автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Анализ и расчет свойств диметилового эфира и улучшение экологических показателей дизеля путем адаптации топливной аппаратуры

На правах рукописи

'Ж

РЫЖКИН Сергей Владимирович

АНАЛИЗ И РАСЧЕТ СВОЙСТВ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА И УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ АДАПТАЦИИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ

(05.04.02 - Тепловые двигатели)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ОКТ 2009

Москва 2009

003478775

Работа выполнена на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научные руководители

доктор технических наук,

профессор Камфер Г.М.

доктор технических наук, профессор Голубков Л.Н.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Девянин С.Н.

кандидат технических наук, доцент Савастенко А.А.

Ведущая организация

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»

Зашита состоится «20» октября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК Минобрнауки РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническим университете) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, д.64, ауд. 42.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » С f "г J ¿40Л 2009 г.

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (499) 155-93-24.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор _^ ______А. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Улучшение экологических показателей современного дизеля является важной задачей, которая решается различными путями, в том числе и применением альтернативных топлив. Одной из перспективных альтернатив дизельному топливу, рассматриваемых в последние годы, является диметиловый эфир (ДМЭ). Применение ДМЭ в качестве топлива для дизелей начато сравнительно недавно, и его физико-химические свойства как моторного топлива изучены недостаточно полно. Топливные системы (ТС) дизелей и сами дизели требуют адаптации для обеспечения их работы на ДМЭ, что также обуславливает актуальность проведения научно-исследовательских работ в этом направлении.

Цель работы. Улучшение экологических показателей рабочего процесса дизеля путем использования ДМЭ в качестве топлива, анализ и расчет свойств ДМЭ как моторного топлива для дизеля.

Методы исследования. Расчетно-теоретическое исследование работы ТС проведено с использованием методов и программ, разработанных в МАДИ (ГТУ) на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" и частично дополненных автором. Экспериментальные работы проводились на безмоторном топливном стенде и моторном стенде для испытания двигателей с системами регистрации на ЭВМ.

Достоверность результатов обеспечена соблюдением требований государственных стандартов, использованием современных аттестованных методов и средств регистрации, повторяемостью результатов измерений, а также удовлетворительным совпадением результатов расчетного анализа с опытными данными.

Научная_новизна. Проведено уточнение метода

гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, с учетом двухфазного состояния топлива, позволяющее рассчитывать характеристики впрыскивания с учетом физических особенностей ДМЭ, а также подбирать и обосновывать рациональные параметры ТА. Показана целесообразность увеличения размерности топливного насоса высокого

давления и проходного сечения распылителей при переводе дизеля с дизельного топлива на ДМЭ.

Дополнен комплекс полуэмпирических уравнений для определения важных с точки зрения организации процессов топливоподачи и теплоиспользования свойств ДМЭ, в частности, для расчета свойств ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения Бертло. Проведены расчеты скрытой теплоты парообразования, поверхностного натяжения и динамической вязкости паров ДМЭ с использованием принципа термодинамического подобия по аналогичным величинам для пропана и н-бутана. Проведен анализ свойств ДМЭ как топлива для дизелей.

Практическая ценность работы. Предложенные подходы к адаптации ТС для работы на ДМЭ, подтвержденные и дополненные во время моторных испытаний, и результаты расчетных исследований могут быть использованы для дальнейшей разработки и совершенствования ТС, работающих на ДМЭ. Программа гидродинамического расчета ТА с учетом предложенного дополнения позволяет с достаточной для практики точностью быстро и качественно решать задачи проектирования и исследования физических явлений при работе ТА на ДМЭ.

На двигателе Д-120 (24 10,5/12) с оптимизированной ТА, имеющей увеличенные размерность ТНВД (с!п/Ьп увеличена с 9/9 до 10/10 мм) и проходное сечение распылителей (на 60%), показана возможность улучшения экологических характеристик дизеля (в частности, выбросов оксидов азота) при сохранении его мощностных показателей.

Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета ТА и результаты расчетных и экспериментальных исследований внедрены в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ). Результаты работы использованы в ОАО «НИИ двигателей», а также в ГУП «Мосавтохолод».

Основные положения выносимые на защиту: • результаты расчета некоторых свойств диметилового эфира, в частности, теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ с применением метода термодинамического подобия ДМЭ, пропана и н-бутана;

• результаты расчета свойств ДМЭ в газовой фазе с использованием уравнения Бертло, в частности, скорости звука, теплоемкостей и удельного объема;

• анализ свойств ДМЭ как моторного топлива доя дизеля;

• уточнение метода гидродинамического расчета ТА при её работе на ДМЭ;

• методика и результаты моторных испытаний дизеля Д-120 (24 10,5/12) на ДМЭ, которые показали возможность улучшения экологических характеристик дизеля, работающего на ДМЭ, путем оптимизации ТА при сохранении его мощностных показателей. Личный вклад автора:

• проведен анализ современных тенденций использования ДМЭ и других альтернативных топлив в качестве топлива для дизеля на основе технической и патентной литературы;

• проведен анализ современных методов и новых технологий производства диметилового эфира за рубежом и в России;

• проведен расчет свойств ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения состояния Бертло;

• проведены расчеты некоторых свойств ДМЭ с использованием принципа термодинамического подобия;

• разработана методика, создана экспериментальная установка, позволяющая с достаточной точностью определять объемную долю газовой фазы е0 в диметиловом эфире при давлении насыщенных паров, и проведены измерения объемной доли газовой фазы £о в рабочем диапазоне температур от 20 до 80 °С;

• дополнен метод гидродинамического расчета ТА, использующий ДМЭ, уточнением начальных условий, в частности, заданием величины газовой фазы на основе экспериментальных данных;

• обоснована комплектация ТА по результатам расчетной оптимизации ТА. Расчетное исследование оптимизированной ТА при работе на ДМЭ показало сокращение продолжительности впрыскивания на 6... 7 град поворота кулачкового вала ТНВД;

• создана экспериментальная система питания дизельного двигателя, позволяющая работать на ДМЭ и ДТ, а при запуске и прогреве двигателя на ДТ;

• проведены моторные испытания дизеля Д-120 со штатной и оптимизированной ТА с индицированием давлений в топливопроводе и цилиндре двигателя при работе дизеля на ДМЭ;

• результаты моторных испытаний при работе дизеля Д-120 на ДМЭ и ДТ на штатной ТА показали, что переход на ДМЭ обеспечивает снижение выбросов N0* примерно в 1,5 раза, а замена штатной ТА на оптимизированную ТА обеспечивает при работе на ДМЭ снижение выбросов Ж)х по сравнению с работой на ДТ на больших нагрузках в 2,5 раза.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях: в 2006г., 2007г. и в 2009г. в МАДИ (ГТУ), в 2008г. на III Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов», в 2009г. на Всероссийском научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок имени профессора В.И. Крутова в МГТУ имени Н.Э. Баумана и заслужили положительные оценки.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Из них 2 статьи в изданиях по списку ВАК и два патента РФ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения, содержит 117 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 28 таблиц, 4 фото. Библиография включает 103 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цели и

задачи исследования, изложена общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу современного состояния вопроса и

постановке задачи исследования. Рассмотрены актуальные современные

способы использования альтернативных тогшив. Использование ДМЭ в

качестве топлива для дизелей требует совершенствования существующих методов расчета и разработки новых подходов адаптации ТС к работе на ДМЭ. Большой вклад в изучение проблем, связанных с применением ДМЭ, внесен фирмами АУЬ, НоШог Торзое, НАМИ, НИИД, МГТУ им.

H.Э.Баумана, МАДИ и др. Результаты исследований показали, что использование в качестве топлива ДМЭ в жидком виде позволяет снизить уровень шума, исключить выбросы сажи и существенно снизить выбросы оксидов азота. Практическое отсутствие сажи и полное отсутствие серы в продуктах сгорания ДМЭ позволяют эффективно использовать высокую степень рециркуляции отработавших газов и окислительные нейтрализаторы, что обеспечивает выполнение большинства перспективных норм по токсичности отработавших газов дизелей.

