Моделирование рабочего процесса и исследования экологических характеристик двигателя Д-243 на смесях дизельного топлива и н- бутанола

1. Введение 7
Глава 1. Опыт применения альтернативного топлива в ДВС (литературный обзор) ………………………………………………. 14
1.1. Тенденции в применении в дизельных ДВС альтернативного топлива на транспорте, в сельском хозяйстве, на специальной
технике ……………………………………………………………… 14
1.2 Мировая практика применения альтернативного топлива 16
1.3. Тенденции в применении в дизельных ДВС спиртового топлива 14
1.4. Мировая практика исследований по использованию бутанола в дизельных двигателях 22
Глава 2. Теоретическое обоснование и современное состояние исследований в области моделирования рабочих процессов ДВС 30
2.1. Решение актуальных задач разработки и эксплуатации ДВС методами математического моделирования ……………………… 30
2.2. РК-модель для моделирования рабочего процесса ДВС и программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК ………………………………
Глава 3. Методики, оборудование, материалы, программа 37
исследований (экспериментальная часть) ……………………........
3.1. Влияние содержания бутанола на среднее индикаторное давление 43
и максимальную температуру процесса сгорания в двигателе смеси.………………………………………………… 41
3.2 Показатели рабочего процесса в зависимости от содержания
бутанола в смеси при различных углах опережения впрыска 55
топлива и расходах воздуха в двигателе…………………..
3.3 Методика задания и настройки РК-моделей в программе ДИЗЕЛЬ- 63 РК ……………………………………………………………
3.4. Методика проведения расчетных исследований ДВС рабочего
процесса моделирования в программе ДИЗЕЛЬ-РК. 63
3.5. Программа и общая методика проведения моделирования
рабочего процесса дизеля Д-243 …………………………………... 64 Глава 4. Моделирование рабочего процесса двигателя Д-243 при
использовании топлива, содержащего бутанол (результаты и их обсуждение) ………………………………………………………… 64
4.1. Дизель Д-243 в линейке ДВС Минского моторного завода и его применяемость на сельскохозяйственной технике 64
4.2. Результаты расчета влияние содержания бутанола в топливе на удельные мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля 66
4.3. Моделирование рабочего процесса дизеля Д-243 на установившихся режимах при использовании топлива,
содержащего бутанол 74
4.4. Техническое обоснование использование смеси дизельного 81
топлива с бутанолом
Заключение 83
Библиографический список 85

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время большинство ДВС в качестве топлива использует топливо, получаемое из нефти. В целом на долю ДВС установленных на транспортных средствах приходится до 70% суммарного мирового потребления нефтепродуктов. Использование в таких количествах углеродного топлива нефтяного происхождения вызывает две глобальные проблемы:
- экономическую, связанную с высокой стоимостью нефтепродуктов, низкими запасами мощности мировой добычи нефти и ростом их мирового потребления;
- экологическую. В больших городах остро встает проблема экологии. Считается, что доля автотранспорта в загрязнении городского воздуха составляет 82 % от всех выбросов в атмосферу вредных газов [1]. При работе ДВС образуется целая гамма вредных веществ. Нормы «Евро 0…6», «EEV», все более ужесточающие требования по ограничению выбросов с отработавшими газами оксида углерода CO, углеводородов HC, оксидов азота NOx и твердых частиц, направлены на уменьшение вреда экологии от автомобильных двигателей. Не стоит забывать и о парниковом эффекте, влиянии углекислого газа CO2 на атмосферу.
Эти проблемы определяют актуальность исследований и разработок, направленных на диверсификацию сырьевой базы, поиск эффективных и экологически чистых топлив, так называемых альтернативных моторных топлив.
Одним из направлений, позволяющих, с одной стороны, существенно сократить количество вредных веществ в отработавших газах двигателей, а с другой снизить потребление нефтепродуктов, является разработка смесевых бензинов и дизельных топлив, которая предполагает введение в топливо оксигенатов кислородосодержащих соединений, а также адаптация двигателей для работы на этих топливах.

