employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
Ul'yanovsk, Ulyanovsk, Russian Federation
employee
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The article is devoted to solving the problem, associated with the partial replacement of commercial mineral diesel fuel (DT) with mixed vegetable-mineral (DST) motor fuel. DST biocomponent is a vegetable oil, for example, camelina oil. A constructive version of a dual-fuel diesel power supply system is proposed, the main element of which is a mixer-dispenser of vegetable oil and mineral diesel fuel, which, due to the electrodosers controlled by the electronic control unit (ECU), is used according to the signals of the load-speed diesel engine sensors (crankshaft rotational speed, position rail of the high pressure fuel pump) and the camelina oil temperature sensor, to ensure the supply of diesel mixed fuel with different contents components. Under the supervision were tractors of one year of production, with approximately the same operating time and carrying out the same production work at the livestock complex of the enterprise. The estimated parameters of wear of the plunger pairs of the pump sections of the injection pump are: the geometric dimensions of the details of the plunger pairs (ovality and taper of the plunger, diameters of the plunger and sleeve, annular gap between the plunger and the sleeve); mass of parts of plunger pairs (plunger, sleeve); volumetric cyclic fuel supply, hydraulic density of plunger pairs. The use of diesel mixed fuel based on vegetable oil, containing for example 50% mineral marketable fuel and 50% camelina oil, allows a slight decrease in effective power (not more than 6%) and a slight increase in the specific effective consumption of mixed fuel (up to 14%) % of fuel of petroleum origin, as well as reduce exhaust smoke by 17-20% and reduce the content of carbon monoxide by 35-40% compared with the operation of diesel on commercial mineral diesel fuel.
diesel, vegetable oil, camelina oil, mixer, dual-fuel power system, electronic control unit
Повышение энергоэффективности мировой экономики и развитие возобновляемых источников энергии – одна из главных задач современности.
Перспективным направлением решения данной задачи (без существенных конструктивных изменений серийно выпускаемых автотракторных дизелей) является частичное замещение ДТ смесевым растительно-минеральным топливом [1]. Наибольшее распространение в РФ и странах ЕС в качестве биологического компонента ДСТ получило рапсовое масло, которое широко используется в пищевой промышленности. Возделывание рапса требует плодородных земель, тепла, влаги и тщательного соблюдения технологии выращивания. Все это ограничивает возделывание рапса только в благоприятных природно-климатических условиях [2,3]. Поэтому одним из перспективных биокомпонентов ДСТ является рыжиковое масло (РыжМ), которое получают из семян рыжика. Рыжик может возделываться как однолетней, так и зимующей культурой. Рыжик относится к морозо - засухоустойчивым, малотребовательным к теплу, влаге и удобрениям культурам и может возделываться в различных природно-климатических зонах [4,5,6].
Условия, материалы и методы исследований. Эксплуатационные исследования проводились в условиях КФХ «Возрождение» Ульяновской области. В исследованиях участвовало два трактора марки МТЗ-82. Один трактор контрольный – работал на товарном минеральном дизельном топливе (100% ДТ), другой экспериментальный – на смесевом рыжико-минеральном топливе 50% РыжМ+50% ДТ (данный состав ДСТ выбран на основании проведенных трибологических исследований смесевого рыжико-минерального топлива и ускоренных испытаний насосных секций ТНВД на износ плунжерных пар).
Под наблюдением были тракторы одного года выпуска, с примерно одинаковой наработкой и осуществляющие одинаковые производственные работы на животноводческом комплексе предприятия.
За оценочные показатели износа плунжерных пар насосных секций ТНВД были приняты: геометрические размеры деталей плунжерных пар (овальность и конусность плунжера, диаметры плунжера и втулки, кольцевой зазор между плунжером и втулкой); масса деталей плунжерных пар (плунжер, втулка); объемная цикловая подача топлива, гидроплотность плунжерных пар.
Перед эксплуатационными исследованиями для ТНВД, устанавливаемых на исследуемые тракторы, были подобраны новые плунжерные пары марки У16с15 (4УТНМ 1111410-01) из одной партии производства Алтайского завода топливной аппаратуры. Перед установкой детали каждой плунжерной пары были промаркированы, взвешены и определены их первоначальные геометрические размеры, а плунжерные пары испытаны на гидроплотность.