В обзоре приведен также анализ новых технологий производства

ДМЭ.

По параметрам, определяющим рабочий процесс ТС, ДМЭ является сжиженным газом близким к пропан-бутану. Основной проблемой при переводе дизеля на ДМЭ является создание достаточно простой и надежной ТС. В исследованных работах представлены результаты использования ДМЭ с различными типами ТС и предложены возможные пути адаптации ТС.

Несмотря на определенные успехи по адаптации ТС и использованию ДМЭ в качестве топлива для дизелей, до сих пор нет достаточно отработанной методики перевода дизелей на работу с ДМЭ. Практически отсутствуют методы расчета свойств ДМЭ как моторного топлива в необходимом диапазоне температур, так как до настоящего времени ДМЭ в основном использовался при низких температурах как хладагент.

На основе анализа состояния вопроса были сформулированы следующие задачи исследования.

I. Провести расчет параметров состояния, теплоемкости и скорости звука в газовой фазе ДМЭ на основе уравнения состояния Бертло.

2. Подтвердить эффективность использования принципа термодинамического подобия для определения свойств ДМЭ и провести расчеты теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ.

3. Провести анализ свойств ДМЭ как моторного топлива для дизелей.

4. Разработать методику, создать экспериментальную установку и определить объемную долю газовой фазы в ДМЭ при давлениях близких к давлениям насыщенных паров.

5. Дополнить метод гидродинамического расчета ТА уточнением начальных условий, в частности, объемной доли газовой фазы ДМЭ, полученной экспериментально.

6. Расчетным путем оптимизировать основные параметры ТА для использования ДМЭ в качестве топлива.

7. Разработать двухтопливную систему питания дизеля для работы как на ДТ, так и на ДМЭ для проведения моторных испытаний с определением параметров впрыскивания топлива, давления и температуры рабочего тела в цилиндре дизеля.

8. Провести моторные испытания со штатной ТА (на ДТ) и с оптимизированной ТА (на ДТ и ДМЭ) с целью подтверждения возможности улучшения экологических показателей дизеля.

Во второй главе проведен анализ и расчет свойств ДМЭ. Диметиловый эфир (ДМЭ) СН3-О-СН3 в отличие от большинства низших спиртов и их эфиров характеризуется высокими значениями ЦЧ. Вместе с тем ДМЭ имеет ряд недостатков, прежде всего высокие давления насыщенных паров при низких температурах, в результате чего даже при отрицательных температурах при атмосферном давлении он переходит в газовую фазу, что создает при его использовании определенные трудности. Тем не менее сочетание отсутствия склонности к дымлению, уменьшения уровня шума и выбросов оксидов азота, делают применение ДМЭ весьма перспективным. Так, в 2004 году в городе Москве осуществлен перевод ряда автомобилей с дизельными двигателями на диметиловый эфир. В связи с этим существенно вырос интерес к определению свойств ДМЭ не только как хладагента.

Материалы этой главы базируются на трудах М.П.Вукаловича,

Р.Планка, Г.М.Камфера,) а также на результатах, полученных А.А.Жердевым в МГТУ и д-ром Х.Офнером в фирме АУЬ и были разработаны (за исключением анализа ДМЭ как моторного топлива) совместно с Г.М. Камфером.

Для расчета свойств ДМЭ в состоянии насыщения использована система полуэмпирических уравнений в диапазоне температур вплоть до критической:

• давление насыщенных паров р„п (в 105 Па)

рт =13931,39ехр

2030,14

Т -36,49

скрытая теплота парообразования г (в кДж/кг)

N0,4

- = 691| 1- —

Т КО

удельный объем кипящей жидкости у' (в м3/кг)

укр - у'= 4,8921 • 10-4 • -4,059 • 10"5 ■ {^Г^Т^ -

+1,318-10^.{^¡ГргЧ

' удельный объем насыщенных паров (в м /кг)

1 ' 1 ^ - = -20,1^"^ + 7,645(^\^7Г)2 - 0,568(^Г~^77^ -

(1)

(2)

(3)

+1,722-10"

Н^кяГ +1,068-10-3(Л/Гк/3-Г f

(4)

Достоверность контролировалась выполнением уравнения Клапейрона-Клаузиуса (равенством величины N = {dpldт)т{y"-v')lr единице).

Для определения свойств ДМЭ в паровой (газовой) фазе использовано уравнение состояния Бертло

в точной ^ + ф^у -ь) = ят (5)

б т!"

9 «/;

и приолиженнои рУ = КГ +

(6)

128 р„

формах, которое при рассчитанных по критическим параметрам ДМЭ (ркр=52,36-105 Па, Ткр=400 К, Укр=0,003696 м3/кг, данные АУЬ) значениях коэффициентов а и Ь дает удовлетворительное согласование с данными, опубликованными Р.Планком и А.А. Жердевым. С использованием уравнения Бертло были рассчитаны значения теплоемкостей и скорости

звука в газовой фазе ДМЭ при р=105 Па, которые близки к экспериментальным данным.

С целью расширения методов расчета физических свойств ДМЭ в диссертации были проведены расчеты ряда свойств ДМЭ с использованием методологии термодинамического подобия ДМЭ с

на основе

пропаном и н-бутаном, предложенного Г.М.Камфером.

использования хорошо изученных и подробно опубликованных свойств пропана и н-бутана.

В табл. 1 по опубликованным данным дано сопоставление ряда физических параметров пропана, н-бутана и ДМЭ.

Таблица 1

Свойства и отношения, обосновывающие термодинамическое _подобие ДМЭ, пропана и н-бутана _

Вещество Пропан Н-бутан ДМЭ

Ркр, МПа 4,34 3,72 5,236

Ткр, к 369,8 425,8 400,0

укр, 10"3,м3/кг 4,309 4,301 3,696

2кр 0,2676 0,2621 0,2677

Тщ/Хкр 0,232 0,324 0,333

ТЯч. 0,63 0,64 0,62

цг/Т, кДжДкмоль-К) 81,3 82,3 89,9

Цг/Ткр, кДж/(кмоль-К) 50,8 52,7 53,8

Допуская, что в термодинамически соответственных состояниях зависимости подобных одноименных физических параметров от Т и р будут одинаковыми, по аналогичным величинам для пропана и н-бутана получены уравнения для определения следующих свойств ДМЭ:

• скрытой теплоты парообразования г

Гпср.п-Ж кр,п гбср,бкр,б ^дмэ^пДиэд/^кр,дмэ . . ( - 404 =~Г~=-\04~ =-/ — 4)4-= гйет>

(1 -Т„Г (1 -ТбГ О-ГашГ

где У, = Т ГГкрп; Тб =Т !Ткрб\ Тд.ю =Т /ТкрАю; значения с/берутся при Г = 298 К (для пропана с/ = 1,672 кДж/(кг-К); для н-бутана с° = 1,704 кДж/(кг-К); для ДМЭ ср° = 1,43 кДж/(кг-К);

• динамической вязкости паров Г|

где для пропана и н-бутана п = 1,3; для ДМЭ п = 1,2.

В результате получено удовлетворительное согласование результатов расчета и опытных данных с максимальной погрешностью до

В заключение второй главы дан анализ ДМЭ как моторного топлива. С позиции рабочего процесса ТС определяющими являются следующие свойства: высокое давление насыщенных паров (0,5 МПа при 20 °С); существенно меньшие (по сравнению с ДТ): низшая теплота сгорания (27,6 МДж/кг); вязкость (0,19 мм2/с); модуль упругости, плотность и скорость звука (480 Мн/м2, 660 кг/м3 и 860 м/с при р=0,1 МПа и г=20 °С). Эти особенности приводят к необходимости увеличения цикловой подачи почти в два раза и нежелательного роста продолжительности впрыскивания, а таюке дефициту пусковых подач. В результате возникает вопрос об обосновании использования ТНВД с большой размерностью.

