Delist.ru

Анализ и расчет свойств диметилового эфира и улучшение экологических показателей дизеля путем адаптации топливной аппаратуры (18.09.2009)

Автор: Рыжкин Сергей Владимирович

В результате моторных испытаний дизеля на ДМЭ с оптимизированной ТА по нагрузочной характеристике максимальные выбросы NOx снизились по сравнению со штатной ТА на 60…65%. Таким образом, при работе на ДМЭ с использованием оптимизированной ТА максимальные выбросы NOx снизились в 2,5 раза по сравнению с выбросами при работе на ДТ (штатная ТА).

Рис. 5. Токсичные составляющие ОГ (NOx) при работе на ДМЭ по нагрузочной характеристике дизеля 2Ч10,5/12 со штатной ТА ? ДМЭ(штат) и оптимизированной ТА ( ДМЭ(опт); n=1600 мин-1

Снижение выбросов оксидов азота при переходе со штатной на оптимизированную ТА обусловлено существенным уменьшением продолжительности впрыскивания ДМЭ, которое приводит к уменьшению времени сгорания и, следовательно, времени существования зоны пламени, в которой образуется NOx.

Однако сокращение продолжительности впрыскивания ДМЭ не привело к уменьшению выбросов СО и СН.

В целом следует отметить сравнительно низкие выбросы СО и СН. Так, СН изменялась от 33 до 88 ррm, СО от 0,02 до 0,06%.

Низкий уровень СН можно объяснить поздним (см. рис.6) углом опережения впрыскивания. Так, в совместной работе МАДИ и ГНЦ РФ «НАМИ» при работе на ДМЭ на одноцилиндровой установке 1Ч12/12 изменение угла опережения впрыскивания с 18 до 5 оПКВ привело к снижению СН с 230 до 70 млн-1.

Рис. 6. Зависимость давления и температуры от угла ПКВ и дифференциальная характеристика впрыскивания (n=1411 мин-1, ре=0,755 МПа

В целом можно констатировать, что выбросы СО и СН не удается заметно снизить оптимизацией продолжительности сгорания. По-видимому, в этом случае требуется дополнительная доводка рабочего процесса и использование окислительных нейтрализаторов, чему способствует отсутствие сажи и соединений серы, а также возможность работы на поздних углах опережения впрыскивания.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что технические и экономические предпосылки для применения ДМЭ в дизельных двигателях, а также широкая сырьевая база и новейшие технологии производства ДМЭ позволяют считать ДМЭ возможной альтернативой дизельному топливу.

Дополнен комплекс уравнений для определения термодинамических свойств диметилового эфира в паровой (газовой) фазе в состоянии насыщения (давления насыщенных паров, скрытая теплота парообразования и др.) в диапазоне температур вплоть до критической, достоверность которых контролируется выполнением уравнения Клапейрона-Клаузиуса и подтверждается опубликованными данными.

Подтверждена возможность расчета параметров состояния, теплоемкости и скорости звука ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения состояния Бертло.

Расчеты по методу термодинамического подобия подтвердили его перспективность, так как метод позволяет определять свойства ДМЭ (а, в принципе, и любых термодинамически подобных веществ) при невозможности проведения прямых экспериментов и наличии термодинамически подобных веществ с подробно изученными свойствами. В частности, с использованием принципа термодинамического подобия рассчитаны значения теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ по аналогичным величинам для пропана и н-бутана в диапазоне температур от t=-50 оС до tкр, дающие удовлетворительное согласование с опубликованными данными.

Разработана методика, создана экспериментальная установка, позволившие с достаточной точностью определить объемную долю газовой фазы в диметиловом эфире при давлении насыщенных паров (0. Результаты регистрации объемной доли газовой фазы в рабочем диапазоне температур от 20 до 80 0С показывают, что зависимость (0 от температуры практически линейна: при изменении температуры ДМЭ на один градус (0 изменяется на 0,025%.

