Россия
Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
В статье представлена технико-экономическая и экологическая проблема, которая возникает при эксплуатации силовых агрегатов любого рода. Вредные компоненты, отравляющие окружающую среду при эксплуатации дизельных силовых агрегатов, представляют собой совокупность разных химических соединений. В выхлопных газах силовых агрегатов обильно присутствуют окислы азота, оксид углерода и разного рода несгоревшие углеводороды, но, на наш взгляд, наиболее коварным является сажа, и она же занимает почти 50% всех отравляющих веществ дизельного двигателя. Целью данной работы является повышение технико-экономических и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания путем подачи в цилиндры дополнительной воздушной смеси. Предложены возможные способы решения вышеотмеченной проблемы, а именно, один из вариантов завихрения заряда путем подачи дополнительного воздуха в нижнюю часть гильзы цилиндра в конце такта наполнения и в начале сжатия. Суть данного процесса заключается в следующем, струя дополнительного воздуха создаёт кинетическую энергию основного заряда и одновременно снижает температуру внутри цилиндра до дозволенных величин, тем самым обеспечивает благоприятную атмосферу для окисления горючей смеси и способствует снижению токсичных компонентов продуктов горения, в том числе и сажи. В результате вышеизложенного следует заключить, что введенный в цилиндр дополнительная порция воздуха способствует повышению кинетической энергии рабочего тела, а это в свою очередь является гарантом максимального догорания топливовоздушной смеси. Кроме того, в ней приведены результаты экспериментов в виде графиков и на основании этих данных проведён сравнительный анализ и сделаны определенные выводы по положительной динамике технико-экономических и экологических показателей силовых агрегатов.
силовой агрегат, ДВС, пиролиз, окружающая среда, завихрение заряда, термический распад, окис углерода, окислы азота, сероводород, сажообразование, грубодисперсная аэрозоль
Вредные компоненты, отравляющие окружающую среду при эксплуатации дизельных силовых агрегатов, представляют собой совокупность разных химических соединений [1,2,3,4]. В выхлопных газах силовых агрегатов обильно присутствуют окислы азота, оксид углерода и разного рода несгоревшие углеводороды, но, на наш взгляд, наиболее коварным является сажа, и она же занимает почти 50% всех отравляющих веществ дизельного двигателя.
Целью данной работы является повышение технико-экономических и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания путем подачи в цилиндры дополнительной воздушной смеси.
Для оценки эффективности завихрения заряда, в отличие от известных методик, разработан способ завихрения заряда, позволяющий одновременно повысить технико-экономические и экологические показатели силовых агрегатов.
Научной новизной данного исследования является предложенный способ завихрения заряда в цилиндре, который обеспечивает наилучшее распределение горючей смеси в камере сгорания и полное ее догорание вследствие чего повышается экологичность и экономичность двигателя в целом.
По результатам экспериментальных исследований получены зависимости, характеризующие влияние давления в цилиндре на эксплуатационные показатели ДВС. Разработана конструкция системы подачи дополнительного воздуха в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.
Предложена методика завихрения рабочего заряда в цилиндре, которая благоприятно влияет на повышение эксплуатационных показателей ДВС.
Отдельные результаты экспериментов показали, что система дополнительного завихрения заряда позволяет снизить в отработавших газах содержание сажи на 60…65%. Кроме того, снижается как удельный, так и часовой расход топлива.
Условия, материалы, методы и объекты исследования. Выхлопные газы являются основным источником токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания, которые представляют собой неоднородную смесь с разнообразными химическими и физическими свойствами. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота, углеводорода, сажа и другие компоненты. На наш взгляд, одним из основных неблагоприятных компонентов является сажа, и она же занимает почти 50% всех отравляющих веществ дизельного двигателя (рисунок 1).
