Исследование рабочих режимов дизельного двигателя на биотопливе
Автор: Лиханов В.А., Лопатин О.П.
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 2 т.25, 2025 года.
Бесплатный доступ
Введение. Современные исследования, направленные на снижение выбросов вредных веществ, образующихся в результате работы дизельных двигателей с использованием альтернативного топлива, подчеркивают их значимость и актуальность. Эта тема приобретает всё большую важность в контексте глобальных экологических изменений. Разработка и внедрение альтернативных источников энергии не только способствуют улучшению качества воздуха, но и помогают уменьшить зависимость от ископаемых топлив. Поэтому важно продолжать инвестировать в научные исследования и новые технологии, которые позволят добиться более чистого и эффективного использования ресурсов. На сегодняшний день известно множество таких исследований, особенно теоретических, проведённых в европейских и азиатских странах. Однако практически отсутствуют экспериментальные работы, посвящённые полусферическим камерам сгорания российских дизельных двигателей, у которых частота вращения, степень сжатия и другие конструктивные параметры существенно отличаются от аналогичных характеристик, описанных в известных исследованиях. Кроме того, нет практически никаких экспериментов, посвящённых процессу сгорания российских дизельных двигателей с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, что обуславливает сложность процесса объемно-плёночного смесеобразования. Целью работы является экспериментальное исследование мощностных и экономических показателей, параметров процесса сгорания дизельного двигателя с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, работающего на этаноле и рапсовом масле (РМ). Исследование направлено на установление зависимостей, показывающих влияние различных режимов работы двигателя на указанные показатели, с целью определения их числовых характеристик. Материалы и методы. Запуск дизельного двигателя осуществлялся на рапсовом масле, после чего включалась подача этанола, который заменял рапсовое масло до достижения установленного оптимального значения. Увеличение рабочего нагрузочного режима обеспечивалось регулированием подачи этанола. Для подачи рапсового масла был установлен дополнительный топливный насос высокого давления (ТНВД) 2УТНМ, а подача этанола производилась через стандартную систему топливоподачи. Результаты исследования. Показатели процесса сгорания дизельного двигателя, работающего на этаноле и рапсовом масле, заметно отличаются от таковых у двигателя, функционирующего на дизельном топливе. При работе на этаноле и рапсовом масле наблюдается увеличение периода задержки воспламенения, что влияет на «жесткость» процесса сгорания и приводит к повышению значений величины Pz. Эти факторы, скорее всего, являются основными ограничениями для использования этанола посредством непосредственного впрыска. Одним из решений данной проблемы, предложенным в настоящей работе, является использование запального (пилотного) рапсового масла, которое позволяет корректировать параметры процесса сгорания, регулируя величину подачи запального топлива. Обсуждение и заключение. Результаты проведенного экспериментального исследования подтверждают возможность полного замещения нефтяного моторного топлива в дизельном двигателе с неразделенной полусферической камерой сгорания в поршне альтернативным (возобновляемым) топливом, что, несомненно, решает важные вопросы экологической безопасности дизельных двигателей. Результаты исследования могут быть полезны как ученым, занимающимся данной темой, так и инженерно-техническим работникам машиностроительной отрасли.
Дизельный двигатель, этанол, рапсовое масло, цилиндр, процесс сгорания, давление, температура, частота вращения коленчатого вала
Короткий адрес: https://sciup.org/142244842
IDR: 142244842 | УДК: 621.43 | DOI: 10.23947/2687-1653-2025-25-2-91-98
Study on Operating Modes of a Biofuel Diesel Engine
Introduction. Modern research aimed at reducing emissions of harmful substances resulting from the operation of diesel engines using alternative fuels emphasizes their importance and relevance. This topic is becoming increasingly significant in the context of global environmental changes. The development and implementation of alternative energy sources not only contribute to improving air quality, but also help reduce dependence on fossil fuels. Therefore, it is important to continue investing in research and new technologies that will provide for cleaner and more efficient use of resources. There are numerous such studies, specifically, theoretical ones, conducted in European and Asian countries. However, there are practically no experimental works devoted to hemispherical combustion chambers of Russian diesel engines, whose rotation speed, compression ratio and other design parameters differ significantly from similar characteristics described in known studies. In addition, there are practically no experiments devoted to the combustion process of Russian diesel engines with an undivided hemispherical combustion chamber in the piston, which determines the complexity of the volumetric-film mixing process. The research objective is an experimental study of the power and economic indicators, parameters of the combustion process of a diesel engine with an undivided hemispherical combustion chamber in the piston, running on ethanol and rapeseed oil (RO). The study is aimed at establishing dependences showing the effect of various engine operating modes on the specified indicators in order to determine their numerical characteristics. Materials and Methods. The diesel engine was started using rapeseed oil, after which the ethanol supply was switched on, replacing the rapeseed oil until the set optimum value was reached. The increase in the operating load mode was provided through regulating the ethanol supply. An additional high-pressure fuel pump (HPFP) 2UTNM was installed to supply rapeseed oil, and ethanol was supplied through the standard fuel supply system. Results. The indicators of the combustion process of a diesel engine running on ethanol and rapeseed oil differ from its regular diesel engine. When working with ethanol and rapeseed oil, an increase in the ignition delay period is noted, which affects the “rigidity” of the combustion process and results in a growth of Pz value. These factors are most likely the main limitations for the use of ethanol by direct injection. One of the solutions to this problem, proposed in this paper, is the use of ignition (pilot) rapeseed oil, which makes it possible to adjust parameters of the combustion process through controlling the amount of ignition fuel supply. Discussion and Conclusion. The results of the conducted experimental study confirm the possibility of complete replacement of petroleum motor fuel in a diesel engine with an undivided hemispherical combustion chamber in the piston with an alternative (renewable) fuel. This undoubtedly solves important issues of environmental safety of diesel engines. The research results may be useful both to scientists working on this topic, and to engineers and technicians in the machine-building industry.
