Улучшение эксплуатационных показателей автотракторного дизеля путем предварительного подогрева топлива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат наук Мотовилова Марина Владимировна

• Мотовилова Марина Владимировна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Мотовилова Марина Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Пути улучшения рабочего процесса двигателя

1.2. Анализ способов воздействия на рабочий процесс дизеля

1.3. Анализ способов температурного воздействия на топливо

1.4. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВЛИЯНИЯ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА НА РАБОТУ ДИЗЕЛЯ

2.1. Влияние подогрева топлива на показатели работы топливоподающей аппаратуры дизеля

2.2. Влияние подогрева топлива на показатели процесса сгорания

в дизеле

2.3 Влияние подогрева топлива на экологические показатели работы дизеля

2.4 Выводы по главе

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Общая методика исследований

3.2. Методика исследований работы топливоподающей аппаратуры дизеля на подогретом топлива 74 3.3 Методика стендовых испытаний тракторного дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на подогретом топливе

3.4. Экспериментальные установки, приборы и оборудование

3.5. Погрешности измерений

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Результаты экспериментальных исследований работы

топливоподающей аппаратуры дизеля на подогретом топливе

4.2. Результаты стендовых испытаний тракторного дизеля 4ЧН

11,0/12,5 при работе на подогретом топливе 95 4.2.1 Определение регулировочных характеристик работы дизеля

на подогретом топливе 95 4.2.2. Определение влияния подогрева топлива на показатели

процесса сгорания в дизеле

4.2.3 Влияние подогрева топлива на эффективные показатели

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение эксплуатационных показателей автотракторного дизеля путем предварительного подогрева топлива»

работы дизеля 101

4.3. Влияния подогрева топлива на экологические показатели работы дизеля 107

4.4. Выводы по главе 4 117 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 119 ЛИТЕРАТУРА 121 ПРИЛОЖЕНИЯ 131

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

1. ВМТ - верхняя мертвая точка;

2. ДВС - двигатель внутреннего сгорания

3. ДТ - дизельное топливо;

4. КВ - коленчатый вал;

5. КПД - коэффициент полезного действия;

6. КС - камера сгорания;

7. НМТ - нижняя мертвая точка;

8. ОГ - отработавшие газы;

9. ОЧ - октановое число;

10. ПЗВ - период задержки воспламенения;

11. ПКВ - поворот коленчатого вала;

12. сСт - сантистокс;

13. ТНВД - топливный насос высокого давления;

14. ЦЧ - цетановое число;

15. . а - коэффициент избытка воздуха;

16. ge - удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч;

17. Gт - часовой расход топлива, кг/ч;

18. п - частота вращения коленчатого вала дизеля, мин -1;

19. pe - среднее эффективное давление, МПа;

20. N - эффективная мощность дизеля, кВт;

21. Gт - часовой расход топлива, кг/ч;

22. Mk - крутящий момент дизеля, Н*м;

23. " - эффективный коэффициент полезного действия;

24. ^ - температура отработавших газов, °С;

25. ф - угол поворота коленчатого вала, градус;

26. Эвпр - установочный угол опережения впрыскивания топлива, градус;

27. © - угол топливного факела;

28. ц - период задержки воспламенения;

29. pz - максимальное давление сгорания в цилиндре, МПа;

30. pc - давление конца сжатия, МПа;

31. ^рМф) - скорость нарастания давления в цилиндре, МПа/градус;

32. х - полное тепловыделение от сгорания топлива;

33. х;^ - активное тепловыделение;

34. ^х^ф) - относительная скорость активного тепловыделения, 1/градус;

35. Т - осредненная температура цикла, К;

36. N0 - оксиды азота, мг/л, ррт, %;

37. СО - оксид углерода, мг/л, ррт, %;

38. СО2 - диоксид углерода, мг/л, ррт, %;

39. С - сажа, %;

40. СНх, СхНу - суммарные углеводороды;

41. i - число цилиндров;

42. Уи - рабочий объем цилиндра.

ВВЕДЕНИЕ

Энергия - один из самых важных факторов, определяющий социальное развитие и экономический рост страны. Углеводородные виды топлив являются основным источником энергии энергетического комплекса в РФ, а также во многих других странах. На современном этапе развития в мировой экономике большое внимание уделяется эффективности производства, рациональному использованию углеводородных ресурсов, повышению требований к эмиссии токсических веществ с отработавшими газами. Наряду с электроэнергетикой, являющейся частью топливно-энергетического комплекса страны, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) занимают важную составную часть данного комплекса. Энергетические установки (ДВС) хорошо себя зарекомендовали в автомобильном, водном, железнодорожном транспорте, в строительстве, в сельском и лесном хозяйстве благодаря высокой экономичности, автономности работы, надежности при их эксплуатации.

Согласно данным федеральной службы государственной статистики по перевозке грузов по видам транспорта (в млн. т.) на 2020 год: автомобильным транспортом перевезено 5405 млн. т, железнодорожным - 1359 млн. т., суммарным трубопроводным - 1061 млн. т., водным - 134 млн. т, воздушным - 1,3 млн. т. На долю автомобильного транспорта пришлось 67,94 % всего грузооборота [78].

Правительство РФ распоряжением от 22 ноября 2008 г. № 1734-р утвердило транспортную стратегию Российской Федерации на период до 2030 года, в которой обозначено, что транспорт играет важную роль в социально-экономическом развитии страны, а транспортная система обеспечивает условия экономического роста, повышения конкурентоспособности национальной экономики и качества жизни населения. Географические особенности России определяют приоритетную роль транспорта в развитии страны. Данные обстоятельства позволяют отнести транспорт к числу приоритетных отраслей экономики.

Согласно распоряжению правительства РФ от 07.07.2017 № 1455-р «Об утверждении стратегии развития сельскохозяйственного машиностроения России

на период до 2030 года» «спрос на сельскохозяйственные тракторы будет определяться динамикой общей посевной площади, ... и изменениями в структуре сельскохозяйственной отрасли». Так, в 2025 году объем внутреннего спроса на маломощные сельскохозяйственные тракторы предполагает 8300 единиц техники, а в 2030 году - 9000 единиц техники. Спрос на тракторы средней мощности определяется курсом доллара США, объемом выручки и сохранением положительной динамики общей посевной площади. Предполагаемый объем внутреннего спроса на тракторы средней мощности составит в 2025 году 1850 единиц техники, а в 2030 году - 1960 единиц техники. Спрос на тракторы большой мощности при наблюдаемом в настоящее время увеличении среднего размера обрабатываемой площади одним хозяйством увеличивается, так как требуется использование более мощной техники. Объем внутреннего спроса на 2025 год прогнозируется на уровне 3110 единиц техники, а в 2030 году -3360 единиц техники. Спрос на прицепную технику определяется показателем - общая посевная площадь. На основе оцененных моделей объем рынка прицепной техники в 2025 году составит 47,1 тыс. единиц, а в 2030 году - 53,4 тыс. единиц. Использование энергоемкой техники будет увеличиваться [68].

Технические регламенты, действующие в РФ, содержат требования, которые ограничивают содержание вредных и твердых частиц при эмиссии отработавших газов. По отношению к выбросам тракторных двигателей 15 февраля 2015 года установлено ограничение на уровне «этапа 3 а» по европейской классификации. Такое требование обеспечивает экологическую безопасность и позволяет контролировать углеродный след продукции [22]. Снижение доли экологической нагрузки от воздействия транспорта является одним из главных государственных приоритетов, определенных транспортной стратегией РФ. Для снижения вредного воздействия на окружающую среду предусмотрен контроль энергии, поступающей в систему из окружающей среды, а также покидающей систему и выделяемой в окружающую среду аппаратными средствами (механическая часть двигателя) отработанных материалов (смазка, топливо). (ГОСТР ИСО 14067-2021, п.3.1.3.10;3.1.3.1).

Согласно задачам распоряжения, предусмотрен «рост инвестиций на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также разработку новых видов конкурентоспособных сельскохозяйственных машин, . создание условий для взаимодействия сельскохозяйственного машиностроения с научными организациями для разработок новых технических решений и технологий» [68].

Перед двигателестроением стоит задача создания двигателя и его эксплуатации при одновременном сочетании эксплуатационных показателей, которые определяют потребительские качества двигателя, параметры конструкции двигателя и полноценный рабочий процесс в камере сгорания с соблюдением всех экологических норм при эмиссии отработавших газов.

Исследования на данную тематику все чаще освещаются в литературе на конференциях и симпозиумах. Одним из направлений, предлагаемых для решения поставленных задач, является применение предварительного (дополнительного) воздействия на жидкие углеводородные топлива. С использованием внешнего физического воздействия и внутреннего химического на ДТ прежде всего изменяются физико-механические и химические свойства стандартного нефтяного топлива, процесс топливоподачи и смесеобразования, рабочий процесс в камере сгорания. Процесс полноценного сгорания определяется особенностями и свойствами распыливаемого топлива, а также скоростями химического окисления углеводородов, условиями тепло- и массообмена в зоне пламени.

Изучением оптимизации рабочего процесса и интенсификацией процесса сгорания занимаются многие ученые и исследователи разных стран. Совместное использование дизельного топлива с бензином / спиртом / в долевых частях с альтернативными топливами / эфиром / водородом / наноприсадками на основе металлов приводит к улучшению экологических показателей, снижению дымности, токсичности содержания оксидов углерода, суммарных оксидов азота [11, 12, 29, 30, 39, 40, 49, 56, 58, 60, 63, 73, 76, 81, 83, 84, 87, 88, 89, 90]. Авторы [33, 56, 58, 60, 63, 73, 81, 84, 85, 90, 92] в своих работах подтверждают снижение удельного расхода топлива и повышение эффективного КПД двигателя.

Вопросы предварительного подогрева дизельного топлива и его влияния на эффективные и экологические показатели в России отражены в трудах ученых [3, 6, 7, 43, 56, 58, 73, 64, 65, 91, 92].

