Основные параметры и характеристики двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Основные параметры и характеристики двигателя

Работа двигателя характеризуется тремя основными параметрами: мощностью, крутящим моментом и удельным расходом топлива. Различают индикаторную, эффективную, литровую и налоговую мощность.

Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре двигателя, не может быть полностью использована для выполнения полезной работы. Часть ее расходуется на преодоление трения между сопряженными деталями двигателя (цилиндр — поршень, коленчатый вал — подшипники), на привод вспомогательных механизмов (водяной и масляный насосы, вентилятор, генератор и др.), на процесс газообмена в цилиндре (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов). Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью механических потерь NM. Величина NM зависит от типа двигателя и условий его эксплуатации. На величину NM оказывает влияние температура охлаждающей жидкости и масла в Двигателе.

Одним из основных показателей качества двигателя является его экономичность, которая определяется количеством топлива GT в килограммах, расходуемым двигателем за 1 ч работы. Параметрами, характеризующими экономичность работы двигателя, являются индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Тепловой баланс двигателя может определяться экспериментально или расчетным путем.

Автотракторный двигатель эксплуатируется в условиях переменных нагрузок, частого изменения скоростного режима, поэтому мощность двигателя всегда должна соответствовать такой величине, при которой машина движется с требуемой скоростью, обеспечивает заданные динамические качества при высокой топливной экономичности. Для оценки технико-экономических показателей двигателей при работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателей. Характеристикой называется графическая зависимость одного из основных показателей работы двигателя (эффективная мощность Ne, эффективный крутящий момент Ме, частота вращения пе коленчатого вала, эффективный удельный расход топлива ge) от другого показателя или фактора, влияющего на его работу. Характеристики двигателей снимаются во время испытаний на специальных стендах при установившихся режимах работы.

Различают скоростные, нагрузочные и регулировочные характеристики двигателей.

Скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента на валу двигателя Ме, эффективных часового де и удельного ge расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала пе. Различают внешнюю скоростную характеристику, соответствующую полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или аксимальной подаче топлива в дизеле, и частичные скоростные характеристики, полученные при неполностью открытых дроссель-ных заслонках или подачах топлива. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя снимается в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения, соответствующей номинальной эффективной мощности. При малой частоте вращения коленчатого вала развиваемая двигателем мощность Ne невелика ввиду медленного сгорания топлива, сопровождаемого большой теплоотдачей.

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики двигателей

Однако с дальнейшим увеличением пе рост развиваемой двигателем мощности начинает замедляться вследствие уменьшения среднего эффективного давления ре в цилиндрах из-за уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь.

Внешнюю скоростную характеристику дизеля снимают при максимальной подаче топлива в цилиндры на определенном скоростном режиме, бездымной работе и наивыгоднейшем угле опережения впрыска топлива. В диапазоне частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу от пх до пt двигатель может работать только без нагрузки.

Рекламные предложения:

Читать далее: Топлива, применяемые для двигателей внутреннего сгорания

Категория: —
Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

Справочная и техническая информация о деталях двигателейразвернутьсвернуть

При расточке блока и установке поршней в блок цилиндров, требуется следовать рекомендациям производителя поршней по обработке цилиндров, монтажу и установке деталей цилиндропоршневой группы. Основная информация нанесена на верней части поршня. Если какая либо информация не указана производителем поршней, ни на упаковке, ни на самом поршне, то необходимо следовать рекомендациям производителя автомобиля. Расшифровка символов и значений приведена ниже.

Информация на верхней части.

• Размер поршня. Некоторые производителей поршней наносят на днище поршня размер самого поршня в сотых долях миллиметра, этот контрольный параметр позволяет проверить качество изготовления поршней и точность размеров, пред непосредственной установкой. Например: 83.93. Это означает, что в измеряемых точках размер поршня не превышает указанного размера (с учетом поля допуска). Измерение следует производить при температуре поршня (+20 градусов), с помощью микрометра или аналогичного измерительного инструмента, с точностью измерения до одной сотой доли миллиметра (0,01мм).
• Монтажный зазор. Для того, что бы обеспечить уплотнение рабочей полости цилиндра и минимальную работу трения поршня, а так же предотвратить горячий поршень от заклинивания, между поршнем и стенкой цилиндра предусматривается монтажный (температурный) зазор ( Sp ). При повышенном зазоре между поршнем и стенкой цилиндра работа двигателя заметно ухудшается — имеет место прорыв газов в картер двигателя, ухудшается из-за этого качество масла, закоксовываются кольца и снижается мощность двигателя. Величина этого зазора задается производителем поршней для начальной температуры деталей цилиндропоршневой группы (обычно +20 градусов), и зависит в основном от разности температур, массы поршня и свойств материалов соприкасающихся деталей. Пример: Sp=0.04. Это означает, что зазор между поршнем  (по максимальному размеру юбки поршня) и цилиндром должен быть 0,04 мм (с учетом поля допуска).
• Товарный знак. Каждый серьезный производитель поршней маркирует свою продукцию своим фирменным товарным знаком. Во первых, это часть борьбы с подделок своей продукции, а во вторых демонтировав при ремонте старый поршень сразу становится возможным идентифицировать его, с помощью номера отливки на днище поршня.
• Направление установки. Поршни современных двигателей имеют строго определенное положение в двигателе, в частности, это связано с тем ось поршневого пальца имеет некоторое смещение, относительно центрально оси симметрии поршня. Это сделано для уменьшения шума при работе двигателя, а точнее ударных нагрузок на стенки цилиндра при перекладке поршня в крайнем положении. Как правило, производители используют два способа изображения направления установки– (для двигателей размещаемых спереди и сзади автомобиля). На днище наносится либо стрелка, указывающее направление передней части автомобиля (направление движения), либо схематично изображается коленчатый вал с маховиком.

