Улучшение экологических показателей дизельного двигателя

Проблема экологической безопасности автомобильного транспорта, и в первую очередь двигателей внутреннего сгорания (ДВС), является составной частью экологической безопасности страны. Значимость и ост рота этой проблемы растут с каждым годом. Необходимо отметить, что с точки зрения наносимого экологического ущерба автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия: загрязнение воздуха – 95 %, шум– 49,5 %, воздействие на климат – 68%. Токсичные компоненты отработавших газов (ОГ) двигателей, попадая в атмосферу, наносят непоправимый ущерб окружающей среде. В связи с этим остро встает вопрос использования альтернативных и, в особенности, возобновляемых, экологически безопасных видов топлива. Из числа известных энергоносителей несомненный интерес представляет топливо из возобновляемых источников и в первую очередь спирты.

В соответствии с методикой, целью и задачами исследования был выполнен комплекс работ по изучению влияния применения этанола в качестве моторного топлива для дизеля 2Ч 10,5/12,0 при номинальной частоте вращения n = 1800 мин –1 и при часто- те максимального крутящего момента n = 1400 мин –1.При двойной системе топливоподачи этанола в цилиндры дизеля (ДСТ)  большое влияние на мощностные и токсические показатели дизеля оказывают диаметр и правильная ориентация сопловых отверстий распылителей, диаметр которых выбирается из условия обеспечения требуемой дальнобойности топливного факела. По результатам расчетов на Ногинском заводе топливной аппаратуры была изготовлена опытная партия распылителей с различными диаметрами сопловых отверстий и измененной геометрией углов впрыскивания. Для подачи запальной порции ДТ используются форсунка ФД-22 с оригинальными распылителями и дополнительный топливный насос высокого давления (ТНВД). Штатная форсунка используются для подачи этанола. Нагрузочные характеристики дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на этаноле с ДСТ при n = 1400 мин –1 показывают, что при увеличении нагрузки растет суммарный часовой расход топлива при работе на этаноле. В то же время расход ДТ остается неизменным, поскольку нагрузочный режим изменяется за счет подачи этанола. Так, на номинальном режиме при ре = 0,594 МПа и работе на   ДТ   GДТ = 4,26 кг/ч, а при работе на этаноле с ДСТ расход ДТ составляет 0,50 кг/ч (экономия 88,3 %). Минимальный удельный эффективный расход топлива достигается   при   pе = 0,50 МПа   и составляет ge = 256 г/(кВт·ч) при работе на ДТ. При использовании этанола с ДСТ минимальный суммарный удельный эффективный расход топлива geΣ = 379 г/(кВт·ч) достигается при pе = 0,550 МПа. При увеличении нагрузки до ре = 0,594 МПа удельный эффективный расход топлива увеличивается: для опытного дизеля до ge = 264 г/(кВт·ч), а при работе на этаноле ge Σ = 382 г/(кВт·ч), что объясняется меньшей, чем у ДТ, теплотой сгорания этанола. Эффективный КПД ηe,                     учитывающий теплотворную способность топлива при работе дизеля на этаноле с ДСТ, несколько отличается от значений опытного дизеля. На малых нагрузках при работе на этаноле КПД имеет меньшие значения, чем у опытного дизеля, в то время как на больших нагрузках эффективный КПД несколько больше. При увеличении нагрузки до pе = 0,635 МПа для опытного дизеля ηе = 0,295, а при работе дизеля на этаноле с ДСТ ηе = 0,320. Увеличение эффективного КПД обусловлено большей полнотой сгорания топливовоздушной смеси. Температура ОГ при работе дизеля на этаноле уменьшается во всем диапазоне нагрузок, и с увеличением нагрузки это уменьшение становится заметнее. Если при ре = 0,115 МПа tг = 200 °C как при работе на ДТ, так и при работе на этаноле, то при нагрузке ре = 0,594 МПа температура ОГ для дизеля составляет 500 °C, а при работе на этаноле с ДСТ tг = 440 °C. Изменение содержания основных токсичных компонентов ОГ дизеля представлено на содержание оксидов азота NOx в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ существенно ниже, чем при работе на ДТ во всем диапазоне изменения нагрузки. Так, при ре = 0,115 МПа содержание оксидов азота в ОГ снижается с 490 ppm при работе на ДТ до 425 ppm при работе на этаноле с ДСТ или на 13,3 %. При ре = 0,594 МПа снижение содержания NOx в ОГ еще более существенно. Если при работе на ДТ содержание NOx в ОГ составляет 730 ppm, то при этой же нагрузке, но при работе на этаноле с ДСТ 600 ppm. При максимальных нагрузках (ре = 0,692 МПа) происходит снижение от 720 ppm при работе дизеля на ДТ до 585 ppm при работе дизеля на этаноле с ДСТ. Существенно уменьшается в ОГ содержание сажи при работе дизеля на этаноле с ДСТ во всем диапазоне нагрузок. Так, при ре = 0,115 МПа оно снижается с 0,80 ед. (здесь и далее по шкале bosch) при работе дизеля на ДТ до 0,11 ед. при работе на этаноле с ДСТ. При максимальных нагрузках (ре = 0,692 МПа) содержание сажи в ОГ уменьшается от 8,0 ед. при работе на ДТ до 0,5 ед. при работе дизеля на этаноле с ДСТ или в 15,1 раза. Содержание углеводородов при работе дизеля на ДТ при увеличении нагрузки растет, а при работе на этаноле сначала незначительно снижается, а затем возрастает. При ре = 0,115 МПа и работе дизеля на этаноле с ДСТ значение СН в ОГ составляет 0,04 %, а при работе на ДТ – 0,01 %. Затем их содержание при работе дизеля на этаноле с ДСТ незначительно снижается до 0,036 % при ре = 0,230 МПа. При работе на ДТ и этаноле они сравниваются и составляют 0,057 % при ре = 0,580 МПа. Затем величина СН возрастает до 0,106 % при работе на этаноле с ре = 0,692 МПа, в то время как при работе дизеля на ДТ она составляет 0,130 %. Необходимо отметить, что при работе дизеля на этаноле с ДСТ возрастает содержание СО в ОГ на малых и средних нагрузках до ре = 0,496 МПа, при   ре = 0,115 МПа   оно   составляет 0,15 %, а при работе на ДТ – 0,08 %. Однако с увеличением нагрузки при работе на этаноле содержание СО в ОГ дизеля снижается, а при ре = 0,496 МПа сравнивается с содержанием СО в ОГ при работе на ДТ и составляет 0,19 %. При дальнейшем увеличении нагрузки содержание СО в ОГ при работе на этаноле с ДСТ меньше значений содержания СО при работе на ДТ и при ре = 0,692 МПа и составляет 1,16 против 1,82 % соответственно. Изменение содержания СО2 в ОГ дизеля 2Ч 10,5/12,0 при увеличении нагрузки мало зависит от вида топлива и изменяется практически по одной зависимости. Хотя содержание СО2 при работе дизеля на этаноле с ДСТ во всем диапазоне выше содержания СО2 в ОГ при работе дизеля на ДТ и растет от 4,35 % при ре = 0,115 МПа до 7,70 % при ре = 0,692 МПа, в то время как при работе дизеля на ДТ при этих же нагрузках содержание СО2 в ОГ составляет 3,20 и 7,55 % соответственно. Результаты проведенных исследований по улучшению эффективных и экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения этанола в качестве моторного топлива с использованием ДСТ показывают высокую его эффективность для снижения содержания основных токсичных компонентов в ОГ двигателя. В ходе исследований было достигнуто снижение потребления ДТ. При подаче 85 % этанола и 15 % запального ДТ в условиях работы по нагрузочной характеристике возможно получение следующих результатов:

- снижение содержания NOх  в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет от 13,3 % при ре = 0,115 МПа до 19,4 % при ре = 0,692 МПа;

- снижение содержания сажи в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет от 7,3 раза при ре = 0,115 МПа  до 15,1 раза при ре = 0,692 МПа;

- увеличение содержания СО в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ при ре = 0,115 МПа на 87,5 %, но при ре = 0,692 МПа снижение составляет 36,3 %;

- увеличение содержания СО2 в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ составляет от 26,4 % при ре = 0,115 МПа до 2,0 % при ре = 0,692 МПа;

- увеличение содержания СН в ОГ при работе дизеля на этаноле с ДСТ при ре = 0,115 МПа в 4 раза, но при ре = 0,692 МПа снижение составляет 18,5 %.