Двигатель бмв n46b20bd характеристики

С целью изучения влияния этанол-дизельных смесей и высоты полета на производительность и выбросы дизельного двигателя были проведены сравнительные эксперименты на стенде турбонаддувного дизеля, работающего на чистом дизеле (как прототип) и этанол-дизельных смесях (Е10, Е15, Е20 и Е30) при различных атмосферных давлениях (81 кПа, 90 кПа и 100 кПа). Экспериментальные результаты показывают. Что эквивалентный тормозной удельный расход топлива (BSFC) этанол-дизельных смесей лучше. Чем у дизельного топлива при различных атмосферных давлениях. И что эквивалентный BSFC значительно улучшается с повышением атмосферного давления. Когда атмосферное давление ниже 90 кПа.

При 81 кПа выбросы как HC. Так и CO значительно возрастают с увеличением оборотов двигателя и нагрузок и добавлением этанола. В то время как при 90 кПа и 100 кПа их влияние на выбросы HC и CO является незначительным. Изменения атмосферного давления и пропорции смеси этанола не оказывают очевидного влияния на NOX выбросы. Очевидно, что выбросы дыма уменьшаются с увеличением процента этанола в смесях. Особенно при атмосферном давлении ниже 90 кПа.

1. Введение

В последнее время дизельному двигателю уделяется значительное внимание из-за его высокой тепловой эффективности и низкого уровня выбросов; однако при строгом стандарте выбросов и ограниченном запасе нефти используются альтернативные виды топлива для дизельного двигателя. В качестве возобновляемого и кислородсодержащего биотоплива этанол является перспективным топливом для транспортных средств. Которое может быть смешано с дизельным топливом или впрыснуто непосредственно в цилиндр. Существует много исследований по применению этанола на дизельном двигателе. Которые фокусируются на трех аспектах: методы применения этанола на дизельном двигателе. Свойства топлива этанол-дизельных смесей и влияние на характеристики сгорания и эмиссии этанол-дизельных смесей [16].

Поскольку этанол является полярной молекулой и его растворимость в дизельном топливе подвержена влиянию температуры и содержания воды. Высокое процентное добавление этанола к дизельному топливу трудно. Особенно при низкой температуре (ниже примерно 10°C). Для смешивания этанола и дизельного топлива следует добавить эмульгатор или сорастворитель. Во многих литературных источниках указывается. Что ароматические углеводороды. Средний дистиллят и содержание воска в дизельном топливе являются важными факторами его смешивания с этанолом [1, 2]. В настоящее время применение технологии этанола на дизель можно разделить на следующие четыре класса: (1) этанол-бензин смесь с помощью насоса высокого давления [3], (2) этанол фумигации в воздухозаборник заряда с помощью карбюратор или система впрыска с коллектором, который связан с ограничениями на количество этанола обусловлено возникновение детонации двигателя при высоких нагрузках, и предотвращения гашения пламени и осечки при низких нагрузках [36], (3) двойная система впрыска, требующих сверхвысокого давления с системой впрыска и связанной основных изменение конструкции головки цилиндров [6, 74) смеси этанола и дизельного топлива с использованием эмульгатора или сорастворителя для смешивания двух видов топлива с целью предотвращения их разделения . Не требующие технических модификаций со стороны двигателя [6, 8, 9].

Физико-химические характеристики этанол-дизельных смесей очень важны для их применения на дизельном двигателе. Стабильность, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, удельная теплоемкость, теплотворная способность и цетановое число смесей оказывают большое влияние на свойства впрыска, распыления. Воспламенения и сгорания. А также на характеристики холодного пуска, мощности. Расхода топлива и эмиссии двигателя.

Дополнительно. Тыкать и утечку обычных бака. Трубы для подачи топлива. И герметизируя части можно представить. Более жесткие требования предъявляются к смеси. Транспортировке. Хранению и использованию топлива из-за низкой температуры вспышки этанол-дизельных смесей [913].

Цетановое число является важным свойством топлива для дизельных двигателей. Он оказывает влияние на способность запуска двигателя, выбросы. Пиковое давление в цилиндре и шум сгорания. Согласно исследованиям. Проведенным Li et al.