Анализ полученных результатов работ и экспериментальных исследований зарубежных и отечественных ученых показывает интерес к данному направлению. Предложено много теоретических обоснований различного влияния на дизельное топливо, проведено большое количество экспериментальных исследований в вопросах улучшения эффективных и экологических показателей дизельных двигателей. Значительная часть авторов в своих работах использует внешний, физический способ воздействия на дизельное топливо, которое приводит к изменению физико-механических его свойств, влияющих на прокачиваемость, процесс топливоподачи, распыления, смесеобразования [11, 29, 30, 33, 39, 46, 49, 50, 51, 54, 60, 63, 73, 83, 86, 87, 88, 89, 91, 92, 93]. Определенная часть работ связана с предварительным подогревом топлива в системе низкого давления, однако, данное воздействие не влияет на процесс сгорания в цилиндре двигателя [44, 56, 58, 92]. Недостаточно работ, направленных на улучшение эксплуатационных показателей путем применения активированного топлива до высоких температур [3, 7, 5, 64, 65, 73, 91]. Применение предварительного подогрева дизельного топлива до температур, соответствующих температуре его кипения, характеризуется активным процессом образования активированных центров воспламенения и сгорания практически сразу, так как ПЗВ становится минимальным, а время испарения и диффузионного перемешивания топлива с воздушным зарядом за счет интенсивного тепло- и массопереноса сокращается. Значение максимального давления и температуры в цикле смещается ближе к ВМТ, что приводит к экономичной работе двигателя и снижению концентрации вредных веществ в отработавших газах. Предварительный подогрев топлива целесообразно производить на линии высокого давления. Высокотемпературный предварительный подогрев топлива вызывает ускорение протекания предпламенных реакций и приводит к изменению отдельных фаз процесса сгорания, что ведет к улучшению эксплуатационных показателей автотракторного

дизеля. Данное направление является актуальным, кроме того, нет необходимости в изменении штатной системы топливоподачи.

Целью научных исследований является улучшение эффективных и экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 путем применения подогрева топлива.

Научная новизна работы:

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения активированного топлива.

Впервые разработана методика определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ.

Впервые теоретически разработана схема изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от подогрева ДТ.

Усовершенствована методика расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ.

Предложены новые способы интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле, новые конструктивно-технологические решения по реализации применения активированного топлива в дизелях.

Показатели процесса сгорания, эффективные и экологические показатели работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 на активированном топливе.

Программа для ЭВМ и данные расчёта характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ.

Новизна предложенных технических и технологических разработок подтверждена 5 патентами РФ на изобретения и 1 свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая ценность.

Результаты проведенных исследований и научно-технические разработки, полученные при проведении исследований, позволяют улучшить эффективные и экологические показатели автотракторных дизелей, уже находящихся в эксплуатации.

Материалы диссертации использованы в учебном процессе ФБГОУ ВО «Вятский государственный университет», Белорусская государственная сельскохозяйственная академия (БГСХА).

Объекты исследований - предварительно высокоподогретое дизельное топливо, дизель 4ЧН 11,0/12,5.

Результаты научных исследований по улучшению эффективных и экологических показателей дизеля с использованием активированного топлива в автотракторных дизелях путем изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от температуры подогрева ДТ и увеличении скорости предпламенных реакций, оценки эмиссии сажи и суммарных оксидов азота в ОГ дизеля использованы в учебном процессе Вятского государственного университета.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения активированного топлива.

2. Методика определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ.

3. Схема изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания в зависимости от подогрева ДТ.

4. Методика расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ.

5. Способы интенсификации подготовительной фазы и фазы быстрого сгорания в дизеле.

Личный вклад автора.

Работа выполнена самостоятельно, осуществлено планирование и проведение экспериментов, а также обобщение полученных результатов. Автором в соавторстве подготовлены и опубликованы в виде статей и тезисов доклады, материалы диссертационных исследований, а также предложены технические и

технологические разработки, защищённые патентами РФ на изобретения и свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Апробация работы.

Основные результаты и материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской ежегодной научно-практической конференции «Общество, наука, инновации» в 2018-2022 гг. (г. Киров, ФБГОУ ВО «ВятГУ»); на Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» в 2018-2021 гг., (г. Н-Новгород, ФБГОУ ВО «НГТУ им. Р.Е. Алексеева»); на Международной конференции «Инновационные решения в технологиях и механизации сельскохозяйственного производства» в 2018-2021 гг. (Республика Беларусь, г. Горки, УО «БГСХА»), на заседании Высшей школы энергетического машиностроения в 2022г. (С-Петербург, ФГАУ ВО СПбПУ Петра Великого).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 22 печатных работах, в том числе защищены 5 патентами РФ на изобретения и 1 свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Доклады.

По основным положениям диссертации было выполнено 11 докладов на научных конференциях различного уровня.

1.0 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 1.1. Пути улучшения рабочего процесса двигателя

На долю транспорта в современном обществе приходится около 20% мирового потребления энергии, причем 90-95% энергии, используемой транспортом, обеспечивается топливом на основе углеводородного сырья. Дизельный двигатель - один из самых широко применяемых двигателей внутреннего сгорания. Это обусловлено его высокой эффективностью, мощностью и экономичностью. Географические особенности в России определяют приоритетную роль транспорта в развитии страны. На основании данных аналитического центра ИНЭИ РАН потребление первичной энергии по видам топлива в России и в мире в ближайшие 20 лет будет оставаться на прежнем уровне, но с изменениями по видам первичной энергии (рис. 1.1).

■ Нефть ■ Газ ■ Уголь Атомная энергия

■ Гидроэнергия ■ Биоэнергия Другие ВИЕ

Рисунок 1.1 - Структура потребления первичной энергии по видам топлива в мире

в 2010 и 2040 годах (источник ИНЭИ РАН)

Дизельные силовые установки используются в железнодорожном транспорте, грузовом автотранспорте, военной технике, водном (речной и морской)

транспорте, дизельных электрогенераторах, сельскохозяйственной и специальной технике, легковом дизельном автотранспорте (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 - Области применения силовых дизельных установок

Современная техника, которая производится и продается, позволяет выполнять поставленные перед ней задачи, получать хорошие результаты и соответствовать современным экологическим показателям. Большая часть транспортных средств, оснащенных ДВС, приходится на долю средств с установленными дизельными двигателями. Двигатель внутреннего сгорания остается на лидирующих позициях. А, поскольку мировая нефтепромышленность сегодня является ключевой отраслью в экономике, то преимущество ДВС остается сильным. Согласно данным национального исследовательского университета (высшая школа экономики) рынок сельскохозяйственных машин на сегодняшний день имеет большой дефицит в сельскохозяйственной технике (рис. 1.3) [8].

С совершенствованием конструкции двигателей, увеличением их мощности, теплонапряженности деталей в процессе работы повышаются требования к качеству ДТ, так как от этого зависит надежность и эффективность работы двигателя в сложных условиях эксплуатации. Дизельные топлива ограничены по

физико-химическим и эксплуатационным свойствам из-за природы сырьевых углеводородов и возможностей нефтеперерабатывающей промышленности. В последние 10-15 лет именно топливо (товарное ДТ, АТ...), его качество, ресурсы, приобретенные свойства (при переработке, воздействии.) стали определяющими факторами при разработке и усовершенствовании двигателей и технологических видов воздействий на само топливо. Эти особенности необходимо учитывать при конструкторских решениях и технологических приемах по улучшению рабочего процесса двигателя [5]. 600

500 -400 -300 -200 -100 -0

Тракторы, всего Тракторы малой и Энергонасыщенные Зерноуборочные средней мощности тракторы комбайны

■ Наличие техники, тыс. ед. ■ Потребность, тыс. ед. ■ Дефицит, тыс. ед.

Рисунок 1.3 - Диаграмма - Основные виды сельскохозяйственной техники

К двигателю внутреннего сгорания, как энергетической установке, предъявляются высокие эксплуатационные, экономические и экологические требования. Технико-экономические показатели ДВС характеризуются уровнем доводки рабочего процесса, который включает в себя сложные процессы теплообмена, массообмена, химические реакции окисления углеводородного топлива, диффузии, при постоянно изменяющемся объеме, давлении, составе и температуре рабочей смеси. Данные показатели можно разделить на две группы. Первая группа представляет технико-экономические показатели, определяющие качество двигателя как энергетической установки: мощность (кВт), расход топлива (кг/ч), масса (кг), габаритные размеры (м). Вторая группа характеризует удельные показатели двигателя: среднее эффективное давление (МПа), удельный

эффективный расход топлива (кг/(кВт*час)), эффективный КПД. Выполнение современных технико-экономических показателей возможно при улучшении рабочего процесса дизельного двигателя. Исследования по данному направлению проводятся на протяжении нескольких десятков лет. В настоящее время данная проблема решается следующим образом:

- усовершенствование конструкции двигателя;

- совершенствование рабочего процесса существующих поршневых ДВС;

- разработка дополнительных устройств, направленных на понижение показателей токсичности в ОГ;

- регулировка топливоподающей аппаратуры, а также систем смесеобразования;

- предварительная подготовка (дополнительное воздействие) на дизельное топливо;

- применение различных топливных композиций, составов, смесей.

Жидкое дизельное топливо по своему составу образует смесь органических

химических соединений, преимущественно из углерода и водорода. В результате действия межмолекулярных сил притяжения образуются плотные структуры углеводородов. Данные структуры достаточно термически стабильны в процессе смесеобразования в начале процесса испарения топлива, атомам кислорода затруднен доступ к углеводородным соединениям внутрь молекулярных групп. Это приводит к неполному сгоранию топлива, а также вызывает увеличение концентрации токсических показателей в отработавших газах (ОГ).

Процесс возникновения и развития горения, а также полнота сгорания определяются особенностями и скоростями химических реакций окисления углеводородного топлива, условиями тепло- и массообмена в зоне пламени, а также изменяющейся теплоотдачей в стенки цилиндра двигателя [61].

Физические свойства топлива влияют на процессы впрыскивания, распыливания, диффузии, смесеобразования и сгорания, в связи с этим к топливам автотракторных двигателей предъявляются определенные требования. Одним из важных показателей является воспламеняемость топлива при его взаимодействии с воздушным зарядом под давлением в камере сгорания (ЦЧ). Совершенствование

рабочего процесса возможно за счет изменения физико-механических свойств углеводородного топлива (плотность, вязкость, ориентация молекул, поверхностное натяжение...) и использования его в дизельном двигателе.

1.2 Анализ способов воздействия на рабочий процесс дизеля

По результатам проведенных исследований в РФ и за рубежом предложено несколько направлений совершенствования рабочего процесса. На основе расчетов и полученных экспериментальных данных предлагается ряд способов воздействия на ДТ. Виды влияния на дизельное топливо подразделяются на физические и химические. При физическом способе результат достигается при помощи внешнего действия на дизельное топливо за счет применения ультрафиолетового, магнитного (электромагнитного), температурного, радиационного и других видов воздействия. Химический способ основан на действии вводимых присадок, различных веществ, изменяющих физико-химические свойства топлива или придающих ему определенные свойства для улучшения процесса сгорания.

Нормирование токсических показателей в ОГ для ДВС находится под контролем ГОСТа [22, 23], эмиссия твердых частиц и оксидов азота остается острой проблемой. Для улучшения качества дизельного топлива в него добавляют металлоорганические соединения для полного его сгорания и уменьшения выбросов вредных веществ. В этом случае добавляемый компонент хорошо диспергируется в дизельном топливе. Металлическая присадка добавляется для сокращения задержки воспламенения в качестве стабилизатора и антиоксиданта, а также в качестве поверхностно-активного вещества. Добавки нанометаллических оксидов эффективны для снижения выбросов токсических компонентов, так как металлы реагируют с водой с образованием гидроксильных радикалов, которые усиливают окисление сажи или вступают в химическую реакцию с атомами углерода в саже с понижением температуры окисления.

Учеными разных стран определено влияние присадок на биметаллической основе (таких как марганец, железо, медь, барий, церий, кальций, платина, .) на

дизельное топливо. В экспериментальных исследованиях индийские ученые (г. Чинаи, Индия) [26, 85] использовались присадки к топливу на основе оксида марганца и оксида меди. Принцип действия этой присадки заключался в каталическом воздействии на горение углеводородов. Для приготовления данной добавки оксида нанометалла требуется 32 часа. Гидратированную соль дистиллированной водой обрабатывали ультразвуком в течении 2 часов, затем подвергали сушке в сушильном шкафу при 100оС в течение 24 часов. После высыхания растирали до мелкого порошка и выдерживали в муфельной печи 6 часов при температуре 600о С. Приготовленную добавку (200 мг) растворяли в 1 литре ДТ. С использованием оксида марганца и меди кинематическая вязкость топлива уменьшалась с 2,7 сСт (ДТ) до 2,53 сСт (ДТ, легированное МпО) и до 2,24 сСт (ДТ, легированное СиО). Исследования проводились на одноцилиндровом дизельном двигателе с прямым впрыском и воздушным охлаждением, степень сжатия 17,5. Присадка повышает эффективность сгорания за счет сокращения ПЗВ. По результатам эксперимента фиксировалось увеличение КПД на 4%. В ходе научных работ обнаружено, что оксид марганца сильнее оказывает влияние на сокращение эмиссии выхлопных газов дизельного двигателя. Так как марганец не относится к вредным соединениям, поэтому он может применяться для легирования ДТ. Сокращение выбросов углекислого газа составило 37%, а оксидов азота 4%. Для предотвращения выброса частиц металла в окружающую среду необходимо предусмотреть применение уловителей.

В работе [87] ученых (Индия) представлены результаты исследований с добавлением в ДТ хорошо растворимого на металлической основе оксида церия. Первоначально ДТ смешивалось с оксидом церия в концентрации 100 мг/л, затем обрабатывалось в ультразвуковом аппарате для уменьшения их агломерации в локальных зонах топлива. После двухступенчатой подготовки топлива эксперимент проводился на тестируемом дизельном двигателе при разных скоростных и нагрузочных режимах. Изменение кинематической вязкости (с 2,9 сСт до 2,25 сСт) привело к уменьшению диаметра капли распыливаемого топлива, ускорению испарения и воспламенения, а снижение высшей теплотворной

способности (с 47000 кДж/кг до 41823 кДж/кг) - к понижению максимального давления в цилиндре двигателя и к более плавному его нарастанию. Из-за высокой способности оксида церия связывать кислород выбросы углеводородов, оксида углерода, сажи снижаются, а оксида азота значительно увеличиваются (в 2 раза по сравнению с ДТ). В работе [81] иракских ученых (Технологический университет, Ирак) определено влияние добавления присадок на металлической основе А1203, 7пО в дизельное топливо. Испытания на стабильность показали, что смеси оставались стабильными в течении двух месяцев. При добавлении А1203 в концентрации 100 ррт снижается удельный расход топлива на 8%, содержание СО, Б02 и Н2 Б уменьшается на 17%, 19% и 19% соответственно, увеличивается КПД на 6%, но при этом содержание NOх в ОГ возрастает на 10% из-за высокой температуры внутри камеры сгорания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мотовилова Марина Владимировна, 2022 год

// // //

/ А

I

;

.1 >1 с1<р

.1 11 . 1 X

? Я А

.1 ,ч ¿¡Г /\ / ч л

.1 \ £/ / \ \ \ \ и

/ ч \ ч \ ч\

У ' N

Ттах, К 2200

1600 1000

-10 ВМТ 10 20 30 40 60 70 ф, град _ ДТ (дизельное топливо)

---ДТ150"С

............ДТ зоо "с

Рисунок 4.8 - Характеристики тепловыделения двигателя 4ЧН 11,0/12,5

при частоте вращения п=1800 мин-1

По динамике тепловыделения видно, что процесс сгорания при подогреве ДТ активизируется и заканчивается раньше. Это объясняется изменением взаимодействия углеводородных соединений в предпламенной подготовке в зависимости от температуры активации топлива, условий смесеобразования и формирования рабочей смеси в цилиндре двигателя. [63].

Скорость тепловыделения (d%/dф)max в кинетической фазе резко возрастает и в максимуме имеет значение при работе двигателя без подогрева ^хМф)^ = 0,1239, а с подогревом ДТ до 150 °С и 300 °С равна ^Мф^ = 0,0893 и ^хМф^ = 0,0878, соответственно.

Первый максимум скорости тепловыделения обусловлен быстрым сгоранием паров ДТ с окислителем, которые образуются за ПЗВ, а также за счет увеличения скорости предпламенных реакций в топливе. В КС имеются локальные зоны с избытком паров топлива и окислителя, в первом случае быстро расходуется окислитель, во втором - пары топлива, что приводит к резкому снижению скорости тепловыделения [42, 52, 75].

Скорость тепловыделения в диффузионной фазе составила при работе двигателя без подогрева ^хМф)^ = 0,0549, а с подогревом ДТ до 150°С и 300°С она равнялась ^Мф)^ = 0,0397 и ^Мф)^ = 0,0355, соответственно. В данной фазе основную роль играет скорость диффузии окислителя с парами топлива.

Изменение характера тепловыделения прослеживается на графике максимальных температур (рис.4.8). При работе двигателя в номинальном режиме без подогрева ДТ температура в камере сгорания составляет Т ^ = 2561 К, при работе с подогревом ДТ до 150°С и 300°С температура равна Т^ = 2427 К и Т^ = 2409 К соответственно.

4.2.3 Влияние интенсификации процесса сгорания топлива на работу дизеля

Оценка влияния интенсификации процесса сгорания топлива на работу дизельного двигателя производилась по нагрузочным характеристикам на

номинальном скоростном режиме (п=1800 мин-1) и максимальном крутящем моменте (п=1400 мин-1), а также по скоростным характеристикам на номинальной нагрузке. Нагрузочные характеристики дизельного двигателя 4ЧН 11,0/12,5 при работе на активированном топливе представлены на рис. 4.9, 4.10, скоростные характеристики на рис. 4.11.

Как видно из графиков, часовой расход топлива От увеличивается с ростом среднего эффективного давления Ре при работе двигателя без подогрева ДТ и с подогревом ДТ на всем диапазоне изменения нагрузки. Это объясняется тем, что повышение мощности достигается за счет дополнительной подачи топлива. При увеличении подачи топлива мощность возрастает до своего предела, а после происходит снижение мощности даже при увеличении часового расхода топлива [61].

Ме,кВт 70 50 30 10 о

г

' кВт-ч 1800 1400 1000 600 200

Пе

/ г

Г г

г>> Г

и

ет

г

9е

N у .

Чг Ч*

1е,%

40 30 20 10 0

п кг

20 15 10

5

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 Ре,МПа

- дизельное топливо (ДТ)

-* - ДТ. подогрев 150 "С -□ - ДТ, подогрев 300 "С

Рисунок 4.9 - Нагрузочная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5 (п=1800 мин-1)

Численные значения часового расхода топлива при нагрузке Ре =0,96 МПа составили 16,26 кг/час, 15,72 кг/час и 15,06 кг/час без подогрева ДТ и подогретом

ДТ до 150 °С и 300 °С, соответственно. Сокращение расхода топлива составило 3,32 % при подогреве до 150 °С и 7,38 % до 300 °С по сравнению с ДТ. Характер поведения кривых удельного расхода топлива ge приблизительно одинаковый. Левая часть кривой удельного расхода топлива с уменьшением нагрузки повышается. Данный фактор объясняется понижением механического коэффициента полезного действия. Увеличение удельного расхода топлива правой части кривой обусловлено снижением индикаторного коэффициента полезного действия. [Н, с 138]. Численные значения удельного эффективного расхода топлива при нагрузке 0,96Pe МПа составили 226,22 г/кВтхчас, 214,09 г/кВтхчас и 204,18 г/кВтхчас при работе двигателя без подогрева ДТ и с подогревом ДТ до 150 °С и 300 °С, соответственно, показатели эффективной мощности двигателя при этих же температурных режимах равны 68,78 кВт, 68,43 кВт и 68,98 кВт.

Характер кривой эффективного коэффициента полезного действия п является результирующим влиянием индикаторного и механического коэффициентов полезного действия [61]. К одним из показателей влияния на индикаторный КПД относятся физико-химические свойства ДТ, которые рассматриваются в связи с зависимостью характеристик топливоподачи (продолжительность впрыскивания, фракционный размер капель, дальнобойность и угол конуса топливных струй) от вязкости топлива [61]. Предварительный подогрев дизельного топлива улучшает условия процессов смесеобразования и сгорания. Изменение механических потерь на трение в условиях изменения нагрузки незначительно. Оптимальные значения удельного эффективного расхода топлива и эффективного КПД при подогреве ДТ соответствует нагрузке 0,9Pe -0,96Pe.

