Устройство и работа двигателя Д-240

Содержание:

• Характеристики двигателя д 240
• Конструкция силового агрегата
  • Газораспределительный механизм
  • Система охлаждения
• Система смазки двигателя Д 240
  • Запуск двигателя
  • Топливная система
• Обслуживание двигателя Д 240
• Возможные неисправности и методы их устранения

На модели МТЗ 80 и МТЗ 82 конструкторы Минского тракторного завода установили двигатель д 240. Силовой агрегат неприхотлив к условиям использования и качеству дизельного топлива. При нормальном обслуживании мотор хорошо работает долгое время без дополнительного ремонта.

Характеристики двигателя д 240

Масса двигателя д 240 и его технические характеристики позволяют использовать модель на тракторах среднего тягового класса. Мотор надежен, благодаря чему используется при различных погодных условиях. Двигатель д 240 имеет следующие технические характеристики:

• Тип силового агрегата – дизельный, четырехтактный;
• Количество рабочих цилиндров – 4;
• Расположение рабочих цилиндров —  рядное вертикально;
• Количество клапанов газораспределительного механизма на один цилиндр – один впускной и один выпускной;
• Порядок работы цилиндров – 1,3,4,2;
• Диаметр цилиндра – 11 сантиметров;
• Ход поршня от верхней до нижней мертвой точки – 12. 5 см;
• Объем двигателя д 240 – 4.75 литра;
• Сжатие – 16;
• Частота вращения коленчатого вала – 2200 оборотов в минуту;
• Максимальная мощность его установки – 80 лошадиных сил;
• Топливный насос высокого давления – рядный  четырехпоршневой;
• Привод топливного насоса – механический;
• Расход дизельного топлива – 185 грамм/л.с  за один час работы;
• Вес двигателя д 240 запуском от электрического стартера – 390 кг;
• Вес двигателя д 240 в сборе с бензиновым пускателем – 430 кг;
• Запуск силового агрегата – от электрического стартера или бензинового пускателя;
• Система охлаждения – жидкостная;
• Система смазки – комбинированная.

Конструкция силового агрегата

Мотор имеет простую конструкцию. Выполнять обслуживание и ремонт может оператор, имеющий минимальные технические знания. Ремонт мелких неисправностей выполняется в полевых условиях. Двигатель д 240 крутящий момент, которого составляет 28кгс*м, легко справляется с поставленными перед ним задачами.

Газораспределительный механизм

Подача воздуха в камеру сгорания и отвод отработанных газов осуществляется по каналам, расположенным в головке блока цилиндров. Разобщение камеры сгорания от каналов осуществляется клапанами.

Клапанами управляет распределительный вал кулачкового типа. Он имеет привод от шестерни коленчатого вала. Распределительный вал имеет нижнее расположение. При вращении распределительного вала кулачки воздействует на толкатели.  Они нажимают на коромысла, установленные на одном валу. Коромысла передают усилия на клапанный механизм.

ВАЖНО: Для нормальной работы газораспределительного механизма необходима регулировка клапанов двигателя д 240.

Система охлаждения

Производитель оборудовал мотор комбинированной системой охлаждения.  Осуществляется охлаждение воды и масла. Движение жидкости в рубашке охлаждения осуществляется водяным насосом. Крыльчатка водяной помпы имеет ременной привод от шкива коленчатого вала.

СПРАВКА: Рубашка охлаждения бензинового пускателя соединена с системой охлаждения основного силового агрегата.

При работе силовой установки водяная помпа нагнетает давление жидкости в рубашку охлаждения. В верхней части мотора рубашка охлаждения соединяется патрубком с радиатора. Попадая в радиатор, жидкость охлаждается. Принудительное движение воздушной массы через соты радиатора осуществляется вентилятором с механическим приводом.

Для быстрого прогрева силовой установки в холодное время года радиатор оборудован шторкой. При закрывании шторки частично или полностью перекрывается прохождение воздушной массы через радиатор. Показатели температуры охлаждающей жидкости определяются при помощи термометра. Датчик термометра связан со стрелочным прибором, расположенным в кабине оператора.