[12], каждый 10-об.% этанол. Добавляемый к дизельному топливу. Приводит к снижению цетанового числа полученной смеси на 7,1 единицы. Литература [8, 14, 15] указало. Что добавление этанола приводит к увеличению задержки воспламенения. Уменьшению продолжительности горения. Высоким максимальным скоростям давления и незначительному снижению температуры газа из-за его низкого цетанового числа и высокой/низкой теплотворной способности. С добавлением улучшителя цетанового числа свойства горения могут достигать уровня прототипа при средне-высокой нагрузке.

Без модификации этанол-дизельные смеси снижали мощность дизеля и увеличивали удельный расход топлива на торможение. Однако эксплуатационные характеристики прототипа могут быть восстановлены после регулировки подачи топлива и времени впрыска двигателя [

16-18]. Ссылка [19] не показали существенного снижения мощности при работе двигателя на различных смесях этанол-дизель (до 20%) при 5% — ном уровне значимости. Удельный расход тормозного топлива увеличился до 9% по сравнению с одним только дизельным топливом. Температура выхлопных газов и температура смазочного масла были ниже при работе на смесях этанол-дизель по сравнению с работой на дизельном топливе.

Этанол-дизельные смеси могут уменьшить выбросы дыма и ТЧ дизельного двигателя. Чем выше это снижение. Тем выше процент этанола в смесях. Причина заключается в том. Что содержание кислорода в смесях может способствовать сочетанию топлива и кислорода даже в богатой топливом области [16, 20-22]. Выбросы NOx остались прежними или очень незначительно уменьшились при использовании смесей этанол-дизельное топливо по сравнению с дизельным топливом; однако выбросы NOx могут быть уменьшены с помощью других методов. Таких как EGR и SCR. Выбросы углеводородов (Гхс) были увеличены с использованием этанол-дизельных смесей.

Чем выше это увеличение. Тем выше процент этанола в смеси. Однако выбросы HC смесей все еще могут соответствовать стандартам выбросов из-за низких выбросов HC дизельного двигателя. Литература [12, 20] показали. Что выбросы СО смесей этанол-дизель увеличиваются при низкой нагрузке и уменьшаются при высокой нагрузке. Кроме того, выбросы CO2 были снижены из-за низкого соотношения C/H этанол-дизельных смесей.

На нерегулярные выбросы дизельного двигателя также повлияло добавление этанола. Cheung et al. [23] сообщили, что несгоревший этанол и ацетальдегид увеличивались, когда 4-циклиндровый дизельный двигатель прямого впрыска заправлялся смесями этанол-дизель, но формальдегид, этен, этин, 1,3-бутадиен и BTX (бензол. Толуол и ксилол) в целом уменьшались. Особенно при высокой нагрузке двигателя.

Установлено. Что катализатор окисления дизельного топлива (DOC) значительно снижает содержание большинства загрязняющих веществ. Включая токсичные вещества воздуха. Песня и др. [24] показали. Что содержание 16 видов Пау и уровень повреждения ДНК снижаются в выхлопе Е5 по сравнению с дизельным топливом.

Атмосферное давление и плотность воздуха могут влиять на процесс сгорания двигателя. Поэтому силовые характеристики. Расход топлива и эмиссионные характеристики двигателя будут отличаться. Когда двигатель работал на разных высотах. До сих пор прикладные исследования этанол-дизельных смесей практически не проводились на малых высотах. Поэтому для исследования влияния этанол-дизельных смесей на производительность и выбросы дизельного двигателя при различных атмосферных давлениях были проведены сравнительные эксперименты между двигателем. Работающим на чистом дизеле (как прототип). И этанол-дизельными смесями на разных высотах [25-27].

2. Материалы и методы

2.1. испытательный двигатель

Испытываемый двигатель был 3,298 л. Дизельный двигатель с непосредственным впрыском и турбонаддувом. Соответствующая характеристика детальной конфигурации двигателя приведена в Таблице 1. В ходе эксперимента двигатель был испытан без каких-либо модификаций.


