satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2017-16-3-225-231sat-1009Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGВЛИЯНИЕ СОСТАВА ТОПЛИВА, СОДЕРЖАЩЕГО БУТАНОЛ, НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯEFFECT OF COMPOSITION OF FUEL CONTAINING BUTANOL ON WORKING PROCESS PARAMETERS OF DIESEL ENGINEГершаньД. Г.HershanD. G.

Магистр технических наук 

Адрес для переписки:  Гершань Дмитрий Геннадьевич  – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 12, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-95-86   dvs_atf@bntu.by

Master of Engineering 

Address for correspondence:  Hershan Dmitriy G. – Belarusian National Technical University, 12 Ya. Kolasa str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-95-86   dvs_atf@bntu.by

dvs_atf@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201726052017163225231Copyright © Гершань Д.Г., 20172017Гершань Д.Г.Hershan D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1009

Выполнены расчеты влияния топлива, содержащего бутанол, на показатели рабочего процесса дизеля 4ЧН 11/12,5 на режимах внешней скоростной характеристики. Номинальная мощность двигателя 140 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2300 мин–1. Двигатель снабжен газотурбинным наддувом с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, системой топливоподачи аккумуляторного типа. Расчет рабочего процесса выполнен по разработанной компьютерной программе и моделям. Исследования проводили в два этапа: без изменения регулировок системы топливоподачи и при цикловых подачах топлива, обеспечивающих на различных режимах работы величину коэффициента избытка воздуха на уровне, соответствующем работе на дизельном топливе. Выполнен анализ полученных результатов. Показано изменение среднего индикаторного давления, удельного индикаторного расхода топлива, индикаторного коэффициента полезного действия, удельных выбросов окислов азота для рассматриваемых режимов при использовании 5, 10, 15, 20, 25 и 30 % смесей дизельного топлива с бутанолом. Установлены зависимости показателей работы дизеля по внешней скоростной характеристике на различных смесях, позволяющие обосновать параметры системы топливоподачи. Рекомендуется применение смеси дизельного топлива с бутанолом, содержащей 15 % бутанола, без изменения регулировочных и конструктивных параметров двигателя. Выявлено, что для улучшения показателей рабочего процесса двигателя состав смеси должен меняться с изменением режима работы. Разработан распылитель форсунки с составной иглой для системы топливоподачи, позволяющий изменять состав топлива в зависимости от режима работы двигателя.

 

Computational researches the effect of composition of fuel containing butanol on working process parameters of 4ЧН 11/12,5 diesel engine on the external speed characteristic have been conducted. Nominal power is 140 kW at engine speed 2300 min–1. The engine is equipped with gas turbine pressure charging with intercooling of charging air, accumulator-type fuel-handling system. Calculations of the working process have been made in accordance with the developed computer program and models. Investigations have been carried out in two stages: without any changes in regulation of fuel-handling system and with cyclic fuel delivery that ensure such value of excess air factor at various operational modes which corresponds to the operation with diesel fuel. All the obtained results have been analyzed in the paper. The paper shows changes in mean indicated pressure, specific indicated fuel consumption, indicated efficiency, specific nitrogen oxides emissions for various modes in question while using 5, 10, 15, 20, 25 and 30 % mixture of diesel fuel with butanol. Dependences of parameters pertaining to diesel operation have been determined according to external speed characteristic for various mixtures and the obtained data make it possible to justify parameters of the fuel-handling system. It has been recommended to use a diesel fuel-butanol mixture containing 15 % of butanol without any changes in regulating and design engine parameters. It has been revealed that in order to improve parameters of the engine operational process mixture composition must be changed while changing the operational mode. An injector nozzle with a compound needle for the fuel-handling system has been developed and it allows to change fuel composition according to engine operational mode.