Система смазки двигателя Д 240

Смазка кривошипно-шатунного механизма осуществляется маслом под давлением. Шестерёнчатый насос нагнетает давление масла в каналы расположенные в блоке цилиндров.

По каналам масло поступает к подшипникам скольжения и деталям газораспределительного механизма.

Смазочный материал под давлением разбрызгивается  под клапанной крышкой. Клапанный механизм смазывается маслом под давлением. Во избежание быстрого износа толкателей клапанов, коромысла оборудованы каналами для подачи смазочного материала. После разбрызгивания масло стекает в картер силового агрегата.

Запуск двигателя

Силовая установка запускается:

1. Электрическим стартером;
2. Бензиновым пускателем.

Устройство электрического стартера включает в себя втягивающее реле. При включении стартера реле вводит шестерню в зацепление с маховиком двигателя. После запуска шестерня движется в обратном направлении под действием силовой пружины. Напряжение питания стартера 12в. Питание стартера осуществляет аккумуляторная батарея.

Некоторые модели оборудованы  бензиновым пускателем. Это одноцилиндровый двухтактный мотор. После запуска бензинового мотора шестерня привода вводится в зацепление с маховиком принудительно.

Двухтактный пускатель имеет систему зажигания типа магнето. Запускается одноцилиндровый  пускатель электрическим стартером или вручную. Для запуска вручную оператор раскручивает маховик пускателя при помощи ремня.

ИНТЕРЕСНО: Трактора с бензиновым пускателем оборудованы защитой от запуска при включенной передаче. Запуск пускателя при включенной передаче невозможен. Для пуска силового агрегата необходимо установить рычаг коробки переключения передач в нейтральное положение.

Топливная система

Силовая установка оборудована топливным насосом высокого давления, рядного типа. Он необходим для подачи дизельного топлива под высоким давлением в нужный момент к определённому цилиндру.

Насос имеет четыре поршня плунжерного типа. Каждый поршень нагнетает давление для определенного рабочего цилиндра. Такая конструкция снижает нагрузку на поршни и исключает быстрый износ комплектующих насоса.

Подача дизельного топлива в рабочие камеры насоса осуществляется механической помпой. Она установлена на корпусе изделия и имеет привод от вала кулачкового типа. Помпа оснащена рукояткой ручной подкачки дизельного топлива.

ВНИМАНИЕ: Регулировка топливного насоса высокого давления осуществляется на специализированном оборудовании. Самостоятельная регулировка ТНВД может привести к некорректной работе силовой установки или полному выходу узла из строя.

Горючее, перед тем как попасть в топливный насос высокого давления, проходит двухступенчатую систему очистки. Мотор оборудован фильтрами грубой и тонкой очистки топлива. Фильтр грубой очистки состоит из сетки и отстойника. Сетка очищают горючее от абразивных частиц. Отстойник выполнен в виде стакана и служит для очистки горючего от воды. Слив воды из стакана отстойника осуществляется при откручивании заглушки.

В фильтре тонкой очистки установлены три фильтрующих элемента. Они очищают дизельное топливо от твердых частиц минимальной фракции и воды. Для слива воды предусмотрено отверстие в стакане фильтра. Фильтр тонкой очистки оборудован отверстием для выпуска воздуха из системы.

Обслуживание двигателя Д 240

Д 240 имеет высокие технические характеристики, и отличается надежностью при условии своевременного обслуживания. Для обслуживания необходимо:

• Регулярно осматривать устройство на предмет подтёков масла и охлаждающей жидкости;
• По прошествии 240 часов работы осуществляется замена масла. Перед запуском двигателя необходимо контролировать уровень масла в картере. При необходимости следует долить смазочный материал;

СПРАВКА: Для облегчения процедуры замены масла необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры. Это понизить степень вязкости смазочного материала и позволит быстро слить его из картера.

• Следить за уровнем охлаждающей жидкости. Снижение уровня жидкости в системе охлаждения приведет к перегреву силовой установки.

