Характеристики двигателей
В зависимости от заданной скорости судна главные двигатели, непосредственно или через передачу соединенные с гребным винтом, работают на разных режимах, в широком диапазоне мощностей и при разных частотах вращения. Вспомогательные двигатели, спаренные с генераторами электрического тока, работают при постоянной частоте вращения, но с различной мощностью, определяемой нагрузкой на генератор (характеристики ДВС позволяют оценить его рабочие качества в различных условиях эксплуатации) .
Наибольшая мощность Nemax, которую двигатель может развивать ограниченное время (1—2 часа), называется максимальной. Мощность Ne ном, которую двигатель может развивать длительное время (она гарантируется заводом-изготовителем), называется номинальной. Мощность Neэкс которую двигатель фактически развивает в условиях эксплуатации, называется эксплуатационной.
Под характеристикой понимают графическое изображение зависимости технико-экономических показателей работы двигателя от других независимых показателей или факторов, влияющих на работу ДВС. Различают характеристики нагрузочные, скоростные и регуляторные.
Нагрузочная характеристика показывает, как изменяются мощность, удельный расход топлива, механический к. п. д. и другие параметры двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения.
На рис. 208 дано изменение основных параметров ДВС при работе по нагрузочной характеристике.Как видно из этого рисунка, ?м растет с увеличением нагрузки, причем вначале быстро, а затем медленнее. Изменение мощностей Ni и Ne характеризуют две прямые, причем расстояния между ними равно мощности механических потерь, т. е. Ni– Ne = Nм. Коэффициент а изменяется по закону прямой обратно пропорционально нагрузке. При определенном значении нагрузки, bе достигает наименьшего значения, а ?е — наибольшего; bi и ?i изменяются по закону прямой. Нагрузочные характеристики позволяют оценить основные показатели двигателя при работе на генератор электрического тока.
Скоростные характеристики показывают, как изменяются основные показатели двигателя с изменением частоты вращения его коленчатого вала. К скоростным характеристикам относятся внешние и винтовые.
Внешние показывают зависимость параметров двигателя от частоты вращения при постоянном количестве подаваемого топлива. При снятии характеристики регулируют подачу топлива, соответствующую той или иной мощности, и, оставляя затем подачу неизменной, производят испытания. Поэтому различают характеристики максимальных мощностей, номинальных и эксплуатационных.
Наибольший интерес представляет характеристика номинальных мощностей (рис. 209). Так как подача топлива за цикл неизменна, то рi и ре должны быть постоянными. Но из рис. 209 видно, что р i и ре с ростом частоты вращения несколько уменьшаются. Это объясняется тем, что уменьшается коэффициент подачи топливной системы вследствие увеличения насосных потерь и сжимаемости топлива. Характер кривых Ni и Ne определяется уравнением Ni = kpin (где k — постоянный числовой коэффициент для данного двигателя). С ростом частоты вращения увеличиваются потери Nм, уменьшается механический к. п. д. ?м и незначительно возрастают удельные расходы топлива bi и be.
Винтовые характеристики показывают характер изменения параметров двигателя при работе на винт (рис. 210). Характер кривой будет в основном определяться элементами винта. Ориентировочно можно считать N
При совмещении винтовой характеристики с внешней, построенной для номинального режима (рис. 211), они пересекаются в точке 1, где мощность двигателя полностью поглощается винтом. На других скоростных режимах двигатель значительно недогружен, что снижает экономические показатели двигателя.
Если частота вращения двигателя составляет n1, то его мощность N1 = сп13. При п2 мощность N2= сп23. Находим отношение
Из этого выражения можно определить частоту вращения двигателя при работе на любом мощностном режиме Ne:
Характеристики двигателей — РОСЭЛЕКТРО
Продукция и цены > Низковольтные электродвигатели > Взрывозащищенные электродвигатели серии ВА, полное описание взрывозащищенных двигателей >
Характеристики двигателей Шум и вибрация Шумовые характеристики двигателей — средний уровень звукового давления LPA, дБА, и уровень звуковой мощности LWA, дБ, корректированной по шкале А в режиме холостого хода, приведены в таблице 38. Таблица 38. Шумовые характеристики
Примечание: допуск + 3 дБА Среднеквадратичные значения вибрационной скорости VЭФФ. М двигателей не превышает значений, приведенных в таблице 39. Таблица 39. Уровень вибрации.
