CC BY
75
УДК 621.43.057.5
ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПРИ РАБОТЕ ДВИГАТЕЛЯ НА БЕНЗАНОЛЕ
А.Н. Лаврик, С.Н. Богданов, А.С. Теребов
PECULIARITIES OF THE ENGINE OPERATING CYCLE RUNNING ON BENZANOL
A.N. Lavric, S.N. Bogdanov, A.S. Terebov
Сравниваются показатели рабочего цикла бензинового двигателя при работе на бензине А-76 и бензаноле.
Ключевые слова: топливо для двигателей внутреннего сгорания, альтернативное топливо, бензин, бензанол, оксигенаты, кислородосодержащие компоненты топлива.
The authors compare indexes of the operating cycle of the gasoline engine, running on A-76 type fuel and benzanol.
Keywords: fuel for internal combustion engines, alternate fuel, petrol, benzanol, oxigenates, oxygen-containing propellants.
На основании ранее проведенных исследований по обеспечению фазовой стабильности, детонационной стойкости и формированию фракционного состава изготовлены два образца бенза-нолов [1, 2]. Бензанол летний (БЛ) предназначен для эксплуатации двигателей при температурах окружающей среды выше минус 8 °С, а бензанол зимний (БЗ) - при температурах выше минус 40 °С. Топливо БЛ состоит, по массе из прямогонной бензиновой фракции - 84%, этанола (с содержанием воды 4,8 %) - 12,5%, изопропанола (с содержанием воды 3,5 %) - 3,5%. Топливо БЗ -из прямогонной бензиновой фракции - 80%, этанола (с содержанием воды 4,8%) - 10%; изопропанола (с содержанием воды 3,5%) - 10%. Октановое число по моторному методу бензиновой фракции - 72, бензанола летнего - 78,1, зимнего - 79, серийного бензина А-76 - 76. Спиртовые компоненты повышают детонационную стойкость бензиновой фракции на 6...7 пунктов по моторному методу. Этанол и изопропанол являются эффективными антидетонационными добавками.
Спиртовые компоненты оказывают большое влияние на важнейшую характеристику топлива - фракционных состав, характеризующий вместе с давлением насыщенных паров его испаряемость. На рис. 1 приведены характеристики фракционной разгонки бензиновой фракции, бензина А-76, летнего БЛ и зимнего БЗ бензанолов, полученных
стандартным методом. Оксигенаты существенно снижают температуры выкипания 10% и 50% топлива и оказывают малое влияние на температуры начала и конца кипения. Следовательно, бензанолы должны положительно влиять на приемистость двигателя. Оксигенаты снижают давление насыщенных паров топлива. Этот показатель качества для бензиновой фракции - 44 900
Рис. 1. Характеристики фракционной разгонки
Па (337 мм рт. ст.), для БЛ - 16 100 Па (121 мм рт. ст.), для БЗ - 8700 Па (65 мм рт. ст.). Снижение давления насыщенных паров улучшает стабильность топливоподачи, снижает потери топлива при хранении и эксплуатации, но не смотря на снижение температуры выкипания 10% топлива, может оказывать отрицательное влияние на карбюрационные и пусковые свойства топлива.
Исследования, проведенные на серийном четырехтактном, четырехцилиндровом двигателе с внешним смесеобразованием ЗМЗ-2401 (4Ч 9,2/9,2). У этого двигателя расположение цилиндров
- вертикальное, рядное, рабочий объем - 2,445 дм3, диаметр цилиндра - 92 мм, ход поршня -92 мм, степень сжатия - 7,64, максимальная частота вращения коленчатого вала - 4500 мин-1, максимальная мощность - 62 кВт (85 л.с.), максимальный крутящий момент - 172 Нм при 22002400 мин-1, требуемое топливо - бензин А-76.
Для оценки работы двигателя на бензине А-76 и бензаноле летнем (БЛ) снимались внешние скоростные характеристики (рис. 2). Определялись мощность N после коробки передач, часовой расход топлива ОТ, удельный эффективный расход топлива gе, температура рабочей смеси во впускном коллекторе 1вп.
Нагрузка двигателя обеспечивалась обкаточно-тормозным стендом КИ-2118 и измерялась маятниковым силоизмерителем. Тормозной стенд соединен с двигателем через коробку передач (КПП). Частота вращения коленчатого вала контролировалась электронным частотомером Ч3-33, а частота вращения ротора тормозного стенда - электронным тахометром ТЦ-3М. Расход топлива замерялся индикатором расхода АИР-50; температура отработавших газов хромель-алюмелевой (ХА) термопарой и потенциометром КВП1-519; температура во впускном коллекторе - хромель-копелевой (ХК) термопарой и потенциометром КСП1-001. Уровень детонации замерялся в четвертом цилиндре комплектом детонометра ДП-60 с магнитно-стрикционным датчиком, установленного в камере сгорания.
Внешние скоростные характеристики (см. рис. 2) при работе на топливах А-76 и БЛ снимались в диапазоне частоты вращения коленчатого вала 1800-3000 мин-1, при полностью открытых дроссельных заслонках карбюратора и включенной прямой передаче.
