Bmw r 310 gs 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 к Па, 90 к Па и 100 к Па). Экспериментальные результаты показывают. Что эквивалентный тормозной удельный расход топлива (BSF C) этанол-дизельных смесей лучше. Чем у дизельного топлива при различных атмосферных давлениях. И что эквивалентный BSF C значительно улучшается с повышением атмосферного давления. Когда атмосферное давление ниже 90 к Па.

При 81 к Па выбросы как H C. Так и C O значительно возрастают с увеличением оборотов двигателя и нагрузок и добавлением этанола. В то время как при 90 к Па и 100 к Па их влияние на выбросы H C и C O является незначительным. Изменения атмосферного давления и пропорции смеси этанола не оказывают очевидного влияния на N OX 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 Т Ч 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 N Ox остались прежними или очень незначительно уменьшились при использовании смесей этанол-дизельное топливо по сравнению с дизельным топливом; однако выбросы N Ox 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 H C смесей все еще могут соответствовать стандартам выбросов из-за низких выбросов H C дизельного двигателя. Литература [12, 20] показали. Что выбросы С О смесей этанол-дизель увеличиваются при низкой нагрузке и уменьшаются при высокой нагрузке. Кроме того, выбросы C O2 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 (к Вт / (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 к Па. 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 к Па. Обратное давление выхлопных газов устанавливалось на уровне местного давления окружающей среды. При атмосферном давлении 90 к Па или 100 к Па 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 (BSF C). А затем ссылаться на эквивалентную BSF C (), определяемую как . и имеют низкую теплотворную способность этанол-дизельные смеси и дизельное топливо соответственно. На рис. 1 показано сравнение эквивалентных BSF C 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 к Па до 90 к Па. В то время как снижение было незначительным. Когда атмосферное давление менялось от 90 к Па до 100 к Па.

3.2. Эмиссионные характеристики Н С

Выбросы H C смесей дизель-этанол при трех атмосферных давлениях показаны на рисунках 2, 3и 4. Можно видеть. Что выбросы H C 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 Н С было незначительным. При 2200 об/мин и 81 к Па пропорции смеси оказывали большое влияние на выбросы Н С. Особенно при легкой нагрузке (50 Н·м). Что приводило к увеличению на 47%~ 293%. Увеличение выбросов H C E30 было большим. Эмиссия Н С увеличивалась с увеличением процентного содержания этанола в смесях; однако выбросы H C 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 H C 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 Н С при более высоких оборотах двигателя и нагрузке. Таким образом. Эмиссия Н С 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 Н С 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 H C этанол-дизельных смесей зависят от частоты вращения двигателя. Нагрузки и доли этанола в смеси.

3.3. Эмиссионные характеристики C O

Выбросы С О 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 C O 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 C O. При низких и средних нагрузках более высокая доля этанола несколько увеличивала выбросы C O. При полной нагрузке выбросы С О смесей этанола и дизельного топлива были ниже. Чем у чистого дизельного топлива. Особенно при 81 к Па. Экспериментальные результаты показали. Что этанол-дизельные смеси не будут ухудшать выбросы C O. За исключением 2200 об/мин и низкой нагрузки.




Добавление этанола вызывает снижение температуры газа. Что сдерживает окисление C O. Поэтому эмиссия C O 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 C O. 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 С О смесей этанол-дизель зависят от частоты вращения двигателя. Нагрузки и доли этанола в смеси.

3.4. Эмиссионные характеристики N Ox

На рисунках 8, 9и 10 показаны выбросы N Ox смесей этанола и дизельного топлива при трех атмосферных давлениях. При различных атмосферных давлениях и пропорциях смеси выбросы N Ox демонстрировали сходную тенденцию. Этанол-дизельные смеси снижали выбросы N Ox на большинстве режимов. При 1400 и 2200 об / мин и низкой нагрузке незначительное увеличение выбросов N Ox для Е30 должно быть вызвано плохим эмульгированием при более высокой пропорции смеси. Увеличение содержания кислорода может способствовать образованию N Ox; однако максимальная температура газа является наиболее важным фактором образования N Ox. 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 к Па, на 18%,19%, 40%38% и 63%59% соответственно по 90 к Па, и на 17%,19%, 34%42% и 58%62%, соответственно. При 100 к Па. 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 к Па до 90 к Па, дымовые выбросы Е10, Е20 и Е30 были снижены на 39%, 43% и 55% соответственно. Однако, когда атмосферное давление колебалось от 90 к Па до 100 к Па, 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 к Па. 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 к Па. Эквивалентный удельный расход топлива значительно улучшается с повышением атмосферного давления; и улучшение ослабляется. Когда атмосферное давление выше 90 кПа.(2)При 81 к Па эмиссия H C значительно возрастает с уменьшением скорости и нагрузки и увеличением содержания этанола. Особенно при низкой нагрузке. Увеличение доли этанола в смеси мало влияет на эмиссию Н С при атмосферном давлении от 90 до 100 кПа.(3)При 81 к Па выброс со значительно возрастает с уменьшением скорости и увеличением содержания этанола. Особенно при низкой нагрузке. При 90 к Па и 100 к Па 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 N Ox. В большинстве рабочих условий эмиссия N Ox 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 к Па. Влияние ослабляется. Когда оно превышает 90 кПа.

Подтверждение

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