При малой нагрузке двигателя при Pe=0,025 МПа и повышенном коэффициенте избытка воздуха в дизеле всегда имеются локальные зоны с обедненной и обогащенной смесью. Это объясняется условиями смесеобразования небольших цикловых подач в цилиндре двигателя, смесь не успевает равномерно распределиться по всему объему. При работе на высокоподогретом топливе

количество центров воспламенения в этих локальных зонах увеличивается, происходит устойчивая работа двигателя.

Параметры нагрузочной характеристики на номинальном скоростном режиме (рис. 4.10) сохраняются в режиме максимального крутящего момента с частотой вращения коленчатого вала 1400 мин-1. Эффективная мощность растет на всем диапазоне изменения нагрузки при работе двигателя на ДТ, а также на подогретом топливе. Значение мощности двигателя при нагрузке 1,06 Ре составляет

75.58 кВт, а при работе на подогретом топливе до 150 °С и 300 °С - 75,6 кВт и

75.59 кВт. Увеличение нагрузки приводит к росту часового расхода топлива. Численные значения часового расхода топлива при такой же нагрузке равны 16,9 кг/ч, 16,8 кг/ч и 16,6 кг/ч с повышением температуры топлива до 300 °С. Удельный эффективный расход топлива при работе двигателя составляет ge=228,9 г/кВтч, а при температуре топлива 150 °С и 300 °С — §е=222,2 г/кВтч и ge= 219,6 г/кВтч. Значения эффективного КПД при работе дизеля на подогретом топливе составляют 37,94 % и 38,39 % и по отношению к работе дизеля в штатном режиме — 36,21 % при таких же значениях эффективного давления.

Рисунок 4.10 — Нагрузочная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5

(п=1400 мин-1)

Оценка влияния подогретого топлива на эффективные показатели производилась на основе скоростных характеристик при оптимальном значении угла опережения впрыскивания топлива (0впр=22° до ВМТ), регулятор ТНВД в данном режиме оставался включенным.

Максимальное значение крутящего момента достигается при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и составляет при работе двигателя без подогрева ДТ и с предварительным подогревом до 300 °С 463,4 Н*м и 453,8 Н*м, соответственно. Значение эффективного КПД соответствуют 37,19 % без подогрева ДТ и 37,43 % и 38,42 % с подогревом топлива до температур 150 °С и 300 °С. Часовой расход топлива при данном режиме уменьшается на 0,1 кг/ч и 0,8 кг/ч при подогреве ДТ по сравнению с расходом топлива без подогрева.

Рисунок 4.11 - Скоростная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5 С увеличением частоты вращения (до номинального значения) эффективный КПД при работе двигателя на подогретом ДТ до 300 °С сохраняется выше на 0,8-

1,0 % по сравнению с режимом работы двигателя без подогрева ДТ на всем участке частот вращения (1400-1800 мин-1). Из графиков зависимостей (рис. 4.11) можно видеть, что значения удельного расхода топлива ^е) имеют одинаковый характер изменения показателей на всем диапазоне частот вращения коленчатого вала и близкие значения к параметрам при работе двигателя без подогрева дизельного топлива.

Изменение удельного расхода топлива на участке частот вращения 1400-1800 мин-1 в меньшую сторону составляет 1,47 гр/кВт*ч и 7,25 гр/ кВт*ч (при максимальном крутящем моменте) и 6,54 гр/ кВт*ч ч 9,49 гр/кВт*ч (при номинальной частоте вращения) с применением подогрева до температуры 150 °С и 300 °С. Значения часового расхода топлива на данном диапазоне частот имеют одинаковый характер изменения кривых на графике. Наблюдается уменьшение часового расхода топлива на 0,5 кг/ч и 0,95 кг/ч по отношению к топливу без подогрева при работе двигателя с частотой п=1800 мин-1 Также с увеличением частоты вращения коленчатого вала до номинального значения увеличивается эффективная мощность двигателя, так как количество циклов срабатывания форсунки в единицу времени становится больше.

При повышении частоты вращения выше номинальной происходит перегрузка двигателя, регулятор вызывает изменение подачи топлива до объема цикловой подачи, при которой двигатель работает без нагрузки. При этом значения эффективного КПД (^е), эффективной мощности (Не), крутящего момента (Мк) резко уменьшаются, а удельный эффективный расход топлива ^е) резко увеличивается.

Применение подогретого топлива в двигателе не изменяет характер работы дизеля по сравнению с двигателем, работающим без воздействия на ДТ, при этом снижается удельный эффективный и часовой расход топлива, а также жесткость процесса сгорания в цилиндре двигателя.

4.3 Определение влияния подогрева топлива на экологические показатели работы дизеля

Влияние работы двигателя на экологические показатели оценивалось по регулировочным, нагрузочным и скоростным характеристикам одновременно с эффективными показателями при исследовании двигателя на стенде. На графике (рис 4.12) представлены зависимости изменения показателей токсичности и дымности при разных значениях угла опережения впрыскивания топлива с частотой вращения 1800 мин-1 без подогрева и с подогревом ДТ.

Из графиков видно, что содержание сажи в отработавших газах при работе на ДТ с подогревом немного снижается. При этом минимальная концентрация сажи сдвигается в сторону более ранних углов опережения впрыскивания топлива при работе двигателя с подогревом ДТ. При угле ©впр=26 град. ПКВ до ВМТ концентрация сажи составляет 27% для ДТ без подогрева и 26,5% и 26% при работе дизельного двигателя с подогревом топлива 150 °С и 300 °С, соответственно.

Содержание суммарных оксидов азота при работе двигателя без активации топлива и на активированном ДТ от 150 °С до 300 °С повышается на всем интервале значений угла опережения впрыскивания топлива (от позднего до раннего). Процесс образования оксида азота начинается в конце процесса горения топлива в зонах, где отсутствует рабочая смесь и нет реакций окисления, то есть процесс горения является источником тепла, в результате которого обеспечивается высокая температура в камере сгорания, необходимая для окисления азота.

При этом учитывается не средняя температура газов, а локальные ее значения в КС. При раннем угле опережения впрыскивания топлива увеличивается доля цикловой подачи в период ПЗВ, скорость нарастания давления больше 1 МПа на 1град. ПКВ, температура достигает максимальных значений и процесс образования суммарного оксида азота максимальный. Так при ©впр=30 град. ПКВ до ВМТ численные значения суммарных оксидов азота равны 2562 ррт, 2793 ррт, 2900 ррт при работе двигателя без подогрева топлива и с подогревом топлива, а при установке 0впр=10 град. ПКВ до ВМТ значения N0 составили 156 ррт, 159 ррт,

161 ppm. Образование оксида азота в результате диссоциации молекул кислорода и азота на атомы (N+O2 ^ NO+O ) зависит от температуры и содержания свободного кислорода в продуктах сгорания, то есть концентрация NOx усиливается с обеднением смеси, что соответствует раннему углу опережения впрыскивания топлива.

С,%

35 25 15

NO*,ppm 3250 2250 1250 250

СО,% 0,05 0,03 0,01

С

1 Сх Ну

L- -Г-Н i

—■ .J-1-1

'И

NC X

СС 2

СО

; с t - - "-■« | >

h -w

■-Ч г — - -1 i

CxHy,ppm 28 20 12

С02,% 10 8

10 14 18 22 26 30 э

вир., град.

-о - дизельное ТОПЛИВО (ДТ)

- ДТ, подогрев L 50 °С ■□ - ДТ, подогрев 300 °С

Рисунок 4.12 - Регулировочная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5 (экологические показатели, п=1800 мин-1)

Работа дизельного двигателя на топливе с подогревом сопровождается понижением эмиссии оксида углерода в сторону более ранних углов опережения впрыскивания топлива, при угле 0впр=26-3О град. ПКВ до ВМТ концентрация СО в ОГ составляет 0,04% при работе двигателя без подогрева топлива и 0,02% при работе дизельного двигателя с подогревом топлива до 150 °С и 300 °С. Скорость образования СО в различных зонах камеры сгорания зависит от локальных

факторов. При ранних углах ©впр активированного топлива степень однородности смеси и температура в КС выше, времени на окислительные химические реакции больше - все данные факторы приводят к уменьшению концентрации оксида углерода. При поздних углах опережения впрыскивания топлива концентрация СО при подогреве топлива 150 °С и 300 °С составляет 0,04% и 0,035% по отношению к ДТ с концентрацией оксида углерода 0,06% предполагается, что подогретое топливо в условиях уменьшения времени на протекание химической реакции способствует быстрой деструкции топливного факела, лучшему диффундированию, смесеобразованию и процессу сгорания [1].

При работе дизельного двигателя с подогревом топлива наблюдается увеличение выбросов диоксида углерода на всем интервале значений угла опережения впрыскивания топлива (от позднего до раннего). Максимальное значение СО2 смещается в сторону более ранних углов опережения впрыскивания топлива. При угле ©впр=26-30 град. ПКВ до ВМТ концентрация СО2 составляет 8,24 % для ДТ без подогрева и 8,26 % и 8,15 % при работе дизельного двигателя с подогревом топлива.

Максимальная концентрации СхНу наблюдается в сторону как более поздних углов опережения впрыскивания топлива, так и ранних. При данных углах углеводороды являются продуктом неполного сгорания топливовоздушной смеси в результате локального смесеобразования в зонах камеры сгорания с избытком и недостатком топлива или окислителя. Так, при раннем угле опережения впрыска топлива ©впр=30 град. ПКВ до ВМТ концентрация СхНу составила 11 ррт (без подогрева ДТ), 16 ррт, 14 ррт (с подогревом ДТ до 150 ° С и 300 ° С). Такая же тенденция наблюдается при позднем угле опережения впрыскивания топлива ©впр=10 град. ПКВ до ВМТ - концентрация СхНу составила 20 ррт (без подогрева ДТ), 24 ppm и 21 ррт (с подогревом ДТ до 100 °С и 300 °С). Так при угле ©впр=22 град. значение СхНу составляет 7,0 ррт и 8,0 ррт, 7,0 ррт для ДТ без подогрева и с подогревом топлива 150 °С и 300 °С, соответственно.

Влияние высокотемпературного подогрева топлива на изменение

показателей токсичности и дымности в зависимости от нагрузки при частоте

вращения 1800 мин-1 представлено на графике (рис 4.13).

