Визначення комплексного паливно-екологічного критерія для дизеля при роботі на водопаливній емульсії

Abstract

На сьогоднішній день двигуни внутрішнього згоряння дуже поширені в якості джерел енергії в багатьох країнах Світу. Це обумовлює актуальність задач, що пов’язані з покращенням екологічних характеристик двигунів внутрішнього згоряння. Впровадження альтернативних палив в двигунах внутрішнього згоряння є ефективним засобом зменшення їх негативного впливу на навколишнє середовище. Одним з найбільш доступних та поширених альтернативних палив для дизелів є водопаливна емульсія. Використання водопаливної емульсії дає змогу досягти зменшення питомої витрати палива нафтового походження, а також досягти суттєвого скорочення викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами дизеля. Проте, внаслідок відмінностей фізичних властивостей традиційного дизельного палива та водопаливної емульсії, перебіг процесів сумішоутворення та згоряння в циліндрі дизеля суттєво змінюється. Цим може бути обумовлено виникнення резерву з подальшого покращення показників дизеля шляхом вибору параметрів дизеля, що працює на водопаливній емульсії. В рамках дослідження було обрано наступні параметри для варіювання: ступінь стиску, тиск наддуву, тривалість процесу впорскування, а також кут випередження початку впорскування палива. В статті розглянуто вплив вказаних параметрів на питому ефективну витрату палива дизелем, питомий викид твердих частинок та оксидів азоту, а також на максимальний тиск в циліндрі. Характер та ступінь впливу зміни параметрів дизеля на його показники визначено за допомогою математичного моделювання. Варто відзначити, що вплив кожного з обраних для варіювання параметрів достатньо складний та найчастіше неоднозначний. Тобто при досягненні покращення одних показників можуть дещо погіршуватися інші. Отже, для вибору найбільш раціональних параметрів дизеля, що працює на водопаливній емульсії, необхідно одночасно оцінювати економічні та екологічні показники дизеля. Для такої оцінки було використано методику визначення комплексного паливно-екологічного критерія для дизеля, що працює на водопаливній емульсії. Таким чином, в статті показано наявність потенціалу з комплексного покращення екологічних та економічних показників дизеля шляхом вибору раціональних параметрів.

Today, internal combustion engines are very common as energy sources in many countries around the world. This makes the tasks related to improving the environmental performance of internal combustion engines relevant. The introduction of alternative fuels in internal combustion engines is an effective way to reduce their negative impact on the environment. One of the most available and widespread alternative fuels for diesels is a water-fuel emulsion. The use of water-fuel emulsion makes it possible to reduce the specific fuel consumption of petroleum origin, as well as to achieve a significant reduction in emissions of harmful substances from diesel exhaust. However, due to differences in the physical properties of traditional diesel fuel and water-fuel emulsion, the course of the processes of mixture formation and combustion in the diesel cylinder changes significantly. This may be due to the emergence of a reserve for further improvement of the diesel engine by selecting the parameters of the diesel engine running on water-fuel emulsion. The study selected the following parameters for variation: compression ratio, boost pressure, duration of the injection process, injection timing. The article considers the influence of these parameters on the Brake-specific fuel consumption of diesel, the specific emission of particulate matter and nitrogen oxides, the maximum pressure in the cylinder. The nature and degree of influence of changes in the parameters of the diesel engine on its performance was determined using mathematical modeling. It should be noted that the influence of each of the parameters selected for variation is quite complex and often ambiguous. That is, when some indicators improve, others may deteriorate somewhat. Therefore, in order to select the most rational parameters of a diesel engine running on a water-fuel emulsion, it is necessary to simultaneously assess the economic and environmental performance of the diesel engine. For this assessment, a method was used to determine a comprehensive fuel and environmental criterion for a diesel engine running on a water-fuel emulsion. Thus, the article shows the potential for comprehensive improvement of environmental and economic performance of the diesel engine by choosing rational parameters.