Уточнен метод гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, учитывающий влияние экспериментально определенной доли газовой фазы. Проведены расчетные исследования, позволяющие обосновать параметры оптимизированной ТА, имеющей существенно более короткое впрыскивание при сохранении и некотором увеличении давления впрыскивания.

Проведенные моторные испытания на специально созданной установке показали, что переход с ДТ на ДМЭ обеспечивает снижение выбросов NОx со штатной ТА в 1,5 раза, а с оптимизированной ТА в 2,5 раза. Проведенный анализ свойств ДМЭ показал, что основными причинами снижения выбросов NOx по сравнению с ДТ являются: примерно в два раза большая скрытая теплота парообразования (430 кДж/кг по сравнению с 190…220 кДж/кг для ДТ), что более существенно охлаждает рабочее тело в цилиндре и, следовательно, уменьшает температуру пламени; наличие связанного кислорода в молекуле приводит к уменьшению зоны пламени и, следовательно, к снижению выбросов NOx; более высокое цетановое число также способствует уменьшению периода задержки воспламенения и уменьшению максимальной температуры.

Анализ свойств ДМЭ показал, что меньшие, чем у дизельного топлива коэффициент поверхностного натяжения (более чем 3 раза) и вязкость (более чем в 20 раз), а также более развитая кавитация при истечении через распыливающие отверстия обеспечивают более мелкое распыливание при подаче ДМЭ в цилиндр дизеля.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованные ВАК

Голубков Л.Н., Грачев А.В., Рыжкин С.В. Разработка и исследование топливных систем для дизелей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 6, 2008, - с. 6-10.

Рыжкин С.В. Использование метода термодинамического подобия для расчета некоторых свойств диметилового эфира. //Автомобили, двигатели и их компоненты. Труды НАМИ. Выпуск 240, М., Изд. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2008, -с.102…108.

Камфер Г.М., Рыжкин С.В. Диметиловый эфир в состоянии насыщения. Расчет термодинамических характеристик. // Химия и технология топлив и масел, №1, 2005.-с. 51…53.

Камфер Г.М., Николаев С.Е., Рыжкин С.В. Анализ термодинамических свойств диметилэфира. Ч.II // Поршневые двигатели и топлива в ХХI веке: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ), 2003. - с. 152…167.

Камфер Г.М., Рыжкин С.В. Расчет термодинамических свойств диметилового эфира в состоянии насыщения. // II-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: Тезисы докладов МАДИ (ГТУ), 2005. –с.92…94.

Голубков Л.Н., Эсмаилзаде Эбрахим, Адамов В.В., Рыжкин С.В, Грачев А.Ю. Некоторые результаты адаптации топливной аппаратуры дизеля для работы на диметиловом эфире // Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: Сб. науч. тр./ МАДИ (ГТУ), 2006. -с. 21…30

Грачев А.Ю., Рыжкин С.В. Научно-технические и технологические проблемы перевода дизельных двигателей на диметиловый эфир. // Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: Сб. науч. тр./ МАДИ (ГТУ) 2006, - с. 31-35.

Авторские свидетельства:

Пат. № 2287077 РФ, МПК F02М 21/02, F02М 59/46. Топливная система дизеля для работы на диметиловом эфире / Л.Н. Голубков, М.Г. Шатров, В.В. Адамов, А.Ю. Грачев, С.В. Рыжкин; Опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31.

Пат. № 2319034 РФ, МПК F02М 43/00. Топливная система дизеля / Т.Н.Смирнова, В.И.Назаров, Р.Н.Горбач, С.В.Рыбинский, С.А.Захаров, В.А.Шаров, А.В.Акимов, Б.Ф.Аллилуев, С.В.Рыжкин; Опубл. 10.03.2008. Бюл. № 7.

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Р, МПа

рфдмэ опт

Yдмэщтат

Yдмэ опт

рфдмэ штат

загрузка...