С,% 21

13

7

0

ЫОх.ррпл 1000 750 500 250

СО,% 0,05 0,03 0,01

С

Г^:

X

V

2

г* Г®

£

сс )

& ■

СхНУ1ррт 9 6 3 0

С0,,% 10 8 6 4 2

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

Ре,МПа

-о - дизельное ТОПЛИВО (ДТ) -* - ДТ, подогрев 150 °С ■□ - ДТ, подогрев 300 °С

Рисунок 4.13 - Нагрузочная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5 (экологические показатели, п=1800 мин-1)

Из графиков экологических показателей видно, что при работе двигателя в номинальном режиме содержание сажи (С) в отработавших газах при работе на ДТ с подогревом увеличивается при увеличении среднего эффективного давления на всем диапазоне нагрузки от Ре = 0,025 МПа до Ре = 0,96 МПа (характер подъема линии графика). Можно предположить, что при мелкодисперсном высокоактивированном распылении топлива в ядре струи образуются зоны горения обогащенных участков смеси с локальным повышением температуры и недостатком кислорода, необходимого для окисления углеводородного топлива.

При таких условиях на малых нагрузках не обеспечивается полное сгорание топлива, и может происходить пиролиз ДТ с образованием углерода и оксида углерода. При нагрузке, равной 0,96 МПа значение углерода составляет 15% и 14,5% при работе дизельного двигателя с подогревом топлива до 150 °С и 300 °С по отношению к 18,3% без подогрева.

Концентрация CO увеличивается в сторону возрастания среднего эффективного давления (подъем линии графика). При нагрузках 0,025 МПа концентрация оксида углерода минимальная и составляет 0,01% при работе двигателя без подогрева ДТ и с подогревом. Дальнейшее повышение нагрузки приводит к увеличению эмиссии оксида углерода, потому что процессы окисления ослабевают, так как концентрация окислителя в КС уменьшается, и время окислительной реакции становится коротким. Концентрация СО при нагрузке Pe = 0,96 составляет 0,05%, 0,05% и 0,06% для ДТ без подогрева, при работе дизельного двигателя с подогревом топлива 150 °С и 300 °С соответственно. Предполагается, что образование оксида углерода при нагрузке от Pe = 0,6 МПа и выше происходит в условиях недостатка кислорода в зоне распылителей форсунки в ходе холоднопламенных реакций, а также при диссоциации молекул диоксида углерода при высоких локальных температурах в зонах КС. [1]. Численные значения эмиссии оксида углерода при нагрузке от Pe =0,6 МПа до Pe = 0,96 МПа без подогрева топлива и с подогревом топлива увеличиваются с 0,01%, до 0,05%, а при высокоподогретом топливе - с 0,02%, до 0,06% соответственно.

Из графиков экологических показателей наблюдается, что содержание суммарных оксидов азота (NOx) при работе двигателя на ДТ, как без подогрева, так и с подогревом топлива 150 °С и 300 °С повышается при увеличении среднего эффективного давления и температуры в КС. По своей природе оксид азота имеет термическую природу образования и зависит от наличия атомарного и молекулярного кислорода в процессе сгорания, а также наличия высокой температуры в КС. Однако, значительное влияние оказывают локальные значения температур в зонах камеры сгорания из-за неоднородности распределения рабочей смеси. При работе двигателя под нагрузкой Pe = 0,2 МПа - 0,9 МПа численные

значения суммарного оксида азота уменьшаются (кривые зависимостей при подогреве топлива располагаются ниже линии не подогретого топлива) и при нагрузке Ре = 0,96 МПа составляют 952 ррт и 948 ррт с подогревом топлива 150 °С и 300 °С по отношению к ДТ с концентрацией 967 ррт. Можно предположить, что при интенсификации процесса смесеобразования не происходит резкого повышения температуры в цилиндре двигателя за счет уменьшения максимального давления в цикле Р2 на 0,579 МПа и максимальной осредненной температуры цикла на 80-120 К.

Работа дизельного двигателя на топливе с подогревом сопровождается повышением (подъем линии графика) эмиссии диоксида углерода (С02) с ОГ в сторону увеличения среднего эффективного давления. При нагрузке, равной 0,9 МПа, численные значение диоксида углерода составляют 8,31%, 8,06% и 8,29% при работе двигателя на ДТ и с подогревом ДТ до 150 °С и 300 °С, соответственно. Основное влияние в этом случае оказывает недостаток кислорода в зоне горения.

Анализ графиков экологических показателей выявил, что концентрация углеводородов при работе, как на ДТ без подогрева, так и при работе дизельного двигателя с подогревом топлива до 150 °С и 300 °С повышается при увеличении среднего эффективного давления (подъем линии графика). При небольших нагрузках и низких температурах не происходит полного окисления углеводородов. А источником несгоревших углеводородов являются: невысокая концентрация топлива в ядре факела, длина топливной струи, которая не достигает стенок цилиндра, а также наличие зон бедного срыва пламени в топливном факеле. В режиме повышения нагрузки температура в КС становится высокой и реакции окисления СН ускоряются, а концентрация не окислившихся углеводородов в ОГ уменьшается. Так, при давлении, равном 0,6-0,7 Ре, значение СхНу составляет 8,0 ррт для ДТ без подогрева, 6,8 ррт и 6.1 ррт при работе дизельного двигателя с подогревом топлива. На режимах полной нагрузки (ДТ без подогрева) и максимальной температуре в КС происходит разложение средних молекул на легкие молекулы СН, а возникающие промежуточные соединения рекомбинируют с углеводородными радикалами с образованием тяжелых молекул. Отношение

топливо/окислитель увеличивается в ядре факела и у стенок КС, что приводит к появлению несгоревших углеводородов при эмиссии отработавших газов. Так при нагрузке, равной 0,96 МПа, значение СхНу составляет 9.1 ррт. При работе двигателя на подогретом топливе с мелкодисперсным распыливанием и быстрой диффузией с окислителем происходит ускорение реакции окисления углеводородов и уменьшение их эмиссии. Также при нагрузке, равной 0,96 МПа, концентрация СхНу в ОГ составляет 8.0 ppm и 7,0 ppm при работе двигателя на подогретом топливе до 150 °С и 300 °С.

На рис. 4.14 представлена концентрация вредных и токсичных компонентов в ОГ дизеля при нагрузке с частотой вращения коленчатого вала 1400 мин 1.

Анализ зависимостей на графике показывает, что содержание оксидов азота (NOx) увеличивается как на ДТ без подогрева, так и с подогревом на всем диапазоне нагрузки. Численные значения оксида азота увеличиваются на 1,25 % при подогреве топлива до 300 °С по сравнению с ДТ при 0,96 Ре МПа и составляют 1595 ppm, 1633 ppm и 1615 ppm. Согласно теории Зельдовича образование NOx в процессе сгорания связано с повышением локальной концентрацией атомов кислорода и локальной температурой в зоне реакции, что приводит к повышению концентрации оксида азота в зонах сгорания бедной смеси на поздних стадиях горения [62]. Концентрация параметров СхНу при нагреве ДТ уменьшается. Предполагается, что при мелкодисперсном впрыскивании и хорошей скорости диффузии окислителя происходит ускорение реакции окисления углеводородов, а значит и снижение их концентрации в ОГ. Так, при нагрузке Ре =0,2 МПа концентрация углеводородов меньше на 37,5 % при подогреве до 300 °С по отношению к работе дизеля на топливе без подогрева. На режимах полной нагрузки температура в цилиндре двигателя повышается, что приводит к разложению углеводородных молекул, а мелкодисперсное впрыскивание высоко активированного топлива уже в своем составе имеет часть молекул в возбужденном состоянии, то есть обладающих энергией активации близкой для протекания химического процесса окисления. Константа скорости химических реакций увеличивается в 15-25 раз, особенно, алканов гомологического ряда ^ ^п+2 [61].

Так при нагрузке Ре = 0,5 МПа концентрация углеводородов меньше на 42,5 % при подогреве до 300 °С по отношению к работе дизеля на топливе без подогрева, а при нагрузке Ре =0,96 МПа концентрация углеводородов меньше на 37,5 % соответственно.

Концентрация СО при возрастании среднего эффективного давления до Ре = 0,6 МПа остается приблизительно на одном уровне, а затем увеличивается в сторону полной нагрузки (подъем линии графика). Дальнейшее повышение нагрузки приводит к увеличению эмиссии оксида углерода СО, так как уменьшается время реакции окисления и снижается концентрация свежего заряда в КС. Концентрация СО при нагрузке Ре = 0,96 МПа составляет 0,03%, 0,04% и 0,05% для ДТ без подогрева, и при работе дизельного двигателя с подогревом топлива 150 °С и 300 °С, соответственно.

С,% 18

12

6 0

1\10х,ррт 2000 1500 1000 500 0

СО,% 0,05 0,03 0,01

✓ с

*

"

-.1И ■•ш-п Л*

Г-- .-.-св-'-

О-

Г Л- &

** г

№ Г. И

го 2

^

К В

< 7

со

& ■

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

I-о - дизельное ТОПЛИВО (ДТ)

СхНу,ррт 9 6 3 0

С0,,% 10 8 6 4 2

Ре,МПа

- ДТ. подогрев 150 °С -□ - ДТ, подогрев 300 °С

Рисунок 4.14 - Нагрузочная характеристика двигателя 4ЧН 11,0/12,5 (экологические показатели, п=1400 мин-1)

Характер кривых эмиссии СО2 приблизительно одинаковый, как при работе двигателя без подогрева ДТ, так и при подогреве топлива. При увеличении нагрузки концентрация СО2 в отработавших газах возрастает. При Ре = 0,2 МПа содержание СО2 равно 3,28%, 3,4% и 3,57% при различной температурной активации топлива, а при Ре = 0,96 МПа содержание равно 10,06%, 10,32% и 10,02%, соответственно. Повышение концентрации диоксида углерода происходит в условиях недостатка кислорода в зоне распылителей форсунки в ходе холоднопламенных реакций. [1].

Из графиков экологических показателей (рис. 4.14) видно, что при работе двигателя с частотой вращения 1400 мин -1 содержание сажи в отработавших газах при работе на ДТ с подогревом до 150 °С увеличивается с 1,1 % до 16,0%, при увеличении среднего эффективного давления на всем диапазоне нагрузки от Ре = 0,025 МПа до Ре = 0,96 МПа, а при температуре впрыска топлива 300 °С концентрация увеличивается с 3,0 % до 16,5%, соответственно. Мелкодисперсное распыление топлива образует зоны с локальным обогащением смеси, недостатком кислорода и повышением температуры. При таких условиях не обеспечивается полное сгорание топлива, и происходит пиролиз ДТ с образованием углерода.