Анализ рабочего процесса дизеля следует рассматривать с учетом следующих свойств ДМЭ по сравнению с ДТ: примерно в два раза большая скрытая теплота парообразования (430 кДж/кг против 190...220 кДж/кг при нормальных условиях) существенно охлаждает рабочее тело при испарении ДМЭ, способствуя снижению температуры в

(8)

поверхностного натяжения о

(9)

3%.

цилиндре и, следовательно, уменьшению выбросов оксидов азота. Сравнительный анализ среднеповерхностного диаметра капель показывает, что за счет малой вязкости (= 20 раз) и меньшего коэффициента поверхностного натяжения (егдаэ ~ 7 ■ 1(г3 Н/м против 28 ■ 10"3 Н/м) в первом приближении средний поверхностный диаметр сЬо капель ДМЭ почти в 2 раза меньше с12о у ДТ. Лучшему распыливанию способствует и более развитая кавитация в сопловых отверстиях распылителя при истечении ДМЭ (¡ис на 10... 15% меньше, чем у ДТ). Все это объясняет возможность использования сравнительно небольших давлений впрыскивания (20...30 МПа). С другой стороны, наличие слишком мелких капель способствует гомогенизации заряда у распылителя и в ряде случаев увеличению выбросов СО и СН.

В третьей главе изложены конструктивные особенности установки, оборудования, а также методика для экспериментального исследования с целью обоснования уточнения разработанного в МАДИ (ГТУ) метода расчета ТА с учетом двухфазного состояния диметилового эфира. Приведены результаты расчетных исследований.

Экспериментальная установка создавалась для замера скорости звука в ДМЭ с целью уточнения начальных условий (доли газовой фазы) при проведении гидродинамического расчета топливной аппаратуры, учитывающего двухфазное состояние топлива. Цель работы заключалась в получении зависимостей скорости звука от давления и температуры для топливной системы (ТС), работающей на ДМЭ. Принципиальная схема установки показана на рис. 1.

(7 метров)

Рис. 1. Схема установки для измерения скорости звука

Методика определения доли газовой фазы заключалась в следующем. При различных величинах объемной доли газовой фазы £о по формулам (10) и (11), проводились расчеты зависимостей а=£(р). При этом давления менялись от давления насыщенных паров ршт=ро и выше. Важно отметить, что как р|ш, так и коэффициенты В2 и Л] существенно зависят от температуры.

U + aJ U + A

У "2

Ро ■

(¡ni)

Ро+%)

л + А,

1-е,

"2-(Ро + В2>

(ч, +')

Р 0+А ) Д+А

(10)

Ро_ Pi

(11)

На рис. 2 приведен пример расчета зависимостей a=f(£o,p) и экспериментальные точки в результате обработки £0.

В данном расчете принималось: t=20 °С; ро=0,5 МПа; ро=660 кг/м3; Bi=0; п,=1; В2=450; п2=10,3.

а. ^ооо г у | - .....|—ГТ~1

900 ■—--------

200-—^----—--------

100--———————----—---

о ----------------

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Р,МПа

Рис. 2. Влияние содержания доли газовой фазы на величину скорости звука (t=20 °С): ■ - экспериментальные данные

:0%

V 1

" r^j.—

ео=0 JX¡

е =0 / 1

£0= / 1 / 1 1

£ =1

£<Г

Результаты расчета показывают, что при сравнительно небольших избыточных давлениях (над давлением насыщенных паров) порядка

ОД...0,5 МПа скорость звука существенно зависит от Ео и может служить для косвенной оценки доли газовой фазы.

Результаты замера скорости звука и расчета £о при 1=20 °С представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты замера скорости звука и расчета £о при 1=20 °С

1=20 °С

1 р, МПа а, м/с £оь % Ео, %

1 0,6 382 0,71

2 0,65 409 0,76 0.74

3 0,7 421 0.88

По результатам замеров при трех температурах получено: яри 20 °С ео=0,74%, при 50 °С £о=1,47%, при 80 °С £„=2,22%. Зависимость практически линейна, при повышении температуры на один градус £о изменяется на 0,025%. Полученные данные (£о=ОД) использованы для уточнения начальных условий при расчетах по разработанной в МАДИ (ГТУ) и использованной для расчета процесса впрыскивания математической модели псевдооднородной пузырьковой среды с термодинамически равновесными изотермическими процессами. Ее описание сводится к системе уравнений неустановившегося двшкения сплошной среды (12) и (13), для замыкания которой используется уравнение, учитывающее влияние газовой фазы на параметры среды (14).

Уравнение неразрывности для рассматриваемого случая -одномерного неустановившегося движения вязкой сжимаемой жидкости в топливопроводе имеет вид:

дрд(рс)

д( дх

- = 0.

(12)

где .г и г - координаты соответственно пространства и времени, р и с -плотность и скорость движения топлива. В связи с отсутствием строгого решения задачи об изменении гидравлического сопротивления трубы при

неустановившемся турбулентном движении пузырьковой среды использовано уравнение движения вязкой жидкости на основе гипотезы квазистационарности гидравлического сопротивления:

где р - давление; к - фактор гидравлического сопротивления топливопровода,

и с1т - соответственно коэффициент гидравлического трения и диаметр топливопровода.

Для замыкания системы уравнений (12) и (13) требуется уравнение связи объемной доли ГФ (е), плотности и давления. Это уравнение в виде />=/(£, р) с учетом объемного содержания газовой фазы е при начальном давлении можно получить из соотношения Тета:

■ = £

Ро+В,

Ра+В2 _р + В2

(14)

где п - показатель степени в уравнении Тета; В - параметр, характеризующий межмолекулярные силы и силы поверхностного натяжения; индексы 1 - газовая фаза; 2 -жидкость; 0 - указывает, что параметр берется при начальном давлении.

Приведенные выше уравнения решаются с учетом начальных условий: остаточное давление ро и начальный объем газовой фазы Угф. Остаточное давление ро в линии высокого давления поддерживается постоянным и должно быть выше давления насыщенных паров сжиженного газа. Начальный объем газовой фазы рассчитывается по определенным экспериментальным величинам объемной доли газовой фазы и распределяется равномерно по линии высокого давления ТА.

Расчетное исследование влияния объемной доли газовой фазы при неизменном активном ходе плунжера на режиме пк=900 мин"1 и Уц=108 мм3 (при £а) показало существенное влияние е„ на процесс впрыскивания: увеличение е0 на 1% приводит к уменьшению цикловой

подачи V[( на 12,5...17 мм3 (11,5..18%) и снижению среднего давления впрыскивания на 1,2... 1,4 МПа.

В заключение третьей главы была проведена расчетная оптимизация ТА. Критерий оптимизации - минимизация продолжительности впрыскивания Д^,->rain. Ограничения dn<10 мм, hnmax< 10 мм (из возможностей производства ТНВД серии УТН), рфтах>30 МПа. Оптимизация проводилась на режиме номинальной мощности пк=900 мин"1, Vu=108 мм3 путем перебора различных сочетаний максимального проходного сечения распылителя диаметра плунжера dn, максимального подъема плунжера hnmax-

Результаты приведены в табл. 3 и на рис. 3.

Таблица 3

Основные параметры впрыскивания штатной и оптимизированной ТА

№ Топливо п», мин'1 ТС р1 МПа s мм РФ maxi МПа град

1 ДТ 900 Штатная 16,08 56 38,8 9,3

2 ДМЭ 900 Штатная 16,5 108 25,6 15,89

3 900 Оптимизированная 16,8 109 34,6 9,69

Рис. 3. Зависимости давления в форсунке и хода иглы от угла

поворота вала ТНВД:-----штатная ТА, — оптимизированная ТА

(п=1200 мин'1, Уц=108 мм3, ДМЭ)

Из рис. 3 видно, что штатная ТА ((1„Л1птах=9/9 мм (Д^ОД 7 мм2) при работе на ДМЭ имеет растянутое впрыскивание. Оптимизированная ТА (¿п/Ьптах=10/10 мм |д£{=0,27 мм2) обеспечивает уменьшение продолжительности впрыскивания на 6,2 град, что, как это следует из табл. 3, примерно соответствует продолжительности впрыскивания при работе на ДТ, при этом рфтах укладывается в заданное ограничение рфтах>30 МПа.