Технические данные Технические данные двигателей для длительного режима S1 приведены в таблице 40 Таблица 40. Технические характеристики двигателей взрывозащищенного исполнения
Габаритные, установочные и присоединительные размеры взрывозащищенных двигателей серии ВА. Монтажное исполнение IM 1…1, IM 1…2 Рисунок 15.1 Габаритные, установочные и присоединительные размеры взрывозащищенных двигателей серии ВА. Монтажное исполнение IM 2…1, IM 2…2 Рисунок 15.2 Габаритные, установочные и присоединительные размеры взрывозащищенных двигателей серии ВА. Монтажное исполнение IM 3…1, IM 3…2 Рисунок 15.3 Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей приведены в таблице 41 и на рис. 15.1-15.3. Таблица 41. Габаритные, установочные и присоединительные размеры
Таблица 41 (продолжение). Габаритные, установочные и присоединительные размеры
|
характеристики двигателя
характеристики двигателяРеклама
1 из 36
Верхний обрезанный суппорт Скачать для чтения офлайнМашиностроение
различные типы двигателей и их работа обсуждаются
Объявление
Объявление
Объявление
двигатель характеристики
- НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКИЕ УЧИТЕЛЯТЕХНИЧЕСКИЕ УЧИТЕЛЯ ОБУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОБУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАНДИГАРХЧАНДИГАРХ 20. 11.14 Профессор (доктор) MP Poonia Директор, НИТТР Чандигарх (Индия)
- 2
- Выбросы дизельного топлива Скидки
- Топливная техника Горение технологии После лечения технологии Топливная система технологии Лучшее понимание сгорания Альтернативные виды топлива (Биодизель) Низкий сера ВЕЧЕРА ловушка Контроль скорости Высокое давление Мультивпрыск технология рециркуляции отработавших газов Другие Контроль технологии Технологический путь
- Нормы выбросов для легковые автомобили (бензин) 5 Нормы CO(г/км) HC+ NOx)(г/км) 1991Нормы 14.3-27.1 2.0(Только HC) 1996 г. Нормы 8,68-12,40 3,00-4,36 1998Норм 4,34-6,20 1,50-2,18 этап 2000 норм 2,72 0,97 Бхарат стадия-II 2,2 0,5 Бхарат Стадия-III 2,3 0,35 (в совокупности) Бхарат Стадия-IV 1,0 0,18 (в совокупности)
- Нормы выбросов для Тяжелые дизельные автомобили: 6 Нормы СО (г/кВтч) ХК (г/кВтч) Нокс (г/кВтч) ВЕЧЕРА (г/кВтч) 1991 Нормы 14 3,5 18 — 1996 г. Нормы 11,2 2,4 14,4 — этап 2000 г. Нормы 4,5 1,1 8,0 0,36 Бхарат стадия-II 4,0 1,1 7,0 0,15 Бхарат Стадия-III 2,1 1,6 5,0 0,10 Бхарат Стадия-IV 1,5 0,96 3,5 0,02
- Источники выбросов в автомобиль на бензине Ссылка: http://nptel. iitm.ac.in/courses/112104033/2
- Источники выбросов в дизельном топливе Автобус с двигателем 8
- 9 • Объемный КПД (ηv) = (масса воздуха, фактически всасываемого в цилиндр) / (масса воздуха, которая в идеале могла бы быть втянута в цилиндр) где ρвоздух при температуре окружающей среды = Pокруж./RTокруж. и R — 287 Дж/кгK для воздуха • Объемный КПД показывает, насколько хорошо двигатель «дышит» — что снижает ηv ниже 100%? – Падение давления во впускной системе (например, дросселирование) и впуске клапаны – Повышение температуры за счет нагревания воздуха – Объем, занимаемый топливом — Неидеальные фазы газораспределения – «захлебывание» (поток воздуха достигает скорости звука) в части воздухозаборника система с наименьшей площадью Объемная эффективность nNVdair в / (измерено)майр р η ≡
