метаноле потребовались относительно небольшие конструктивные изменения, а именно изготовление отверстий в головке цилиндров для установки адаптеров дополнительных форсунок и установка второго ТНВД. Внедрены также мероприятия по обеспечению работоспособности некоторых синтетических материалов при воздействии метанола.
В 1979 г. фирма «Volvo» (Швеция) установила на двух сочлененных автобусах дизели, приспособленные для работы на метаноле. Их двухгодичная эксплуатация в Стокгольме проводилась под руководством фирмы Svensk Metanolveckling АВ и финансировалась шведским правительством.
Один из прототипов дизеля для грузового автомобиля типа № 10 эксплуатируется на метаноле несколько лет [178]. Опыт показал, что приблизительно 70...85 % ДТ можно заменять метанолом. ДТ используется при пуске и работе дизеля в диапазоне малых нагрузок и низких частот вращения. При нажатии водителем педали «газа» и увеличении нагрузки дизель переводится на метанол. Так как метанол отличается низким ЦЧ, то он не воспламеняется при малых нагрузках. В этом случае ДТ играет роль запального топлива. Такое техническое решение, как подтвердили опыты, является вполне эффективным.
В связи с использованием двух типов топлива дизель оборудуется двумя раздельными системами топливоподачи, при этом штатная система топ-ливоподачи дизеля используется для подачи метанола, а для подачи ДТ устанавливается отдельная система с баком, подкачивающим насосом, ТНВД и форсунками.
Изменение дымности ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ по сравнению с серийным дизелем в зависимости от нагрузки при частоте вращения п = 1800 мин"1 представлено на рис. 1.4, а [83, 91].
Химизм образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку
Химизм образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 с полусферической КС в поршне при работе на метаноле с ДСТ и впрыскивании ДТ (запального) через многоструйную форсунку представлен на рис. 2.2.
На основании проведенного обзора существующих теорий образования и выгорания сажи можно предположить, что основным механизмом, влияющим на образование сажистых частиц в цилиндре дизеля при работе на метаноле, является низкотемпературный фенильньтй механизм (НТФМ) [42,86].
В пользу этого предположения выступают следующие аргументы:
1. Максимальная осредненная температура цикла в цилиндре дизеля при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи равна 1950 К и незначительно выше определяющей температуры низкотемпературного фе-нильного механизма ( 1700 К).
2. Процесс сажеобразования ограничен температурным интервалом 1000...2000К, а температуры в цилиндре дизеля при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи не превышают 2000 К.
3. Метанол в цилиндре дизеля распыливается с образованием капельного тумана, который является одним из этапов образования сажи по НТФМ.
Отличительной особенностью процессов смесеобразования и сажеобразования в цилиндре двигателя при работе с ДСТ является взаимодействие двух факелов распыленных топлив (ДТ и метанола). При этом необходимо иметь в виду, что метанол обладает очень высокой теплотой парообразования. Указанная особенность метанола позволяет сделать предположение, что когда факел ДТ взаимодействует с факелом метанола, имеющим температуру гораздо более низкую, чем температура окружающего его рабочего тела, то в его объеме происходит «термическое замораживание» всех химических реакций, в том числе и реакций образования и окисления сажевых частиц. Поэтому применительно к дизелю, тем более при работе на метаноле с ДСТ, вполне обоснованно можно говорить о наличии микро- и макрозон, существенно отличающихся как по температуре, так и по концентрации топлив и окислителя от ДТ. Соответственно, процессы образования и выгорания сажевых частиц носят явно локальный характер и результирующее сажесодержа-ние в ОГ будет складываться из взаимодействия этих зон [42].
При впрыскивании метанола в КС, температура воздуха в которой составляет около 500 С, начинает происходить интенсивное поглощение теплоты за счет испарения спиртового топлива, в результате которого температура в объеме факела резко понижается, что приводит к замедлению химических реакций предпламенного окисления и образования активных радикалов. По мере взаимодействия с горячим воздухом в результате турбулентного перемешивания происходит повышение температуры паров топлива. В этом объеме факела образование частиц сажи может происходить за счет разложения молекулы спирта при недостатке окислителя [86].
Подвергаясь термическому распаду, углеводороды топлива образуют активные центры цепных реакций - атомы и радикалы - и ацетилен. При температурах менее 1500 К образуются фенильный С6Н5 и бензильный С4Н3 радикалы. Эти радикалы, взаимодействуя с ацетиленом С2Н2, радикалом С2Н и углеводородами топлива, образуют химический зародыш сажевой частицы. При температуре выше 1500 К углеводороды топлива под действием термического пиролиза разлагаются до ацетилена.