ТипВстроенный, 4 цилиндра

(мм)
Водоизмещение (Л)3.298
Камера сгорания — тип непосредственного впрыска
Индукционная системаТурбонаддув и интеркулер
Степень сжатия 17.5 : 1
Номинальная мощность (кВт / (об мин-1))73/3200
Максимальный крутящий момент (Нм / (обмин-1))245/2200

2.2. Эмиссионная испытательная установка и реализация различных атмосферных давлений

Приборы для испытания выбросов включали электрический динамометр переменного тока (AVL AFA Drive 250/4-8 ). Анализатор выхлопных газов (AVLCEBⅱ), измеритель расхода топлива (AVL 733) и измеритель дыма (AVL 415). Высота испытательного стенда-1912 м. Местное атмосферное давление-81 кПа. Относительная влажность воздуха составляет 40~60%. А температура колеблется от 18°C до 21°C.

Различные атмосферные давления были произведены системой состояния двигателя (AVL ACS1300 / 300). Которая может автоматически контролировать атмосферное давление и температуру газа на входе. Вход компрессора турбонагнетателя был соединен с выходом давления системы состояния двигателя. И использовались датчик давления и датчик температуры. Когда он составлял 81 кПа. Обратное давление выхлопных газов устанавливалось на уровне местного давления окружающей среды. При атмосферном давлении 90 кПа или 100 кПа обратное давление двигателя регулировалось до давления на входе [17, 18].

2.3. Смесь этанола и дизельного топлива

Было разработано гидравлическое виброэмульгирующее устройство. Которое устанавливалось на насос высокого давления дизеля. Этанол и дизельное топливо подавались в эмульгатор двумя системами подачи топлива. Эмульгированный этанол / дизель впрыскивался в цилиндр насосом и инжектором. Устройство эмульгирования может обеспечивать различные пропорции этанола и дизельного топлива без модификации двигателя и остановки двигателя. Устройство для эмульгирования может использовать 95% — ный этанол без какого-либо эмульгатора и поверхностно-активного вещества. Тестовый дизель — это дизель 0 # [5].

3. Результаты и обсуждения

3.1. Анализ производительности двигателя

Низкая теплотворная способность () этанола ниже. Чем у дизельного топлива. Поэтому необходимо учитывать влияние теплотворной способности при сравнении удельного расхода топлива на тормоз (BSFC). А затем ссылаться на эквивалентную BSFC (), определяемую как . и имеют низкую теплотворную способность этанол-дизельные смеси и дизельное топливо соответственно. На рис.1 показано сравнение эквивалентных BSFC при трех атмосферных давлениях.

а) 2200 об / мин 230 Н м
а) 2200 об / мин 230 Н м
b) 3200 об / мин 190 Н м
b) 3200 об / мин 190 Н м

Видно, что этанол-дизельные смеси стоят ниже. Чем дизельные. Этанол представляет собой оксигенированное топливо с более низким поверхностным натяжением и температурой кипения. Поэтому быстрое испарение этанола может способствовать эффективности распыления и образованию газа смеси. Что хорошо для премикса и диффузионного горения. Кроме того, более высокое содержание кислорода в этаноле может увеличить коэффициент избытка воздуха и повысить тепловую эффективность. С другой стороны. Снижение не было пропорционально добавлению этанола. По сравнению с дизельным топливом. E10 уменьшил be на 1,0~2,6%. В то время как Е15 на 1,8~3,0%. Е20 на 2,6~2,7% и Е30 на 1,4~2,1%. Результаты показали. Что Е15 и Е20 имеют лучшую производительность, чем Е10 и Е30, потому что Е10 имеет меньшую долю этанола. А Е30, возможно. Имеет плохую эмульгацию.

Видно, что как этанол-дизельные смеси. Так и дизельное топливо уменьшаются с повышением атмосферного давления. Снижение было большим. Когда атмосферное давление менялось от 81 кПа до 90 кПа. В то время как снижение было незначительным. Когда атмосферное давление менялось от 90 кПа до 100 кПа.

3.2. Эмиссионные характеристики НС

Выбросы HC смесей дизель-этанол при трех атмосферных давлениях показаны на рисунках 2, 3и 4. Можно видеть. Что выбросы HC при различных атмосферных давлениях демонстрируют значительные расхождения при изменении пропорций смеси. Оборотов двигателя и нагрузок. При увеличении скоростей и нагрузок влияние атмосферного давления на эмиссию НС было незначительным. При 2200 об/мин и 81 кПа пропорции смеси оказывали большое влияние на выбросы НС. Особенно при легкой нагрузке (50 Н·м). Что приводило к увеличению на 47%~ 293%. Увеличение выбросов HC E30 было большим. Эмиссия НС увеличивалась с увеличением процентного содержания этанола в смесях; однако выбросы HC этанол-дизельных смесей почти достигли уровня прототипа при 3200 об/мин.




