Улучшение экологических характеристик дизеля путем добавки диметилового эфира к топливу

• Автор: Гвоздев, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 152 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ В
ДИЗЕЛЯХ
1.1 Использование спиртов в ДВС
1.2 Использование синтетических жидких топлив в дизелях
1.3 Применение газообразного топлива
1.4 Растительные масла. Рапсовый метиловый эфир
1.5 Кислородосодержащие топлива и присадки
1.6 Выводы по главе
2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА (ДМЭ) В КАЧЕСТВЕ
МОТОРНОГО ТОПЛИВА
2.1 Свойства ДМЭ
2.2 Производство ДМЭ
2.3 Применение ДМЭ в качестве автомобильного топлива
2.4 Возможные типы топливных систем для работы на ДМЭ
2.5 Выводы по главе
3 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА (ДТ+ДМЭ) И
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДОБАВКИ ДМЭ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Влияние добавки ДМЭ на моторные и физические свойства смесевого
топлива
3.2 Теоретические исследования влияния добавки ДМЭ на работу дизельно
го двигателя
3.3 Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СМЕСЕВЫХ
ТОПЛИВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
4.1 Экспериментальная установка
4.2 Моторные испытания двигателя
4.3 Оценка влияния смесевого топлива на работу двигателя методами per
рессионного моделирования
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

На современном этапе развития науки и техники двигатель внутреннего сгорания (ДВС) остается основным типом привода для большинства мобильных и стационарных установок. Автомобильный парк мира непрерывно увеличивается. Для России так же характерно резкое увеличение автомобильного парка (соответственно парка ДВС) особенно за последние годы.
Современные автотранспортные средства являются мощными потребителями энергии. Этим во многом объясняются высокие темпы использования энергоресурсов, в балансе потребления которых ведущую роль занимают нефть и нефтепродукты. Так как нефть является невозобновляемым природным ресурсом, то необходим переход к ее более рациональному использованию, главным образом как сырья для химических и микробиологических производств.
В современных условиях все более возрастающую роль играют экологические проблемы. При значительном увеличении масштабов и росте темпов автомобилизации возникает ряд серьезных проблем, связанных с вредными для окружающей среды и человека последствиями, сопровождающими этот процесс.
Механизм воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду имеет ряд специфических особенностей по сравнению со многими отраслями промышленности. К таким особенностям относятся:
• массовость и постоянно растущие темпы процесса автомобилизации;
• широкий спектр отрицательных явлений, сопровождающих процесс развития автомобилизации;
• сложности значительного улучшения показателей экологической безопасности автомобиля в ближайшей перспективе;
• концентрация большого количества транспортных средств на сравнительно ограниченной территории и их массовое проникновение в зоны жилой застройки, трудность локализации неблагоприятных последствий (напри-

мер, в России сейчас в городах сосредоточено 60-70% парка автотранспортных средств);
• хроническое отставание темпов развития дорожной сети от темпов автомобилизации;
• отсутствие эффективных средств снижения токсичности отработавших газов на многих транспортных средствах.
Сочетание этих и других факторов приводит к доминирующему воздействию автомобильного транспорта на окружающую среду.
Переход на дизельные двигатели, более экономичные и экологически чистые, лишь частично решает проблемы сохранения нефтяных ресурсов и охраны окружающей среды.
В ОГ дизелей содержится до 1200 различных химических соединений — продуктов неполного сгорания, частичного окисления и термического разложения топлива — в той или иной мере вредных для здоровья человека.
При использовании обычных углеводородных топлив нефтяного происхождения и атмосферного воздуха в качестве окислителя, ОГ дизелей в своем составе имеют продукты полного сгорания, неядовитые вещества (С02, О2, Н20). Остальная часть ОГ — продукты неполного сгорания (СО, СХНУ, С20Н12) — продукты окисления примесей и присадок к топливу, окислы азота и т.д.. Данные о составе ОГ дизелей представлены в таблице 1.1.
А нормы токсичности ОГ дизелей (действующие и планируемые) для США, Европы и Японии приведены в таблицах 1.2,1.3 [1,88].
Из анализа табл. 1.2, 1.3 видно, что в мире существует устойчивая тенденция по ужесточению норм на выбросы вредных веществ с ОГ ДВС. В то же время известно, что фактические выбросы подавляющего большинства эксплуатирующихся российских дизелей не удовлетворяют ни европейским, ни американским нормам. Это требует интенсификации работ по совершенствованию рабочего процесса создаваемых двигателей, поиска путей по снижению токсичности двигателей находящихся в эксплуатации.

взбалтыванием на специальном стенде, который обеспечивал вращательное и колебательное движения баллона. На баллон были установлены штуцеры для взятия пробы смеси, трехходовые краны с манометром, так же имелись водомерные стекла для контроля уровня смеси в баллоне. Следует отметить, что данный способ перемешивания ДТ и ДМЭ при содержании ДМЭ более 40% не является приемлемым. Дальнейшие опыты показали, что при такой методике смешивания и взятия проб не обеспечивается точность опытов. Пробы, взятые в одно и то же время, имели различное содержание компонентов смеси. Так же состав проб сильно зависел от давления и температуры окружающей среды. При этом смеси с составом до 40% ДМЭ показывали удовлетворительные результаты. Возможно, что лучшие результаты по перемешиванию можно получить при использовании электромагнитных мешалок, но в данной работе этот способ не использовался, так как смеси с более высоким содержанием ДМЭ не удовлетворяли условию минимальной модернизации существующей топливной системы дизеля. Методика исследования стабильности смесей была аналогична описанной в работе [42]. В данной работе исследовались смеси ДТ и сжиженных газов (пропан-бутан), а, учитывая тот факт, что данные газы по своим физическим свойствам подобны ДМЭ [32], можно сделать вывод, что данная методика позволяет правильно оценить стабильность смесей ДМЭ и ДТ.
После заправки баллона, для определения времени установления полного смешивания через каждые 10 минут после перемешивания брались пробы. При получении одинаковых последовательных проб при стандартных условиях, можно считать, что установлено равновесие. Затем определялось расслоение смеси. Проба отстаивалась при постоянных давлении и температуре в течение длительного времени. Два раза в сутки пробы отбирались из баллона и исследовались. В качестве контролируемых параметров были приняты удельная и молекулярная массы. Соответственно, расчетным путем были определены данные параметра, а затем эти значения сравнивались с данными исследования проб. Все анализы проб показывали, что их состав не из-