В настоящее время к наиболее прогрессивным видам альтернативного моторного топлива относятся спирты (этанол, бутанол) и метиловый эфир рапсового масла.
Наряду с проблемами их производства существуют также проблемы использования их отдельно или в виде смесей в качестве топлива для двигателей, решение которых возможно при рациональном применении математических моделей рабочего процесса, учитывающих физические и химические свойства топлив, и проведении экспериментальных исследований, направленных на поиск регулировочных параметров, обеспечивающих эффективную работу двигателя при работе в нагрузке.
Поэтому в настоящее время актуальна была разработка и практическая реализация, комплексных решений для обоснованного выбора параметров рабочего процесса двигателей, работающих на альтернативных топливах,и работе на н-бутаноле.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Опыт применения альтернативного топлива в ДВС (литературный обзор)

1.1 Тенденции в применении в дизельных ДВС и альтернативного топлива на транспорте, в сельском хозяйстве, на специальной технике
Сегодня мировое количество автомобилей превышает отметку в 800 миллионов единиц и неуклонно растет.
Особенно активно увеличивается доля дизельных двигателей, используемых не только в грузовиках, сельхозмашинах и спецтехнике, но и постепенно внедряемых производителями на легковых автомобилях малого класса. Например, согласно статистике британского производителя Perkins, почти половина всех новых автомобилей во Франции и около четверти в Германии оснащаются базовыми комплектующими с дизельными моторами. По данным исследований французской марки Peugeot, порядка 60% французов и четверть европейцев предпочитают приобретать автомобили именно с дизельными силовыми агрегатами [1].
Ежегодно мир выпускает более 15 миллионов автомобилей с дизельными двигателями, причем производство таких моделей стабильно возрастает благодаря целому ряду преимуществ: меньшая стоимость дизельного топлива, высокая экономичность и экологичность выхлопных газов по сравнению с традиционными бензиновыми аналогами.
Хотя дизели немного проигрывают бензинам по массе и габаритам вследствие конструктивных особенностей высоких степеней сжатия и больших рабочих давлений, достигающих порой значений в 20 мегапаскалей и выше, тенденция роста выпуска дизельных автомобилей сохраняется устойчиво.

Нефтяная промышленность глобально ориентирована на увеличение объемов выработки дизтоплива, поскольку спрос на этот вид горючего существенно превосходит потребности в других видах топлива. Это влечет за собой постоянное повышение нагрузки на добычу сырой нефти, объемы которой растут параллельно росту мирового автопарка.
За последние десятилетия Россия тоже преимущественно использовала нефть и продукты нефтепереработки для удовлетворения потребностей транспортного сектора. Тем не менее, в последнее время экономика нашей страны демонстрирует снижение зависимости от нефтяной индустрии. Это связано с исчерпанием основных запасов крупных месторождений, недостаточностью ввода новых объектов разработки, недостатком инвестиций в геологоразведочную деятельность и нехваткой современных технологий повышения нефтеотдачи.
Такие факторы создают реальную угрозу дефицита традиционных видов топлива и стимулируют необходимость перехода на возобновляемые, альтернативные виды энергии и биотопливо, особенно там, где их использование экономически целесообразно [2, 3].
Основную часть нефти, необходимую для внутреннего потребления, приходится закупать у других стран. Даже увеличение добычи собственной нефти не сможет покрыть потребность страны в ней. Поэтому использование альтернативных видов топлива, производимых из возобновляемого сырья, для нашей страны является актуальной проблемой.
В качестве альтернативного моторного топлива относительно недавно стал рассматриваться бутанол. Бутанол в качестве альтернативного моторного топлива стал рассматриваться относительно недавно, в связи с появлением технологий позволяющих наладить его промышленное производство, хотя по своим свойствам он превосходит метанол и этанол, особенно для использования в дизелях. На сегодняшний день бутанол является одним из наиболее прогрессивных видов альтернативного топлива.



1.2 Мировая практика применения альтернативного топлива
При выборе сырьевого ресурса для производства моторных топлив необходимо учитывать целый ряд показателей и критериев, характеризующих эффективность производства и потребления этих топлив. Основными критериями при оценке моторных топлив по-прежнему остаются их технико-экономические характеристики, а также стоимость их производства. Возможности выбора и применения того или иного альтернативного топлива определяются факторами, представленными на рисунке 1.1 [1, 2].