На рис. 4.15 представлена концентрация вредных и токсичных компонентов при эмиссии ОГ дизеля в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Содержание всех компонентов в ОГ уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала.

Из графиков представленных зависимостей (рис. 4.15) можно видеть, что значения оксидов азота, оксида углерода и диоксида углерода имеют одинаковый характер изменения параметров на всем диапазоне частот вращения коленчатого вала и близкие значения к показателям работы двигателя без подогрева ДТ. Концентрация оксидов азота составляет 1300 ррт при подогреве ДТ до 300 С, 1404 ррт и 1303 ррт при передаче тепла ДТ до температуры 150 °С и 300 °С с частотой вращения 1400 мин-1. С увеличением частоты вращения коленчатого вала до номинального значения п=1800 мин-1 с повышением часового расхода топлива и увеличением циклов срабатывания форсунки в единицу времени уменьшается

концентрация оксидов азота до 954 ррт при подогреве ДТ до 300 °С и 1030 ррт до температуры 150 °С, без активации топлива концентрация равна 909 ррт.

Изменение диоксида углерода с подогревом ДТ по отношению к топливу без подогрева незначительно изменяется на всем диапазоне частот вращения. Так, при частоте 1400 мин-1 численные значения составляют 11,02%, 10,87% и 10,91% при подогреве до 100 °С, 300 °С и без подогрева ДТ, соответственно. С увеличением частоты вращения выше номинальной концентрация КОх, СО и СО2 сокращается значительно быстрее.

CsHj, ррпу 8 6

4 2 О

С ,% 20 15 10

5 О

со,% 0,1 0,08 0,06 0.04 0.02

• — . сх Ну

" ~~ - \\ v>

% \

¡Sea NO ч

N

с, %

».__ со V.,

_ _

со N

X1*

NO* , ррт

1500

1000

500

0

СО,.% 10 8 6 4 2 0

1400 1500 1600 1700 1800 1900 п, мин"1

- дизельное топливо (ДТ)

-----ДТ, подогрев 1 50 "С

....................................ДТ, подогрев 300 °С

Рисунок 4.15 - Влияние подогрева ДТ на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения

Концентрация сажи в ОГ снижается с увеличением частоты вращения при работе двигателя на подогретом ДТ и без его подогрева. Для частоты вращения п=1400 мин-1 при работе двигателя с подогревом ДТ до 150 °С - концентрация сажи составляет 19,0 %, а до 300 °С - 14,3 %, что ниже на 10,63 % и 32,73 % по

отношению к работе двигателя на ДТ без подогрева. Такая же тенденция наблюдается при п=1800 мин-1: содержание сажи в ОГ при ДТ без подогрева составляет 14,21%, а при работе двигателя на подогретом ДТ до 150 °С - 13,8%, что ниже на 2,88 % по отношению к работе двигателя на ДТ без подогрева и при подогреве ДТ до 300 °С - 13,2 %, что ниже на 7,1 %, по отношению к ДТ. С увеличением частоты вращения выше номинальной концентрация сажи сокращается значительно быстрее при всех температурных режимах подготовки топлива.

Подогрев ДТ снижает содержание углеводородов в ОГ на всем диапазоне частот вращения. Так, при п=1400 мин-1 содержание СН в ОГ при ДТ без подогрева составляет 9 ррт, а с температурным воздействием ДТ до 150 °С и 300 °С - 7 ррт и 6 ррт, соответственно. На номинальной частоте содержание неокислившихся углеводородов составляет без подогрева ДТ - 7 ррт, а с подогревом ДТ - 5 ррт (до 150 °С) и 4 ррт (до 300 °С). С увеличением частоты вращения выше номинальной концентрация СН сокращается значительно быстрее.

4.4. Выводы по главе 4

1. Экспериментально установлена возможность работы ТПА дизеля на активированном топливе. В сравнении с работой на ДТ без подогрева давление впрыскивания форсунки при подогреве до 300 °С уменьшается на 2,32%, гидроплотность уменьшается до 5,33 с.

2. Экспериментально установлено, что оптимальным установочным углом опережения впрыскивания топлива при работе дизеля на ДТ без подогрева, следует считать Эвпр= 26 град. ПКВ до ВМТ, при работе на топливе с подогревом до 150 °С, евпр150 = 24 град. ПКВ до ВМТ, а на топливе с подогревом до 300 °С Эвпр 300 = 22 град. ПКВ до ВМТ.

Экспериментально установлено, что подогрев топлива до 300 °С позволяет снизить жесткость процесса сгорания с 10,704 МПа/градус до 10,126 МПа/градус.

Экспериментально установлено, что подогрев позволяет снизить удельный эффективный расход топлива с ge300 = 229 г/кВтхч до ge150 = 223 г/кВтхч и ge300 = 214 г/кВтхч, а часовой расход топлива на 3,07-7,36%.

Экспериментально установлено, что подогрев топлива позволяет снизить выбросы сажи в ОГ на 2-5%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ улучшения эффективных и экологических показателей автотракторного дизеля путем применения активированного топлива. Разработаны рекомендации по применению активированного топлива в автотракторных дизелях.

2. Разработана методика определения характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. Установлено, что при подогреве топлива до 300°С угол раскрытия факела увеличивается с 14°49' до 51°09', длина топливной струи уменьшается от 26,5 мм до 18 мм, средний объемно-поверхностный диаметр капель дизельного топлива при распыливании уменьшается в пределах с 26,31 мкм до 7,61 мкм. В целом, охват КС распыленным топливом возрастает на 50,83%.

3. Теоретически разработана схема изменения во времени отдельных фаз процесса сгорания ДТ с подогревом и без подогрева. Подогрев топлива до 300 °С ускоряет предпламенную подготовку ДТ, (увеличивает скорость в 5-15 раз) сокращает длительность фазы быстрого горения и диффузионной фазы. Общая продолжительность процесса сгорания сокращается приблизительно на 2-3 градуса ПКВ.

4. Усовершенствована методика расчета концентрации вредных и токсичных компонентов в отработавших газах при подогреве ДТ. Установлено, что концентрация токсических показателей зависит от константы скорости химической реакции. Так, при подогреве топлива до 300°С, скорость образования оксидов азота N0 увеличивается с 242.3575 1014 см3*с/моль до 251.2215 1014 см3*с/моль, СхНу увеличивается с 506.8124 1020 см3*с/моль до 515.8371 1020 см3*с/моль, сажа уменьшается на 1,8%.

5. Предложен новый способ снижения задержки воспламенения топлива (пат. РФ № 2681867), способ сокращения ФБГ (пат. РФ № 2708484), способ интенсификации периода основного горения в дизеле (пат. РФ № 2763302). Разработана новая конструкция индукционного нагревателя (пат. РФ №2 2688131) и

системы питания дизеля для работы на активированном топливе (пат. РФ № 2688129).

6. Экспериментально установлена возможность работы ТПА дизеля на активированном топливе. Экспериментально установлено, что оптимальным установочным углом опережения впрыскивания топлива при работе дизеля на ДТ без подогрева, следует считать евпр= 26 град. ПКВ до ВМТ, при работе на топливе с подогревом до 150 °С, евпр150 = 24 град. ПКВ до ВМТ, а на топливе с подогревом до 300 °С евпр 300 = 22 град. ПКВ до ВМТ. Экспериментально установлено, что подогрев топлива до 300 °С позволяет снизить жесткость процесса сгорания с 10,704 МПа/градус до 10,126 МПа/градус.

7. Усовершенствована методика расчета характеристик топливного факела в зависимости от подогрева ДТ. Разработана программа для ЭВМ (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2021663445).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ассад, М.С. Продукты сгорания жидких и газообразных топлив: образование, расчет, эксперимент / М.С. Ассад, О.Г. Пенязьков. - Минск: Беларус навука, 2010. - 305 с.

2. Астахов, И.В. Подача и распыление топлива в дизелях / И.В. Астахов, В.И. Трусов, А.С. Хачиян, Л.Н. Голубков, ред. И.В. Астахова - М.: 1971. - 359 с.

3. Балабин, В.Н. Особенности применения термофорсирования топлива на локомотивных дизелях / В.Н. Балабин, В.Н. Васильев // Современные наукоемкие технологии. - 2015. - №4. - С. 107-113.

4. Белоусов, В.Н. Топливо и теория горения. Часть 11. Теория горения: учебное пособие / В.Н. Белоусов, С.Н. Смородин, О.С. Смирнова. - СПб.: ГТУРП, 2011. - 84 с.

5. Братков, А.А. Теоретические основы химмотологии / А.А. Братков. - М.: Химия, 1985. - 320 с.

6. Бузиков, Ш.В. Влияние начальной температуры топлива на характеристики топливоподачи и период задержки воспламенения в дизеле / Ш.В. Бузиков // Концепт. - 2014. - спецвыпуск №10. - С. 1-5.

7. Бузиков, Ш.В. Исследование повышение эффективности использования термофорсирования топлива в дизеле /Ш.В. Бузиков, С.А. Плотников // Тракторы, автомобили и машины для природообустройства: сб. науч. тр. БГСХА. - Горки, 2018. - С. 32-39.

8. Бутов, А.В. Рынок сельскохозяйственных машин. 2019. Национальный исследовательский университет. Высшая школа экономики. 87 с. https://dcenter.hse.ru/data/2019/12/23/1525051005/Рынок%20сельскохозяйственн^Iх%20маши n-2019.pdf

9. Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р.; пер. с англ. Г.Л. Агафоновой, ред. П.А. Власова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 352 с.

10. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 с.

11. Галышев, Ю.В. Влияние электромагнитного воздействия на показатели топлива и характеристики автомобильных двигателей внутреннего сгорания / Ю.В. Галышев, А.Ю. Шабанов, А.Б. Зайцев, А.А. Метелев // Научно-технические ведомости СПбПУ. - 2013. - №2(171). - С. 61-67.

