Investigation of the combustion process of activated fuel in an automotive diesel engine

Abstract

BACKGROUND: Intensive development of the transport sphere and the extension of the fleet of tractors and cars, as well as the tightening of standards and requirements in the field of exhaust gas emissions have resulted in increased requirements for the combustion process. This problem can be solved by improving the working process in the engine by preheating the fuel to 300 °C in the high pressure fuel supply system. Under external thermal influence, the conditions of mixture formation are improved, an increase in the rate of preflame reactions and a positive change in the dynamics of the combustion process are observed. When potential energy of hydrocarbon molecules increases in the activated complex system, energy is redistributed among active molecules. Along with this, the rate coefficient of a chemical reaction increases due to the concentration of foci of hydrocarbon molecules that have reached the energy barrier.

The object of research is the process of diesel fuel combustion at preliminary external influence on it.

AIMS: The aim is to study the combustion process of a motor-tractor diesel engine upon fuel activation. Development of a scheme of individual phases of the activated diesel fuel combustion of depending on the temperature at heating.

METHODS: Theoretical study and analysis of the combustion process of thermally preprepared fuel for an automotive diesel engine. Theoretical determination of the dependence of the rate of formation and concentration of toxic components and dispersed particles on the rate constant of direct and reverse chemical reactions, as well as on the activation temperature of fuel at emission in exhaust gases.

RESULTS: The actual coefficient of molecular change of the working mixture increases when diesel fuel is activated. The rate of formation of total nitrogen oxides and hydrocarbons increases by 1.79% and 3.66%. The proportion of unburned carbon in the combustion process on activated fuel varies within ± (2…4) %.

CONCLUSIONS: Theoretically, a scheme for changing individual phases of the activated fuel combustion process by time and temperature has been developed. Fuel heating accelerates the pre-flame preparation in the liquid phase, shortens the duration of the rapid gorenje phase. The concentration of toxic indicators depends on the constant of the chemical reaction rate and the activation temperature of the fuel.

Keywords

combustion process / chemical reaction rate constant / toxic indicators / activated fuel

References

[1] Plotnikov SA, Buzikov ShV, Atamanyuk VF. Analiz sposobov snizheniya perioda zaderzhki vosplameneniya. In: Razvitie transporta v regionakh Rossii: problemy i perspektivy: materialy II Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. Kirov: filial FGBOU VO MGIU; 2012. P:6-9. (In Russ).

[2] Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Атаманюк В.Ф. Анализ способов снижения периода задержки воспламенения // Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы: материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Киров: филиал ФГБОУ ВО МГИУ, 2012. С. 6–9.

[3] Plotnikov SA, Buzikov ShV, Biryukov AL. Analysis of combustion and heat release of a tractor diesel engine with pre-heat fuel treatment. Molochnokhozyaistvennyi vestnik. 2017;(3):114-124. (In Russ).

[4] Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Бирюков А.Л. Анализ процесса сгорания и тепловыделения тракторного дизеля с предварительной термической подготовкой топлива // Молочнохозяйственный вестник. 2017. № 3(27). С. 114–124.

[5] Plotnikov SA, Buzikov ShV, Atamanyuk VF. Investigation of burning and heat generation in thermally forced diesel. Zhurnal Traktory i sel’khozmashiny. 2014;(7):25-27. (In Russ).

[6] Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Атаманюк В.Ф. Исследование процесса сгорания и тепловыделения дизеля с термофорсированием // Журнал «Тракторы и сельхозмашины». 2014. № 7. С. 25–27.

[7] Khramov MY, Sadekov MKh. The improvement of engine characteristics by means of thermal boosting. Vestnik of astrakhan state technical university. 2007;(6):83-86. (In Russ).

[8] Храмов М.Ю., Садеков М.Х. Улучшение характеристик двигателя путем термофорсирования топлива // Вестник АГТУ. 2007. № 6(41). С. 83–86.

[9] Plotnikov SA, Buzikov ShV, Atamanyuk VF. Prognozirovanie protsessov vosplameneniya i sgoraniya nagretogo topliva v dizelel. In: Problemy intensifikatsii zhivotnovodstva s uchetom prostranstvennoi infrastruktury sel’skogo khozyaistva i okhrany okruzhayushchei sredy. Falenty-Varshava; 2012. P:216–220. (In Russ).

[10] Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Атаманюк В.Ф. Прогнозирование процессов воспламенения и сгорания нагретого топлива в дизеле // Проблемы интенсификации животноводства с учетом пространственной инфраструктуры сельского хозяйства и охраны окружающей среды. Фаленты-Варшава, 2012. С. 216–220.