Каждый ТНВД с контрольными плунжерными парами был отрегулирован на стенде для регулировки и испытания топливных насосов высокого давления по показателям дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5). На экспериментальный трактор установили двухтопливную систему для работы на смесевом рыжико-минеральном топливе.
Анализ и обсуждения результатов. Для конструктивной адаптации автотракторного дизеля к работе на двух типах топлива (товарном минеральном дизельном и смесевом растительно-минеральном топливах) была разработана и изготовлена двухтопливная система питания дизеля (патент РФ на изобретение № 2582535 [7,8].
Предлагаемая двухтопливная система питания обеспечивает приготовление ДСТ в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля непосредственно при работе трактора (рисунок 1).
Согласно полученному патенту: «Двухтопливная система питания содержит (рисунок 1) бак минерального топлива 1, бак растительного масла 2, фильтры грубой очистки минерального топлива 3 и растительного масла 4, фильтр тонкой очистки топлива 5, топливоподкачивающий насос 6, электрический насос подачи растительного масла 7 с обратным клапаном 8, топливный насос высокого давления в комплекте с центробежным регулятором частоты вращения 9, форсунки 10, топливопроводы 11 и смеситель - дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива 12, имеющий два входных 13, 14 и один выходной 15 каналы, во входных каналах 13, 14 установлены электродозаторы 16, 17, электрически соединенные через электронный блок управления 18 с датчиком температуры растительного масла 19 и индуктивным датчиком нагрузочно-скоростного режима 20, причем во входных каналах 13, 14 смесителя - дозатора растительного масла и минерального дизельного топлива 12 перед электродозаторами 16, 17 установлены перепускные 21, 22 и нагнетательные 23, 24 клапаны минерального топлива и растительного масла, а между фильтром грубой очистки минерального топлива 3 и нагнетательным клапаном минерального топлива 23 размещен электрический насос подачи минерального топлива 25 с обратным клапаном 26».
Пуск дизеля, прогрев и останов осуществляются на минеральном топливе. При этом электродозатор минерального топлива 16 полностью открыт, а электродозатор растительного масла 17 полностью закрыт. Минеральное топливо из бака минерального топлива 1, пройдя фильтр грубой очистки минерального топлива 3, поступает в работающий электрический насос подачи минерального топлива 25, который создаваемым давлением топлива, превышающим давление срабатывания нагнетательного клапана минерального топлива 23, открывает его и подает минеральное топливо через электродозатор 16, смеситель - дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива 12, топливоподкачивающий насос 6, фильтр тонкой очистки топлива 5 в ТНВД 9, и далее форсунками 10 впрыскивается в цилиндры дизеля. Давление топлива, создаваемого электрическим насосом 25, поддерживается регулируемым перепускным клапаном минерального топлива 21.
1. Khokhlov A.L. Neobkhodimost zameny mineralnogo motornogo topliva na dizelnoe smesevo toplivo. // Agrarnaya nauka i obrazovanie na sovremennom etape razvitiya: opyt, problemy i puti ikh resheniya: materialy VII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (The necessity to replace mineral motor fuel with diesel mixed fuel. / A.L. Khokhlov, A.A. Guzyaev, A.A. Khokhlov // Agricultural science and education at the present stage of development: experience, problems and solutions: proceedings of VII International scientific and practical Conference). - Ulyanovsk: Ulyanovskaya gosudarstvennaya selskokhozyaystvennaya akademiya im. P.A. Stolypina, 2016. - P. 252-258.
2. Ukhanov A.P. Primenenie redechnogo masla v kachestve biokomponenta dizelnogo smesevogo topliva: monografiya. (The use of rare oil as a biocomponent of diesel mixed fuel: monograph). / A.P. Ukhanov, D.A. Ukhanov, L.I. Sidorova. - Penza: Penzenskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet, 2018. - P. 182.
