ISSN 2658-6525 (Online)
ISSN 2658-4123 (Print)
Основан в 1990 году
Реестровая запись
ПИ № ФС 77-74640
от 24 декабря 2018 г.

Вы здесь: Главная Архив статей (2014-2016) 2026 №2 Список статей 08 Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение дымности и сажеобразования в дизельном двигателе при полном замещении нефтяного топлива метанолом и метиловым эфиром рапсового масла

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.036.202602.392-415

EDN: https://elibrary.ru/usrogr

УДК 621.436.1

 

Снижение дымности и сажеобразования в дизельном двигателе при полном замещении нефтяного топлива метанолом и метиловым эфиром рапсового масла

 

Лиханов Виталий Анатольевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой тепловых двигателей автомобилей и тракторов Вятского государственного агротехнологического университета (610017, Российская Федерация, г. Киров, Октябрьский пр., д. 133), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3033-7176, Researcher ID: AGN-7347-2022, Scopus ID: 57197821797, SPIN-код: 9474-7629, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лопатин Олег Петрович
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры тепловых двигателей автомобилей и тракторов Вятского государственного агротехнологического университета (610017, Российская Федерация, г. Киров, Октябрьский пр., д. 133), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0806-6878, