Investigation of the process of intake and gas exchange of a diesel engine when operating on mixed fuel

Abstract

The subject of the research is to determine the parameters of the diesel intake and gas exchange pro-cess when using a mixed fuel (MF), consisting of diesel fuel (DF) and rapeseed oil (RO). The main goal of this work is to determine the dependences of the parameters of the intake and gas exchange of a diesel engine on the composition used by the MF. To achieve this goal, theoretical and experimental studies of the D-245,5S tractor diesel engine with a characteristic of 4ChN 11,0/12,5 were carried out on the following MF compositions: DF – 80 % + RO – 20 %, DF – 45 % + RO – 55 %, DF – 20 % + RO – 80 %, as well as pure diesel fuel. During the carried out studies there were obtained the dependences of the hourly air flow rate, the cylinder filling factor and the charge density in the intake manifold of a diesel engine when operating on DF and MF on the crankshaft rotation speed and load at = 1800 min–1 and = 1400 min–1. It is theoretically determined and experimentally confirmed that the composition of the used MF has practically no effect on the characteristics G_в, η_v and ρ_к depending on p_e of the diesel engine. As a result, it was found that with an increase of n from 1400 to 1800 min–1 on all compositions of MF the G_в increased from 276 to 394 kg/h, from 1,44 to 1,70 kg/m3, and at increase of n from 1800 to 2000 min–1, the G_в decreased from 394 to 322 kg/h, from 1,70 to 1,49 kg/m3 and from 0,97 to 0,77. With an increase p_e from 0,2 to 1,2 MPa on all compositions the MF increased, at n = 1400 min–1, from 187 to 276 kg/h, ρ_к from 1,29 to 1,44 kg/m3 and η_v from 0,73 to 0,97, at n = 1800 min–1, G_в from 274 to 394 kg/h, ρ_к from 1,29 to 1,69 kg/m3 и η_v from 0,83 to 0,91, respectively.

Keywords

diesel fuel / rapeseed oil / mixed fuel / intake process / intake process indicators

References

[1] Aleksandrov A.A., Arkharov I.A., Bagrov V.V. [i dr.] Al’ternativn·yye topliva dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya [Alternative fuels for internal combustion engines]. Pod redaktsiyey A.A. Aleksandpova, V.A. Mapkova. Moscow: OOO NITS «InzheneR», OOO «Oniko-M» Publ., 2012. 790 p. ISBN 978-5-7013-0140-3.

[2] Александров А.А., Архаров И.А., Багров В.В. [и др.] Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / под редакцией А.А. Александpова, В.А. Маpкова. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. 790 с. ISBN 978-5-7013-0140-3.

[3] Markov V.A., Devyanin S.N., Zykov S.A., Gaydar S.M. Biotopliva dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya [Biofuels for internal combustion engines]. Moscow: NITS «InzheneR» Publ., 2016. 292 p.

[4] Марков В.А., Девянин С.Н., Зыков С.А., Гайдар С.М. Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания. М.: НИЦ «Инженер», 2016. 292 с.

[5] Tagirov R.I., Semenova YE.K., Sattarov M.M. [i dr.] Rapeseed oil as an alternative to diesel motor fuel. Vestnik nauki. 2019. Vol. 3. No 6 (15), pp. 450–454 (in Russ.).

[6] Тагиров Р.И., Семенова Е.К., Саттаров М.М. [и др.] Рапсовое масло как альтернатива дизельному моторному топливу // Вестник науки. 2019. Т. 3. № 6 (15). С. 450–454.

[7] Markov V.A., Chaynov N.D., Loboda S.S. Physicochemical properties of petroleum motor fuels with vegetable oil additives and their effect on diesel performance. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroyeniye. 2018. No 5 (122) (in Russ.).

[8] Марков В.А., Чайнов Н.Д., Лобода С.С. Физико-химические свойства нефтяных моторных топлив с добавками растительных масел и их влияние на показатели дизеля // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 5 (122).

[9] Sidorov Ye.A., Ukhanov A.P. Experimental assessment of the influence of rape-mineral fuel on the performance of a diesel engine. Niva Povolzh’ya. 2012. No 4 (in Russ.).

[10] Сидоров Е.А., Уханов А.П. Экспериментальная оценка влияния сурепно-минерального топлива на показатели рабочего процесса дизеля // Нива Поволжья. 2012. № 4.

[11] Sidorov Ye.A., Ukhanov A.P. Features of operation of a diesel engine running on rape-mineral fuel in idle mode. Niva Povolzh’ya. 2013. No 3 (28) (in Russ.).

[12] Сидоров Е.А., Уханов А.П. Особенности работы дизеля на сурепно-минеральном топливе в режиме холостого хода // Нива Поволжья. 2013. № 3 (28).

[13] Denezhko L.V., Novopashin L.A., Asanbekov K.A. Investigation of rapeseed mixtures of various compositions in a tractor diesel engine. AVU. 2015. No 1 (131) (in Russ.).

[14] Денежко Л.В., Новопашин Л.А., Асанбеков К.А. Исследование рапсовых смесей различного состава в тракторном дизеле // АВУ. 2015. № 1 (131).

[15] Novopashin L.A., Asanbekov K.A., Denezhko L.V., Sadov A.A. Study of the performance indicators of a tractor diesel engine when using mineral-safflower mixtures. AVU. 2017. No 1 (155) (in Russ.).

[16] Новопашин Л.А., Асанбеков К.А., Денежко Л.В., Садов А.А. Исследование показателей работы тракторного дизеля при использовании минерально-сафлоровых смесей // АВУ. 2017. № 1 (155).

[17] Ukhanov A.P., Ukhanova Yu.V. Influence of bioadditives to mineral diesel fuel on the performance of a tractor diesel engine. Nauchnoye obozreniye. 2017. No. 15, pp. 55−62 (in Russ.).

[18] Уханов А.П., Уханова Ю.В. Влияние биодобавки к минеральному дизельному топливу на показатели тракторного дизеля // Научное обозрение. 2017. №. 15. С. 55−62.

[19] GOST 18509–88 Dizeli traktorn·yye i kombaynov·yye. Metody stendovykh ispytaniy (s Izmeneniyem № 1) [Tractor and combine diesel engines. Bench test methods (with Amendment No. 1)].

[20] ГОСТ 18509–88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний (с Изменением № 1).

[21] Plotnikov S.A., Buzikov S.V., Lanskikh Yu.V., Kartashevich A.N. Improvement of methods for assessing the nature of the working process of internal combustion. Seriya konferentsiy IOP: Nauka o Zemle i okruzhayushchey srede, Krasnoyarsk, 18–20 noyabrya 2020 goda. Krasnoyarskaya nauchno-tekhnicheskaya ratusha. Krasnoyarsk, Rossiyskaya Federatsiya [IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Krasnoyarsk, 18–20 November 2020 / Krasnoyarsk Science and Technology City Hall. Krasnoyarsk, Russian Federation]: IOP Publishing Ltd, 2021, pp. 52042 (in Russ.). DOI: 10.1088/1755-1315/677/5/052042

[22] Плотников С.А., Бузиков С.В., Ланских Ю.В., Карташевич А.Н. Совершенствование методов оценки характера рабочего процесса внутреннего сгорания // Серия конференций IOP: Наука о Земле и окружающей среде (Красноярск, 18–20 ноября 2020 года) / Красноярская научно-техническая ратуша. Красноярск, Российская Федерация: IOP Publishing Ltd, 2021. С. 52042. DOI: 10.1088/1755-1315/677/5/052042

[23] Denezhko L.V., Novopashin L.A., Kochetkov P.V. Investigation of the use of mixed fuels of various compositions in automotive diesel engines. ҒYLYMI KHABARSHYSY VESTNIK = NAUKI. 2015, pp. 74 (in Russ.).

[24] Денежко Л.В., Новопашин Л.А., Кочетков П.В. Иследование применения смесевых топлив различного состава в автотракторных дизелях // ҒЫЛЫМИ ХАБАРШЫСЫ = ВЕСТНИК НАУКИ. 2015. С. 74.

[25] Salmin V.V., Dolgova L.A. Improving the accuracy and reliability of the calculation of the main parameters of the actual processes of the internal combustion engine. Alleya nauki. 2018. Vol. 5. No. 6, pp. 886−892 (in Russ.).

[26] Салмин В.В., Долгова Л.А. Повышение точности и достоверности расчета основных параметров действительных процессов ДВС // Аллея науки. 2018. Т. 5. №. 6. С. 886−892.

[27] Bozhko A.V. Increasing the filling of the cylinders of the D-243 tractor diesel engine. Nauka, obrazovaniye i innovatsii v sovremennom mire (NOI-2019). 2019, pp. 71−74 (in Russ.).

[28] Божко А.В. Повышение наполнения цилиндров тракторного дизеля Д-243 // Наука, образование и инновации в современном мире (НОИ-2019). 2019. С. 71−74.

[29] Sharoglazov B.A., Povalyayev V.A. Calculated assessment of the quality of filling the cylinders of a piston engine with a fresh charge at the design stage. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroyeniye. 2008. No. 23 (123) (in Russ.).

[30] Шароглазов Б.А., Поваляев В.А. Расчетная оценка качества наполнения свежим зарядом цилиндров поршневого двигателя на стадии проектирования // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2008. №. 23 (123).

[31] Stefanovskiy A.B. Peculiarities of calculating the filling factors and residual gases in the analysis of the working cycle of a diesel engine with supercharging and purging. Polzunovskiy vestnik. 2017. No 3, pp. 17–21 (in Russ.).

[32] Стефановский А.Б. Особенности расчета коэффициентов наполнения и остаточных газов при анализе рабочего цикла дизеля с наддувом и продувкой // Ползуновский вестник. 2017. № 3. С. 17−21.

[33] Buzikov Sh.V. Improving the performance of diesel engines in agricultural machinery through the use of optimal formulations of liquid alternative fuels. Chteniya akademika V.N. Boltinskogo: seminar, Moscow, 20–21 yanvarya 2021 g. [Readings of Academician Vasiliy N. Boltinskiy: seminar, Moscow, January 20-21, 2021]. Moscow: Obshchestvo s ogranichennoy otvetstvennost’yu «Sam Poligrafist» Publ., 2021, pp. 180−185 (in Russ.).

[34] Бузиков Ш.В. Улучшение эксплуатационных показателей дизельных двигателей сельскохозяйственных машин путем применения оптимальных составов жидких альтернативных топлив // Чтения академика В.Н. Болтинского: семинар (Москва, 20–21 января 2021 года). М.: Общество с ограниченной ответственностью «Сам Полиграфист», 2021. С. 180−185.

[35] Buzikov Sh.V., Plotnikov S.A., Kozlov I.S. Optimization of rapeseed oil addition in mixed fuel used in tractor diesel engines. Vestnik transporta Povolzh’ya. 2020. No 5 (83), pp. 72−77 (in Russ.).

[36] Бузиков Ш.В., Плотников С.А., Козлов И.С. Оптимизация добавки рапсового масла в смесевом топливе, применяемом в тракторных дизелях // Вестник транспорта Поволжья. 2020. № 5 (83). С. 72−77.

[37] Buzikov Sh.V., Plotnikov S.A., Kozlov I.S. Optimization of the compound fuel composition for use in tractor diesel engines. Trudy NAMI. 2021. No 1 (284), pp. 16–24 (in Russ.). DOI: 10.51187/0135-3152-2021-1-16-24

[38] Бузиков Ш.В., Плотников С.А., Козлов И.С. Оптимизация состава смесевого топлива для применения в тракторных дизелях // Труды НАМИ. 2021. № 1 (284). С. 16–24. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-1-16-24

RIGHTS & PERMISSIONS

Buzikov S.V.