The article displays advantages of using multicomponent mixed biofuels for diesel engines, i.e. mixtures of oil diesel fuel and rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, gasoline. The results of experimental research on a D-245.12C type automotive diesel engine running on these fuels are presented. A method of determining the optimal composition of multicomponent biofuels is proposed. Using this method optimization calculations of the fuel compositions are made. It is demonstrated that among tested biofuels the mixture of 80% oil diesel fuel, 10% of rapeseed oil and 10% of gasoline possesses the superior ecological parameters.
diesel engine, combustion chamber, oil diesel fuel, rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, gasoline, biofuel mixture, ecological characteristics, exhaust gases toxicity, optimization.
1. Альтернативные биотоплива для транспорта
Неизбежное истощение мировых запасов нефти и других полезных ископаемых, постоянно возрастающий спрос на моторные топлива и необходимость удовлетворения всё более жестких требований к показателям токсичности отработавших газов (ОГ) автомобильных двигателей вынуждают двигателестроителей вести интенсивные поиски альтернативных энергоносителей для транспорта [1, 2]. В ряде стран для автомобильной техники уже достаточно широко применяются такие альтернативные топлива, как природный газ, сжиженный углеводородный газ (пропан-бутановые смеси), биотоплива (биодизельное топливо, биоэтанол). Проводятся исследования и по другим альтернативным топливам (синтетические топлива из различных сырьевых ресурсов, эфиры, газообразный и сжиженный водород, биогаз).
Среди альтернативных топлив наиболее привлекательны биотоплива, поскольку сырьевые ресурсы для их получения являются практически неисчерпаемыми. Моторные биотоплива находят все более широкое применение на транспорте, а также в сельском хозяйстве и в стационарных энергетических установках. При этом для легковых автомобилей, оснащенных двигателями с искровым зажиганием, наибольшее использование в качестве топлива получил биоэтанол, а для транспортных средств с дизелями — топлива, получаемые из растительных масел и животных жиров. Моторные топлива вырабатывают из различных растительных масел, но для условий средней полосы России наиболее привлекательны топлива, производимые с использованием рапсового масла (РМ) [3]. К топливам, получаемым из растительных масел, относятся чистые растительные масла, их эфиры (например, метиловый эфир рапсового масла — МЭРМ), смеси масел и их эфиров с нефтяными и альтернативными топливами, микроэмульсии на основе растительных масел, воды, спиртов или других альтернативных топлив [3, 4].
1. Aleksandrov A.A., Markov V.A. Al’ternativnye topliva dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya [Alternative fuels for internal combustion engines]. Moscow, OOO NITs «Inzhener» Publ., OOO «Oniko-M» Publ., 2012. 791 p.
2. L’otko V., Lukanin V.N., Khachiyan A.S. Primenenie al’ternativnykh topliv v dvigatelyakh vnutrennego sgoraniya [The use of alternative fuels in internal combustion engines]. Moscow, Izd-vo MADI (TU) Publ., 2000. 311 p.
3. Markov V.A., Devyanin S.N., Semenov V.G. Ispol’zovanie rastitel’nykh masel i topliv na ikh osnove v dizel’nykh dvigatelyakh [The use of vegetable oils and fuels based on them in diesel engines]. Moscow, OOO NITs «Inzhener» Publ., OOO «Oniko-M» Publ., 2011. 536 p.
4. Markov V.A., Nagornov S.A., Devyanin S.N. Primenenie smesevykh biotopliv na osnove metilovykh efirov rastitel’nykh masel v transportnykh dizelyakh [Application of mixed biofuels based on methyl esters of vegetable oils in diesel engines]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in technosphere]. 2011, I. 6, pp. 26–33.
5. Savel’ev G.S., Kochetkov M.N. Ispol’zovanie rapsovogo masla v kachestve topliva v dizel’nykh dvigatelyakh [The use of rapeseed oil as fuel in diesel engines]. Transport na al‘ternativnom toplive [Transport alternative fuel]. 2009, I. 1, pp. 62–66.
6. Spessert B.M., Schleicher A. Einfluss von Biokraftstoffen auf die Abgas- und Gerauschemission kleiner Industriedieselmotoren. MTZ. 2007. Jg. 68. № 3, S. 212–221.
7. Markov V.A., Bashirov R.M., Gabitov I.I. Toksichnost’ otrabotavshikh gazov dizeley [The toxicity of the exhaust gases of diesel engines]. Moscow, Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana Publ., 2002. 376 p.
8. Gill F., Myurrey U., Rayt M. Prakticheskaya optimizatsiya [Practical Optimization]. Moscow, Mir Publ., 1985. 509 p.
9. Vasil’ev F.P. Metody optimizatsii [Optimization methods]. Moscow, Faktorial Press Publ., 2002. 824 p.
10. Krutov V.I., Sharov G.I. Upravlenie turboporshnevymi dvigatelyami po pareto-optimal’nym funktsiyam [Management turbo-piston engine of a Pareto optimal function]. Dvigatelestroenie [engine building]. 1989, I. 9, pp. 19–21.
11. Kuznetsov A.G. Analiz kriteriev ekonomichnosti i toksichnosti raboty transportnykh dvigateley [Analysis of the criteria of profitability and job toxicity]. Dvigatelestroenie [engine building]. 1996, I. 2, pp. 67–68.
12. Parsadanov I.V. Povyshenie kachestva i konkurentosposobnosti dizeley na osnove kompleksnogo toplivnoekologicheskogo kriteriya [mproving the quality and competitiveness through an integrated diesel fuel and environmental criteria]. Khar’kov, Izd-vo KhPI Publ., 2003. 244 p.
13. Markov V.A., Markova V.V., Sivachev V.M., Sivachev S.M. Optimizatsiya sostava smesevogo biotopliva dlya dizel’nykh dvigateley [Optimization of the composition of the mix of biofuel for diesel engines]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in technosphere]. 2014, I. 6, pp. 19–30.
14. Ivashchenko N.A., Markov V.A., Zenin A.A. Optimizatsiya sostava smesevogo biotopliva dlya transportnogo dizelya [Optimization of the composition of the mix of biofuels for the transport of diesel]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in technosphere]. 2007, I. 5, pp. 22–25.
15. Fomin V.M., Atrash R. Sovershenstvovanie pokazateley raboty traktornogo dizelya na smesevom biodizel’nom toplive [Improving the performance of the tractor diesel to biodiesel smesevom]. Traktory i sel’khozmashiny [Tractors and farm machinery]. 2013, I. 5, pp. 5–10.