В исследованном диапазоне мощность двигателя при работе на топливах А-76 и летнем бен-заноле БЛ практически совпадает, но наблюдается тенденция к ее увеличению на 0,5-1,0 кВт при использовании бензанола, несмотря на его меньшую теплоту сгорания. Это обстоятельство свидетельствует о более эффективном сгорании бензанола по сравнению с товарным углеводородным топливом.
Часовой расход бензанола на 0,1-0,2 кг/ч меньше, чем бензина А-76, что объясняется повышенной вязкостью бензанола, влияющей на его расход через жиклеры карбюратора. Снижение часового расхода в сочетании с лучшей эффективностью его сгорания обеспечило и снижение удельного эффективного расхода бензанола на 3-5 г/кВт-ч. Таким образом, экономичность двигателя несколько улучшилась.
Температура топливно-воздушной смеси во впускном коллекторе при работе на бензаноле снизилась на 5-7 °С, что объясняется повышенной теплотой парообразования спиртовых компо-
1800 2000 2200 2400 2600 2800 п, мин'1
—в— бензин А-76; -х— - бензанол летний (БЛ).
Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя 4Ч 9,219,2
Лаврик А.Н. Богданов С.Н. Теребов А.С.
Особенности рабочего цикла при работе двигателя на бензаноле
нентов. При пуске холодного двигателя это не желательный эффект, а при форсировании двигателя по среднему эффективному давлению - положительный.
Температура отработавших газов при работе на бензаноле, во всем исследованном диапазоне, на 10-20 °С выше, чем на бензине А-76. На бензаноле двигатель работает на более бедной смеси по сравнению с бензином А-76 за счет снижения часового расхода топлива и увеличения расхода воздуха вызванного снижением его температуры во впускном коллекторе. Это, вероятно, повлияло на снижение потерь теплоты в систему охлаждения и на температуру отработавших газов.
При использовании зимнего бензанола показатели рабочего цикла близки по величине к показателям летнего, о чем свидетельствуют данные таблицы для режимов максимального крутящего момента (п=2400 мин-1) и максимальной мощности (п=4500 мин-1). Режим максимальной мощности снимается при включенной второй передаче в КПП (1=2,26), так как вращения ротора нагрузочного стенда ограничена величиной 3000 мин-1.
При работе на бензанолах двигатель легко пускался, сразу останавливался при выключении зажигания, в стендовых условиях работал устойчиво, с хорошей приемистостью. Показания детонометра не выявляли детонационного сгорания бензанолов.
Таблица
Топливо n=2400 мин 1 n=4500 мин 1
Ре gе tp Ре gе
МПа г/кВт-ч °С °С МПа г/кВт-ч °С °С
А-76 0,758 325 760 30 0,511 352 902 22
БЛ 0,765 320 775 25 0,515 344 915 17
БЗ 0,758 323 775 24 0,513 344 915 15
Результаты исследований позволяют сделать вывод, что при использовании бензонолов с содержанием до 20% кислородосодержащих компонентов обеспечиваются удовлетворительные мощностные и экономические показатели рабочего цикла без изменения конструктивных и регулировочных параметров двигателя.
Литература
1. Богданов, С.Н. Обеспечение фазовой стабильности этанольных топлив для автомобильных двигателей / С.Н. Богданов, А.Н. Лаврик, А.С. Теребов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение», 2007. Вып.10. - №25(97). - С. 102-106.
2. Лаврик, А.Н. Влияние оксигенатных добавок на фракционный состав бензанолов / А.Н. Лаврик, С.Н. Богданов, А.С. Теребов // Труды XLVII Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск, 2008. -С. 94-96.
Поступила в редакцию 7июня 2008 г.
Лаврик Александр Николаевич. Доктор технических наук, профессор кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета, академик РАН. Область научных интересов - рабочий цикл ДВС, многотопливность ДВС, химмотологий топлив и смазочных материалов.
Lavric Aleksandr Nikolaevich. Dr.Sc. (Engineering), Professor of the Internal Combustion Engines Department of the South Ural State University, Academician of the Russian Academy of Sciences. Professional interests: operating cycle of an internal combustion engine, multifuel capacity of an internal combustion engine, chemistry of fuels and lubricating oils.
Теребов Антон Сергеевич. Кандидат технических наук, доцент кафедры «Основы и проектирования машин» Южно-Уральского государственного университета. Область научных интересов - рабочий цикл и техническое обслуживание ДВС, конструкция и расчет ДВС.
Terebov Anton Sergeevich. Cand.Sc. (Engineering), Associate Professor of the Machine Basis and Design Department of the South Ural State University. Professional interests: operating cycle and technical maintenance of an internal combustion engine, design and engineering design of an internal combustion engine.
Богданов Сергей Николаевич. Аспирант кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета. Область научных интересов
- рабочий цикл ДВС, альтернативные виды автотракторных топлив.
Bogdanov Sergey Nikolaevich. Post-Graduate Student of the Internal Combustion Engines Department of the South Ural State University. Professional interests: operating cycle of an internal combustion engine, alternate types of car-and-tractor fuels.