12. Година, Е.Д. Изменение жирнокислотного состава растительных масел при добавке к ним минерального дизельного топлива и при воздействии ультразвука / Е.Д. Година, Д.С. Шеменев, А.П. Уханов // Нива Поволжья. -2012. -№4(25). - С. 38-42

13. ГОСТ 10579-2017 Форсунки дизелей. Технические требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2017. - 14 с.

14. ГОСТ 305-2013 Топливо дизельное. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2013. - 10 с.

15. ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. - М.: Стандартинформ, 1988. - 128 с.

16. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в сати воздействия климатических факторов внешней среды. - М.: Стандартинформ, 1988. - 128 с.

17. ГОСТ 8.599-2010 "Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность светлых нефтепродуктов. Таблицы пересчета плотности к 15°С и 20°С и к условиям измерения объема - М.: Стандартинформ, 2012. - 130 с.

18. ГОСТ 30745-2001 (ИСО 789-9-90) Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 15 с.

19. ГОСТ 7057-2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 11 с.

20. ГОСТ 20915-2011 Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 2013. - 27 с.

21. ГОСТ 34631-2019 Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки. - М.: Изд-во стандартов, 2007. - 10 с.

22. ГОСТР ИСО 14067-2021 Газы парниковые УГЛЕРОДНЫЙ СЛЕД ПРОДУКЦИИ Требования и руководящие указания по количественному определению (ISO140676:2018, ITD). - М.: Изд-во стандартов, 2021. - 50 с.

23. ГОСТ 41.96-2011 Единообразные предписания, касающиеся двигателей с воспламенением от сжатия, предназначенных для установки на сельскохозяйственных и лесных тракторах и внедорожной технике, в отношении выброса вредных веществ этими двигателями. - М.: Стандартинформ, оформление, 2013, 2020. - 69 с.

24. ГОСТ ISO 8178-9 - 2014 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов продуктов сгорания. Часть 9. Испытательные циклы и методы стендовых измерений дымности отработавших газов на переходных режимах. - М.: Стандартинформ, 2015. - 51 с.

25. Гоц, А.Н. Погрешности измерений при экспериментальных исследованиях двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие / А. Н. Гоц, Ю.Г. Горнушкин

- Владимир: ВГУ, 2003. - 64 с.

26. Данилов, А.М. Применение присадок в топливах: Справочник / А.М. Данилов

- СПб.: Химиздат, 2010. - 368 с.

27. Двигатели внутреннего сгорания. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах / А.С. Орлин, Д.Н. Вырубов, Г.Г. Калиш - М.: Машгиз, 1957. Том1. - с. 396.

28. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник /В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Грехов и др.; Под общ. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова.- М.: Машиностроение, 1990.—288 с.

29. Джаббарова, Л.Ю. Влияние радиационного излучения на нефтяные топлива / Л.Ю. Джаббарова, И.И. Мустафаев, С.З. Меликова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - №7. - С. 239-243.

30. Долгинов, А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике / А.И. Долгинов // М.: Энергия. - 1968. - С. 40-41.

31. Долматов, Д.А. Горение одиночных и парных капель жидкого топлива при быстром испарении / Д.А. Долматов // Вестник двигателестроения. - 2013. - №2.

- С.158-162.

32. Дъяченко, В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания: учебник / В.Г. Дьяченко. -Харьков: КНАДУ, 2009. - 500 с.

33. Егоров, И.Н. Улучшение эксплуатационных свойств дизельных топлив в условиях сельскохозяйственного производства: дис. канд. техн. наук: 05.20.03/ Егоров И.Н. - Великие Луки, 1983. - 290 с.

34. Звонов, В.А. Влияние на рабочий процесс ДВС активированного топлива внешних физических воздействий / В.А. Звонов, Н.А. Макаров // Двигатели внутреннего сгорания. - 2008. № 2. - С. 112- 121.

35. Зейдель, А.Н. Элементарный метод оценки ошибок измерений / А.Н. Зейдель

- Л.: Наука, 1968, 98 с.

36. Иванов, В.М. Влияние подогрева жидкого топлива на процессы его горения и переработки / В.М. Иванов, В.П. Новиков, И.В. Радовицкий под ред. Б.В. Канторович // Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения. -М.: Наука, 1969, - С. 65-74.

37. Иванов, В.А. Оценка эксплуатационных показателей трактора класса 14кН при работе на растительно-минеральном топливе: дис. канд. техн. наук: 05.20.03/ Иванов Василий Александрович. - Пенза, 2010. - 236 с.

38. Иванов, В.А. Оценка эксплуатационных показателей трактора класса 14кН при работе на растительно-минеральном топливе: дис. канд. техн. наук: 05.20.03/ Иванов Василий Александрович. - Пенза, 2010. - 236 с.

39. Инюшин, Н.В. Аппараты для магнитной обработки жидкостей [Текст] / Н.В. Инюшин, Е.И. Ишемчужин, Л.Е. Каштанова.— М.: Недра, 2001.— 144 с.

40. Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения / отв. ред. Б.В. Канторович. - М.: Изд. НАУКА, 1969. - 121 с.

41. Кавтарадзе, З.Р. Анализ механизмов образования и методов расчета концентрации оксидов азота а поршневых двигателях (часть 1) / Кавтарадзе ЗР,

Кавтарадзе РЗ // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - №5 (23) - С. 65-71.

42. Кавтарадзе, З.Р. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов /З.Р. Кавтарадзе - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 720 с.

43. Карнаухов, В.Н. Применение коэффициента корректирования мощности нагревателей дизельный ДВС с целью экономии топлива / В.Н. Карнаухов, Д.А. Захаров, О.В. Карнаухов, О.В. Рындина // Транспорт и машиностроение западной Сибири. - 2017. - №1. - С.44-50.

44. Калинина, В.Н., Математическая статистика / В. Н. Калинина, В.Ф. Панкин -М.: Высш. шк., 1998. - 336 с.

45. Кассандрова, О.Н. Обработка результатов наблюдений / О.Н. Кассандрова, В.В. Лебедев. - М.: Наука, 1970. - 110 с.

46. Кацнельсон, БД Сборник «Исследование процесса горения натурального топлива» /Б.Д. Кацнельсон, Г.Ф. Кнорре - М.: Госэнергоиздат, 1948. - 210 с.

47. Ковылов, Ю.Л. Основные характеристики ДВС и их получение на экспериментальном стенде / Ю.В. Ковылов, М.С. Крепляк, М.Д. Филимонов. -Самара: СГАУ, 2007. - 76 с.

48. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А.И. Колчин, В.П. Демидов - М.: Высшая шкода, 1980. - 400 с.

49. Ксенз, Н.В. Влияние параметров электрического поля коронного разряда на горение дизельного топлива. / Н.В. Ксенз, И.В. Юдаев, И.Г. Сидорцев, Т.Н. Толстоухова // Электронная обработка материалов. - 2017. - №53 (2). - С. 99102.

50. Ксенз, Н.В. Электроактивированные среды в технологиях сельскохозяйственного производства. / Н.В. Ксенз, Б.Н. Чеба - Зерноград: АЧАА, 2011. - 278 с.

51. Ксенз, Н.В. Механизация и электрификация сельского хозяйства / Н.В. Ксенз, И.Г. Сидорцов, Н.Г. Леонтьев, А.В. Белоусов // - 2015. - №(12). - С. 17-19.

52. Лазарев, Е.А. Физические концепции и математические модели процесса сгорания топлива в дизеле / Е. А. Лазарев // Вестник ЮУрГУ. - 2010. - №10. -С. 32-39.

53. Лашко, В.А. Образование выбросов отработавших газов и управление процессов сгорания в поршневом двигателе /В.А. Лашко, И.Ю. Привальцев // Электронное научное издание «Ученые заметки ТОГУ». - 2014. - Том 5, №1. -С. 324-337.

54. Лаутон, Дж. Электрические аспекты горения / Дж. Лаутон, Ф Вайнберг - М.: Энергия, 1976. - 296 с.

55. Лышевский, А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками / А.С. Лышевский - М.: 1963. - 180 с.

56. Мартынова, И.Б. Исследование особенностей топливоподачи и экономичности дизеля на долевых нагрузках при подогреве топлива: дис. канд. техн. наук: 05.08.05/ Мартынова Ирина Борисовна. - Калининград, 1996. - 162 с.

57. Малыгин, Б.В. Магнитная обработка углеводородных топлив на флоте и автотранспорте. / Б.В. Малыгин, Д.С. Погорлецкий // Электромеханические системы в автоматизации. - 2013. - Выпуск 2(22), Часть2, - С. 239-244.

58. Марченко, А.П. Расчетно-экспериментальные исследования по оценке влияния подогрева альтернативных топлив на показатели работы дизеля / А.П. Марченко, А.Ф. Минак, В.Г. Семенов, О.Ю. Линьков, ВВ Шпаковский, С.В. Обозный // Двигатели внутреннего сгорания - 2015. - №1. - С. 8-17.

59. Методика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок / утв. Б.А. Ацкевич // М.: Министерство природных ресурсов РФ. НИИ АТМОСФЕРА, 2001. - 5 с.

60. Микипорис, Ю.А. Улучшение экологических показателей автомобильных двигателей электромагнитной обработкой топлива: учебное пособие / Ю.А. Микипорис. - Ковров: Изд-во КГТА, 2008. - 168 с.

61. Николаенко, А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей / А.В. Николаенко - М.: Колос, 1984. -335 с.

62. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени / Н.А. Чигир, Р. Дж. Вейнберг, К.Т. Боумен и др., пер. с англ./ред. Ю.Ф. Дитякин. -М.: Машиностроение, 1981. - 407 с.

63. Плотников, С. А. Оценка показателей процесса сгорания и тепловыделения в дизеле с предварительным подогревом топлива / С. А. Плотников, А. Н. Карташевич, М. В. Мотовилова. - DOI 10.15507/2658-4123.031.202103.349-363 // Инженерные технологии и системы. - 2021. - Т. 31, № 3. - С. 349-363.

64. Плотников, С.А. Исследование показателей работы дизеля с термофорсированием / С.А. Плотников, Ш.В. Бузиков, В.Ф. Атаманюк // Сельскохозяйственные науки - 2014. - С. 39-43.

