Введение к работе
Актуальность проблемы. Поршневые ДВС на сегодняшний день являются весьма экономичными тепловыми двигателями, что способствует их широкому распространению во всех сферах хозяйственной деятельности человека. Существенным недостатком поршневых двигателях можно считать то, что подавляющее большинство из них работают на нефтяных и газовых топливах, в силу чего перспективы их развития и применения напрямую связаны с изменениями, происходящими в нефтегазовом комплексе. Последние десятилетия показали, что с увеличением потребности в нефтяных и газовых топливах их стоимость хоть и колеблется в значительных пределах, но в среднем неуклонно возрастает. Анализ запасов мировых запасов сырья для получения различных топлив позволяет сделать вывод, что наиболее перспективны такие топлива, которые полученные из возобновимых источников, в частности спиртовые топлива. Среди них важное место занимает этиловый спирт (этанол) и эмульсии на его основе, для производства которого в промышленных масштабах имеются сырьевые ресурсы, в первую очередь биологического происхождения (отходы сельскохозяйственного производства, а также пищевой и деревообрабатывающей промышленности), которые относятся к возобновимым источникам сырья.
В соответствии с Концепцией развития отечественного автомобилестроения на период до 2015 г., одобренной Правительством РФ, приоритетными являются исследования, направленные на применение альтернативных видов топлив (этанол и эмульсии на его основе), в т.ч. в серийно выпускаемых ДВС. При этом использование альтернативных топлив требует серьезных исследований, сконцентрированных на изучении особенностей протекания рабочего процесса. Особое внимание необходимо уделять переводу на альтернативные топлива дизелей, которые широко распространены.
Наиболее эффективным способом применения этанола и эмульсий на его основе в настоящее время является подача его непосредственно в цилиндр дизеля через штатную топливоподаюшую систему. Данный способ позволяет экономить дизельное топливо (ДТ), не требуя изменений и дополнений в конструкцию дизеля и может быть реализован на двигателях, уже находящихся в эксплуатации.
В исследованиях отечественных ученых недостаточно данных по снижению содержания оксидов азота на современных дизелях, работающих на этаноло-топливных эмульсиях (ЭТЭ). Нужно отметить, что использование альтернативных видов топлива способствует не только экономии нефтяного топлива, но и позволяет улучшить эффективные и экологические показатели. Приоритетность ЭТЭ, как наиболее перспективного экологически более чистого альтернативного топлива, очевидна для многих стран мира.
Поэтому снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизелей при работе на ЭТЭ является актуальной научной задачей.
Связь с планами научных исследований. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой № 24 плана НИР ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА (г. Киров) на 2006...2010 гг. (номер государственной регистрации 01.2.006-09891).
Целью исследований является снижение содержания оксидов азота в ОГ дизеля 44 11,0/12,5 с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ при работе на ЭТЭ, изучение ее влияния на процессы образования и разложения оксидов азота, токсические, мощностные и экономические показатели, экономию нефтяного моторного топлива. Практическое применение научной задачи состоит в улучшении экологических и эффективных показателей дизелей, работающих на ЭТЭ тракторов, автобусов и грузовых автомобилей, путем снижения содержания токсичных компонентов за счет снижения содержания оксидов азота в ОГ.
Объект исследований: тракторный дизель 44 11,0/12,5 (Д-243) жидкостного охлаждения, устанавливаемый на сельскохозяйственных тракторах МТЗ-80/82 (данный дизель без наддува, с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ с непосредственным впрыскива-
ниєм топлива), работающие на альтернативном топливе - ЭТЭ.
Предмет исследований: экологические, мощностные и экономические показатели дизеля 44 11,0/12,5 (Д-243) при работе на ЭТЭ, процессы образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля.
Научную новизну работы представляют:
результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения ЭТЭ на процессы образования и разложения оксидов азота, токсические, мощностные и экономические показатели дизеля 44 11,0/12,5 с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ;
химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
уточненная методика расчета выбросов оксидов азота с отработавшими газами дизелей семейства 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
уточненная методика расчета удельных выбросов и концентраций оксидов азота в цилиндре дизелей семейства 44 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ;
уточненная методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в дизеле 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
результаты расчета показателей объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота в цилиндре и ОГ дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
рекомендации по снижению содержания оксидов азота в ОГ дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Материалы диссертации используются в учебном процессе Вятской и Нижегородской государственных сельскохозяйственных академий, 4ебоксарском институте (филиале) Московского государственного открытого университета при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании для студентов, обучающихся по специальностям 110301 и 190601 и 190603.
Экономическая эффективность. Экономия денежных средств от перевода дизеля 44 11,0/12,5 работающего на альтернативном моторном топливе - ЭТЭ, составляет 37088,45 руб. на 1 двигатель при средней наработке 500 мото-часов в год (в ценах на март 2011г.).
Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17 конференциях: на 1-й, П-й, Ш-й, IV-й и V-й Международных научно-практических конференциях «Наука-Технология-Ресурсосбережение», 2009...2012 гг. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); 9-й межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», 2009 г. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», посвященной 80-летию Вятской ГСХА, 2010 г. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Науке нового века-знания молодых», 2011 г. (ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров); ХІ-й, ХІІ-й, ХШ-й и XIV-й Международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения», 2009...2012 гг. (ФГБОУ ВПО «Марийский ГУ», г. Йошкар-Ола); Международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения», 2009 г. (Казанский авиационный институт-КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань); Международной научно-практической конференции МГТУ им. Н.Э. Баумана «Двигатель-2010», посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 г. (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва); Всероссийской конференции с элемен-
тами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований под руководством приглашенных исследователей в 2010 году». (ВГГУ, г. Киров); Международной научно-практической конференции «Энергетика предприятий АПК и сельских территорий: состояние, проблемы и пути решения», 2011.. .2012 гг. (СПбГАУ, г. Санкт-Петербург - Пушкин).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 32 печатных работах, включая монографию объемом 10,5 п.л., 2 статьи в журналах, входящих в «Перечень ... ВАК Минобразования и науки РФ» и статьи общим объемом 10,75 п.л., в т.ч. в сборниках трудов международных и всероссийских конференций опубликовано 25 статей. Без соавторов опубликовано 9 статей общим объемом 2,15 п.л.
На защиту выносятся следующие основные результаты исследований:
результаты лабораторно-стендовых и теоретических исследований влияния применения ЭТЭ на процессы образования и разложения оксидов азота, токсические, мощност-ные и экономические показатели дизеля 44 11,0/12,5 с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ;
химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
уточненная методика расчета выбросов оксидов азота с отработавшими газами дизелей семейства 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
уточненная методика расчета удельных выбросов и концентраций оксидов азота в цилиндре дизелей семейства 44 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ;
уточненная методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в дизеле 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
результаты расчета показателей объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота в цилиндре и ОГ дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ;
рекомендации по снижению содержания оксидов азота в ОГ дизеля 44 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 209 страницах, в том числе 135 стр. текста, содержит 41 рисунок и 16 таблиц. Список литературы изложен на 22 стр., включает 210 наименований, в том числе 21 на иностранных языках.