Возможные неисправности и методы их устранения

Д 240 надежен и неприхотлив к условиям использования. Основная часть поломок это мелкие неисправности, устраняемые в полевых условиях. Возможные поломки:

1. Износ движущихся деталей топливного насоса высокого давления. Быстрый износ комплектующих ТНВД возникает из-за плохого качества дизельного топлива. Для устранения неисправности необходимо заменить изношенные детали. После замены следует отрегулировать устройство на специализированном оборудовании;
2. Потеря мощности. Возникает из-за нарушения в работе ТНВД, износа поршневой, или засора воздушного фильтра. При сильной загрязнённости фильтрующего элемента необходимо продуть его сжатым воздухом или заменить на новый;
3. Шум в области газораспределительного механизма. Возникает в результате износа седел клапанов или увеличения теплового зазора. Для устранения шума необходимо заменить седла клапанов или отрегулировать тепловой зазор.

Из вышеперечисленного следует, что д 240 это дизельный силовой агрегат, технические характеристики которого позволяют использовать его для выполнения различных задач. Мотор неприхотлив к качеству дизельного топлива и условиям эксплуатации. Благодаря надежной конструкции и экономичности агрегат используется на тракторах и автомобилях.

Технические характеристики двигателей ММЗ. Сводная таблица // Каталог двигателей ММЗ