Молекула метанола, подвергаясь термическому распаду, образует радикалы СН3, которые в свою очередь по действием дегидрогенизации образуют радикалы СН2, СН и атомарный углерод С. Эти радикалы при взаимодействии с ацетиленом С2Н2 и радикалом С2Н образуют химические зародыши сажевых частиц, которые в процессе поверхностного роста образуют физический зародыш сажевых частиц. После процесса коагуляции происходит увеличение частиц и образуются первичные сажевые частицы - кристаллиты. Затем при взаимодействии кристаллитов образуются вторичные цепочечные структуры. Одновременно с этим будет протекать процесс окисления сажевых частиц и углерода, находящегося в жидкой или газообразной фазе.
На первом этапе происходит термическое разложение углеводорода топлива на индивидуальные низкомолекулярные углеводороды по радикально-цепному механизму.
На втором этапе происходит термическое разложение и превращение индивидуальных углеводородов с образованием ацетилена в качестве основного сырьевого продукта последующих процессов образования сажи.
На третьем этапе происходит термическое взрывное разложение ацетилена с образованием углеродного радикала С4Н2 и бимолекулярное разложение ацетилена с последующим образованием кольцевой структуры фе-нильного радикала С6Н5. Указанные радикалы являются химическими зародышами будущей сажевой частицы.
На четвертом этапе продолжается дальнейший рост числа атомов углерода в радикале С4Н2 до 80... 100 и образование физической поверхности минимальной сажевой частицы, т.е. физического зародыша сажевой частицы. Процесс начинается в гомофазной фазе и заканчивается фазовым переходом с образованием твердой конденсированной фазы.
На пятом этапе происходит гетерогенный процесс поверхностного роста частицы до характерных размеров. Химизм процесса заключается в разложении молекулы углеводорода или радикала на поверхности частицы. При быстром охлаждении часть высокомолекулярных углеводородов не успевает пройти все стадии процесса и осаждается на поверхности сажевых частиц, что и определяет канцерогенную опасность сажи.
Методика проведения стендовых испытаний по снижению дым-ности отработавших газов дизеля 24 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ
При работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ 0дт=34 и метанола 0м = 38 теоретическая расчетная массовая концентрация сажи достигает максимального значения при фСтах м теор= 2,5 п.к.в. после ВМТ и составляет Стахмтсор=0,371 г/м3. Далее массовая концентрация сажи снижается до Свьіхмтеор=0,0185г/м3 в момент открытия выпускного клапана при фсвых = 140,0 п.к.в. после ВМТ.
Анализ результатов расчетов показывает, что теоретическая массовая кон центрация сажи Стсор на номинальном режиме работы при п= 1800 мин"1 снижа-ется с 4,284 г/м при работе на ДТ до 0,487 г/м при работе на метаноле с ДСТ при @м = 30, до 0,366 г/м3 при работе на метаноле с ДСТ при м = 34 и до 0,337 г/м при работе на метаноле с ДСТ при м = 38.
Анализ результатов расчетов показывает, что теоретическая массовая концентрация сажи Стеор на режиме максимального крутящего момента при п= 1400 мин"1 снижается с 2,244 г/м3 при работе на ДТ до 0,423 г/м3 при работе на метаноле с ДСТ при м ЗО0, до 0,316 г/м3 при работе на метаноле с ДСТ при @м = 34 и до 0,371 г/м3 при работе на метаноле с ДСТ при м = 38.
Результаты теоретических расчетов по изменению массовой концентрации Стеор сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на ДТ и на метаноле с ДСТ в зависимости от угла п.к.в. для номинальной частоты вращения п= 1800 мин"1 при значении установочного УОВТ ДТ 0ДТ = 38 представлены на рис. 2.5, а.
Из графиков видно, что при работе дизеля на ДТ теоретическая расчетная массовая концентрация сажи достигает своего максимального значения через фстахдттсор-12,0 п.к.в. после ВМТ и составляет Стахдттеор=4,284 г/м . Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования, и массовая концентрация сажи снижается до СВЬІХДТТеор=0,480г/м3 в момент открытия выпускного клапана при фсвых = 140,0 п.к.в. после ВМТ.
При установочных УОВТ ДТ @Дт=38 и метанола м = 30 при работе дизеля на метаноле с ДСТ максимальное значение теоретической расчетной мае-совой концентрации сажи составляет CmaxMTeop=0,566 г/м при фстахмтеор =Ю,0 п.к.в. после ВМТ. Массовая концентрация сажи снижается до Свыхмтеор=0,0499 г/м в момент открытия выпускного клапана при фсвых 140,0 п.к.в. после ВМТ, так как процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования.