Поскольку этанол обладает более высокой скрытой теплотой испарения. Что снижает температуру газа и способствует охлаждению стенки цилиндра. Эмиссия HC явно возрастает с увеличением содержания этанола при низких оборотах и нагрузке двигателя. При увеличении оборотов двигателя и нагрузок повышается температура газа и стенки камеры сгорания. Что ускоряет образование газовой смеси и способствует сгоранию топлива. Поэтому увеличение количества этанола оказывает заметное влияние на выбросы НС при более высоких оборотах двигателя и нагрузке. Таким образом. Эмиссия НС имела незначительный рост и достигала уровня дизельного двигателя при некоторых нагрузках двигателя. Из-за его более высокой скрытой теплоты испарения и более низкого цетанового числа. Более высокая доля этанола снижает температуру газа и замедляет задержку зажигания. Что приводит к значительному увеличению выбросов НС E30 при более низкой скорости и нагрузке. Кроме того, другой причиной может быть ограниченная эмульгируемая способность устройства для смешивания при более высокой доле этанола. Основываясь на приведенном выше анализе. Можно сказать. Что выбросы HC этанол-дизельных смесей зависят от частоты вращения двигателя. Нагрузки и доли этанола в смеси.

3.3. Эмиссионные характеристики CO

Выбросы СО смесей этанола и дизельного топлива при трех атмосферных давлениях показаны на рисунках 5, 6и 7. При 2200 об / мин и низкой нагрузке (50 Нm), E10, E20 и E30 увеличили выбросы CO на 20% ~ 250%, 33% ~ 301%. И 35% ~ 210%. Соответственно. С увеличением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель атмосферное давление оказывало значительное влияние на выбросы CO. При низких и средних нагрузках более высокая доля этанола несколько увеличивала выбросы CO. При полной нагрузке выбросы СО смесей этанола и дизельного топлива были ниже. Чем у чистого дизельного топлива. Особенно при 81 кПа. Экспериментальные результаты показали. Что этанол-дизельные смеси не будут ухудшать выбросы CO. За исключением 2200 об/мин и низкой нагрузки.




Добавление этанола вызывает снижение температуры газа. Что сдерживает окисление CO. Поэтому эмиссия CO повышается при низкой нагрузке. С увеличением числа оборотов двигателя и нагрузки повышение температуры газа. Температуры стенки и содержания кислорода в этаноле способствует окислению со. Что уменьшает отрицательный эффект добавления этанола. При полной нагрузке коэффициент избытка воздуха сравнительно низок. Поэтому увеличение доли этанола значительно снижает эмиссию CO. С повышением атмосферного давления увеличивается коэффициент избытка воздуха и ослабляется действие этанола. Поэтому влияние атмосферного давления на эмиссию со незначительно. Основываясь на приведенном выше анализе. Можно сказать. Что выбросы СО смесей этанол-дизель зависят от частоты вращения двигателя. Нагрузки и доли этанола в смеси.

3.4. Эмиссионные характеристики NOx

На рисунках 8, 9и 10 показаны выбросы NOx смесей этанола и дизельного топлива при трех атмосферных давлениях. При различных атмосферных давлениях и пропорциях смеси выбросы NOx демонстрировали сходную тенденцию. Этанол-дизельные смеси снижали выбросы NOx на большинстве режимов. При 1400 и 2200 об / мин и низкой нагрузке незначительное увеличение выбросов NOx для Е30 должно быть вызвано плохим эмульгированием при более высокой пропорции смеси. Увеличение содержания кислорода может способствовать образованию NOx; однако максимальная температура газа является наиболее важным фактором образования NOx. Поэтому снижение температуры газа. Вызванное более высокой скрытой теплотой испарения этанола. Может уменьшить эмиссию NOx.




