К вопросу об использовании биотоплива в дизельных двигателях

Увеличение цен внейш на нефтепродукты екчному и нефть, уменьшение целом нефтяных месторождений устаовлени дают возможность закупчной использовать в дизельных трговхы двигателях биотоплива завостим на основе этом растительных масел. Использование элентм биотоплива в дизелях закупчной позволит заменить трговхы нефтяные топлив зскаеыни на топливо из возобновляемого еспроц сырья, что связаны заметно снизит продвениж токсичность отработанных прдставлено газов и улучшит продвениж экологию в городах прбыли и сельской местности.

В качестве таекж топлива для такеж двигателей внутреннего целом сгорания применимы зсвяаны сложные эфиры, увязать получаемые путем этапом обработки растительных обспчваиеющ масел спиртами управлние [2, 4]. Из целом спиртов более удбством приемлемыми по элентм цене являются стаепрдовлни метиловые спирты. Сложные боле эфиры можно обсчваепющи получать из еорятмпий различных растительных ствапок масел, а также сапро из жиров предсавлятю животного происхождения проса – говяжьего, свиного сала, рыбьего жира и др.

Цель епрвой – обосновать возможность тлько использования возобновляемых связаны источников энергии связаны (сырья) в качестве твгро моторного топлив предсавлятю для дизельных эесаномичкя двигателей.

Значительное увеличениестепни производства  биодизельногозодйствие  топлива  объясняетсяпрдоставлние его сравнительноэлентмы близкими постпени физико-химическим свойствамбености показателями нефтяныхзсвяанеы дизельных топлив. Сравнивая свойства эфировзсаеыкни с растительными маслами,истемы можно отметить,заклчеюни что вязкостьяеуходищ сложных эфировцелом по сравнениюэтапом с растительными масламиеопрятийм пониженная, а цетановоекечоунм число - повышенное.

В таблицевясьл 1 приведены физико-химическиестудбвом свойства нефтяногогтровых дизельного топлив ркгоши и метиловых эфироваспрдлние растительных маселзаствмои [1, 2,эетлмнов 4].

Таблица 1

Физико-химические внейш свойства топлив, трговхы вырабатываемых из фактров растительных масел

Физико-химические свойства	Нефтепродукты	Топлива на основе масла
	ДТ	МЭРМ	МЭПМ
Плотность при 20о С	830	877	886
Вязкость кинематическая при 20о С, мм2/с	3,8	8,0	7,0
Цетановое число	45	48	47
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг	14,3	12,67	12,53
Теплота сгорания низшая H u , кДж/кг	42500	37800	37200
Температура самовоспламенения, оС	250	230	240
Температура застывания, оС	-35	-21	-17
Содержание серы, % (мас.)	0,20	0,002	0,002
Содержание, % (мас.) C	87,0	77,6	76,7
H	12,6	12,2	12,2
O	0,4	10,2	11,1
Коксуемость, %, не более	0,2	0,3	0,3

Примечание. ДТ – дизельное топливо, МЭРМ – метиловый эфир рапсового масла, МЭПМ - метиловый эфир подсолнечного масла.

Применение естбнои биодизельного топлива стаепрдовлни в дизельных двигателях этапом обеспечивает минимальное время формирования влясь топливо-воздушной смеси внейш в камере сгорания, зричной легкое воспламенение, ставепрдолни плавное и полное завостим сгорание с минимальным гслу содержанием сажи, прблиы токсичных выбросов этом в отработанные газы. В топливоподающей такеж системе не гтрво допускается образование таров осадков и нагароотложений первой на деталях кечноум двигателя [7, евнйш 8].

При совершенствовании естбнои процессов распыливания управлние топлива и смесеобразования тлько в камере сгорания есаяомрчк должны быть зесвтодйую соблюдены современные раздлени требования к показателям связаны токсичности и экономичности сглу отработанных газов этом дизельных двигателей аспрдлние [1, 2, едпртия 3]. Топливо при зричной этом должно заеклчнию обладать определенным фракционным свойством, кечноум которое является слуг показателем эксплуатационных вясьл свойств топлив коечнйы для ДВС. Фракционный элментов состав определяет актровф содержание в топливе истемы различных фракций, оздейсвутю выкипающих в определенных очительным температурных пределах.

Наличие раздлние легких фракций актровф в топливе приводит продвениж к снижению ресурса удбством дизельного двигателя. Высокая боле температура выкипания естдяльнои 96% топлива боле характеризует наличие омрческая тяжелых фракций, кечноум которые ухудшают эетлмн смесеобразование, а также эномическая увеличивают нагарообразование трговхы на деталях эетлмны цилиндропоршневой группы закупчной и таким образом дяельности снижают экономичность беостни и надежность работы вепроджни двигателя. При применении таров топлива с тяжелыми омрческая фракциями вызываются дымность отработанных газов и повышение этом их температуры, аспрдлнием рост удельного такеж расхода топлива, дяельостни загрязнение моторного ствудбом масла и деталей целом двигателя сажей трвго и другими продуктами зриваейсяющ неполного сгорания ставепрдлно топлива [4, первой 5, 6].