Номер отливки на внутренней части поршня.

Опытные мотористы часто сталкиваются в своей работе с трудностью, когда в ремонт поступает очень старый автомобиль, и нет какой либо возможности точно идентифицировать тип его двигателя. Часто просто бывает не корректная информация в документах, на автомобиль, например ошибка (опечатка) в VIN коде или в графе «ТИП ДВИГАТЕЛЯ». Но ремонтировать нужно, и необходимо правильно подобрать ремонтные поршни.
Тогда на помощь приходит информация о номере отливки на внутренней части поршня. Следует извлечь поршень из блока цилиндров, очистить от нагара внутреннюю полость и прочесть отлитые цифры и буквы. Подобный способ подходит не для всех поршней, но основные поставщики конвейеров европейских автомобилей MAHLE, Kolbenschmidt, AE, Nural позволяют расшифровать эти данные.
Что же такое «номер отливки»? Поршни, имеющие одинаковые основные параметры изготавливаются на одном и том же технологическом оборудовании (в частности в одной литьевой форме), затем подвергаются последующей механической обработке в зависимости от требуемого ремонтного размера и модификации. То есть для поршней имеющие STD и ремонтные размеры номера отливок совпадают. Как правило, одному номеру отливки соответствуют несколько поршней на один двигатель, это стандартный поршень и его последующие ремонты. Но есть исключения (когда номер отливки совпадет с несколькими модификациями поршня) тогда необходимо замерить контролируемые геометрические параметры.
Как расшифровать? Мы рекомендуем проверять ваши номера отливок через бумажные каталоги соответствующих производителей. Помимо этого вы можете расшифровать эти данные и с помощью on-line каталогов наших поставщиков. 

Следует определить изготовителя старого поршня по торговой маркировке, а затем, используя его каталог (бумажный или электронный) ввести найденный номер. Значение номера отливки необходимо вводить непосредственно в поле поиска по артикулу детали ( Artikel # ) или поиска по замене номера (Reference No:). Не забывайте проверять полученные результаты по основным геометрическим размером со старыми деталями.

Характеристики двигателя и характеристики сгорания двигателя с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском топлива, работающего на отработанном кулинарном масле, синтетическом дизельном топливе

1 Введение

Дизельные двигатели используются на транспорте, электростанциях, в строительстве, а также в сельскохозяйственной и промышленной деятельности в сельской местности; следовательно, это привело к увеличению спроса на дизельное топливо на нефтяной основе (Boggavarapu and Ravikrishna 2013), в то время как запасы ископаемого топлива в мире ограничены. Кроме того, проблемы загрязнения воздуха и глобального потепления становятся еще более острыми, чем когда-либо. Ученые всего мира усердно работают над поиском возобновляемых, углеродно-нейтральных и экологически чистых видов топлива для замены дизельного топлива на нефтяной основе. Как показано в предыдущих отчетах (Раджасекар и др., 2010 г.; Алтин и др., 2001 г.; Фукуда и др., 2001 г.; Саин и Чанакчи, 2009 г.).; Хан и др. 2010 г.; Каннан и др. 2011 г.; Макор и др. 2011), биодизельное топливо, обогащенное кислородом, биоразлагаемое, нетоксичное и экологически чистое топливо, рассматривается как многообещающая альтернатива традиционному дизельному топливу.