В четвертой главе приведены результаты и анализ испытаний дизеля 24 10,5/12 со штатной и оптимизированной ТА на ДМЭ и ДТ.

Объектом испытания являлся дизель 2 Ч 10,5/12 (Д-120) воздушного охлаждения; номинальная мощность ^=18,4 кВт при и=1800 мин1. Исследовались штатная ТА при работе на ДТ и ДМЭ и оптимизированная ТА при работе на ДМЭ.

Установка включает в себя исследуемый двигатель, испытательный стенд с балансирным динамометром, пульт управления, а также необходимые системы обеспечения и средства контроля работы дизеля, включая индицирование давления в топливопроводе и цилиндре дизеля. При испытаниях использована оригинальная система питания, обеспечивающая запуск и прогрев на ДТ с последующим переходом на ДМЭ.

Результаты моторных испытаний приведены на рис. 4, 5 и 6. Основное внимание при проведении моторных испытаний дизеля (Д-120) (2 Ч 10,5/12) уделялось не топливной экономичности, а выбросам токсичных составляющих отработавших газов (ОГ). Это объясняется тем, что надежный и достаточно точный метод прямого замера расхода ДМЭ отсутствовал. Обзор литературных источников, а также результатов, полученных в МАДИ, показывает, что топливная экономичность при переходе на ДМЭ в основном сохраняется на уровне работы на ДТ, или слегка снижается на малых нагрузках. В связи с отсутствием связи углерод - углерод и наличием в молекуле 34,8 % кислорода сажа (С) при работе на ДМЭ не образуется. Наблюдаемые в ряде опытов выбросы частиц объясняются угаром масла.

Сравнительные испытания выбросов N0» СО2 при работе на ДТ и ДМЭ со штатной ТА приведены на рис. 4. Очевидно, что для дизеля основными вредивши выбросами с ОГ являются Ж)х и сажа. Из рис. 4 видно, что при работе на ДМЭ выбросы Ж)х уменьшились примерно в 1,5 раза. Причем важно, что преимущество ДМЭ хорошо выражено на больших нагрузках. Сравнительно низкий уровень выбросов К0Х, (как на ДМЭ, так и на ДТ) объясняется поздним установочным углом опережения впрыскивания. Так, при работе на ДМЭ действительный угол опережения впрыскивания был равен » 1°ПКВ.

Рис. 4. Сопоставление токсичных составляющих ОГ при работе на ДМЭ и ДТ по нагрузочной характеристике дизеля 2 Ч 10,5/12 со штатной ТА (ДТ и ДМЭ]) и с оптимизированной ТА (ДМЭ2); п=1400 мин"1: А ДТ, ■ ДМЭ(штат), ♦ ДМЭ(опт)

Сравнительно низкие выбросы >ТОХ при работе на ДМЭ наблюдались и на других режимах (см. рис. 5).

В результате моторных испытаний дизеля на ДМЭ с оптимизированной ТА по нагрузочной характеристике максимальные выбросы Ж)х снизились по сравнению со штатной ТА на 60... 65%. Таким

образом, при работе на ДМЭ с использованием оптимизированной ТА максимальные выбросы МОх снизились в 2,5 раза по сравнению с выбросами при работе на ДТ (штатная ТА).

кВт

Рис. 5. Токсичные составляющие ОГ (N0*) при работе на ДМЭ по нагрузочной характеристике дизеля 2410,5/12 со штатной ТА ■ ДМЭ(штат) и оптимизированной ТА ♦ ДМЭ(опт); п=1600 мин"1

Снижение выбросов оксидов азота при переходе со штатной на оптимизированную ТА обусловлено существенным уменьшением продолжительности впрыскивания ДМЭ, которое приводит к уменьшению времени сгорания и, следовательно, времени существования зоны пламени, в которой образуется N0*

Однако сокращение продолжительности впрыскивания ДМЭ не привело к уменьшению выбросов СО и СН.

В целом следует отметить сравнительно низкие выбросы СО и СН. Так, СН изменялась от 33 до 88 ррт, СО от 0,02 до 0,06%.

Низкий уровень СН можно объяснить поздним (см. рис.6) углом опережения впрыскивания. Так, в совместной работе МАДИ и ГНЦ РФ «НАМИ» при работе на ДМЭ на одноцилиндровой установке 1412/12 изменение угла опережения впрыскивания с 18 до 5 °ПКВ привело к снижению СН с 230 до 70 млн"1.

т, к

Ф. град ПКВ

Рис. 6. Зависимость давления и температуры от угла ПКВ и дифференциальная характеристика впрыскивания (п=1411 мин1, ре=0,755 МПа

В целом можно констатировать, что выбросы СО и СН не удается заметно снизить оптимизацией продолжительности сгорания. По-видимому, в этом случае требуется дополнительная доводка рабочего процесса и использование окислительных нейтрализаторов, чему способствует отсутствие сажи и соединений серы, а также возможность работы на поздних углах опережения впрыскивания.

Выводы

1. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что технические и экономические предпосылки для применения ДМЭ в дизельных двигателях, а также широкая сырьевая база и новейшие технологии производства ДМЭ позволяют считать ДМЭ возможной альтернативой дизельному топливу.

2. Дополнен комплекс уравнений для определения термодинамических свойств диметилового эфира в паровой (газовой) фазе в состоянии насыщения (давления насыщенных паров, скрытая теплота парообразования и др.) в диапазоне температур вплоть до критической, достоверность которых контролируется выполнением уравнения Клапейрона-Клаузиуса и подтверждается опубликованными данными.

3. Подтверждена возможность расчета параметров состояния, теплоемкости и скорости звука ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения состояния Бертло.

4. Расчеты по методу термодинамического подобия подтвердили его перспективность, так как метод позволяет определять свойства ДМЭ (а, в принципе, и любых термодинамически подобных веществ) при невозможности проведения прямых экспериментов и наличии термодинамически подобных веществ с подробно изученными свойствами. В частности, с использованием принципа термодинамического подобия рассчитаны значения теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ по аналогичным величинам для пропана и н-бутана в диапазоне температур от 1т=-50 сС до 1кр, дающие удовлетворительное согласование с опубликованными данными.

5. Разработана методика, создана экспериментальная установка, позволившие с достаточной точностью определить объемную долю газовой фазы в диметиловом эфире при давлении насыщенных паров е<>. Результаты регистрации объемной доли газовой фазы в рабочем диапазоне температур от 20 до 80 °С показывают, что зависимость е0 от температуры практически линейна: при изменении температуры ДМЭ на один градус £о изменяется на 0,025%.

6. Уточнен метод гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, учитывающий влияние экспериментально определенной доли газовой фазы. Проведены расчетные исследования, позволяющие обосновать параметры оптимизированной ТА, имеющей существенно более короткое впрыскивание при сохранении и некотором увеличении давления впрыскивания.

7. Проведенные моторные испытания на специально созданной установке показали, что переход с ДТ на ДМЭ обеспечивает снижение выбросов N0* со штатной ТА в 1,5 раза, а с оптимизированной ТА в 2,5 раза. Проведенный анализ свойств ДМЭ показал, что основными причинами снижения выбросов >ЮХ по сравнению с ДТ являются: примерно в два раза большая скрытая теплота парообразования (430 кДж/кг по сравнению с 190...220 кДж/кг для ДТ), что более

существенно охлаждает рабочее тело в цилиндре и, следовательно, уменьшает температуру пламени; наличие связанного кислорода в молекуле приводит к уменьшению зоны пламени и, следовательно, к снижению выбросов NOx; более высокое цетановое число также способствует уменьшению периода задержки воспламенения и уменьшению максимальной температуры.