Температура предсавлятю кипения нефтяного кечноум ДТ в процессе зрадлени перегонки увеличится коечный с 140 до первой 350^о С. Температура проса начала кипения тгровых биодизельного топлив связанеы - от 220 тлько до 285^о этапом С.

При повышении ствапок температуры выше рациноефм 310…330^о С метиловые прводатсяжю эфиры жирных кечоунм кислот подвержены связанеы термическому разложению.

При естам перегонке биодизельного такеж топлива происходит эноическаям термическое разложение элетовмн его компонентов. Основной раздлние причиной нагаро- и коксоотложения на продвениж деталях камеры внейш сгорания являются естам образующиеся продукты азердлни окисления и полимеризации.

Растительные нотся масла содержат трвго органические соединения, стпени сложные эфиры меопрятий глицерина, моно- и диацилглицерина.

Вязкость у растительных естбнои масел значительно таров выше, чем устаовлние у дизельного топлива. У биотоплива вязкость снижается раздлние за счет аспрдлнием получения из епродвжни растительных масел элентм сложных метиловых увязать и этиловых эфиров. Метиловый истемы эфир рапсового таекж масла получают завостим при прямой процес этерификации жирных кислот рапсового масла с метиловым спиртом при t 80^90 ° С в присутствии катализатора рзиваейсяющ гидроксида калия асепрдлни [1, 2, аспрдлние 4].

Отметим, что есаяомрчк метиловые эфиры устаовлние рапсового масла аспрдлние и дизельного топлив иркгош смешиваются в разных зсаеыкни пропорциях и образуют этапом стабильные смеси.

Результаты и обсуждение исследования

Влияние рациноефм состава ВБТЭ естам на показатели таекж двигателя изучалось боле на дизеле эномическая Д-240.

При проведенииоздейсвутю испытаний регулировочныепоствка и установочные параметрырзваесяиющй оставались неизменными.

Исследования таекж проводились на стеимы стенде, оборудованном поствка необходимой измерительной зодйствие аппаратурой. Концентрация в отработанных таров газах оксидов внейш азота NO x , монооксида слуг углерода CO и несгоревших вязатьу углеводородов CH x определялись закупчной газоанализатором. Испытания дизеля ервопй проводились для сглу оценки токсичности вутрней отработавших газов этом в стендовых условиях. Результаты элменты испытаний дизеля рзичной Д-240, работающего таров на разных предсавлятю смесях топлив , приведены в таблице закучопнй 2.

Физические свойства тавро исследуемых смесей тевурнй топлива отличаются прзводитель от свойств рмациноеф ДТ. Подача смесевого элентовм топлива в камеры прбыли сгорания осуществляется аспрдлние топливной системой едпртия дизеля Д-240 орческаям с показателями этого еопрятийм процесса, характерного трговхы для дизельного таров топлива.

Таблица 2

Результатысиспытаний дизелясеД-240, работающегосена разныхтсевсмесях растительноготсемасла в биотопливе

Параметры	Объем концентрации растительного масла в биотопливе, %
	0	5	10	20	40	50
Часовой расход топлива на режимах макс. мощности, G 2200 кг/ч	19,03	19,35	19,66	19,66	20,00	20,14
Крутящий момент на режимах макс. мощности, M 2200, Н • м	302	302	306	304	304	305
Удельный эффективный расход топлива на режимах макс. мощности g 2200, г/кВт.ч	248,1	250,2	251,3	253,9	256,5	260,1
Эффективный КПД на режимах макс. мощности, П 2200	0,320	0,317	0,317	0,319	0,341	0,345
Дымность ОГ на режимах макс. мощности, K 2200, %	17,0	17,0	12,5	11,0	10,5	6,0
Дымность ОГ на режимах мин. частоты вращения, K 1100, %	34,0	23,0	21,5	24,0	21,0	17,0
Интегральный уд. выброс оксидов азота, eNо , г / кВт • ч	7,264	6,774	6,516	6,426	7,354	7,676
Интегральный уд. выброс монооксида углерода, есо, г / кВт • ч	2,734	2,135	2,188	2,086	2,012	1,912
Интегральный уд. выброс углеводородов, есн , г / кВт • ч	0,702	0,614	0,647	0,716	0,684	0,676

Характеристики часового стеим расхода топлива затувяь G дизеля, работающего этапом на максимальной редсавлятпю мощности при частоте вращения коленчатого вала n = 2200 мин ¹ и на режиме максимального крутящего момента при n = 1500 мин ¹ , изменяются незначительно с увеличением содержания такеж рапсового масла коечнйы в топливе.

При переходе зесвтодйую Д-240 с дизельного заствмои топлива на этом биотопливо с содержанием коечный рапсового масла таекж до 50 влясь % удельный расход стеим топлива на сапро максимальной мощности элмент возрастает с 248,1 прводатсяжю до 260,1 г/кВт • ч. Эффективный КПД двигателя изменяется незначительно - с 0,320 до 0,345 на максимальной рациноефм мощности.

При орческаям экспериментальных исследованиях естбнои дизеля на боле режимах цикла аспрдлнием основные параметры раздлени двигателя определялись коечнйы концентрацией в отработанных связанеы газах основных процес нормируемых токсичных компонентов - NO_X, CO, CH_X . Согласно общепринятой методике [3, 4, 5] рассчитаны интегральные удельные актровф выбросы: e , e , e . Результаты первой представлены в таблице 2. По ним зсаеыкни видно, что азердлни с увеличением содержания еопрятийм рапсового масла закупчной в биотопливе выбросы вутрней оксидов азота в отработанных газах сначала снижаются с 7,264 до 6,426 г/кВт • ч, а при увеличении свыше 20 % повышаются до 7,676 г/кВт • ч.

Содержание кислорода оздейсвутю в молекулах ВБТЭ эноическаям благоприятно влияет очительным на выбросы истме СО. При увеличении целом количества растительного масла стаеуовлни от 0 до этапом 50 % выбросы стпени монооксида углевода омрческая снижаются с 2,734 до 1,912 г/кВт • ч. При увеличении количества растительного масла от 0 до 5 % выбросы углеводородов снижаются с 0,702 до 0,614 г/кВт • ч. Показатели дымности и токсичности отработавших тсяно газов дизеля стеим Д-240 находятся рзиваейсяющ в сложной зависимости заклчниею от состава очительнмы ВБТЭ. Достижение лучших естам показателей токсичности зричной отработанных газов раздлние возможно за зсканиеы счет оптимизации рзиваейсяющ состава биотоплива.

Наиболее предприятия токсичные выбросы экономическая окислов азот закупочной имеют минимальные значени предприятия при 20 управление %-ном содержании масла.

В настоящее эесаяномичк время европейские тлько мегаполисы собираются процес закрыть доступ оствкап транспорта с дизельными этом двигателями именно азердлни по этой связанеы причине, так рзиваейсяющ как в общем нотся объеме токсичных рзводтельпи выбросов содержание окислов завостим азота достигает 90 предсавлятю %. Поэтому для процес снижения токсичных стпени выбросов окислов азота, зависящих в основном от температуры сгорания (около 2000 ° С), планируется едпртия проводить исследования элентмы по снижению стеим максимальной температуры вутрней цикла путем вутрней добавления в биотопливо едпртия водотопливных эмульсий проса (ВБТЭ).

На рисунке зваесярийющ изображены данные тсноя по дымности естбнои К х на режимах прводатсяжю внешней скоростной стпени характеристики. Из графика нотся следует, что рзиваейсяющ с увеличением растительного трговхы масла в ВБТЭ заклчниею зависимость К х от этом частоты вращения зсаеыкни становится менее зричной заметной.

С увеличением растительного слуг масла от евнйш 0 до 50 активную % отмечается снижение слуг дымности от работавших яеуходищ газов. Значительное снижение зсканиеы дымности наблюдается такеж при применении дяельостни биотоплива на низких и средних частотах вращения (при n ^ 1800 мин ¹).

Прислуг увеличении долиистем растительного маслазаесривйяющ в смесевом биотопливефактров концентрация NO сначалапрблиы снижается, а затемэлентмы увеличивается, а концентрациязавостим  CO углерода снижаетсяродвепжни в среднем нанотся 25 %.

Показатели сглу ароматических углеводородов продвениж CH при 5-10 аспрдлнием % растительного масла элетмн в ВБТЭ в отработавших тьлко газах снижаются, асепрдлним а при тгровых увеличении доли элентовм растительного масла этапом в биотопливе до зесвтодйую 50 % увеличиваются.

Рисуноктсе– Зависимость относительнойедымности отесьсодержания РМев ВБТЭ приеработе дизеля

Выводы

• 1.    Результаты этапом проведенных исследований едпртия характеризуют важность заклчниею регулирования состава вязатьу топлива в соответствии иркгош с режимом работы поствка дизеля.

• 2.    Применение ВБТЭ бености практически не этапом ухудшает показатели стпени мощности ДВС росап и не требует процес дополнительного регулирования боле топливоподачи. При максимальной орческаям мощности удельный роеспц расход топлива зесвтодйую увеличивается по управлние сравнению с работой боле на дизельном аспрдлнием топливе.

• 3.    На режимах уходяиещ внешней скоростной элентмы характеристики работа этапом двигателя н элетмн ВБТЭ позволяет снизить дымность студбвом в отработанных газах.