Биодизель, полученный из различных ресурсов, таких как рапс, соя, хлопковое масло, пальмовое масло, масло жожоба, подсолнечник, использовался в двигателях внутреннего сгорания без существенных модификаций, как сообщают Muralidharan and Vasudevan (2011). Сараванан и др. (2010) также исследовали характеристики сгорания в двигателе с воспламенением от сжатия для тяжелого коммерческого автомобиля, работающего на сыром метиловом эфире масла рисовых отрубей (CRBME). Следовательно, при сравнении КРБМЭ с дизельным топливом установлено, что период задержки был короче примерно на 15 %, пиковое давление несколько ниже, максимальная скорость тепловыделения и эффективность термотормоза ниже на 34 % и 8 % соответственно; при этом удельное энергопотребление тормозов (BSEC) было примерно на 18% выше. Ци и др. (2009 г.) проверенное биодизельное топливо, произведенное из сырого соевого масла на одноцилиндровом дизельном двигателе без наддува и прямого впрыска. Они заметили, что пиковое давление в цилиндре биодизеля было выше при более низких нагрузках двигателя и одинаково при более высоких нагрузках двигателя, а сгорание начиналось раньше при всех нагрузках двигателя. Они также показали, что выходная мощность биодизельного двигателя была почти такой же, как у дизельного двигателя на малой скорости при полной нагрузке. Почти во всех диапазонах частоты вращения двигателя ОЧЭС биодизеля была ближе, чем у дизельного топлива. В другом исследовании Huang et al. (2010) исследовали два разных биодизеля, произведенных из фисташек и ятрофы, чтобы сравнить характеристики производительности и выбросов при их использовании в дизельном двигателе. Они обнаружили, что выбросы выхлопных газов можно уменьшить за счет использования биодизеля. Действительно, выбросы окиси углерода (CO) и углеводородов (HC) были снижены при высоких нагрузках двигателя. Кроме того, оксиды азота (NO _x ) и выбросы дыма также значительно сократились при различных нагрузках двигателя. Кроме того, производительность двигателя и выбросы при использовании фисташки были очень похожи на показатели при использовании биодизеля из ятрофы.

По сравнению с дизельным топливом на нефтяной основе, высокая стоимость и большая часть биодизельного топлива, производимого из пищевых масел, таких как рапсовое масло, подсолнечное масло и пальмовое масло, являются основными препятствиями для коммерциализации. Приблизительно 70–80 % общей стоимости производства биодизеля приходится на стоимость сырья (Meng et al. 2008). Более того, использование этих масел вызовет конкуренцию сельскохозяйственных угодий за продукты питания и топливо, что приведет к инфляции цен на нефть и продукты питания (Huang et al. 2010). Поэтому ожидается, что использование дешевого несъедобного сырья, такого как отработанное кулинарное масло, будет конкурентоспособным по цене с нефтяным дизельным топливом и обеспечит продовольственную безопасность во всем мире. Кроме того, использование отработанного растительного масла в качестве моторного топлива также способствует уменьшению экологических проблем, связанных с процессом утилизации отработанного масла.

В своем эксперименте с отходами пальмового масла (WPOME) и метиловыми эфирами масла канолы (COME) Necati et al. (2009) заметили, что максимальный крутящий момент двигателя немного снизился. В то же время BSFC увеличился по сравнению с дизельным топливом на нефтяной основе (PBDF). Максимальные тормозные моменты для PBDF, WPOME и COME при 1500 об/мин, соответствующие условиям полной нагрузки, составляли 328,69, 320,24 и 319,80 Н·м соответственно. BSFC WPOME и COME увеличились на 7,48% и 6,18%, а эффективность термоторможения снизилась на 1,42% и 0,12% соответственно. В другом исследовании Муралидхаран и Васудеван (2011) изучали влияние степени сжатия на характеристики двигателя с переменной степенью сжатия, использующего метиловые эфиры отработанного кулинарного масла и дизельных смесей. В результате эффективность термического торможения для B40 значительно улучшилась при степени сжатия 21 по сравнению со стандартным дизельным двигателем. Удельный расход топлива смеси В40 при степени сжатия 21 составил 0,259.кг/кВтч, тогда как для стандартного дизельного топлива она составляла 0,314 кг/кВтч.

Несмотря на то, что было проведено много исследований, как указано выше, в отношении возможности использования отработанного масла для жарки в двигателях с воспламенением от сжатия, в этих исследованиях использовалось биодизельное топливо, полученное из отработанного масла для жарки во время реакции переэтерификации, которое непосредственно отработанное масло для жарки использовалось в качестве топлива для двигателя. Кроме того, эти исследования сосредоточены только на испытаниях в некоторых точках работы двигателя, таких как скоростные характеристики при полной нагрузке или нагрузочные характеристики при номинальной частоте вращения двигателя. По этим причинам целью данного исследования является получение биодизеля из отработанного растительного масла и исследование характеристик двигателя с воспламенением от сжатия и характеристик его сгорания, работающих на синтетическом дизельном топливе из отработанного растительного масла (WCOSD), соответствующих всем основным рабочим параметрам двигателя.