8. Анализ свойств ДМЭ показал, что меньшие, чем у дизельного топлива коэффициент поверхностного натяжения (более чем 3 раза) и вязкость (более чем в 20 раз), а также более развитая кавитация при истечении через распыливающие отверстия обеспечивают более мелкое распыливание при подаче ДМЭ в цилиндр дизеля.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованные ВАК

1. Голубков Л.Н., Грачев A.B., Рыжкин C.B. Разработка и исследование топливных систем для дизелей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №6, 2008,-с. 6-10.

2. Рыжкин C.B. Использование метода термодинамического подобия для расчета некоторых свойств диметилового эфира. //Автомобили, двигатели и их компоненты. Труды НАМИ. Выпуск 240, М., Изд. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2008, -с. 102... 108.

Статьи

3. Камфер Г.М., Рыжкин C.B. Диметиловый эфир в состоянии насыщения. Расчет термодинамических характеристик. II Химия и технология топлив и масел, №1, 2005.-е. 51... 53.

4. Камфер Г.М., Николаев С.Е., Рыжкин C.B. Анализ термодинамических свойств диметилэфира. Ч.И // Поршневые двигатели и топлива в XXI веке: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ), 2003. - с. 152... 167.

5. Камфер Г.M., Рыжкин C.B. Расчет термодинамических свойств диметилового эфира в состоянии насыщения. // П-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: Тезисы докладов МАДИ (ГТУ), 2005. -с.92.,,94.

6. Голубков Л.Н., Эсмаилзаде Эбрахим, Адамов В.В., Рыжкин С.В, Грачев А.Ю. Некоторые результаты адаптации топливной аппаратуры дизеля для работы на диметиловом эфире // Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: Сб. науч. тр./ МАДИ (ГТУ), 2006. -с. 21... 30

7. Грачев А.Ю., Рыжкин C.B. Научно-технические и технологические проблемы перевода дизельных двигателей на диметиловый эфир. // Перспективы развития энергетических установок для автотранспортного комплекса: Сб. науч. тр./ МАДИ (ГТУ) 2006, - с. 31-35.

Авторские свидетельства:

8. Пат. № 2287077 РФ, МПК F02M 21/02, F02M 59/46. Топливная

система дизеля для работы на диметиловом эфире / Л.Н. Голубков, М.Г. Шатров, В.В. Адамов, А.Ю. Грачев, C.B. Рыжкин; Опубл. 10.11.2006, Бюл. №31.

9. Пат. № 2319034 РФ, МПК F02M 43/00. Топливная система дизеля / Т.Н.Смирнова, В.И.Назаров, Р.Н.Горбач, С.В.Рыбинский, С.А.Захаров, В.А.Шаров, А.В.Акимов, Б.Ф.Аллилуев, С.В.Рыжкин; Опубл. 10.03.2008. Бюл. № 7.

Подписано в печать 23 июня 2009 г.

Формат 60x90/16

Объём 1,0 п. л.

Тираж 100 экз.

Заказ № 110909236

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт» ИНН/КПП 7728572912\772801001

Адрес: 119333, г. Москва, Университетский проспект, д. 6, кор. 3.

Тел. 740-76-47, 989-15-83.

Шр://\х\\у,.т1\егрпп1т

Принятые обозначения и сокращения.

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ альтернативных топлив, используемых в дизелях.

1.2. Физико-химические свойства диметилового эфира (ДМЭ.

1.3. Сравнительные исследования экологических показателей дизелей при работе на дизельном топливе и ДМЭ.

1.4. Анализ современных методов и новых технологий производства диметилового эфира.

Выводы по главе и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА.

2.1. Состояние изучения свойств диметилового эфира.

2.2. Расчет термодинамических свойств диметилового эфира.

2.2.1. Свойства диметилового эфира в состоянии насыщения.

2.2.2. Свойства диметилового эфира в паровой (газовой) фазе.

2.3. Использование метода термодинамического подобия для расчета свойств диметилового эфира.

2.3.1. Исходные положения.

2.3.2. Скрытая теплота парообразования.

2.3.3. Динамическая вязкость паров.

2.3.4. Поверхностное натяжение.

2.4. Анализ свойств диметилового эфира.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. УТОЧНЕНИЕ МЕТОДА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ И ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Описание экспериментальной установки для определения доли газовой фазы в диметиловом эфире (ДМЭ).

3.2. Методика определения газовой фазы в ДМЭ путем регистрации и расчета скорости звука.

3.3. Результаты измерения скорости звука и расчета доли газовой фазы.

3.4. Уточнение метода гидродинамического расчета ТА, учитывающего двухфазное состояние ДМЭ (исследовательского метода).

3.5. Результаты расчетных исследований ТА по дополненному исследовательскому методу расчета ТА.

3.5.1. Анализ влияния объемного содержания газовой фазы на параметры впрыскивания.

3.5.2. Расчетная оптимизация топливной аппаратуры дизеля 2410,5/12.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЯ Д-120 СО ШТАТНОЙ И ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ТА НА ДМЭ И ДТ.

4.1. Экспериментальная установка для проведения моторных испытаний.

4.2. Система топливоподачи ДМЭ и ДТ.

4.3. Анализ результатов, полученных в процессе моторных испытаний со штатной и оптимизированной ТА.

Выводы по главе 4.

Выводы.

Актуальность работы. Улучшение экологических показателей современного дизеля является важной задачей, которая решается различными путями, в том числе и применением альтернативных топлив. Одной из перспективных альтернатив дизельному топливу, рассматриваемых в I последние годы, является диметиловый эфир (ДМЭ). Применение ДМЭ в качестве топлива для дизелей начато сравнительно недавно, и его физико-химические свойства как моторного топлива изучены недостаточно полно. Топливные системы (ТС) дизелей и сами дизели требуют адаптации для обеспечения их работы на ДМЭ, что также обуславливает актуальность проведения научно-исследовательских работ в этом направлении.

Цель работы; Улучшение экологических показателей рабочего процесса дизеля путем использования ДМЭ в качестве топлива, анализ и расчет свойств ДМЭ как моторного топлива для дизеля.

Методы исследования. Расчетно-теоретическое исследование работы ТС проведено с использованием методов и программ, разработанных в МАДИ (ГТУ) на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" и частично дополненных автором. Экспериментальные работы проводились на безмоторном топливном стенде и моторном стенде для испытания двигателей с системами регистрации на ЭВМ.

Достоверность результатов обеспечена соблюдением требований государственных стандартов, использованием современных аттестованных методов и средств регистрации, повторяемостью результатов измерений, а также удовлетворительным совпадением результатов расчетного анализа с опытными данными.

Научная новизна. Проведено уточнение метода гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, с учетом двухфазного состояния топлива, позволяющее рассчитывать характеристики впрыскивания с учетом физических особенностей ДМЭ, а также подбирать и обосновывать рациональные параметры ТА. Показана целесообразность увеличения размерности топливного насоса высокого давления и проходного сечения распылителей при переводе дизеля с дизельного топлива на ДМЭ.

Дополнен комплекс полуэмпирических уравнений для определения важных с точки зрения организации процессов топливоподачи и теплоиспользования свойств ДМЭ, в частности, для расчета свойств ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения Бертло. Проведены расчеты скрытой теплоты парообразования, поверхностного натяжения и динамической вязкости паров ДМЭ с использованием принципа термодинамического подобия по аналогичным величинам для пропана и н-бутана. Проведен анализ свойств ДМЭ как топлива для дизелей.

Практическая ценность работы. Предложенные подходы к адаптации ТС для работы на ДМЭ, подтвержденные и дополненные во время моторных испытаний, и результаты расчетных исследований могут быть использованы для дальнейшей разработки и совершенствования ТС, работающих на ДМЭ. Программа гидродинамического расчета ТА с учетом предложенного дополнения позволяет с достаточной для практики точностью быстро и качественно решать задачи проектирования и исследования физических явлений при работе ТА на ДМЭ.