рабочий процессдизельный двигательбутанолраспылитель форсункиoperational processdiesel enginebutanolinjector nozzleReferencesДвигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. / В. Н. Луканин [и др.]; под ред. В. Н. Луканина. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2005. Кн. 1. Теория рабочих процессов. 479 с.Lukanin V. N., Morozov K. A., Khachiyan A. S., Alekseev I. V., Golubkov L. N., Chernyak B .Ya., Trusov V. I., Kamfer G. M., Makhov V. Z., Prishvin S. A., Sinyavskii V. V., Matyukhin L. M., Nazarov N. I., Shatrov M. G. (2005) Internal combustion engines. Book 1. Theory of working processes. 2nd edition. Moscow, Vysshaya Shkola Publ. 479 (in Russian).Емельянов, В. Е. Автомобильный бензин и другие виды топлива: свойства, ассортимент, применение / В. Е. Емельянов, И. Ф. Крылов. М.: Астрель: АСТ: Профиздат, 2005. 207 с.Yemelianov V. E., Krylov I. F. (2005) Motor petrol and other types of fuel: properties, range of fuel, application. Moscow, Astrel Publ. 207 (in Russian).Комаров, С. М. Тулунский бутанол: топливо из леса / С. М. Комаров // Химия и жизнь. 2009. № 5 C. 8–11.Komarov S. M. (2009) Tulun butanol: wood fuel. Khimia i Zhizn [Chemistry and Life], (5), 8–11 (in Russian).Марков, В. А. Спиртовые топлива для дизельных двигателей / В. А. Марков, Н. Н. Патрахальцев // Транспорт на альтернативном топливе. 2010. № 1 (13). С. 22–26.Markov V. A., Patrakhaltsev N. N. (2010) Alcohol fuel for diesel engines. Transport na alternativnom toplive [Alternative fuels transportation], 13 (1), 22–26 (in Russian).Investigation of the Performance and Emissions of Bus Engine Operating on Butanol/Diesel Fuel Blends / D. C. Rakopoulos [et al.] // Fuel. 2010. No 89. P. 2781–2790.Rakopoulos D. C., Rakopoulos C. D., Hountalas D. T., Kakaras E. C., Giakoumis E. G., Papagiannakis R. G. (2010) Investigation of the Performance and Emissions of Bus Engine Operating on Butanol/Diesel Fuel Blends. Fuel, 89 (10), 2781–2790. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.03.047Butanol/Biobutanol as a Component of an Aviation and Diesel Fuel / W. Dziegielewski [et al.] // Journal of KONES Powertrain and Transport. 2014. Vol. 21, No 2. P. 69–75.Dziegielewski W., Gawron B., Ka?mierczak U., Kulczycki A. (2014) Butanol/Biobutanol as a Component of an Aviation and Diesel Fuel. Journal of KONES Powertrain and Transport, 21 (2), 69–75. DOI: 10.5604/12314005.1133869Anil Kumar, Y. Perfomance and Emission Characteristics of Spark Ignition Engine Fuelled with Gasoline/n-Butanol Blends / Y. Anil Kumar, B. Prabakaran // International Journal of Engineering Sciences & Research Technology. 2015. No 4 (3). P. 257–263.Anil Kumar Y., Prabakaran B. (2015) Perfomance and Emission Characteristics of Spark Ignition Engine Fuelled with Gasoline/n-Butanol Blends. International Journal of Engineering Sciences & Research Technology, 3 (4), 257–263.Болотник, Е. В. Основы технологии получения биобутанола использованием отселектированного штамма clostridium acetobutylicum БИМ В-709 Д / Е. В. Болотник. Минск: Нац. акад. наук Беларуси, 2015. 25 с.Bolotnik E. V. (2015) Main principles of technology for obtaining bio-butanol while using selected strain (clostridium acetobutylicum BIM V-709 D. Minsk, National Academy of Sciences of Belarus. 25 (in Russian).Перспективы использования сельскохозяйственных растительных культур для производства топлива в Республике Беларусь / О. А. Ивашкевич [и др.] // Вестник БГУ. Сер. 2. Химия. 2009. № 1. C. 4–13.Ivashkevich O. A., Kabo G. Ya., Blokhin A. V., Simirskii V. V., Lugovik Yu. N. (2009) Prospects for using agricultural plant crops for fuel production in the Republic of Belarus. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 2, Khimiya. Biologiya. Geografiya [Vestnik BSU. Series 2: Chemistry. Biology. Geography], (1), 4–13 (in Russian)..Кухаренок, Г. М. Моделирование характеристик топливных струй и параметров камеры сгорания дизеля / Г. М. Кухаренок, Д. Г. Гершань // Вестник БНТУ. 2011. № 4. C. 35–39.Kukharionok G. M., Gershan D. G. (2011) Simulation of characteristics for fuel jets and parameters for diesel combustion chamber. Vestnik BNTU [Bulletin of the Belarusian National Technical University], (4), 35–39 (in Russian).Кухаренок, Г. М. Прогнозирование показателей рабочего процесса дизеля при использовании альтернативных топлив / Г. М. Кухаренок, Д. Г. Гершань // Совершенствование организации дорожного движения и перевозок пассажиров и грузов. Безопасность дорожного движения: сб. науч. тр. Минск: БНТУ, 2016. С. 284–291.Kukharionok G. M., Gershan D. G. (2016) Prediction of indices for diesel working process while using alternative fuel. Sovershenstvovanie organizatsii dorozhnogo dvizheniya i perevozok passazhirov i gruzov. Bezopasnost' dorozhnogo dvizheniya: sb. nauch. tr. [Improvement of road traffic organization and passenger and freight transportation. Road-traffic safety: Collection of research papers]. Minsk, Belarusian National Technical University, 284–291 (in Russian).Гершань, Д. Г. Исследование характеристик топливных струй при применении смесей дизельного топлива с бутанолом / Д. Г. Гершань // Совершенствование организации дорожного движения и перевозок пассажиров и грузов: сб. науч. тр. Минск: БНТУ, 2015. С. 65–70.Gershan D. G. (2015) Investigations on characteristics of fuel jets while applying mixture of diesel fuel with butanol. Sovershenstvovanie organizatsii dorozhnogo dvizheniya i perevozok passazhirov i gruzov: sb. nauch. tr. [Improvement of road traffic organization and passenger and freight transportation: Collection of research papers]. Minsk: Belarusian National Technical University, 65–70 (in Russian).Hershan, Dz. Coordination of Fuel Sprays Characteristics with Combustion Chamber Parameters / Dz. Hershan // Proceedings of 12th EAEC European Automotive Congress, Bratislava, Slovak Republic, 29 June–01 July 2009. Bratislava, 2009. 57–58.Hershan Dz. (2009) Coordination of Fuel Sprays Characteristics with Combustion Chamber Parameters. Proceedings of 12th EAEC European Automotive Congress, Bratislava, Slovak Republic, 29 June–01 July 2009. Bratislava, 57–58.Распылитель форсунки: пат. 18045 Респ. Беларусь, МПК F 02 M 61/10 / Г. М. Кухаренок, А. Н. Марчук, Д. Г. Гершань; дата публ. 28.02.2014.Kukharionok G. M., Marchuk A. N., Gershan D. G. (2014) Injection nozzle. Patent Republic of Belarus no 18045 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.