3. Ukhanov D.A. Toplivopodacha dizelya pri rabote na smesevom rapsovo-mineralnom toplive: monografiya. [Diesel fuel supply when working on mixed rapeseed-mineral fuel: monograph]. / D.A. Ukhanov, A.P. Ukhanov. - Penza: Penzenskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet, 2018. - P. 182.
4. Physical properties of camelina-mineral fuel. [Fizicheskie svoystva ryzhikovo-mineralnogo topliva]. / A.P. Ukhanov, A.A. Khokhlov, A.L. Khokhlov, V.A. Golubev, E.A. Khokhlova // Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. - International research journal. - 2017. - №05 (59). - Ekaterenburg: OOO “Kompaniya POLIGRAFIST”. - P. 124-128.
5. Rotanov E.G. The effect of surface-active substances of mixed fuel on the wear of plunger pairs. [Vliyanie poverkhnostno-aktivnykh veschestv smesevogo topliva na iznos plunzhernykh par]. / E.G. Rotanov, A.L. Khokhlov, A.A. Khokhlov // Selskiy mekhanizator. - The rural machine operator. - 2018. - № 6. - P. 36-37.
6. Ukhanov A.P. Theoretical assessment of the resource of plunger couples of high pressure fuel pumps when working on mixed saffron-mineral fuel. [Teoreticheskaya otsenka resursa plunzhernykh par TNVD pri rabote na smesevom ryzhiko-mineralnom toplive]. / A.P. Ukhanov, E.G. Rotanov, A.A. Khokhlov // Vestnik Ulyanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. - The herald of Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2018. - №2 (42). - P. 18-22.
7. Patent № 2582535 RF MPK F02M 43/00, F02D 19/06. Dvukhtoplivnaya sistema pitaniya dizelya. [Dual-fuel diesel power system]. / A.P. Ukhanov, D.A. Ukhanov, A.A. Khokhlov, E.G. Rotanov, A.L. Khokhlov - 2014152644/06; Applied 24.12.2014; Published 27.04.2016, Bul. № 12.
8. Devices for the constructive adaptation of diesel engines of automotive technology to work on biomineral fuel. [Ustroystva dlya konstruktivnoy adaptatsii dizeley avtotraktornoy tekhniki k rabote na biomineralnom toplive]. / A.P. Ukhanov, D.A. Ukhanov, E.A. Khokhlova, A.A. Khokhlov // Izvestiya Samarskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. - The Herald of Samara State Agricultural Academy. - 2016. - Issue 2. - P. 34-40.
9. Patent № 2582700 RF MPK B01F 5/06. Smesitel-dozator rastitelnogo masla i mineralnogo dizelnogo topliva. [Mixer-dispenser of vegetable oil and mineral diesel fuel]. / A.P. Ukhanov, D.A. Ukhanov, A.A. Khokhlov, E.G. Rotanov, A.L. Khokhlov - 2014152680/05; Applied 24.12.2014; Published 27.04.2016, Bul. № 12.
10. Ukhanov A.P. Automatic feed system for mixed diesel fuel. [Avtomaticheskaya sistema podachi smesevogo dizelnogo topliva]. / A.P. Ukhanov, E.A. Khokhlova, A.A. Khokhlov // Nauchnaya mysl. - Scientific thought. - 2017. - № 3. - P. 108-112.
11. Razrabotka avtomaticheskoy sistemy podachi smesevogo dizelnogo topliva. // Agrarnaya nauka i obrazovanie na sovremennom etape razvitiya: opyt, problemy i puti ikh resheniya: materialy VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Development of an automatic mixed diesel fuel supply system. / A.P. Ukhanov, A.L. Khokhlov, A.A. Khokhlov, S.A. Dolgov // Agricultural science and education at the present stage of development: experience, problems and ways to solve them: proceedings of VIII International Scientific and Practical Conference). - Ulyanovsk: Ulyanovskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet im. P.A. Stolypina, 2017. - P. 273-278.
12. Didmanidze O.N. Studies of heat dissipation of gas engines. [ Issledovaniya pokazatelej teplovyvedeniya gazovyh dvigatelej]. / O.N. Didmanidze, A.S. Afanasyev, R.T. Khakimov // Zapiski Gornogo instituta. - Journal of Mining Institute . - 2018. - T.229. - P. 50-55.