На двигателе Д-120 (24 10,5/12) с оптимизированной ТА, имеющей увеличенные размерность ТНВД (d„/hn увеличена с 9/9 до 10/10 мм) и проходное сечение распылителей (на 60%), показана возможность улучшения экологических характеристик дизеля (в частности, выбросов оксидов азота) при сохранении его мощностных показателей.

Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета ТА и результаты расчетных и экспериментальных исследований внедрены в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и используются в учебном процессе кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ). Результаты работы использованы в ОАО «НИИ двигателей», а также в ГУП «Мосавтохолод».

Основные положения выносимые на защиту;

• результаты расчета некоторых свойств диметилового эфира, в частности, теплоты парообразования, поверхностного натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ с применением метода термодинамического подобия ДМЭ, пропана и н-бутана;

• результаты расчета свойств ДМЭ в газовой фазе с использованием уравнения Бертло, в частности, скорости звука, теплоемкостей и удельного объема;

• анализ свойств ДМЭ как моторного топлива для дизеля;

• уточнение метода гидродинамического расчета ТА при её работе на ДМЭ;

• методика и результаты моторных испытаний дизеля Д-120 (24 10,5/12) на ДМЭ, которые показали возможность улучшения экологических характеристик дизеля, работающего на ДМЭ, путем оптимизации ТА при сохранении его мощностных показателей.'

Личный вклад автора:

• проведен анализ современных тенденций использования ДМЭ и других альтернативных топлив в качестве топлива для дизеля на основе технической и патентной литературы;

• проведен анализ современных методов и новых технологий производства диметилового эфира за рубежом и в России;

• проведен расчет свойств ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения состояния Бертло;

• проведены расчеты некоторых свойств ДМЭ с использованием принципа термодинамического подобия;

• разработана методика, создана экспериментальная установка, позволяющая с достаточной точностью определять объемную долю газовой фазы s0 в диметиловом эфире при давлении насыщенных паров, и проведены измерения объемной доли газовой фазы е0 в рабочем диапазоне температур от 20 до 80 °С;

• дополнен метод гидродинамического расчета ТА, использующий ДМЭ, уточнением начальных условий, в частности, заданием величины газовой фазы на основе экспериментальных данных;

• обоснована комплектация ТА по результатам расчетной оптимизации ТА. Расчетное исследование оптимизированной ТА при работе на ДМЭ показало сокращение продолжительности впрыскивания на 6.7 град поворота кулачкового вала ТНВД;

• создана экспериментальная система питания дизельного двигателя, позволяющая работать на ДМЭ и ДТ, а при запуске и прогреве двигателя на ДТ;

• проведены моторные испытания дизеля Д-120 со штатной и оптимизированной ТА с индицированием давлений в топливопроводе и цилиндре двигателя при работе дизеля на ДМЭ;

• результаты моторных испытаний при работе дизеля Д-120 на ДМЭ и ДТ на штатной ТА показали, что переход на ДМЭ обеспечивает снижение выбросов NOx примерно в 1,5 раза, а замена штатной ТА на оптимизированную ТА обеспечивает при работе на ДМЭ снижение выбросов NOx по сравнению с работой на ДТ на больших нагрузках в 2,5 раза.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях: в 2006г., 2007г. и в 2009г. в МАДИ (ГТУ), в 2008г. на III Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов», в 2009г. на Всероссийском научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок имени профессора В.И. Крутова в МГТУ имени Н.Э. Баумана и заслужили положительные оценки.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Из них 2 статьи в изданиях по списку ВАК и два патента РФ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения, содержит 117 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 28 таблиц, 4 фото. Библиография включает 103 наименования.

Выводы

1. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что технические и экономические предпосылки для применения ДМЭ в дизельных двигателях,' а также широкая сырьевая база и новейшие технологии производства ДМЭ позволяют считать ДМЭ возможной альтернативой дизельному топливу.

2. Дополнен комплекс уравнений для определения термодинамических свойств диметилового эфира в паровой (газовой) фазе в состоянии насыщения (давления насыщенных паров, скрытая теплота парообразования и др.) в диапазоне температур вплоть до критической, достоверность которых контролируется выполнением уравнения Клапейрона-Клаузиуса и подтверждается опубликованными данными.

3. Подтверждена возможность расчета параметров состояния, теплоемкости и скорости звука ДМЭ в газовой фазе на основе уравнения состояния Бертло.

4. Расчеты по методу термодинамического подобия подтвердили его перспективность, так как метод позволяет определять свойства ДМЭ (а, в принципе, и любых термодинамически подобных веществ) при невозможности проведения прямых экспериментов и наличии термодинамически подобных веществ с подробно изученными свойствами. В частности, с использованием принципа термодинамического подобия рассчитаны значения теплоты парообразования, поверхностного! натяжения, динамической вязкости паров ДМЭ по аналогичным величинам для пропана и н-бутана в диапазоне температур от t=-50 °С до tKp, дающие удовлетворительное согласование с опубликованными данными.

5. Разработана методика, создана экспериментальная установка, позволившие с достаточной точностью определить объемную^ долю газовой фазы В'диметиловом эфире при давлении насыщенных паров бо- Результаты регистрации*объемной доли газовой фазы в рабочем диапазоне температур от 20 до 80^ °С показывают, что зависимость бо от температуры практически линейна: при изменение температуры ДМЭ на один градус е0 изменяется на 0,025%.

6. Уточнен метод гидродинамического расчета ТА, работающей на ДМЭ, учитывающий влияние экспериментально определенной доли газовой фазы. Проведены расчетные исследования, позволяющие обосновать параметры оптимизированной ТА, имеющей существенно более короткое впрыскивание при сохранении и некотором увеличении давления впрыскивания.

7. Проведенные моторные испытания на специально созданной установке показали, что переход с ДТ на ДМЭ обеспечивает снижение выбросов NOx со штатной ТА в 1,5 раза, а с оптимизированной ТА в 2,5 раза. Проведенный анализ свойств ДМЭ показал, что основными причинами снижения выбросов NOx по сравнению с ДТ являются: примерно в два раза большая скрытая теплота парообразования (430 кДж/кг по сравнению с 190.220 кДж/кг для ДТ), что более существенно охлаждает рабочее тело в цилиндре и, следовательно, уменьшает температуру пламени; наличие связанного кислорода в молекуле приводит к уменьшению зоны пламени и, следовательно, к снижению выбросов NOx; более высокое цетановое число также способствует уменьшению периода задержки воспламенения и уменьшению максимальной температуры.

8. Анализ свойств ДМЭ показал, что меньшие, чем у дизельного топлива коэффициент поверхностного натяжения (более чем 3 раза) и вязкость (более чем в 20 раз), а также более развитая кавитация при истечении через распыливающие отверстия обеспечивают более мелкое распыливание при подаче ДМЭ в цилиндр дизеля.

1.Автомобили-рефрижераторы ЗИЛ-5301 «Бычок», работающие на диметиловом эфире. / Т.Н. Смирнова, С.А. Захаров, В.И. Назаров, А.Ю. Грачев, И.Е. Чурсин // Журнал «Интеграл», № 3 (23) май-июнь 2005, - с. 60-64.

2. Акобия Ш., Смирнова Т. Перспективы снижения вредных выбросов при применении диметилэфира // Грузовик и автобус, троллейбус, трамвай.1999, №2. С.27-29.

3. Астахов И. В., Голубков Л. Н., Трусов В. И., Хачиян А. С., Рябикин Л. М. Топливные системы и экономичность дизелей // М: Машиностроение, 1990.-288 с.

4. Бадылькес И.С., Бухтер Е.З., Вейенберг Б.С. Холодильная техника: Энциклопедический справочник. В трех книгах. М.: Госторгиздат, 1960. - кн. 1. - 544 с.

5. Бадылькес И.С. Рабочие вещества и процессы холодильных машин. -М.: Госторгиздат, 1962. 256 с.