3.5. Эмиссионные характеристики дыма

На рисунках 11, 12и 13 показаны дымовые выбросы смесей этанол-дизель при трех атмосферных давлениях при полной нагрузке. При различных атмосферных давлениях дымовые выбросы смесей этанол-дизель имели ту же тенденцию. Что и у дизельного топлива. Дымовые выбросы как смесей. Так и дизельного топлива уменьшались с увеличением атмосферного давления. По сравнению с чисто дизельным, Е10, Е20, Е30 и снижается дым выбросов на 18%,26%, 36%47%, 50% и63%, соответственно, на 81 кПа, на 18%,19%, 40%38% и 63%59% соответственно по 90 кПа, и на 17%,19%, 34%42% и 58%62%, соответственно. При 100 кПа. Он показал, что более высокая доля этанола в смеси приводит к снижению дымовых выбросов при том же атмосферном давлении и нагрузке. При 2200 об / мин, когда атмосферное давление колебалось от 81 кПа до 90 кПа, дымовые выбросы Е10, Е20 и Е30 были снижены на 39%, 43% и 55% соответственно. Однако, когда атмосферное давление колебалось от 90 кПа до 100 кПа, дымовые выбросы Е10, Е20 и Е30 были снижены на 14%, 6% и 4% соответственно. Видно, что атмосферное давление оказывает существенное влияние на дымовыделение при атмосферном давлении ниже 90 кПа. Влияние ослабляется. Когда оно превышает 90 кПа.

а) 1400 об / мин 140 Н м
а) 1400 об / мин 140 Н м
b) 1400 об / мин 180 Н м
b) 1400 об / мин 180 Н м
а) 2200 об / мин 160 Н м
а) 2200 об / мин 160 Н м
b) 2200 об / мин 230 Н м
b) 2200 об / мин 230 Н м
а) 3200 об / мин 140 Н м
а) 3200 об / мин 140 Н м
b) 3200 об / мин 190 Н м
b) 3200 об / мин 190 Н м

Атом кислорода обычно соединен с атомом углерода в кислородсодержащем топливе. И трудно разорвать связь. Которая сдерживает образование ароматического углеводорода и черного углерода. Поэтому содержание кислорода в этаноле может обеспечить атом кислорода в богатой топливом области и ингибировать образование дыма. Особенно при большой нагрузке. При большой нагрузке коэффициент избытка воздуха невелик. Поэтому содержание кислорода в этаноле может значительно положительно сказаться на дымоизлучении. С другой стороны. Этанол имеет более низкий процент углерода и серы. Мало ароматических углеводородов. А также более низкое поверхностное натяжение и температуру кипения. Что может способствовать распылению и горению этанол-дизельных смесей и сдерживать выброс дыма.

4. Выводы

(1)силовые характеристики двигателя. Заправленного этанолом-дизельными смесями. Могут удовлетворить спрос прототипа после регулировки подачи топлива. С повышением атмосферного давления эквивалентный удельный расход топлива как смесей. Так и чистого дизеля демонстрировал одинаковую тенденцию к снижению. Когда атмосферное давление ниже 90 кПа. Эквивалентный удельный расход топлива значительно улучшается с повышением атмосферного давления; и улучшение ослабляется. Когда атмосферное давление выше 90 кПа.(2)При 81 кПа эмиссия HC значительно возрастает с уменьшением скорости и нагрузки и увеличением содержания этанола. Особенно при низкой нагрузке. Увеличение доли этанола в смеси мало влияет на эмиссию НС при атмосферном давлении от 90 до 100 кПа.(3)При 81 кПа выброс со значительно возрастает с уменьшением скорости и увеличением содержания этанола. Особенно при низкой нагрузке. При 90 кПа и 100 кПа эмиссия со незначительно увеличивается с увеличением доли смеси при низкой и средней нагрузке. В то время как эмиссия со уменьшается при большой нагрузке.(4)Атмосферное давление и пропорция смеси не оказывают очевидного влияния на эмиссию NOx. В большинстве рабочих условий эмиссия NOx смесей этанол-дизель имеет небольшое снижение по сравнению с дизельным топливом.(5)выброс дыма падает очевидно с увеличением атмосферного давления. Кроме того, более высокая доля этанола в смеси приводит к более низкому выделению дыма. Атмосферное давление оказывает существенное влияние на дымовыделение. Когда оно ниже 90 кПа. Влияние ослабляется. Когда оно превышает 90 кПа.

Подтверждение

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (Грант № 50766001).