- 11
- 12
- Турбокомпрессоры и Нагнетатели • Нагнетатели: с механическим приводом от коленчатый вал двигателя • Турбокомпрессоры: приводится в движение отработанным выхлопом газы увеличение массы воздуха улучшает работу двигателя тепловой КПД (топливо экономичность) и выбросы производительность,
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21 • Производительность двигателя указана как в с точки зрения мощности и крутящего момента двигателя — что более важный? – Крутящий момент = крутящий момент двигателя х передаточное число. говорит вам, можете ли вы подняться на холм Мощность и крутящий момент
- 22 -Сила говорит вам, как быстро вы можете взобраться на холм – Крутящий момент может быть увеличен за счет трансмиссии (например, Передаточное отношение 2:1 идеально увеличивает крутящий момент в 2 раза) Мощность не может быть увеличена путем передачи; в факт из-за трения и других потерь мощность уменьшится передача –Мощность говорит, как быстро вы можете ускориться или как быстро вы можете подняться в гору, но мощность для крутящего момента передаточное отношение ~ N говорит вам, какие передаточные числа вам понадобятся делать работу
- Максимальное значение тормозной мощности по отношению к частоте вращения двигателя, называемой номинальной мощность тормоза. На более высоких скоростях мощность торможения снижается как сила трения становится значительной в сравнении на указанную мощность Существует максимум крутящего момента по сравнению с скорость называется максимальным тормозным моментом (МБТ). Тормозной момент падает: • на более низких скоростях уменьшить потери тепла • на более высоких скоростях становится больше трудно глотать полный заряд воздуха. Максимальный тормозной момент 1 кВт = 1,341 л.с. Номинальная тормозная мощность Мощность и крутящий момент по сравнению с Скорость двигателя
- 24
- 25 Математически отличается от Британская единица 1 мощность л.с. = 0,986 л.с. Пферде Старке = Лошадь Сила (немецкий) Власть (PS@об/мин) 67@5500 65@6200 Крутящий момент (Нм при об/мин) 99@2800 84@3500
- 26 Преобразовать из них в ватт (Вт) умножить на эрг в секунду (эрг/с) 0,000 000 1 мощность (электрическая) 746 лошадиная сила (л.с.) (метрические,DIN,PS) 735.4988 лошадиная сила (л.с.) (Великобритания) 745,7 киловатт (кВт) 1000
- 27 Двигатель Тип/модель двигателя 1,4 л, SOHC, бензин Рабочий объем 1405 см3 Мощность (л.с. при об/мин) 60 л.с. при 4500 об/мин Крутящий момент (Нм при об/мин) 105 Нм при 2500 об/мин Клапанный механизм SOHC Отверстие (мм) 75 Ход (мм) 95 Степень сжатия 9:1 Количество цилиндров (цилиндр) 4 Конфигурация цилиндра Рядный Клапанов на цилиндр (клапан) 2 Тип топлива Бензин Топливная система Карбюратор механический топливный насос
- Крутящий момент и мощность двигателя Крутящий момент измеряется с помощью динамометра. Тензодатчик Принудительно FStator Ротор б Н Крутящий момент двигателя равен: T = F b с единицами измерения: J Мощность Wdot, развиваемая двигателем, вращающимся со скоростью N и поглощается динамометром: Wdot = ω T = (2π N) T w/единицы: (рад/об)(об/с)(Дж) = Вт Примечание: ω — угловая скорость вала в единицах: рад/с.
