Efficiency evaluation of multi-component bio-fuel in diesel machines for agricultural purposes | Оценка эффективности применения многокомпонентных биотоплив в дизелях сельскохозяйственных машин

Russian. Биотопливо отличается от нефтяного худшей испаряемостью, более тяжелым фракционным составом, повышенной плотностью, вязкостью, поверхностным натяжением. Эти проблемы могут быть решены путем разработки многокомпонентных смесевых биотоплив (МСБ), состав которых нуждается в оптимизации. Использование МСБ на основе растительных масел в сочетании с процессом улучшения их состава позволит достичь требуемых топливной экономичности и токсичности отработавших газов дизелей с.-х. машин (ДСХМ). Разработана методика оптимизации состава МСБ для ДСХМ, заключающаяся в использовании предложенного 4-режимного испытательного цикла и уточненного обобщенного критерия оптимальности. С помощью методики показано существенное различие режимов работы ДСХМ, выполняющих технологические операции, в зависимости от распределения режимов двигателей транспортных средств, что необходимо учитывать при анализе их экономических и экологических характеристик. Для сравнительного анализа эффективности использования альтернативных топлив в ДСХМ предложен испытательный цикл, включающий 4 нагрузочных режима на номинальной частоте вращения, соответствующих нагрузкам 100%, 75%, 50% и 25%. Проведенные сравнительные экспериментальные исследования подтвердили преимущества МСБ на основе рапсового масла перед нефтяным дизельным топливом. Наилучшие результаты по выбросам оксидов азота получены на МСБ, состоящим из смеси 80% дизельного топлива, 10% рапсового масла и 10% метилового эфира рапсового масла. При этом отмечено максимальное значение условного эффективного КПД дизеля.

English. Bio-fuel differs from petroleum fuel in worse evaporation, heavier fraction structure, increased density, viscosity and surface tension. These problems can be solved by means of multi-component mixed bio-fuel (MMB) development, composition of which needs to be optimized. The application of MMBs made on the basis of vegetable oil together with their structure optimization will permit to achieve the required indicators of fuel economy and reduce toxic exhaust gases of agricultural diesel machines. It was developed optimization methodology of the optimal structure of MMB for diesels in agriculture. The methodology comprises the use of a four-mode testing cycle and more precise generalized optimization criterion. Using these methodology essential differences in the agricultural diesel modes of work are observed and the technological operations are performed depending on the optimal choice of performance modes. These differences are necessary to be taken into account when analyzing economic and ecological characteristics of multi-component bio-fuel mixtures. To make the comparative efficiency analysis of alternative fuel consumption in diesels of agricultural machines a four - mode testing cycle is suggested. The cycle comprises four loading modes of nominal rotation frequency, the modes being in conformity with 100%, 75%, 50% and 25% loading performance. Experimental research tests which were made confirm the advantages of MMB produced on the basis of rape oil over petroleum diesel fuel. The best results concerning exhaust nitrogen oxides are received when MMB consists of 80% diesel fuel, 10% rape oil, and 10% methyl ether. At the same time the maximum conditional indicator of diesel efficiency was observed.