6. Балакин В.И., Еремеев А.Ф., Семенов Б.Н. Топливная аппаратура быстроходных., дизелей.- М.: Машиностроение, 1967. 299 с.

7. Вальехо Мальдонадо Пабло Рамон. Применение разделенной подачи топлив растительного происхождения в малоразмерной дизель с целью улучшения его экологических показателей: Дис. канд. техн. наук / РУДН. М.,2000.-185 с.

8. Виноградов Л.В., Горбунов В.В , Патрахальцев Н.Н. Применение газовых топлив в двигателях внутреннего сгорания. — М.: Изд-во ИРЦ Газпром, 1996.- 187 с.

9. Вукалович М.П., Новиков И.М. Техническая термодинамика. М., Энергия, 1968 496 с.

10. Голубков Л.Н., Мазннг М.В., Леонтьев А.Е. Исследование н выбор конструктивно-регулировочных параметров топливных систем малолитражного вихревого дизеля // Совершенствование автотракторных двигателей внутреннего сгорания. Тр. МАДИ, 1985.-С. 35—43.

11. Голубков Л.Н., Мурзин Д.С. Исследование скорости распространения импульса давления н газосодержания в топливопроводе топливной системы дизеля // Рабочие процессы автотракторных двигателей внутреннего сгорания. Тр. МАДИ, 1981.-С. 75—85.

12. Голубков Л.Н., Перепелин А.П. Метод гидродинамического расчета топливной системы дизеля с учетом двухфазного состояния топлива // Рабочие процессы в ДВС и их агрегатах. Тр. МАДИ, 1987.-С. 80—87.

13. Голубков Л.Н., Померанцев Е.М., Ишханян А.Э. Метод и результаты гидродинамического расчёта топливной аппаратуры дизеля, работающего насжижённом газе.- М., ВИНИТИ, 2000, деп. 1642-в.

14. Голубков JI.H., Грачев А.В., Михальченко Д.А. Результаты расчетно-экспериментального исследования топливной системы дизеля, работающего на диметиловом эфире // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо, №., 2008, с.

15. Голубков JI.H., Филипосянц Т.Р., Иванов А.Г., Ишханян А.Э. Результаты испытаний дизеля, использующего в качестве топлива диметиловый эфир // Автомобили и двигатели: Сб. научн. тр. / НАМИ 2003. Вып. 231. — С.41-51.

16. Голубков JI.H., Рыжкин С.В, Грачев А.Ю. Разработка и исследование топливных систем для дизелей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир // Тракторы и сельхозмашины, № 6, 2008, с 6-10.

17. Грехов JI.B. Топливная аппаратура дизелей с электронным управлением: Учебно-практическое пособие.-М: Легион-автодата, 2003 .-176с.

18. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей М. Химии, 1982. - 264с.

19. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. -М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962. -288 с.

20. Добродеев В. П., Мочалова Н. А.Расчет термодинамических процессов в системах подачи топлива в двигатель // Известия вузов. Авиационная техника. 1995. №3. С. 49-52.

21. Диметиловый эфир-топливо и хладагент для дизельных авторефрижераторов /Жердев А.А., Глухов С.д. и др. // Вестник МУТУ. Сер. Машиностроение. Специальный выпуск, 2000.-182с.

22. Камфер Г.М., Семенов В.П. Анализ взаимосвязи диаметра камеры сгорания и интенсивности движения воздушного заряда в дизеле // Двигателестроение, 1983, № 10.-С. 3—5.

23. Камфер Г.М., Семенов В.Н., Степаненко А.С. Интенсивность вращения воздушного заряда при различных конструкциях впускного канала и камеры сгорания.- Двигателестроение, 1986. № 9. с. 6-8.

24. Камфер Г.М., Рыжкин С.В. Диметиловый эфир в состоянии насыщения. Расчет термодинамических характеристик // Химия и технология топлив и масел, №1, 2005, -с 51-53.

25. Камфер Г.М., Николаев С.Е., Рыжкин С.В. Анализ термодинамических свойств диметил- эфира. // Поршневые двигатели и, топлива в XXI веке: Сборник научн. Тр. М.: МАДИ (ГТУ), Ч.И 2003. - с. 152-167

26. Камфер Г.М. Научные основы эффективного применения топлив различного состава в автотракторных дизелях Дисс. докт. техн. наук. -М., МАДИ (ГТУ), 2005.- с. 369.

27. Камфер Г.М. О термодинамическом подобии диметилэфира //

28. Поршневые двигатели и топлива в XXI веке. Сб. науч. тр. / МАДИ(ГТУ), 2003. -С. 144.151.

29. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. М: МАДИ(ТУ), 2000.-311с.

30. Лукшо В.А. Однотопливная система питания диметиловым эфиром для дизельного двигателя //Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов / Сборник докладов. Ч. 2. М.: Изд-во Прима-Пресс-М,2005. - С. 19-28.

31. Лукшо В. А. Альтернативные топлива для автотранспорта // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб.науч. тр. НАМИ. -М., 1999. С.137-150.

32. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ, 2002. - 376с.

33. Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.-360 с.

34. Материалы о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2005 году // Правительство Москвы. Департамент природопользования и охраны окружающей среды. М, 2005. 179 с.

35. Марков В.А., Козлов С.И. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей. М.: МГТУ, 2000. - 296с.

36. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей: Учебное пособие / МАДИ. М., 1998. - 84 с.

37. Мочалова Н. А. Исследование термодинамики плотных жидкостей и газов с целью уточнения метода гидродинамического расчета топливных систем тепловых двигателей летательных аппаратов: Автореферат дисс. канд. техн. наук. г. Рыбинск, 1995.-21 с.

38. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов /Г.А. Терентьев, В. М. Тюков, Ф.В. Смаль М.: Химия, 1989. - 272 с.

39. Отчет 2002 г. «Разработка и создание рабочего процесса и элементов ТА двигателей, использующих в качестве топлива диметиловый эфир, синтез-газ, природный газ. Руководитель темы В.Н. Луканин, руководитель раздела темы Л.Н. Голубков. М., 2002.- 104 с.

40. Отчет. Том 1. МАДИ, № Б550300. Руководитель темы В.Н. Луканин, руководитель раздела темы Л.Н. Голубков. М., 2002, 104 с.

41. Патрахальцев Н.Н., Альвеар Санрес Л.В. Пути развития топливныхсистем для подачи в цилиндр дизеля нетрадиционных • топлив// Двигателестроение; 1988. — С. 11-13.

42. Патрахальцев Н.Н., Альвер Санчес, Шкаликова В.П. О возможности расширения ресурса дизеля изменением состава топлива // Сб.ДВС. Харьков: Высшая школа, вып.48.- с.73-79.

43. Патрахальцев H.Hi, Царитов А.З. Костиков А.В., Расчетно-экспериментальное- определение влияния переходных процессов в топливной аппаратура дизеля, на его динамические качества // Автомобильная промышленность. 2001,N4.- С 16-19.

44. Пат. на на изобретение № 2287077, МПК F02M 21/02, F02M 59/46. Топливная система дизеля для работы на.диметиловом эфире / Голубков Л.Н., Шатров M.F., Рыжкин С.В., Адамов В.В., Грачев А.Ю.; Заявлено 30.05.2005; Опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31.

45. Поляков А.В: Применение диметилового эфира в качестве рабочего тела холодильных установок дизельных авторефрижераторов. Дисс. канд. техн. наук. М., МГТУ им. Н.Э, Баумана, 2001.

46. Пути решения проблем использования диметилового эфира в качестве топлива для дизелей. Голубков Л.Н., Эсмаилзаде Эбрахим.- м., 2004. -Деп. в ВИНИТИ №1664-В2004.- 12с.

47. Разлейцев Н:Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: Высшая школа, 1980. - 169 с.

48. Рыжкин С.В., Дунин А.Ю. Результаты испытаний дизеля 2 Ч 10,5/12, использующего в качестве моторного топлива диметиловый эфир. // Сб. науч. тр. Выпуск 241, М., Изд. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2008, -с. 112. 118.

