Substantiation of methods for determination of the effectiveness of the use of alternative fuels in automotive diesel engines

Abstract

The subject of the research is to determine the parameters of the operating cycle of a tractor diesel engine when it is running on a mixed fuel, consisting of diesel fuel and rapeseed oil. The main goal of this work is to determine the efficiency of using alternative fuels in automotive diesel engines. In order to determine the dependences of the parameters of the operating cycle, the theoretical and experimental studies of a tractor diesel engine were carried out on the following compositions of mixed fuel: with a rapeseed oil content of 20%, 55% and 80%, as well as pure diesel fuel. As a result of the research, the following was obtained: a nomogram for determining the value of the decrease in the ratio of the indicator efficiency to the excess air ratio, the dependence of the ratio of the indicator efficiency to the excess air ratio on the excess air ratio for different compositions of mixed fuel, diesel engine crankshaft rotational speed, load at 1800 min^-1 and 1400 min^-1. It was experimentally established that an increase in the proportion of rapeseed oil in mixed fuel from 0 to 80%, the speed from 1400 to 2000 min^-1 and the excess air ratio from 1.18 ... 1.22 to 4.32 ... 5.61 led to a decrease in the indicator efficiency from 0.46 to 0.35, and the ratio decreased from 0.30 to 0.08, an increase in the load from 0.2 to 1.2 MPa, at 1800 min^-1, and 1400 min^-1, and the excess air ratio from 1.17 ... 1.68 to 3.53 ... 3.60 led to a decrease in the indicator efficiency from 0.44 ... 0.40 to 0.28 ... 0.22, and the ratio from 0.34 ... 0.25 to 0 , 10… 0.09, respectively. A 4.5% reduction in the ratio is theoretically calculated when the diesel engine runs on a mixed fuel containing 80% rapeseed oil as compared to pure diesel fuel, and this reduction by 4.1% has been experimentally confirmed. The convergence of the calculated value of the decrease in the ratio with the experimental data was 91.11%. In this regard, the well-known statement about the equality of the input of heat with fuel requires clarification.

Keywords

rapeseed oil / mixed fuel / duty cycle / duty cycle indicators

References

[1] 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.

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

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

[4] 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. Баума-на. Сер. Машиностроение. 2018. № 5(122).

[5] Sidorov YE.A., Ukhanov A.P. Experimental assessment of the influence of rape-mineral fuel on the per-formance of a diesel engine. Niva Povolzh'ya. 2012. No 4 (in Russ.).

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

[7] Sidorov YE.A., Ukhanov A.P. Investigation of rapeseed mixtures of various compositions in a tractor diesel engine. Niva Povolzh'ya. 2013. No 3(28) (in Russ.).

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

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

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

[11] 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.).

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

[13] GOST 18509-88. Tractor and combine diesel engines. Bench test methods (with Amendment No. 1)

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

[15] Ivanov V.V., Shabalin D.V. Mathematical model for determining the relative change in mechanical losses with a change in the thermal state of the engine. Voprosy oboronnoy tekhniki. Seriya 16: Tekhnicheskiye sredstva protivodeystviya terrorizmu. 2020. No 9-10, pp. 47−53 (in Russ.).

[16] Иванов В.В., Шабалин Д.В. Математическая модель для определения относительного изменения механических потерь при изменении теплового состояния двигателя // Вопросы оборонной техни-ки. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2020. №. 9-10. С. 47−53.

[17] Parsadanov I.V., Belik S.YU. Multivariate analysis of mechanical losses in a high-speed gas turbine diesel engine. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. 2008. No 1 (in Russ.).

[18] Парсаданов И.В., Белик С.Ю. Многофакторный анализ механических потерь в быстроходном дизе-ле с газотурбинным наддувом // Двигатели внутреннего сгорания. 2008. №. 1.

[19] Stefanovskiy A.B. Peculiarities of calculating the filling factors and residual gases when analyzing the work-ing cycle of a diesel engine with supercharging and purging. Polzunovskiy vestnik. 2017. No 3, pp. 17−21 (in Russ.).

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

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

[22] Денежко Л.В., Новопашин Л.А., Кочетков П.В. Исследование применения смесевых топлив различ-ного состава в автотракторных дизелях // ҒЫЛЫМИ ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК НАУКИ. 2015. С. 74.

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

[24] 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.

[25] Plotnikov S.A., Buzikov SH.V., Kozlov I.S. Investigation of the performance of a diesel injector running on mixed fuels with insufficient low-temperature properties. Traktory i sel'khozmashiny. 2020. No 1, pp. 10−16 (in Russ.).

[26] Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Козлов И.С. Исследование работоспособности дизельной форсунки на смесевых топливах с недостаточными низкотемпературными свойствами // Тракторы и сельхоз-машины. 2020. № 1. С. 10−16.

[27] Buzikov SH.V., Plotnikov S.A., Kozlov I.S. Optimization of rapeseed oil addition in mixed fuel used in trac-tor diesel engines. Vestnik transporta Povolzh'ya. 2020. No 5(83), pp. 72−77 (in Russ.).

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

[29] 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

[30] 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

[31] Buzikov SH.V., Plotnikov S.A., Kozlov I.S. Determination of the limiting concentration of rapeseed oil in mixed fuel used in diesel. Vestnik transporta Povolzh'ya. 2021. No 1(85), pp. 72−79 (in Russ.).

[32] Бузиков Ш.В., Плотников С.А., Козлов И.С. Определение предельной концентрации рапсового мас-ла в смесевом топливе, применяемом в дизеле // Вестник транспорта Поволжья. 2021. № 1(85). С. 72−79.

RIGHTS & PERMISSIONS

Buzikov S.V., Plotnikov S.A.