Как правило, она образуется в результате пиролиза (термического распада) углеводородных молекул в условиях острого дефицита кислорода в цилиндре двигателя. В процессе окисления, в условиях высоких температур, при остром недостатке кислорода, отдельные атомы водорода отрываются от основных углеводородных молекул дизельного топлива, а уже в свою очередь атомы водорода провоцируют дальнейшую дегидрогенизацию молекул углеводородов [5,6]. Есть такое предположение, что на определенных стадиях пиролиза, отдельные небольшие молекулы углеводородов и углеводородных радикалов одновременно претерпевают дегидрогенизацию и полимеризацию, которые в свою очередь приводят к образованию твердых частиц углерода (сажи). При рассмотрении работы ДВС можно отметить, что в процессе такта расширения в цилиндре дизельного двигателя к частицам сажи поступает кислород, тем самым создаются благоприятные условия для выгорания сажи.
1. Аюгин П.Н. Исследование процесса сгорания топлива в дизельном двигателе в зимних условиях / П.Н. Аюгин, Н.П. Аюгин, Р.Ш. Халимов, Р.К. Сафаров, Д.Е. Молочников, В.А. Голубев // Техника и оборудование для села.- 2015.- №8.- с. 20-23.
2. Глущенко, А.А. К вопросу очистки отработанных масел от нерастворимых примесей в гидроциклоне / А.А. Глущенко, Д.Е. Молочников, С.А. Яковлев, И.Н. Гаязиев // Вестник Казанского ГАУ. - № 3 (50). - 2018. - С. 81-84.
3. Миниахметова, Г.У. Охрана труда на предприятии / Г.У. Миниахметова, И.Н. Гаязиев, В.М. Медведев, О.И. Макарова, Ф.Ф. Яруллин // Агроинженерная наука XXI века. Труды региональной научно-практической конференции. Научное издание. - Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2018. - 390 с.
4. Сибагатуллина, Д.И. Обеспечение безопасности и охраны труда на производстве / Д.И. Сибагатуллина, И.Н. Гаязиев, В.М.Медведев, О.И. Макарова, Ф.Ф. Яруллин // Агроинженерная наука XXI века. Труды региональной научно-практической конференции. Научное издание. - Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2018. - 397 с.
5. Аладашвили, И.К. Современное состояние проблемы токсичности дизелей в сельском хозяйстве И.К. Аладашвили, М.А. Зарубина, О.И. Макарова // Сборник международной научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития механизации и технического сервиса агропромышленного комплекса» - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2018.- С.268.
6. Аладашвили, И.К. Анализ некоторых результатов испытаний дизельного двигателя Д-21, И.К.Аладашвили, О.И.Макарова // Устойчивое развитие сельского хозяйства в условиях глобальных рисков. Материалы научно-практической конференции - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2016.-137-139 с.
7. Макарова, О.И. Особенности охраны труда на производстве / О.И. Макарова // Устойчивое развитие сельского хозяйства в условиях глобальных рисков. Материалы научно-практической конференции - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2016.-С. 229-232.
8. Макарова, О.И. Актуальность проведения аттестации рабочих мест в современном мире // Сборник международной научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития механизации и технического сервиса агропромышленного комплекса» - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2018.- С. 163-166.
9. Валиев, А.Р. Исследование взаимодействия ротационного конического рабочего органа с почвой / А.Р. Валиев, Ф.Ф. Яруллин // Техника и оборудование для села. - 2015. - № 10 (220). - С. 27-31.
10. Валиев, А.Р. Обоснование параметров конического почвообрабатывающего рабочего органа путем решения многокритериальной задачи оптимизации / А.Р. Валиев, Р.И. Ибятов, Ф.Ф. Яруллин // Достижения науки и техники АПК. - 2017. - № 7. - С.69-72.
11. Gussak A., V.P.Karpov and Yu. V. Tikhonov. The Application of hay-Process in Prechamber Engines. SAE 2000.
12. Kobig Axel. Ellinger Karl - Werner. Kollel kurl engine operation on partally dissociated methanol // SAE. - 2005.
13. Гизатуллин, Р.Р. Влияние вредных производственных факторов на работников цементной промышленности / И.Н. Гаязиев, О.И.Макарова, Р.Р. Гизатуллин, Ф.Ф. Яруллин // Студенческая наука - аграрному производству: Материалы 76-ой студенческой (региональной) научной конференции.- Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2018. - С. 167-172.
14. Aroma Constantin Newapprosches to fuel economy in spark-ignition engines Progr. Energy and Combust Sei. 2006. 1. № 4.