Максимальное значение теоретической расчетной массовой концентрации сажи достигается через фстах м теор - 9,0 п.к.в. после ВМТ при работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ @дт = 3 8 и метанола 0м = 34 и равно Стахмтсор.=0,478 г/м . Вследствие того, что процесс выгорания сажевых частиц начинает доминировать над процессом образования, массовая концентрация сажи начинает уменьшаться до Свыхмтсор=0,0288 г/м3 в момент открытия выпускного клапана при (рсВых= 140,0 п.к.в. после ВМТ.
При работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ дт=38 и метанола @м = 38 теоретическая расчетная массовая концентрация сажи достигает максимального значения при фстахмтеоР = 8,5 п.к.в. после ВМТ и составляет СтаХмтеор=0?448г/м . Далее массовая концентрация сажи снижается до Сш1ХМГеор=0,0288 г/м3 в момент открытия выпускного клапана при фсвых = 140,0 п.к.в. после ВМТ.
Результаты теоретических расчетов по изменению массовой концентрации С р сажи в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе на ДТ и на метаноле с ДСТ в зависимости от угла п.к.в. для частоты вращения п= 1400 мин"1 при значении установочного УОВТ ДТ @дт = 38 представлены на рис. 2.5, б.
Из графиков видно, что при работе дизеля на ДТ теоретическая расчетная массовая концентрация сажи достигает своего максимального значения через фстахдттеоР= 13,6 п.к.в. после ВМТ и составляет Стахдтте0р=2,244 г/м3. Далее процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования, и массовая концентрация сажи снижается до СВЫХДТТСОр=0,265 г/м3 в момент открытия выпускного клапана при фсвых = 140,0 п.к.в. после ВМТ.
При работе дизеля на метаноле с ДСТ при установочных УОВТ ДТ 0ДТ = 38 и метанола м ЗО0 максимальное значение теоретической расчетной массовой концентрации сажи составляет Стахмтеор=0,3956 г/м при ФстахмтеоР=4,0 п.к.в. после ВМТ. При фСвых= 140,0 п.к.в. после ВМТ массо-вая концентрация сажи уменьшается до Свыхмте0р- 0,0298 г/м , так как процесс выгорания сажевых частиц начинает преобладать над процессом образования.
Влияние применения метанола на удельный эффективный расход топлива дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ в зависимости от УУОВТ
В соответствии с целью, задачами и методикой исследований (глава 3) [44] были проведены стендовые испытания. Как показал эксперимент, наилучшие результаты получаются при одновременной подаче запальной порции ДТ и метанола. На рис. 4.1, а представлено влияние применения метанола на удельный эффективный расход топлива дизеля 2410,5/12,0 при работе с ДСТ при различных установочных УОВТ на номинальном режиме работы при п= 1800 мин"1 [43,71].
Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при различных установочных УОВТ, можно отметить следующее. Минимальное значение ge наблюдается при подаче метанола на установочном УОВТ 0М = 34 и впрыскивании ДТ при установочном УОВТ 0ДТ = 34 и равняется ge = 502 г/(кВт-ч). При изменении установочных УОВТ как для ДТ 0Дт, так и для метанола м в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются. При увеличении установочного УОВТ ДТ до ду Зв0 и м = 34 значение ge увеличивается до е =510г/(кВт-ч). При уменьшении установочного УОВТ ДТ до 0дг=ЗО и 0М = 34 значение ge также изменяется в большую сторону и составляет ge = 506 г/(кВт-ч).
При увеличении установочного УОВТ метанола до 0М = 38 и 0дТ = 34 значение удельного эффективного расхода увеличивается до ge=506r/(KBT-4). С уменьшением установочного УОВТ метанола до 0M = 30 и 0дТ=34 значение ge изменяется до gcS = 508 г/(кВт-ч).
С одновременным увеличением установочных УОВТ ДТ 0ДТ = 38 и метанола 0М = 38 ge растет до ge =505 г/(кВт-ч). При одновременном уменьшении установочных УОВТ ДТ 0ДТ = ЗО и метанола м ЗО0 значение удельного эффективного расхода увеличивается до ge=513 г/(кВт-ч).
На рис. 4.1, б представлено влияние применения метанола при работе с ДСТ на удельный эффективный расход топлива дизеля 2410,5/12,0 при различных установочных УОВТ на режиме максимального крутящего момента при п= 1400 мин"1.
При изменении значений ge видно, что при увеличении установочного УОВТ метанола от 0М = 22 до 0м = 34 значение ge уменьшается во всем диапазоне изменения установочного УОВТ ДТ. При установочном УОВТ метанола 01 = 38 значение удельного эффективного расхода ge увеличивается при всех установочных УОВТ ДТ. Как видно из графика, минимальное значение удельного эффективного расхода топлива ge достигается при сочетании установочных УОВТ ДТ 0ДТ = 34 и метанола 0М = 34 и равно ge=490 г/(кВт-ч). При изменении установочных УОВТ ДТ 0ДТ и метанола 0М в ту или иную сторону показатели экономичности ухудшаются.