2 Процесс каталитического крекинга отработанного кулинарного масла

Отработанное кулинарное масло (WCO) было собрано в местных ресторанах города Ханой во Вьетнаме. Каталитический крекинг проводили при 450 °C в однолитровом реакторе периодического действия с закругленным дном в присутствии 5 % масс. катализатора MgO, как показано на рис. 1. Для каждого эксперимента 500 г образца и 25 г MgO помещают в реактор. Температуру реактора постепенно повышали до 450 °C с помощью электропечи при скорости нагрева 10 °C/мин и поддерживали в изотермических условиях до прекращения образования паров. Мы используем источник переменного тока (220 В и 4 А) для питания электропечи. Потребовалось 40 мин, чтобы достичь рабочей температуры 450 °C, а затем эту температуру постоянно контролируют, включая и выключая источник электропитания. Мы получили первый литр биодизеля через 40 мин, а затем потребовалось 40 мин, чтобы получить еще один литр биодизеля. Средняя стоимость электроэнергии для производства 1 л биодизеля составляет примерно четверть цены дизельного топлива на рынке. Кроме того, использование отработанного масла для жарки в качестве сырья снизит затраты на утилизацию отработанного масла для жарки. Пару давали пройти через конденсатор для сбора WCOSD в жидкой фазе.

Рис. 1

Принципиальная схема системы крекинга WCO

Увеличенное изображение

В нашем производственном процессе катализатор добавлялся в реактор только после того, как температура реактора достигала рабочей температуры 450°C. Клапан, соединяющий реактор и конденсатор, открывают через 20 мин после добавления катализатора в реактор. Поэтому температуру каталитического крекинга всегда контролируют на уровне примерно 450 °С. Продукты крекинга состоят из лигроина (примерно 2,9%), керосин (около 8,7 %), дизельное топливо (67 % в том числе) и остаток (21,4 %). Для производства 1 л биодизеля требовалось примерно 1,5 л отработанного растительного масла. Мы повторили производственный процесс пять раз и заметили, что выход и состав продукта крекинга были достаточно стабильными, поскольку исходные материалы были одинаковыми. Одним из недостатков использования неподвижного слоя катализатора является то, что может потребоваться довольно частая замена катализатора, поскольку побочные продукты могут загрязнять поверхность неподвижного слоя, что приводит к уменьшению площади контакта между парами и катализатором и влияет на качество продукта. биодизель. Кроме того, замена катализатора, закрепленного в нагретом слое, может оказаться более сложной задачей, а цены на продукцию могут возрасти из-за затрат на подготовку слоев катализатора. Катализатор смешивали с сырьем в реакторе таким образом, чтобы влияние катализатора на реакции крекинга оставалось стабильным. Более того, замена катализатора была чистой, так как катализатор выводился вместе с побочными продуктами. В нашем эксперименте мы подготовили 20 л биодизеля для всех испытаний, испытаний производительности и испытаний свойств топлива. Несмотря на то, что объем реактора составляет примерно 1 л, наш производственный процесс является непрерывным. Когда биодизель вынимали из конденсатора, в реактор одновременно добавляли сырье и катализатор.

Топливные свойства продуктов WCOSD оценивались по сравнению с обычным дизельным топливом с использованием методов ASTM. Охарактеризованы цетановое число, плотность, кинематическая вязкость, температура вспышки, углеродный остаток, зольность, сера и теплота сгорания ВКОСД. Цетановое число определяли путем сравнения его характеристик сгорания в испытательном двигателе с характеристиками смесей эталонных топлив с известным цетановым числом в стандартных условиях эксплуатации (ASTM D-613). Для измерения образца использовали цифровой анализатор плотности при температуре 25 °C (ASTM D-4052). Кинематическая вязкость определялась с использованием вискозиметра с U-образной трубкой (ASTM D-445). Температуру воспламенения WCOSD определяли путем заполнения испытательного тигля WCOSD до метки наполнения внутри испытательного тигля, и зажженное испытательное пламя пропускали по окружности тигля (ASTM D-9).2). Теплотворную способность образцов определяли с помощью бомбового калориметра (ASTM D-240). Углеродный остаток рассчитывали по количеству углеродистого остатка, оставшегося после выпаривания и пиролиза образца (ASTM D-189). Зола рассчитывалась путем поджигания и сжигания образцов до тех пор, пока не останется только зола и углерод (ASTM D-482). Содержание серы определяли с помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализатора (ASTM D-4294).

3 Испытательное оборудование, экспериментальная установка и процедура испытаний

3.1 Испытательные виды топлива и двигатель, использовавшиеся в эксперименте

В этом исследовании было использовано синтетическое дизельное топливо из отработанного масла для жарки, успешно полученное в этом исследовании, и было проведено сравнение с обычным дизельным топливом, когда они использовались для работы на двигателе внутреннего сгорания. двигатель. Физические и химические свойства топлив WCOSD и CD представлены в таблице 1. Испытуемый двигатель представляет собой четырехтактный одноцилиндровый дизельный двигатель с водяным охлаждением без наддува и непосредственным впрыском топлива.