[11] Martynova IB. Issledovanie osobennostei toplivopodachi i ekonomichnosti dizelya na dolevykh nagruzkakh pri podogreve topliva [dissertation]. Kaliningrad: KGTU, 1996. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15962651. (In Russ).

[12] Мартынова И.Б. Исследование особенностей топливоподачи и экономичности дизеля на долевых нагрузках при подогреве топлива: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Калининград: КГТУ, 1996. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15962651. Дата обращения 07.04.2022.

[13] Plotnikov SA. Uluchshenie ekspluatatsionnykh pokazatelei dizelei putem sozdaniya novykh al’ternativnykh topliv i sovershenstvovanie toplivopodayushchei apparatury: monografiya. Nizhny Novgorod: NGTU, 2011. (In Russ).

[14] Плотников С.А. Улучшение эксплуатационных показателей дизелей путем создания новых альтернативных топлив и совершенствование топливоподающей аппаратуры: монография. Нижний Новгород: НГТУ, 2011.

[15] Varnatts Y, Maas U, Dibbl R. Gorenie. Fizicheskie i khimicheskie aspekty, modelirovanie, eksperimenty, obrazovanie zagryaznyayushchikh veshchestv. Moscow: FIZMATLIT; 2003. (In Russ).

[16] Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2003.

[17] Belousov VN, Smorodin SN, Smirnova OS. Toplivo i teoriya goreniya. Chast’ II. Teoriya goreniya. Saint Petersburg: SPbGTURP; 2011. (In Russ).

[18] Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Часть II. Теория горения. Санкт Петербург: СПбГТУРП, 2011.

[19] Bratkov AA. Teoreticheskie osnovy khimmotologii. Moscow: Khimiya; 1985. (In Russ).

[20] Братков А.А. Теоретические основы химмотологии. Москва: Химия, 1985.

[21] Chigir NA, Veinberg RJ, Boumen KT, et al. Pollution formation and destruction in flames. Dityakina YF editor. Moscow: Mashinostroenie; 1981. (In Russ).

[22] Чигир Н.А., Вейнберг Р. Дж., Боумэн К.Т. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени / под ред. Ю.Ф. Дитякина. Москва: Машиностроение, 1981.

[23] Lashko VA, Privaltsev IY. Education exhaust emissions and control process combustion piston engine. Uchenye zametki TOGU. 2014;5(1):324-337. Available from https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21408727/.(In Russ).

[24] Лашко В.А., Привальцев И.Ю. Образование выбросов отработавших газов и управление процессов сгорания в поршневом двигателе // Ученые заметки ТОГУ. 2014. Том 5. № 1. С. 324–337. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21408727/. Дата обращения: 07.04.2022.

[25] Kavtaradze ZR. Teoriya porshnevykh dvigatelei. Spetsial’nye glavy. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana; 2008. (In Russ).

[26] Кавтарадзе З.Р. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.

[27] Assad MS, Penyaz’kov OG. Produkty sgoraniya zhidkikh i gazoobraznykh topliv: obrazovanie, raschet, eksperiment. Minsk: Belaruskaya nauka; 2010. (In Russ).

[28] Ассад М.С., Пенязьков О.Г. Продукты сгорания жидких и газообразных топлив: образование, расчет, эксперимент. Минск: Беларуская наука, 2010.

[29] Orlin AS, Vyrubov DN, Kalish GG, et al. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Rabochie protsessy v dvigatelyakh i ikh agregatakh. Moscow: MAShGIZ; 1957. (In Russ).

[30] Орлин А.С., Вырубов Д.Н., Калиш Г.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах. Москва: МАШГИЗ, 1957.

[31] Nikolaenko AV. Teoriya, konstruktsiya i raschet avtotraktornykh dvigatelei. Moscow: Kolos; 1984. (In Russ).

[32] Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. Москва: Колос, 1984.

[33] Zhao J, Grekhov L, Ma X, Denisov A. Specific features of diesel fuel supply under ultra-high pressure. Applied Thermal Engineering. 2020;(179). doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115699

[34] Zhao J., Grekhov L., Ma X., Denisov A. Specific features of diesel fuel supply under ultra-high pressure // Applied Thermal Engineering. 2020. N 179. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115699

[35] Vidal A, Kolovos K, Gold MR, et al. Preferential cavitation and friction-induced heating of multi-component Diesel fuel surrogates up to 450MPa. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021;(166). doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120744

[36] Vidal A., Kolovos K., Gold M.R., et al. Preferential cavitation and friction-induced heating of multi-component Diesel fuel surrogates up to 450MPa // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. N 166. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120744

RIGHTS & PERMISSIONS

Plotnikov S.A., Motovilova M.V., Kartashevich A.N.