Экспериментальные исследования дизеля ямз-236НЕ при работе на смесевом В20 и чистом В100 биодизельных топливах

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. ловки цилиндра.

Максимальная температура в огневом днище не превысила значение 280°С, что можно считать приемлемым при использовании алюминиевых сплавов.

Считаем, что для конструктора, проектирующего систему охлаждения двигателя и компонующего ее полости с каналами впуска и выпуска, отверстиями под шпильки, приливами и прочим необходимо предварительно проверить результат на работоспособность с помощью предложенной модели и после этого передать ее на более подробную проработку.

Литература

1. Стефановский Б. С. «Теплонапряженность деталей быстроходных поршневых двигателей» - Москва, Энергомашиностроение, 1978. - 128с., илл.

2. Лощаков П. А. «Опыт воздействия на температуру поршня и гильзы транспортного дизеля» - Ярославль, 2004. - 157 с. ил.

3. Vollrath K. «Rapid Prototyping optimiert der Fluss in der Motorkuhuling» - VDI-Nachr, 2002 №10, с. 22, Нем.

4. Петриченко Р. М. «Конвективный теплообмен в поршневых машинах» - Ленинград, Машиностроение, отд-ние 1979. -232 с, ил.

5. Кригер А.М., Дискин М.Е., Новенников А.Л., Пикус В.И.. «Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей» - Москва, Машиностроение, 1985.- 176 с, ил.

6. Белов В. В., Воробьев В. М., Шаталов В. Е. «Теория графов» - Москва, Высшая школа, 1976. - 390 с. ил.

7. Павлов А. А. «Совершенствование гидродинамики течения жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с целью улучшения температурного состояния теп-лонапряженных деталей» - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Ярославль, 2004. - 150 с. ил

8. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. «ANSYS для инженеров. Справочное пособие» - Москва, Машиностроение 2004. - 267 с. ил.

9. Михеев М. А., Михеева А. И. «Тепломассообмен» - Москва, Энергоатомиздат, 1967.-246с., илл.

Экспериментальные исследования дизеля ЯМЗ-236НЕ при работе на смесевом В20 и чистом В100 биодизельных топливах

д.т.н. Кутенев В.Ф., д.т.н. Козлов А.В., к.т.н. Лукшо В.А., к.т.н. Теренченко А.С.

ФГУП "НАМИ"

В настоящее время в ведущих странах мира большое внимание уделяется применению в двигателях внутреннего сгорания биотоплив, производимых из растительного сырья, что позволяет уменьшить зависимость от топлив нефтяного происхождения и существенно уменьшить выброс парниковых газов.

В качестве биотоплив для ДВС рассматривают: биоэтанол; биометанол; биодиметило-вый эфир; биодизельное топливо; растительные масла; биоводород.

Для дизелей сельскохозяйственной техники и автотранспортных средств, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, принципиально возможно использовать биотоплива на основе растительных масел, как в чистом виде, так и в смеси с дизельным топливам, а также переработанное в биодизельное топливо (эфиры жирных кислот растительных масел).

Особенностью биодизельных топлив является их полное смешивание с дизельным топливом. Это позволяет обеспечить постепенный переход от моторных топлив с низким содержанием биодизельного топлива к топливам с более высоким содержанием биодизельного топлива и, в конечном счете, использование его в чистом виде. Также, что немаловажно по экономическим затратам, биодизельное топливо может распространяться с использованием существующей инфраструктуры распределения дизельного топлива.

Биодизельное топливо обеспечивает биологическую безопасность благодаря отсутст-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. вию вредного воздействия на среду при утечках (топливо быстро разлагается микроорганизмами в почве или воде).

Однако использование биодизельного топлива в дизелях приводит к изменению их технико-экономических и экологических показателей, причем изменение показателей может зависеть от сырья, из которого изготовлено топливо, технологии его получения и от его доли в смеси с дизельным топливом (при использовании смесевых топлив). Биодизельное топливо может использоваться в существующих двигателях при условии внесения некоторых изменений в их конструкцию и регулировку системы питания.

В рамках государственных контрактов с Федеральным агентством по науке и инновациям № 02.516.11.6146 и 02.526.11.60007 в ФГУП "НАМИ" проводятся поисковые научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по экспериментальным исследованиям и адаптации отечественных дизелей для работы на биодизельных топливах.

Испытания проводились на моторном стенде ФГУП «НАМИ». Стенд был оснащен газоаналитическим оборудованием фирм "Уапа§1шо1;о" и "Васктап", реализующим пламенно-ионизационный и хемилюминисцентный методы измерений выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, комплексом для измерения частиц фирмы ЛУЬ, дымомером фирмы "Наг1пё§е" и комплексной системой регистрации параметров и управления, разработанной ФГУП "НАМИ". Оборудование стенда позволяет проводить испытания как по Правилам ЕЭК ООН № 24, № 49, № 85, № 96, так и по собственным программам испытаний.

Рис. 1. Внешний вид испытательного стенда

Объектом испытаний являлся дизель ЯМЗ-236НЕ2-3 производства "Автодизель" с непосредственным впрыскиванием топлива, турбонаддувом и промежуточным охлаждением воздуха. Двигатель соответствует экологическому классу 3 (Евро-3). Дизельный двигатель: ЯМЗ 236 НЕ2-3, заводской № 70229004

ТНВД ЯЗДА мод. 324-10.01

Форсунка ЯЗДА

ТКР Турботехника, ТКР 90-14, зав. № 31525

Масло «Дизель Премиум» API CI-4S/L SAE 15W40

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. Дизельное топливо по ГОСТ Р 52368-2005

Биодизельное топливо В100 по ЕК 14214

Для обеспечения работы дизеля на биодизельном топливе разработана конструкторская документация на изменяемые детали и изготовлен опытный образец системы топливоподачи, включающий систему топливоподготовки - фильтр грубой очистки с водоотделителем и подогревателем и систему топливоподачи - адаптированный ТНВД с увеличенной подачей топлива. Основные отличия от серийной системы - использование материалов, обеспечивающих необходимую надежность и ресурс дизеля при работе на биодизельном топливе В100, необходимые регулировки, для обеспечения базовых мощностных показателей и улучшенных экологических показателей.

Цикл исследований включал оценку и оптимизацию энергетических, экономических и экологических показателей дизеля, работающего на биотопливе марки В100, соответствующего европейскому стандарту ЕК 14214 и его смесях с дизельным топливом, а также на дизельном топливе по ГОСТ Р 52368-2005 "Дизельное топливо Евро". Цикл и поледовательность испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Программа испытаний дизеля л ЯМЗ-236НЕ2-3 на биодизельном топливе

№п/п Вид испытаний Замеры Параметры Топливо

1 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Базовый ТНВД УОВ=-10 ДТ

2 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Базовый ТНВД УОВ=-10 В100

3 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Базовый ТНВД УОВ=-10 В20

4 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Адаптированный ТНВД УОВ=-10 В100

5 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Адаптированный ТНВД УОВ=-6 В100

6 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Адаптированный ТНВД УОВ=-2 В100

7 Внешняя скоростная характеристика. Правила Я85 Нагрузочные (1300+2100 мин-1). Правила Я96 НС+СО+КО+РТ+ кн Адаптированный ТНВД УОВ=-10 ДТ

П роведенные испытания при комплектации двигателя специально разработанными ма

кетными образцами топливной аппаратуры позволили получить ряд научных и практических результатов, свидетельствующих о несомненных достоинствах использования биодизельного топлива в качестве моторного топлива.

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

На рисунке 2 представлены результаты испытаний дизеля в штатном исполнении при работе на ДТ, В20 и В100 по программе испытаний (таблица 1 п.1-3).

Испытания показали, что при работе двигателя ЯМЗ-236НЕ2-3 в штатном исполнении на биодизельном топливе В100 по Правилам Я96 по сравнению с его работой на дизельном топливе наблюдается уменьшение выбросов оксида углерода (СО) на 3,7%, углеводородов (СхНу) на 12,9%, частиц (РТ) на 22,4%. При этом выбросы оксидов азота (КОХ) увеличиваются на 23,2%, максимальный крутящий момент (Мкр) снижается на 3,2%, номинальная мощность (Рт) на 11,1%, а удельный расход топлива увеличивается е) на 13,2%.

При работе дизеля в штатном исполнении на биодизельном топливе В20 по Правилам Я96 по сравнению с его работой на дизельном топливе наблюдается уменьшение выбросов РТ на 4%, увеличение выбросов КОХ на 5,9% и §е на 4.3%, снижение Мкр на 1,4%, Рт на 3,9%.

Ср,

-— ДТ

............ В100

а) -• - В20 б)

Рис. 2. Нагрузочные характеристики дизеля ЯМЗ-236 НЕ на ДТ, В100 и В20 по п.1-3 программы испытаний при п = 1300 мин-1

На рисунке 3 представлены результаты испытаний дизеля в адаптированном исполнении при работе на В100 и оптимизации по углу опережения впрыска (УОВ) по программе испытаний (таблица 1 п.4-6). При этом преследовалась цель увеличить мощность дизеля при работе на В100 до уровня, обеспечиваемого при работе на дизельном топливе, и существенно уменьшить выбросы оксидов азота.

Испытания показали, что при работе двигателя ЯМЗ-236НЕ2-3 на биодизельном топливе В100 с адаптированной системой питания, увеличенной топливоподачей и с УОВ =-60 по сравнению со штатным УОВ=-100 по Правилам Я96 наблюдается увеличение выбросов СО на 11,6%, СхНу на 11,1%, частиц на 13,2%. При этом выбросы оксидов азота уменьшаются на 29,1%, а удельный расход В100 увеличивается на 4,5%.

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

Ср,

Щ УОВ=-10 ............ УОВ=-6

а) -• - УОВ=-2 б)

Рис. 3. Нагрузочные характеристики дизеля ЯМЗ-236 НЕ на В100 по п.4-5 программы испытаний при n = 1300 мин-1

При проведении испытаний с УОВ=-20 на режимах максимального крутящего момента и номинальной мощности наблюдалось резкое увеличение дымности отработавших газов, поэтому данный УОВ не может являться оптимальным.

На рисунке 4 представлены результаты сравнительных испытаний дизеля в штатном исполнении при работе на ДТ с УОВ=-100 и в адаптированном исполнении при работе на В100 с УОВ=-60 по внешней скоростной характеристике, которые показывают, что дизель при работе на ДТ и В100 имеют одинаковые мощностные показатели, но при этом удельный расход топлива при работе на В100 выше на 18%.

Анализируя результаты сравнительных испытаний дизеля в штатном исполнении при работе на ДТ с УОВ=-100 и в адаптированном исполнении при работе на В100 с УОВ=-60 по Правилам R96 можно отметить, что дизель, работающий на В100 меньше выбрасывает в атмосферу СхНу на 3,2%, РТ на 12,2%, NOx на 12,7%.

Таким образом, проведенный комплекс испытаний дизеля ЯМЗ-236НЕ2-3 в штатном исполнении и с адаптированной системой топливоподачи при работе на биодизельном топливе показал, что:

• применение биодизельного топлива позволяет снизить выбросы СО на 3,7%, СхНу на 12,9%, РТ на 22,4%, при повышении выбросов NOx на 23,2%, также снижается максимальный крутящий момент на 3,2%, номинальная мощность на 11,1%, удельный расход топлива увеличивается на 13,2% по сравнению с работой на дизельным топливе на штатной топливной аппаратуре;

• модернизация топливной аппаратуры и выбор оптимального угла опережения впрыска топлива (-60 УОВ) позволили при работе на биодизельном топливе обеспечить макси-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

мальный крутящий момент и номинальную мощность на том же уровне, что и при работе на дизельном топливе, при этом наблюдалось снижение выбросов СхНу на 3,2%, РТ на 12,2%, Ж)х на 12,7%.

М , Р ,

ш

Н*м 1000

г/кВтч

260 -, 0

1000

1200

1400

1600

1800

2000

11, МИН

—И— В100 ............. ДТ

Рис. 4. Показатели дизеля ЯМЗ-236НЕ в штатном исполнении при работе на ДТ с УОВ = -100 и адаптированном исполнении при работе на В100 с УОВ = -60 по внешней

скоростной характеристике

Управление устойчивостью автотранспортных систем по критериям безопасности и энергоэффективности

к.т.н. Комаров В.В., д.т.н. проф. Нарбут А.Н.

ОАО «НИИАТ», МАДИ

Введение

В настоящее время одним из главных приоритетов государства является обеспечение безопасности среды обитания человека. Автомобильный транспорт является одним из факторов повышенного риска для населения и окружающей среды. Негативные последствия просчетов в решении стратегических автотранспортных проблем отдельных регионов сего-