Таблица 1. Физико-химические свойства испытанных топлив

Полноразмерная таблица

3.2 Испытательная установка и методика эксперимента

На рисунке 2 показана принципиальная схема испытательного стенда двигателя, включая испытательный двигатель, динамометр шасси, газоанализатор, систему управления. блок, прибор учета расхода топлива, прибор измерения расхода воздуха и датчики температуры. Для определения удельных оборотов двигателя были проведены эксперименты с одноцилиндровым дизелем, соответствующие различным оборотам двигателя. В эксперименте двигатель был соединен с регенеративным динамометром мощностью 40 кВт. Давление в цилиндрах регистрировалось с помощью высокоскоростной системы сбора данных, включающей два высокоточных пьезоэлектрических преобразователя давления, датчик угла поворота коленчатого вала и устройство анализа сгорания. Устройство расхода топлива определяло расход топлива, подаваемого на испытательный двигатель. Для измерения расхода воздуха на впускном коллекторе опытного двигателя был установлен расходомер воздуха. Кроме того, шесть различных цифровых термопар были настроены для измерения температуры выхлопных газов, моторного масла, охлаждающей жидкости на входе и выходе, топлива и воздуха на входе. Кроме того, регистрировались температура окружающей среды, плотность воздуха и относительная влажность. Для управления двигателем и динамометром использовалась система управления; следовательно, он собирал сигналы от измерительного оборудования и отображал результаты измерений. Выбросы выхлопных газов испытаний, в том числе СО, СО ₂ , Углеводород (HC), O ₂ и NO _x были измерены с помощью анализатора выхлопных газов, изготовленного для измерения выбросов двигателей внутреннего сгорания. Характеристики измерительных приборов и газоанализаторов представлены в таблице 2.

Рис. 2

Схема стенда двигателя и готового стенда двигателя в эксперименте

Изображение в натуральную величину

Таблица 2 Точность приборов измерений и газоанализаторы

Полная таблица

4 Результаты и обсуждение

4.

1 Сравнение свойств WCOSD и дизельного топлива

Свойства WCOSD показаны в Таблице 3 и сравниваются со стандартными спецификациями дизельного топлива Euro V. Цетановое число ВКОСД было несколько ниже, чем у дизельного топлива из-за содержания ненасыщенных компонентов; которые могут препятствовать сгоранию топлива в двигателе. Еще одним недостатком была низкая теплотворная способность WCOSD из-за высокого содержания оксигенатных соединений (Wako et al. 2018), что хуже сказывалось на работе двигателя. Вязкость биодизеля была несколько выше, чем у дизельного топлива, что приводило к худшему распылению в двигателе и, вероятно, к снижению полноты сгорания из-за образования нагара, загрязняющего камеру сгорания. Однако WCOSD имел некоторые преимущества, такие как полное отсутствие серы, отсутствие зольности и углеродистого остатка по сравнению с дизельным топливом. Установлено, что ВКОСД по своим свойствам ближе к обычному дизельному топливу; следовательно, обычное дизельное топливо использовалось в качестве топлива для сравнения при проверке характеристик двигателя.

Таблица 3. Топливные характеристики WCOSD по сравнению со стандартными спецификациями дизельного топлива EN 590:2009

Полная таблица

4.2 Сравнение характеристик двигателя

На рис. 3а показано сравнение характеристик двигателя при различных оборотах двигателя и полной нагрузке. условиях, когда в качестве тестовых топлив использовались WCOSD и CD. В целом, работа двигателя была полностью стабильной в диапазоне оборотов двигателя от 1400 до 2100 об/мин. Действительно, при использовании в качестве топлива КД тормозные мощности при рабочих оборотах двигателя 1400 об/мин и 1700 об/мин составили соответственно 2,90%, что на 2,43% выше, чем у WCOSD. Также топливные характеристики тестового двигателя в случае использования WCOSD были выше, чем в случае использования CD, как показано на рис. 3b, что, вероятно, связано с более низкой теплотворной способностью WCOSD, как показано в таблице 1. Кроме того, плотность и кинематическая вязкость дизельного топлива были выше, чем у WCOSD, что также способствовало снижению мощности двигателя из-за увеличения потерь на трение. Однако, как показано на рис. 3а, на высокой скорости мощность двигателя в случае использования WCOSD была несколько выше, чем у CD, что было обусловлено влиянием вязкости. Поскольку вязкость WCOSD была меньше, чем вязкость CD, смесь WCOSD и воздуха стала более выгодной по сравнению с CD, особенно в случае высоких оборотов двигателя, поскольку продолжительность смесеобразования была ограничена.