Рисунок 1.1. Основные факторы, определяющие целесообразность выбора альтернативного топлива
Среди этих факторов можно выделить наличие сырьевых ресурсов для производства альтернативного топлива в данном регионе и его относительно

небольшая стоимость в сравнении с нефтяным топливом. Важным фактором, определяющим целесообразность использования альтернативного топлива, является близость его свойств к свойствам нефтяного топлива, позволяющая минимизировать затраты на адаптацию серийных ДВС к работе на этом альтернативном топливе. Кроме того, близость этих свойств позволяет использовать имеющуюся инфраструктуру для хранения топлива и заправки им транспортных средств и других энергетических установок.
В связи с ухудшающейся экологической обстановкой, особенно в крупных городах, и ужесточением нормативов по охране окружающей среды к указанным факторам добавляются экологические показатели самих топлив, а также двигателей, работающих на этих топливах [2, 3]. Рассмотрим подробнее аспекты применимости традиционных и альтернативных топлив.
Повышенный интерес к проблеме использования альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания обусловлен как истощением нефтяных ресурсов и повышением цен на нефть и нефтепродукты, так и назревшей необходимостью решения острых экологических проблем, вызванных быстрым ростом числа транспортных средств. В качестве потенциальных энергоносителей для дизельных двигателей рассматриваются газообразные топлива (природный газ, сжиженный нефтяной газ, водород, биогаз и др.) [4].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Баширов Р.М. Автотракторные двигатели: конструкция, основы теории и расчета: учебник для ВУЗов. -СПб: Лань, 2022, - 336 с.
2. Лоджевская М.И. Ресурсный потенциал углеводородов: современное состояние, проблемы, пути решения // Геология нефти игаза. -2010. -№ 5. - С.35-43.
3. Минаков И.А. Экономика отраслей АПК. -М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2015.
- 416 с.
4. Шилова Е.П. Альтернативные виды топлива для автотранспорта: аналитическая справка. -М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. -18 с.
5. Лыков О.П. Природный и попутный газ как моторное топливо // Химия и технология топлив и масел. -1999. -№ 6. -С.3-7.
6. Чириков К.Ю., Пронин Е.Н. Перспективы применения СПГ на транспорте
// Газовая промышленность. -1999. -№ 10. -С. 28-29.
7. Емельянов В.Е., Крылов И.Ф. Автомобильный бензин и другие виды топлива, ассортимент, применение. -М.: Астрель:Профиздат, 2005.-207 с.
8. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. -М.: МАДИ, 2000. -311 с.
9. Смирнов А.Ю. Улучшение эффективных и экологических показателей автотракторных дизелей с наддувом путём подачи метанола на впуске: Автореф. дис...канд. техн. наук. -СПб-Пушкин, 2009. -19 с.
10. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития: науч. аналит. обзор
/ Под ред. С.Г. Митина. -М.: ФГНУ «Росинфорагротех», 2007. -204 с.
11. Состояние и развитие производства биотоплива: Науч. аналит. обзор.- М.: ФГНУ «Росинфорагротех», 2007. -130с.
12. Аблаев А.Р. Биотопливо в мире и в России//Экологический вестник России. -2007. -№ 6. -С.8-15.
13. Комаров, С. М. Тулунский бутанол: топливо из леса / С. М. Комаров // Химия и жизнь. 2009. № 5. C. 8–11.
14. Кухаренок, Г.М. Влияние состава бутанолсодержащего топлива на
процесс сгорания дизеля / Г.М. Кухаренок, Д.Г. Гершань // Сб. науч. тр. /

БНТУ. — Минск, 2017. — Организация дорожного движения и перевозок пассажиров и грузов и транспорт. — С. 68–74
15. Болотник, Е.В. Основы технологии получения биобутанола использованием отселектированного штамма clostridiumacetobutylicum БИМ В-709 Д: автореф. дис. … канд. биолог. наук: 03.01.06 / Е.В. Болотник; Нац. акад. наук Беларуси. — Минск, 2015. — 25 с.

Весь текст будет доступен после покупки