65. Плотников, С.А. Анализ процесса сгорания и тепловыделения тракторного дизеля с предварительной термической подготовкой топлива / Плотников С. А., Бузиков Ш.В., Бирюков А.Л. // Молочнохозяйственный вестник. - 2014. - №3 (27). - С. 114-124

66. Плотников, С.А. Исследование работы дизельной ТПА на высокоактивированном топливе. / С. А. Плотников, Ш. В. Бузиков, М. В. Мотовилова // Транспортные системы, НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - 2019. - С. 12-18.

67. Пучков, Н.Г. Дизельные топлива / Н.Г. Пучков - Ленинград: гос. НТИ НГТА, 1953. - 198 с.

68. Руководство по эксплуатации Беларус-922, РУП —Минский тракторный завод!, 2013.

69. Руководство по эксплуатации Дизели Д-245S2, Д-245^2, Д-245.5Б2, Д245.^2, Д-245.16ЛS2, Д-245^2, Д-245.43S2, РУП —Минский тракторный завод!, 2010.

70. Свешников, А.А. Основы теории ошибок /А.А. Свешников - Л.: ленинградский университет, 1972. - 126 с.

71. Селиванов, Н.И. Испытания автотракторных двигателей: учебное пособие / Н.И. Селиванов - Красноярск, КГАУ, 2014. - 220 с.

72. Храмов, М.Ю. Улучшение характеристик двигателя путем термофорсирования топлива /М.Ю. Храмов, М.Х. Садеков //Вестник АГТУ. -2007. - №6 (41). - С. 83-86.

73. Черепанов, В.А. Химическая кинетика: учебное пособие /В.А. Черепанов, ТВ Аксенова - Екатеринбург: УрФУ, 2016. - 132 с.

74. Чернецов, Д.А. Анализ процесса образования токсичных компонентов в камере сгорания дизельных двигателей / Д. А. Чернецов, В. П. Капустин // Вопросы современной науки и практики. - 2011. - №1(32). - С. 54-58.

75. Фадеев, С.А. Улучшение показателей тракторных двигателей при работе на биотопливе, обработанном ультразвуком: дис. канд. техн. наук: 05.20.03/ Фадеев Сергей Андреевич. - Саратов, 2011. - 107 с.

76. Файнлейб, Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник / Б.Н. Файнлейб - Ленинград: Машиностроение, 1990. - 352 с.

77. Федеральная служба государственной статистики. Транспорт. Основные итоги работы транспорта. URL: https://rosstat.gov.ru; https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print= 1#

78. Яраханова, Д.Г. Учебно-методическое пособие / Д.Г. Яроханова - Казань: КФУ, 2014. - 64 с.

79. John B. Heywood Internal combustion engine fundamentals (McGraw-hill s eries in mechanical engineering) 1 title. 11 Series. TJ755.H45 1988, с. 930

80. Dhahad, H. A. The impact of adding nano-Al2O3 and nano-ZnO to Iragi diesel fuel in terms of compression ignition engines' performance and emitted pollutants / H. A. Dhahad, M. T. Chaichan. - DOI 10.1016/j.tsep.2020.100535// Thermal Science and Engineering Progress. - 2020. - № 18.

81. Venu, H. Effect of Al2O3 nanoparticles in biodiesel-diesel-ethanol blends at various injection strategies strategies: Perfomance, combustion and emission characteristics / H. Venu, V. Madhavan. - DOI 10.1016/j.fuel.2016.08.046// Fuel. 2016. - № 186, -P. 176 -189.

82. Han, D Premixed low-temperature combustion of blends of diesel and gasoline in a high speed compression Combustion Institute/ - 2011. - № 33 (2), - P. 3039-3046.

83. Keskin, A. Influence of metallic based fuel additives on performance and exhaust emissions of diesel engine / A. Keskin, M. Guru, D. Altiparmak - DOI 10.1016/j.enconman.2010.06.039 // Energy Conversion and Management. - 2011. -№52. - P. 60-65.

84. Lenin, M.A. Perfomance and emission characteristics of a DI diesel engine with a nanofuel additive / M.A. Lenin, M. R. Swaminathan, G. Kumaresan - DOI 10.1016/j.fuel.2013.03.042 // Fuel. - 2013. - №109. P. 362-365.

85. Liu, H Effects of gasoline research octane number on premixed low-temperature combustion of wide distillation fuel by gasoline/diesel blend // H. Liu, Z. Wang, J. Wang // Fuel. - 2014. - №134. - P. 381-388.

86. Lokesh, N Enhancement of diesel fuel properties: Impact of cerium oxide nano additives on diesel engine performance and emissions / N. Lokesh, T. Shaafi // Materials Today: Proceedings. -2020. - P. 1-7.

87. Nag, S Combustion, vibration and noise analysis of hydrogen-diesel dual fueled engine / S. Nag, A. Gupta, P/ Sharma, A. Dtul // Fuel. - 2019. - P. 488-494.

88. Szwaja, S Hydrogen combustion in compression ignition diesel engine / S. Szwaja, K. Grab-Rogalinski // HydroGen Entrgy. - 2009. - № 34. - P. 4413-4421.

89. Emission and vibration analysis of diesel engine fueled diesel fuel containing metallic based nanoparticles / A. Yasar, A. Keskin, S. Yildizhan [et al.]. - DOI 10.1016/j.fuel.2018.11.113 // Fuel. - 2019. - № 2

90. Preferential cavitation and friction-induced heating of multi-component Diesel fuel surrogates up to 450MPa / A. Vidal, K. Kolovos, M. R. Gold, [et al.]. - DOI 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120744 // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2021. - № 166.

91. Specific features of diesel fuel supply under ultra-high pressure / J. Zhao, L. Grekhov, X. Ma [et al.]. - DOI 10.1016/j.applthermaleng.2020.115699 // Applied Thermal Engineering. - 2020. - № 179.

92. Zheng, Z Effect of two-stage injection on combustion and emissions under high EGR rate on a diesel engine by fueling blends of diesel/gasoline, diesel/n-butanol,

diesel/gasoline/ n-butanol and pure diesel / Z Zheng, L. Yne, H. Liu, Y. Zhu, X. Zhong, M. Yao// Energy Conversion and Management. - 2015. -- № 90. - P. 1-11.

93. Kuleshov, A. S. "Multi-Zone DI Diesel Spray Combustion Model for Thermodynamic Simulation of Engine with PCCI and High EGR Level." SAE International Journal of Engines, vol. 2, no. 1, SAE International, 2009, pp. 18111834.

94. Wu, H-W Investigation on combustion characteristics and emissions of diesel/hydrogen mixtures by using energy-share method in a diesel engine / H-W Wu, Z-Y Wu // Applied Thermal Engineering. - 2012. -- № 42. - P. 154-162.

ПРИЛОЖЕНИЯ

УТВЕРЖДАК)

Акт № * * 6 о внедрении программы для ЭВМ на факультете технологий, инжиниринга н дизайна

Свидетельство о регистрации программы для 'ЭВМ № 2021663445 от 17.08.2021.

Получено на имя: ФГЬОУ ВО «Вятский государственный университет».

Название: «Расчет параметров топливного факела в дизеле (РПТФ)».

Авторы: Ланских Юрий Владимирович, Мисихин Антон Сергеевич, Мо-товилова Марина Владимировна, Плотников Сергеи Александрович, Чураков Роман Андреевич.

Настоящий Акт составлен в том. что вышеуказанная программа для ЭВМ внедрена в учебный процесс ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» и используется по дисциплинам «Научно-исследовательская деятельность». «Рабочие процессы в тепловых ДВС» с 2020 года в соответствии с описанием свидетельства о регистрации.

Использование программы подтверждается наличием полученных с ее помощью и опубликованных в печати данных, содержанием лекционного материала. а также упоминанием разработки в УМКД по соответствующей дисциплине.

Срок использования программы -2 года

Декан

Зав. кафедрой Начальник ОИС

«УТВЕРЖДАЮ» И ог=оупск|ора ООО «Научно-

снное предприятие ¡гаерион»

У/ Сычев В Н. /г 20 б> г.

АКТ

о внедрении технического изделия «Система питания дизельного двигателя с индукционным подо]ревом», защищенного патентом РФ № 2688129, авторов Плотникова Сергея Александровича, Мотовиловой Марины Владимировны и др.

Комиссия в составе представителей ООО «НПП «Гипернон»:

1. Инженера-технолога Кузнецова С.Г.

2. Инженера Орешкнна Е.И.

и представителей Вятского государственного университета:

1. Профессора кафедры «Технология машиностроения» Плотникова С.А.

2. Аспиранта факультета технологий, инжиниринга и дизайна Мотовиловой

подтверждает, что конструктивно-технологическая схема технического изделия «Система питания дизельного двигателя с индукционным подогревом», защищенного патентом РФ № 2688129, внедрена в производство на ООО «НПП «Гиперион» с 2019 года.

Конструктивно-технологическая схема технического изделия «Система питания дизельного двигателя с индукционным подогревом» позволяет улучшить пусковые характеристики дизельного двигателя в зимний период.

М.В.

От ВятГУ: Плотников С .А.

Мотовилова М.В.

i перждаю

оректор пауке и инновациям

L

C.I. Литвииеи

/Л .2021

Акт № c/í"¿

о внедрении изобретения

на кафедре технологии машинострое!iия

Патент РФ№ 2681867 от 13.03.2019 г. (заявка № 2018118448, приоритет от 18.05.2018 г.) Правообладатель: ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» Название: Способ снижения задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе Авторы: Бузиков Ш.В., Карташевич А.Н., Малышкин П.Ю., Мотовилова М.В.

Настоящий Акт составлен в том, что вышеуказанное изобретение внедрено в научно-исследовательские . работы ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» и используется в качестве основного научного результата диссертации на соискание ученой степени кандидата наук «Улучшение эксплуатационных показателей дизелей колесного трактора путем интенсификации процесса сгорания топлива» с 14.03.2019 г.

Использование изобретения подтверждается цитированием пате.гга на изобретение № 2681867 в наукометрических базах данных Web of Science, Scopus, РИНЦ, а также международных и

отечественных базах патентной информации espacenet.com, patentscope.wipo.int, e-library.

Яндекс.патент.

Ожидаемый срок получения экономических выгод и (или) полезного потенциала заключенного в изобретении, составляет 5 лет с даты регистрации патент*"

Директор политехнического институ

Зав. кафедрой

Начальник ОИС

га

Sa___/M.B. Губин/

с-

./Д.Г, Сергеев/

М.В. Кожина,

jf ♦ i4 J