Рис. 3

Сравнение характеристик двигателя a мощность двигателя и b расход топлива

Изображение в натуральную величину

, 1700 и 2100 об/мин и крутящий момент двигателя в диапазоне от 0 до 50 Н·м при работе тестового двигателя на WCOSD и CD. Результаты показали, что BSFC WCOSD всегда был выше, чем у CD в каждой точке работы двигателя. При одинаковых условиях эксплуатации наибольшая разница в BSFC между двумя видами топлива составляет 19% в рабочей точке при частоте вращения двигателя 1700 об/мин и нагрузке 25%. Между тем, BSFC двух видов топлива был одинаковым при 75% от максимального крутящего момента. Эта тенденция аналогична тем, которые были сделаны Meng et al. (2008), Necati et al. (2009), Хиркуде и Падалкар (2012), Zhu et al. (2011), Ди и соавт. (2009) и Necati and Canakci (2010), исследующих два типа биодизеля, полученного из отходов пальмового масла и масла канолы. Чтобы поддерживать ту же выходную мощность, следует подавать большее количество WCOSD, как это было предложено Муралидхараном и Васудеваном (2011 г.), Буюккая (2010 г.), Хиркуде и Падалкаром (2012 г.), Чжу и др. (2011) и Di et al. (2009 г.) из-за более низкой теплотворной способности WCOSD по сравнению с CD.

Рис. 4

Удельный расход на тормоз тестового двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 90 023 полная загрузка

Полноразмерное изображение

Меньшая выходная мощность и более высокий расход топлива WCOSD привели к более низкой тепловой эффективности тормозов (BTE) по сравнению с CD при всех режимах работы двигателя, как показано на рис.  5. Например, при тех же условиях работы 1400 об/мин. и 70 % режима нагрузки, BTE двигателя, работающего на CD, достигла максимального значения 38,3 %, тогда как двигатель, работающий на WCOSD, составил 36,6 %. Примечательно, что в рабочей точке 1400 об/мин и 25 % нагрузки разница в BTE между WCOSD и CD составляла примерно 21 %. Вторая причина этих результатов может быть объяснена более высокой вязкостью и низкой летучестью WCOSD, что приводит к более плохим характеристикам распыления и сгорания, как описано в результатах, сделанных Hirkude and Padalkar (2012) и Necati and Canakci (2010).

Рис. 5

Термическая эффективность тормоза испытательного двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 9002 3 полная загрузка

Полноразмерное изображение

4.3 Сравнение характеристик сгорания

Характеристики сгорания WCOSD и CD в этом исследовании были исследованы на основе значений давления в цилиндре и задержки воспламенения. Для анализа процесса сгорания были измерены и проанализированы данные о давлении в цилиндрах и давлении в топливной магистрали за 200 циклов с разрешением 0,4° по углу поворота коленчатого вала. На рисунке 6а показано изменение давления в цилиндрах в зависимости от угла поворота коленчатого вала, когда тестовый двигатель работал на топливе CD и WCOSD при скорости 1400 и различных нагрузках двигателя 11, 23 и 35 Н·м. Наблюдаемые пики давления в цилиндрах двигателя, работающего с WCOSD, были ниже, чем у CD, на 0,43, 0,32 и 0,74 бар при 11, 23 и 35 Н·м соответственно. Однако давление в цилиндрах было примерно одинаковым в областях, удаленных от верхней мертвой точки. Более низкие пики давления в цилиндрах могут быть результатом неправильного смешивания WCOSD с воздухом при низкой температуре двигателя из-за его характеристик.

Рис. 6

Изменение давления в цилиндрах испытательного двигателя, работающего на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d задержка воспламенения при различных условиях эксплуатации

Изображение полного размера

На рисунке 6d сравнивается задержка воспламенения, которая определяется как интервал времени между началом впрыска и началом сгорания, для тестового двигателя, работающего на WCOSD и CD, при различных условиях работы. Видно, что воспламенение ВКОСД началось раньше, чем КД, на от 0,4 до 0,8°С. Раннее начало воспламенения WCOSD обусловлено физическими свойствами WCOSD (Tesfa et al. 2013). Кроме того, задержка воспламенения для WCOSD была короче, чем для CD при низкой и средней нагрузке, тогда как при высоких нагрузках был обнаружен противоположный результат, как показано на рис. 6d.

4.4 Сострадание выбросов выхлопных газов

4.4.1 Сравнение выбросов угарного газа

На рисунке 7 показаны экспериментальные результаты выбросов угарного газа (CO) от испытательного двигателя, работающего на двигателях WCOSD и CD. Можно видеть, что тенденции выбросов CO от двигателя, работающего на двух видах топлива, были похожи друг на друга. Выбросы CO были низкими при низких и средних нагрузках и высокими при полных нагрузках. Основная причина этого явления заключается в том, что смеси при полной нагрузке были более обильными, чем при низкой и средней нагрузке, что приводило к недостатку кислорода в процессе сгорания в условиях полной нагрузки. В условиях полной нагрузки выбросы CO двигателя, работающего на CD, были выше, чем на WCOSD, на 34,85% выше при 1400 об/мин и на 58,33 % выше при 1700 об/мин. Однако при высоких оборотах двигателя тенденция была противоположной. При 2100 об/мин, когда тестовый двигатель работал на CD, выбросы CO составляли 45,9.% ниже, чем при использовании WCOSD.