При увеличении установочного УОВТ ДТ до 0дт=38 и 0м = 34 значение ge увеличивается до ge = 506r/(KBT-4). С уменьшением установочного УОВТ ДТ до 0ДТ=ЗО и 0М = 34О значение ge снижается до geI=493r/(KBT-4).
При увеличении установочного УОВТ до 0М = 38 и 0ДТ=34 значение удельного эффективного расхода возрастает до ge=512r/(KBT-4). С уменьшением установочного УОВТ метанола до 0м=ЗО и 0ДТ = 34 значение gC увеличивается до ge=502 г/(кВт-ч).
С одновременным увеличением установочных УОВТ метанола до 0М = 38 и ДТ 0ДТ=38 удельный эффективный расход увеличивается до ge = 511 г/(кВт-ч). При уменьшении установочных УОВТ ДТ 0ДТ=ЗО и метанола до 0м = 30 gC изменяется до ge = 494 г/(кВт-ч).
При установочных УОВТ ДТ 0ДТ = ЗО и метанола 0М = 34 на номинальном режиме работы при частоте вращения п= 1800 мин"1 значение ge увеличивается до gc = 506r/(KBT-4). На режиме максимального крутящего момента при частоте вращения при п= 1400 мин"1 значение удельного эффективного расхода изменяется до ge = 494 г/(кВт-ч). При установочных УОВТ ДТ 0дТ=ЗО и метанола 0М = ЗО на номинальном режиме работы при п= 1800мин"1 значение ge составляет уже е = 513г/(кВт-ч), а на режиме максимального крутящего момента при п= 1400 мин"1 значение ge изменяется до gey = 494 г/(кВт-ч).
При установочных УОВТ ДТ 0ДТ = 34 и метанола 0М = 38, на номинальном режиме работы при частоте вращения п= 1800 мин"1 значение gC увеличивается до g SOer KBT ). На режиме максимального крутящего момента при частоте вращения при п= 1400мин" значение удельного эффективного расхода изменяется до ge = 512 г/(кВт-ч). При установочных УОВТ ДТ 0дт=38 и метанола 0М = 38 на номинальном режиме работы при п= 1800 мин"1 значение ge составляет ge = 505r/(KBT-4), на режиме максимального крутящего момента при п= 1400 мин"1 значение gC изменяется до geS=511r/(KBT-4).
Таким образом, на основании полученных данных, минимальное значение удельного эффективного расхода топлива наблюдается при установочных УОВТ ДТ 0ДТ=34 и метанола 0М = 34 как на номинальном режиме работы при п=1800 мин"1 ge = 502 г/(кВт-ч), так и на режиме максимального крутящего момента при п= 1400 мин"1 ge=490 г/(кВт-ч).
На рис. 4.2, а представлено влияние применения метанола на максимальное давление газов в цилиндре дизеля 24 10,5/12,0 при работе с ДСТ при различных установочных УОВТ на номинальном режиме работы при
n= 1800 мин"1. Из графиков видно, что при увеличении установочных углов впрыскивания ДТ и метанола, максимальное значение давления газов увеличивается во всем диапазоне изменения углов впрыскивания [32, 44, 105].
При установочном УОВТ ДТ 0дТ = 26 максимальное значение давления увеличивается с pzmax=4,98 МПа при 0М=22 до pzmax=5,81 МПа при @м = 34. Рост составляет 17,7%. При увеличении установочного УОВТ до 0дт = ЗО максимальное давление газов изменяется с pzmax=5,09 МПа при 0М = 22 до Panax-6,55МПа при 0М = 34. Увеличение равно 28,4%. При изменении установочного УОВТ дизельного топлива до 0дТ=34 максимальное давление газов изменяется с 5,04 МПа до 7,31 МПа при изменении установочного УОВТ метанола с 0М = 22 до 0М = 38, соответственно. Увеличение составляет 44,5 %.
При увеличении установочного УОВТ до 0 = 38 максимальное значение давления газов изменяется с pzmax=5,02 МПа при 0М = 22 до pzmax=7,51 МПа при 0М = 38. Изменение равно 49,1%. При установочном УОВТ ДТ 0дт=42 максимальное значение давления увеличивается с Pzmax=5,26 МПа при 0М = 22 до p 7,59 МПа при 0М = 34. Рост составляет 43,4%.
При установочном УОВТ метанола 0М = 22 максимальное значение ДаВЛеНИЯ увеЛИЧИВаеТСЯ С Pzmax 4,98 МПа При 0дТ = 26 ДО Panax = 5,26 МПа при 0ДТ=42. Рост составляет 5,6 %.