- Указанная работа С учетом данных о давлении в цилиндрах за рабочий цикл двигателя можно вычислить работу, совершаемую газом над поршнем. Указанная работа за цикл равна ∫= PdVWi Сжатие Вт<0 Власть Ж>0 Потребление Ж>0 выхлоп Вт<0 ВА > 0 ББ < 0
- 30 Указанное среднее эффективное давление (Pim): диаграмма pV для идеального четырехтактного цикла двигатель
- 31
- 32
- 33
- 34
- И.К. ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Измерение воздуха Поставка IC Двигатель: Измерение воздуха по воздушной коробке Метод. 5
- тунгал/презентации/объявление2012 36
Примечания редактора
- Большинство из вас видели этот слайд, на котором представлены различные технологии, применяемые для достижения уровней выбросов Уровня 2-4. Я буду обсуждать только топливную систему, где переход на систему Common Rail является ключевым фактором для достижения низкого уровня выбросов.
- VGTC-низкие скорости, подвижные лопасти расширяются для дополнительного наддува воздуха Высокие скорости, лопасти убираются, чтобы ограничить наддув
- Охладитель рециркуляции отработавших газов на 2,8 л джип либерти
Реклама
Характеристики двигателя и характеристики сгорания двигателя с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском топлива на отработанном кулинарном масле синтетическое дизельное топливо
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, считается очень многообещающим альтернативным топливом для замены традиционного дизельного топлива.
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 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 с малой скоростью 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 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 ), а 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 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) собирали 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. 1Принципиальная схема системы крекинга WCO
Изображение полного размера
В нашем производственном процессе катализатор добавлялся в реактор только после того, как температура реактора достигла рабочей температуры 450 °C. Клапан, соединяющий реактор и конденсатор, открывают через 20 мин после добавления катализатора в реактор. Поэтому температуру для каталитического крекинга всегда контролируют на уровне примерно 450 °С. Продукты крекинга состоят из нафты (приблизительно 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 катализаторов является то, что может потребоваться довольно частая замена катализаторов, 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 заполнения 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 синтетическое дизельное топливо из отработанного масла для жарки, успешно полученное в ходе этого исследования, использовалось и сравнивалось с обычным дизельным топливом, когда они использовались для работы на двигателе внутреннего сгорания. двигатель. Физические и химические свойства топлив WCOSD и CD приведены 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 топливПолноразмерная 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 для 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. 2Схема стенда двигателя и готового стенда двигателя в эксперименте
Изображение в натуральную величину
Таблица 2 Точность измерительных приборов и газоанализаторыПолная таблица
4 Результаты и обсуждения
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 590:2009Полная 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. 3Сравнение 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 такая же, как и у Meng et al. (2008), Necati et al. (2009), Hirkude and Padalkar (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. 4Удельный расход на тормоз тестового двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 90 127 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. 5Термическая эффективность тормоза испытательного двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, b 1700 об/мин, c 2100 об/мин и d 9012 7 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 цилиндре 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 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. 6Изменение 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 двигателей, работающих 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. 7Выбросы 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 0114, произведенные WCOSD, были выше по сравнению с CD. Самые высокие выбросы NO x , производимые 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. 8NO 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. 9Выбросы углеводородов испытательного двигателя на CD и WOCSD при a 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и b при полной нагрузке
Изображение в натуральную величину
902 46 4.4.4 Сравнение выбросов дымаНа рис. 10 представлены экспериментальные результаты дымовыделения испытательного двигателя, работающего на WCOSD и CD. Тенденции выбросов черного дыма от двигателя, работающего на обоих испытанных 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. 10Дымообразование опытного двигателя на CD и WOCSD при а 1400 об/мин, 1700 об/мин, 2100 об/мин и б полная нагрузка
Увеличенное изображение
901 06 5 ВыводыВ этой статье отработанное пищевое масло синтетическое дизельное топливо из отработанного пищевого масла было получено каталитическим крекингом в реакторе периодического действия с использованием MgO в качестве катализатора и использовано 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 при малых и средних оборотах двигателя из-за меньшей его теплотворной способности, она несколько возрастала при высоких оборотах двигателя, 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.