Рис. 7

Выбросы угарного газа испытательного двигателя, работающего на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и b при полной нагрузке

Изображение в натуральную величину

4.4.2 Сравнение оксидов азота выбросы

На рисунке 8 показано изменение выбросов оксидов азота (NO _x ) в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки. При тех же условиях эксплуатации NO _{x 9Выбросы 0010, произведенные WCOSD, были выше по сравнению с CD. Самые высокие выбросы NO x , произведенные WCOSD, составляли 1165, 1140 и 846 при 1400, 1700 и 2100 об/мин соответственно, тогда как выбросы CD составляли соответственно 1150, 1023 и 833 частей на миллион. Более высокий выброс NO x тестового двигателя в случае использования WCOSD мог быть результатом обеспечения содержания кислорода в WCOSD, что, вероятно, способствовало образованию NO x . Еще одним фактором, вызвавшим увеличение выбросов NO x , является более высокая пиковая температура во время сгорания для WCOSD по сравнению с дизельным топливом.}

Рис. 8

NO _x Выбросы тестового двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и b при полной нагрузке

Полноразмерное изображение

4.4.3 Сравнение выбросов углеводородов

Выбросы углеводородов (HC) испытательного двигателя, работающего как на WCOSD, так и на CD, оказались очень низкими при всех режимах работы двигателя. Изменения выбросов УВ между двумя типами топлива при 12 рабочих условиях, протестированных в этом исследовании, показаны на рис.  9.. Видно, что в большинстве условий эксплуатации выбросы УВ тестовых двигателей, работающих на WCOSD, были ниже, чем у CD. Выбросы УВ двигателя, работающего на ВКОСД, снизились в среднем на 26,3 % по сравнению с двигателем, работающим на КД. Исходя из этих результатов, мы можем сделать вывод, что использование WCOSD в целом приводило к снижению выбросов УВ благодаря более чистому сгоранию. Кроме того, в условиях полной нагрузки, когда частота вращения двигателя увеличивается с 1400 до 2100 об/мин, выброс УВ двигателя, работающего на двух видах топлива, значительно снижается за счет более высоких температур, приводящих к лучшему распылению и испаряемости.

Рис. 9

Выбросы углеводородов испытательного двигателя, работающего на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и b при полной нагрузке

Изображение в натуральную величину

901 42 4.4.4 Сравнение выбросов дыма

На рис. 10 представлены экспериментальные результаты дымовыделения испытательного двигателя, работающего на WCOSD и CD. Тенденции выброса черного дыма из двигателя, работающего на обоих испытуемых видах топлива, были схожими. Выбросы дыма были низкими при низких и средних нагрузках и высокими при полных нагрузках. Основная причина этого явления заключается в том, что смеси при полной нагрузке были значительно богаче, чем при низкой и средней нагрузке, что приводило к недостатку кислорода в процессе сгорания при работе двигателя в режиме полной нагрузки. Кроме того, также можно обнаружить, что среднее количество выбросов черного дыма при работе двигателя на WCOSD было на 17% ниже, чем на CD. В условиях полной нагрузки с обоими видами топлива выбросы дыма из двигателя соответственно увеличивали скорость, как показано на рис. 10b. Это явление можно объяснить тем, что при увеличении оборотов двигателя сокращались сроки процессов испарения и смешения топлива, что снижало качество сгорания.

Рис. 10

Дымообразование опытного двигателя на CD и WOCSD при а 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и б полная нагрузка

Увеличенное изображение

900 02 5 Выводы

В этой статье отработанное пищевое масло синтетическое дизельное топливо из отработанного пищевого масла получали каталитическим крекингом в реакторе периодического действия с использованием MgO в качестве катализатора и использовали в качестве исследуемого топлива. Двигатель заправлен WCOSD и CD для сравнения характеристик двигателя, включая мощность двигателя, расход топлива, процесс сгорания и выбросы. Результаты показали, что полученный биодизель по своим качествам пригоден для работы на дизельных двигателях. Хотя мощность моторного торможения ВКОСД несколько снижалась на малых и средних оборотах двигателя из-за меньшей его теплотворной способности, при высоких оборотах она несколько возрастала, так как низкая вязкость ВКОСД усиливала образование воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Кроме того, BSFC испытательного двигателя, работающего на WCOSD, увеличилась практически при всех режимах работы двигателя. Напротив, пики давления в цилиндрах двигателя, работающего с WCOSD, были ниже, чем у CD, на 0,43, 0,32 и 0,74 бар при 11, 23 и 35 Н·м соответственно. Кроме того, выбросы оксидов азота опытного двигателя, работающего на ВКОСД, были выше, чем у КД, на всех режимах испытаний. Углеводород был ниже для WCOSD по сравнению с CD почти во всех рабочих условиях. Выбросы УВ двигателя, работающего на WCOSD, в среднем уменьшились на 26,3%. Дымовыделение опытного двигателя при использовании ВКОСД было в среднем на 17 % ниже, чем у КД. Однако выбросы угарного газа были ниже при низких и средних нагрузках и выше при полных нагрузках. В будущих исследованиях мы сосредоточимся на масштабировании нашей системы для коммерческого производства, а также применим WCOSD для дизельных автомобилей по всему миру.

