Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сокращение запасов нефти, возрастание стоимости добычи ставят задачу поиска альтернативных моторных топлив. По совокупности экономических, эксплуатационных и экологических требований наиболее подходящими являются топлива, полученные из возобновляемых источников. Наибольшее распространение для дизелей получили топлива на основе растительных масел. Применение данных топлив в дизелях имеет ряд проблем, что обуславливает необходимость проведения исследований в этом направлении. Существуют различные способы использования таких топлив в дизелях. Первый способ заключается в использовании непосредственно сырых масел, что требует применения специальных камер сгорания, обеспечивающих высокую температуру стенок камеры сгорания, или переоснащения топливной аппаратуры. Второй заключается в получении из растительного масла биодизельного топлива. Оно может использоваться практически без изменений конструкции двигателя. Третий способ заключается в конструировании совершенно новых видов топлив на основе уже существующих растительных масел, продуктов их переработки и топлив нефтяного происхождения, обеспечивая при получении необходимые физико-химические свойства топлив.
Выбор того или иного пути использования должен быть обусловлен оптимальным сочетанием показателей работы двигателя, экологических и экономических вопросов получения и использования топлива. Наибольшее распространение в настоящее время получило использование в качестве топлив эфиров растительных масел. Для улучшения экономических и экологических параметров дизеля предлагается добавлять к рапсовому метиловому эфиру этанол.
Увеличение доли химически связанного кислорода в составе топлива (за счет этанола) позволит снизить количество вредных выбросов, для обеспечения все более ужесточающихся экологических требований, и интенсифицировать процесс сгорания для повышения КПД. Решение данных проблем является актуальной задачей.
Степень разработанности:
По результатам выполненной работы разработаны рекомендации для повышения экономических и экологических характеристик дизеля при работе на кис-
лородсодержащих биотопливах из возобновляемых источников. В ходе эксперимента проведена оценка влияния на параметры рабочего цикла, экологические и экономические показатели дизеля биотоплив из возобновляемых источников. На основе расчетных и экспериментальных данных выявлено влияние состава биотоплив на закономерность формирования индикаторного ЬШД. Модифицированы известные математические модели для оценки влияния состава топлива на закономерность формирования индикаторного КПД. Предложены рекомендации по оптимизации УОВТ и диаметра сопловых отверстий распылителя для различных составов смесевых топлив на основе эфира рапсового масла и этанола.
Цели и задачи исследования: повышение экономических и экологических характеристик дизеля при работе на альтернативных топливах из возобновляемых источников.
Для достижения цели были необходимо решить следующие основные задачи:
экспериментально оценить влияние на параметры рабочего цикла, экологические и экономические показатели дизеля биотоплив из возобновляемых источников.
оценить влияние состава биотоплив на закономерность формирования индикаторного КПД.
методами математического моделирования определить оптимальный состав биотоплива с учетом показателей топливной экономичности и токсичности ОГ и дать рекомендации по выбору регулировочных параметров дизеля.
Научной новизной являются:
уточненная математическая модель, позволяющая оценить влияние состава топлива на закономерность формирования индикаторного КПД;
результаты теоретического и экспериментального исследования влияния состава топлива на закономерность формирования индикаторного КПД;
результаты экспериментальных исследований влияния смесевых биотоплив на основе эфира рапсового масла и этанола на процесс сгорания, характеристики тепловыделения, мощностные, экономические и экологические показатели дизеля Ч 13/14 с КС типа ЯМЗ;
- результаты расчетов по выбору УОВТ и диаметра сопловых отверстий
распылителя на показатели рабочего цикла, экономические и экологические по
казатели дизеля для различных составов смесевых топлив на основе эфира рапсо
вого масла и этанола.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что проведенные исследования позволили сформулировать практические рекомендации по выбору УОВТ и диаметра сопловых отверстий распылителя дизеля Ч 13/14, выбору состава смесевого биотоплива. Выполненная сравнительная оценка различных видов смесевых биотоплив позволяет предложить состав топлива, имеющего наиболее приемлемые экономические и экологические показатели. Предложенная математическая модель позволяет оценить влияние состава альтернативных топлив на показатели неиспользования теплоты в рабочем цикле.
Методология и методы исследования. В работе поставленная цель достигается сочетанием экспериментальных и теоретических методов исследования.
Исследования проведены с использованием методов теории поршневых ДВС и математического моделирования. С помощью теоретических методов проведена оценка экономических и экологических показателей различных топлив и определены оптимальные параметры топливной аппаратуры. Результаты расчётных исследований сверялись с опубликованными данными других авторов, а также результатами экспериментальных исследований.
Объектом исследования являются рабочие циклы дизеля, определяющие его эффективность.
Предметом исследования являются процессы, формирующие экономические и экологические характеристики дизеля при работе на биотопливах, и зависимость этих характеристик от его конструктивных и регулировочных параметров.
Положения выносимые на защиту:
уточненная математическая модель, позволяющая оценить влияние состава топлива на закономерность формирования индикаторного КПД;
результаты теоретического и экспериментального исследования влияния состава топлива на закономерности формирования индикаторного КПД;
результаты экспериментальных исследований влияния смесевых биотоп-лив на основе эфира рапсового масла и этанола на процесс сгорания, характеристики тепловыделения, мощностные, экономические и экологические показатели дизеля Ч 13/14 с КС типа ЯМЗ;
- результаты расчетов по выбору УОВТ и диаметра сопловых отверстий
распылителя на показатели рабочего цикла, экономические и экологические по
казатели дизеля для различных составов смесевых топлив на основе эфира рапсо
вого масла и этанола.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивалась:
использованием современных методик сбора и обработки исходной информации, а также представительными выборочными совокупностями с обоснованием выбора оценочных показателей для наблюдения и измерения;
применением апробированных методик и стендовых испытаний дизеля, соответствующих государственным стандартам;
установлением качественного совпадения авторских результатов с результатами, представленными в независимых источниках по данной тематике;
удовлетворительным совпадением расчётных результатов с данными, полученными экспериментально.
Апробация результатов работы. Основные результаты данной работы были представлены на: 10-th international conference «Transport Means 2006» (Kaunas, 2006г.); ежегодной научно-техническая конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета им. И.И. Ползунова (Барнаул, 2006-2013г.); VIII-IX городской научно-практической конференции молодых ученых (Барнаул, 2007-2008гг.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (Барнаул, 2007г.); 10-th Conference of Lithuania «Science - Lithuania Future» (Vilnius, 2007r.); Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие техно-
логии технического сервиса» (Уфа, 2007г.); IV Всероссийской научно-техническая конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь - 2007» (Барнаул, 2007г.); VI Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург, 2008г.); XI всероссийского студенческого научно-технического семинара «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск, 2009г.); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи (г. Москва, 2010г.); Международной конференции Двигатель-2010, посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2010г.); научно-технической конференции «5-е Лу-канинские чтения. Решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г.Москва, 2011г.); 16 и 18 Международном конгрессе двигателе-строителей (Харьков - Рыбачье - Украина, 2011, 2013г.); научно-технической конференции «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин» (г. Челябинск, 2011г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано двадцать две печатные работы, в том числе три - в изданиях, рекомендованных ВАК, а также 6 - в зарубежных изданиях.
Объем и содержание работы. Диссертация содержит 111 страниц текста, 38 рисунков, 9 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы.