Модель	Число и располож. цилиндров	Тип системы газообмена	Номинал. мощность, кВт	Номинал. частота вращения, об/мин	Макс. крутящий момент, Н·м	Частота вращения при макс. крутящем моменте, об/мин	Удельный расход топлива, г/кВт·ч	Масса, кг
Четырехцилиндровые двигатели без турбонаддува
Д-241/241Л	4L	б/т	53	2100	240	1600	226	430/490
Д-242/242Л	4L	б/т	46	1800	241	1400	226	430/490
Д-243/243Л	4L	б/т	60	2200	258	1600	226	430/490
Д-243. 1	4L	б/т	61	2200	305	1600	226	430
Д-244/244Л	4L	б/т	42	1700	235,4	1400	226	430
Д-247	4L	б/т	71	2350	310	1600	231	440
Д-248	4L	б/т	44	2000	242	1600	220	430
Д-248.1	4L	б/т	37	1800	224	1400	220	430
Д-242С	4L	б/т	47,5	1800	252	1400	230	430
Д-243С	4L	б/т	60	2200	260,5	1400	235	430
Д-244С	4L	б/т	43,5	1700	244	1400	230	430
Д-248С	4L	б/т	44	2000	242	1600	220	430
Четырехцилиндровые двигатели с турбонаддувом
Д-245/245Л	4L	Т	77	2200	384	1400	220	450/485
Д-245. 5	4L	Т	65	1800	397	1400	217	450
Д-245.16/16Л	4L	Т	93	1800	567	1400-1500	220	495/512
Д-245С	4L	Т	79	2200	392	1400	230	450
Д-245.5С	4L	Т	66	1800	404	1200	225	450
Д-245С2	4L	ТО	81	2200	440	1600	240	430
Д-245.2С2	4L	ТО	90	2200	501	1600	245	450
Д-245.5С2	4L	ТО	70	1800	464	1400	220	430
Д-245.16С2	4L	ТО	95	1800	630	1400	220	495
Д-245. 42С2	4L	ТО	55	1800	365	1400	220	430
Д-245.43С2	4L	ТО	62	1800	411	1400	220	430
Шестицилиндровые двигатели с турбонаддувом
Д-260.1	6L	Т	114	2100	622	1400	220	650
Д-260.2	6L	Т	96	2100	500	1400	226	650
Д-260.4	6L	ТО	154	2100	808	1500	220	700
Д-260.7	6L	ТО	184	2100	961	1500	217	750
Д-260.8	6L	Т	75	1800	497	1500	220	650
Д-260.9	6L	ТО	132	2100	690	1500	220	650
Д-260. 14	6L	ТО	103	1800	682	1300-1450	220	600
Д-260.16	6L	ТО	206	2100	1124	1500	220	1150
Д-260.1С	6L	Т	116	2100	615	1400	238	650
Д-260.2С	6L	T	98	2100	529	1400	235	650
Д-260.4С	6L	ТО	156	2100	807	1500	220	700
Д-260.7С	6L	ТО	186	2100	965	1500	220	700
Д-260.9С	6L	ТО	132	2100	690	1500	220	650
Д-260.14С	6L	ТО	103	1800	682	1400	235	600
Д-260. 1С2	6L	ТО	116	2100	659	1500	220	600
Д-260.2С2	6L	ТО	100	2100	568	1500	226	600
Д-260.4С2	6L	ТО	156	2100	922	1500	220	650
Д-260.7С2	6L	ТО	186	2100	1100	1500	217	700
Д-260.9С2	6L	ТО	132	2100	780	1400	220	600
Д-260.14С2	6L	ТО	103	1800	710	1400	245	600
Четырехцилиндровые двигатели с турбонаддувом (автомобильные)
Д-245.7*	4L	ТО	90	2400	423	1300	215	530
Д-245. 9*	4L	ТО	100	2400	460	1300	215	430
Д-245.12	4L	T	80	2400	350	1300-1700	218	430
Д-245.12С	4L	T	80	2400	353	1300-1700	218	430
Д-245.7Е2	4L	ТО	90	2400	422	1500	210	600…640
Д-245.9Е2	4L	ТО	100	2400	446	1500	210	500…540
Д-245.11Е2	4L	ТО	90	2400	355	1500	210	500
Д-245.30E2	4L	ТО	115	2400	526	1600	210	500…540
Шестицилиндровые двигатели с турбонаддувом (автомобильные)
Д-260. 5С	6L	ТО	169	2100	883	1300-1600	215	750
Д-260.11	6L	ТО	136	2100	745	1500	210	750
Д-260.13	6L	ТО	150	2100	768	1300-1575	210	750
Д-260.5Е2	6L	ТО	169	2100	890	1500	205	750
Д-260.11Е2	6L	ТО	136	2100	720	1400	205	750
Д-260.12Е2	6L	ТО	184	2100	970	1500	205	750
Д-260.13Е2	6L	ТО	150	2100	790	1500	205	750
Четырехцилиндровые двигатели с турбонаддувом
Д245. 1	4L	Т	79 (107,4)	2200	381 (38,9)	1400	218 (160,3)	456
Д245.3	4L	ТО	90 (122,4)	2200	431 (44,0)	1400	215 (158)	430
Д245.6	4L	ТО	90 (122,4)	2400	424 (43,2)	1400	215 (153)	430
Д245.7	4L	ТО	90 (122,4)	2400	424 (43,2)	1300	215 (158)	430
Д245.8	4L	ТО	100 (136)	2400	460 (46,9)	1400	215 (158)	430
Д245.9	4L	ТО	100 (136)	2400	460 (46,9)	1300	215 (158)	500
Д245.10	4L	Т	79 (107,4)	2400	350 (35,7)	1300…1700	215 (158)	500
Д245. 11	4L	T	79 (107,4)	2400	350 (35,7)	1300…1700	215 (158)	500
Д245.12	4L	T	80 (108,8)	2400	340 (34,7)	1300…1700	218 (160,3)	500

L — рядное, вертикальное
Н — рядное, горизонтальное
б/т — без турбонаддува
Т — с турбонаддувом
ТО — с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха
Диаметр цилиндра × ход поршня — 110×125 мм

Двигатели сертифицированы на соответствие требованиям охраны окружающей среды:
Без обозначения — в странах СНГ
* и С — по Правилам ЕЭК ООН №24-03, 49-02А, 96 и Правилам ЕРА (США)
С2 — по Правилам ЕЭК ООН №24-03, II ступени Директивы 2000/25/ЕС (Правила ЕЭК ООН №96-01)
Е2 — по Правилам ЕЭК ООН №24-03, 85 и 49-02В (ЕВРО-2)

Проектирование формы камер сгорания газовых двигателей, переделанных на базе дизелей Сергея Ковалова :: ССРН

Скачать эту статью

Открыть PDF в браузере

ssrn.com» data-abstract-auth=»false»/>
Добавить бумагу в мою библиотеку

Делиться:

Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий, 2(1(104)), 23-31. дои: 10.15587/1729-4061.2020.198700

9 страниц

Опубликовано: 1 декабря 2020 г.