Влияние частоты вращения дизельного двигателя и содержания воды на характеристики выбросов трехфазных эмульсий

. 2004;39(5):1345-59.

doi: 10.1081/ese-120030336.

Чернг-Юань Линь
¹
, Куо-Хуа Ван

принадлежность

• ¹ Департамент морской инженерии, Тайваньский национальный университет океанов, Килунг, Тайвань, Китайская республика. [email protected]

• PMID:

  15137702

• DOI:

  10.1081/ese-120030336

Чернг-Юань Лин и соавт.

J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng.

2004.

. 2004;39(5):1345-59.

doi: 10.1081/ese-120030336.

Авторы

Чернг-Юань Линь
¹
, Куо-Хуа Ван

принадлежность

• ¹ Департамент морской инженерии, Тайваньский национальный университет океанов, Килунг, Тайвань, Китайская республика. Lin7108@mail. ntou.edu.tw

• PMID:

  15137702

• DOI:

  10.1081/ese-120030336

Абстрактный

В этом исследовании изучалось влияние содержания воды в трехфазных эмульсиях и частоты вращения двигателя на характеристики сгорания и выбросов дизельных двигателей. Результаты показывают, что большее содержание воды в эмульсии вода-в-масле (В/М) и масло-в-воде-в-масле (М/В/М) приводит к более высокому значению удельного расхода топлива (bsfc) тормозов и более низкому O2, а также меньше выбросов NOx, но больше выбросов CO. Увеличение числа оборотов двигателя привело к увеличению bsfc, температуры выхлопных газов, соотношения топливо-воздух, выбросу CO2 и уменьшению NOx, выброса CO и дымности дыма. Из-за физических структурных различий трехфазные эмульсии М/В/М, по наблюдениям, давали более высокую температуру выхлопных газов, более высокую вязкость эмульсии и более низкий выброс CO по сравнению с двухфазной эмульсией В/М. . Кроме того, использование эмульсий типа В/М с содержанием воды более 20 % может привести к более раннему останову дизельных двигателей по сравнению с двигателями, работающими на эмульсиях типа М/В/М с таким же содержанием воды. Следовательно, предполагается, что эмульсии с содержанием воды более 20% не подходят для использования в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей.

Похожие статьи

• Анализ горения, характеристик и выбросов дизеля, работающего на водо-биодизельной эмульсии и нанодобавке.

  Веллайян С., Суббиа А., Чокалингам П.

  Веллайян С. и др.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2018 ноября; 25 (33): 33478-33489. doi: 10.1007/s11356-018-3216-3. Epub 2018 28 сентября.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2018.

  PMID: 30267344

• Влияние водоэмульгированного топлива на тепловой КПД и выхлоп дизельного генератора.

  Сю ДЖИ, Чанг ЮЙ, Ценг Ч., Ян Ю.Л., Чанг Ю.М., Чен К.С., Лин В.Ю.

  Syu JY и др.
  J Air Waste Manag Assoc. 2014 авг; 64 (8): 970-8. дои: 10.1080/10962247.2014.905508.
  J Air Waste Manag Assoc. 2014.

  PMID: 25185398

• Влияние водно-топливных эмульсий и добавки для улучшения сгорания на основе церия на выбросы выхлопных газов дизельных двигателей HD и LD.

  Фарфалетти А., Асторга С., Мартини Г., Манфреди У., Мюллер А., Рей М., Де Санти Г., Красенбринк А., Ларсен Б.Р.

  Фарфалетти А. и др.
  Технологии экологических наук. 1 сентября 2005 г .; 39 (17): 6792-9. doi: 10.1021/es048345v.
  Технологии экологических наук. 2005.

  PMID: 161

• Всесторонний обзор водоэмульгированного дизельного топлива: химический состав, характеристики двигателя и выбросы выхлопных газов.

  Джхалани А., Шарма Д., Сони С.Л., Шарма П.К., Шарма С.

  Джхалани А. и др.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2019 февраля; 26 (5): 4570-4587. doi: 10.1007/s11356-018-3958-y. Epub 2019 6 января.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2019.

  PMID: 30612375

  Обзор.

• Свойства и влияние органических добавок на производительность и характеристики выбросов дизельного двигателя: всесторонний обзор.

  Кумар С., Рана К.Б., Трипати Б., Найяр А.

  Кумар С. и др.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2018 августа; 25 (23): 22475-22498. doi: 10.1007/s11356-018-2537-6. Epub 2018 27 июня.
  Environ Sci Pollut Res Int. 2018.

  PMID: 29951764

  Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Корреляция выбросов черного дыма и оксидов азота при полевых испытаниях находящихся в эксплуатации дизельных транспортных средств.