49. Рыжкин С.В. Использование метода термодинамического подобия для расчета некоторых свойств диметилового эфира. // Автомобили, двигатели и их компоненты. Сб. науч. тр. Выпуск 240, М., Изд. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2008, -с. 102. 108.

50. Рыжкин С.В. Анализ и расчет свойств диметилового эфира как моторного топлива // 3-й Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе. Научно-техническая конференция. / МАДИ(ГТУ) 2007, -С. 72.74.

51. Роберте Дж. Теплота и термодинамика, ГИТТЛ, М. 1950. 592 с.

52. Смиронова Т.Н, Захаров С.А., Назаров В.И., Рыжкин С.В., О применении ДМЭ в качестве топлива для дизелей // III-я Международная конференция «Альтернативные источники энергии для больших городов» М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2008. -С. 39.

53. Смирнова Т., Захаров С., Болдырев И., Аникин С. Новое топливо для городского транспорта // Двигатель. 1999, №2. С. 42-43.

54. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов. /Подред. B.M. Татевского, М. Гостоптехиздат, 1960. -412 с.

55. Хачиян А.С. Сравнительный анализ впрыскивания метанола и дизельного топлива //Двигателестроение. 1988, №2.-С. 22—24.

56. Шкаликова В.П., Патрахальцев Н.Н. Применение нетрадиционных топлив в дизелях. М.: Изд-во РУДН, 1993. - 64 с.

57. Bartneima L., Spinder W., Woschni G. Messung der ortlichen Luftbewegung im Brennraum eines Direkteinspritzenden Dieselmotors. MTZ, 1983, 44, № 2, s. 67-70.

58. Beilsteins Handbuch Der Organischen Chemie Viert Auflafe. Springer -Verlag-Berlin «Heidelberg^New-York, 1973, s 1188-1194.

59. D.Gill, H. Ofner and others Produvtion Feasible DME Technology for Direct Injection CI Engine // Speing Fuels & Lubricants Meeting. 2001-5-9-7, Orland. -7p.

60. Dimethylether als faltemittelkomponent / Lippold Hans, Heid Rudolf //Kiluft -und Kaltetechen. 1997. -Bd. 33, № 5. -s. 202-205.

61. DME -The Diesel Fuel for 21st Century? Dr. Theo H. Fleish -AVL LIST Gmbh / AVL Conference: Graz (Austria), 1995. 24 p.

62. Fliesch Т., Meurer P.C. DME The Diesel Fuel for the 21st Centure? // AVL Conference "Engine and Environment 1995". Austria. 1995. 11 p.

63. Felder R.M. and R.W. Rousseau. Elementary Principles of Chemical Process (3th ed.), Wiley, New York, 2000.

64. Gill D., Ofner H and others. The Performance of a Heavy Duty diesel engine with a Production feasible DMA Injection System//SAE Paper 2001-01-3629, 2001. 7p

65. Gill D., Ofner H. and others. Production Feasible DME technology for

66. Direct Injection CI Engines // SAE Paper 2001-01-20Is, 2001.7p.

67. Gill D., Ofner H. Dimethyl Ether- a Clean Fuel for Transportation. SAE Paper 990059, 1999. -7 p.

68. Gill D., Ofner H. Dimethyl Ether a Clean Fuel for Transportation // SAE Paper 990959. SIAT 99. India. 6 p.

69. Gill, D., Ofner, H.,Schwarz D., Sturman E., Wolterton M.A.: The Performance of a Heavy Duty Diesel Engine whith a Production Feasible DME Injection System., 2001, SAE-Paper 2001-01-3629. 8 p.

70. Hansen J.B., Voss В., Joensen F. Large Scale Manufacture of Dimethyl Ether a New Alternative Diesel Fuel from Natural Gas // international Congress & Exposition. Detroit Michigan. SAE Paper 950063, 1995. - 10 p.

71. Kapus P. Ofner H. Development of Fuel Injection Equipment and Combustion System for DI Diesels Operated on Dimethyl Ether // SAE Paper 950062, 1995. 18 p.

72. Kapus P., Cartellieri W. ULEV Potential of a DI/TCI Diesel Passenger Car Engin. Operated on Dimethyl Ether // AVL List GmbH, Austria. 1995. 11- p.

73. Kensuke Wakai, Keiya Nishida, Takuo Yoshizaki, Hiroyuki Hiroyasu: Ignition Delays of DME and Diesel Fuel Sprays Injected by a D.I. Diesel Injector, 1999. SAE-Paper 1999-01-3600. 8 p.

74. Mikkelsen S.-E., Hansen J.B., Sorenson S.C Progress with Dimethyl Ether// International Alternative Fuels Conference. USA. 1996. 11 p.

75. Ofner H. Gas Based Fueles An Alternative Approach to Clean Propulsion Technologies; 3rd Intern. Colloquium FUELS, TAE Jan 17-18, 2001. 10 - p.

76. Ofner H., Tritthart P. Alternatives to Conventional Diesel Fuel -Strategies for Clean Combustion and Utilization of Resources // ISFL 2000 Intern. Symposium on Fuels and Lubricants. New Delhi. 2000. 14 p.

77. Ofner H., Gill D., Kammerdiener T. A fuel injection system concept for dimethyl ether. C517/022/96/. AVL LIST GmbH, Gras, Australia, 1996. p. 275-288

78. Plank R. Handbuch der Kaltetechnik. Berlin: Springer -Velgrand, 1956. -Bd. 4. -s. 436-438.

79. Perry R.H. and D. Green, ed., Perry's Chemical Engineering Handbook (7th ed.), Mc Graw-Hill, New York, 1997.

80. Sorenson S.C., Mikkelsen S.-E. Performance and Emissions of a 0.273 Liter Direci Injection Diesel Engine Fuelled with Neat Dimetyl Ether // International Congress & Exposition, Detroit, Michigan. SAE Paper 950064, 1995. 11 p.

81. Theo H. Fleisch, Peter C. Meurer DME. The Diesel Fuel for the 21st Century? // AVL Conference "Engine and Environment 1995", Graz. Austria. 1995. 11-p.

82. Untersuchung des Betriebs- und Abgasemissionsverhaltens eines Dieselmotors unit Oxidationskatalysator / May V.H., Hattingen U., Tyeobald J., Weidmann K., Konig A // Motortechnische Zeitschrift 59. 1998, № 2.- P. 112-123.

83. William Braker, Allen L. Mossman. Matheson Cas Data Book. Sixth Edition, New York, 1996. 31 p.

84. Yoshio S., Akira N. Performance and Emission Characteristics of a SI Diesel Engine Operated on Dimethyl Ether EGR with Supercharging // International Spring Fuels & Lubricants Meeting & Exposition Paris, France. SAE Paper 2000-01-1809. 8 p.

85. УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета)х наук, профессор1. A.M. Иванов2009 г.

86. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов научно-исследовательской работы в высшее учебное заведение

87. Метод обеспечивает необходимую для практического применения точность расчета рабочего процесса топливной аппаратуры на ДМЭ и используется на кафедре при подготовке бакалаврских дипломных работ и магистрских диссертаций.1. Заведующий кафедрой

88. Теплотехника и автотракторные двигате.д.т.н., профессор1. М.Г. Шатров1.1. УТВЕРЖДАЮ

89. Главный инженер 'УП ((Мосавтохолод^^ахщзгь.1. АКТо внедрении решений по улучшению экологических показателейдизельных двигателей

90. Зам. генерального директора, начальник отдела турбопоршневыхдвигателеи, к.т.н.1. Т.Н. Смирнова

91. Ст. научный сотрудник, к.т.н.1. Р.Н. Горбач1. УТВЕРЖДАЮ

92. Заместитель генерального директора по научной работе ФГУП «НАМИ»,доктор технических наук, профессор1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов научно-исследовательской работы

93. Заведующий лабораторией энергосберегающих технологий, кандидат технических наук1. А.С. Теренченко