Смотреть все статьи Сергея Ковалова

ГП «Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта»

Дата написания: 27 апреля 2020 г.

Реферат

В данной статье описаны преимущества использования автотранспортом газомоторных топлив, в частности сжиженного углеводородного газа, по сравнению с обычным дизельным топливом. Обоснована целесообразность перевода дизельных автомобилей на газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Проанализированы пути снижения степени сжатия дизелей при их переводе на газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Показана целесообразность для перевода дизелей в газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием использовать термодинамический цикл Отто с уменьшением геометрической степени сжатия. Проанализированы способы увеличения объема камеры сгорания, а также целесообразность применения каждого из них для снижения степени сжатия дизелей с различными типами неразделенных камер сгорания.

Обоснована и спроектирована открытая камера сгорания в виде перевернутого осесимметричного «усеченного конуса», что позволило уменьшить геометрическую степень сжатия только за счет увеличения объема камеры сгорания в поршне. Разработанная форма камеры сгорания позволяет использовать и дорабатывать стандартные дизельные поршни вместо производства специальных новых газовых поршней.

Разработан и изготовлен газовый двигатель внутреннего сгорания модели Д-240-СУГ, в котором во впускной трубопровод подается сжиженный углеводородный газ. Двигатель оснащен бесконтактной электронной системой зажигания с подвижным распределителем напряжения, а также поршнями с новой формой камеры сгорания. Двигатель переделан на базе дизеля Д-240.

Стендовые испытания дизеля модели Д-240-СУГ подтвердили целесообразность перевода дизелей на газовые двигатели внутреннего сгорания по циклу Отто. Испытания показали, что энергоэкономические показатели газового двигателя с предложенной формой камеры сгорания соответствуют параметрам современных двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Полученные результаты позволяют оптимизировать технологию переоснащения дизельных двигателей газовыми ДВС и тем самым снизить ее стоимость.

Ключевые слова: газовые двигатели внутреннего сгорания; форма камеры сгорания; сжиженный нефтяной газ

Рекомендуемое цитирование:
Рекомендуемая ссылка

Ковалов Сергей, Проектирование формы камер сгорания газовых двигателей, переоборудованных на базе дизелей (27 апреля 2020 г.). Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий, 2(1(104)), 23-31. дои: 10.15587/1729-4061.2020.198700, доступно в SSRN: https://ssrn.com/abstract=3707044

У вас есть вакансия, которую вы хотели бы рекламировать в SSRN?

Связанные электронные журналы

Обратная связь

Обратная связь с SSRN

Обратная связь
(необходимый)

Электронная почта
(необходимый)

Если вам нужна немедленная помощь, позвоните по номеру 877-SSRNHelp (877 777 6435) в США или +1 212 448 2500 за пределами США с 8:30 до 18:00 по восточному поясному времени США, с понедельника по пятницу.

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 серьезных 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 термотормозная эффективность 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 различных биодизеля, произведенных из фисташки и ятрофы, чтобы сравнить характеристики производительности и выбросов при использовании их 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 были значительно снижены 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 настоящего 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 Тестовые 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 Физические и 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 CO, CO 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

Принципиальная схема стенда двигателя и готового стенда двигателя в эксперименте

Изображение в натуральную величину

Таблица 2 Точность измерительных приборов 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. Характеристики топлива WCOSD по сравнению со стандартными спецификациями дизельного топлива EN 590:2009

Полная таблица

4.2 Сравнение характеристик двигателя

На рисунке 3a 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

На рис. , 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 тормоза испытательного двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 90 098 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 тормозов испытательного двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 9009 8 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 испытательный 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 по выбросам 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 0085, 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 . Другим 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 полная нагрузка

Увеличенное изображение

902 17 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 58 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.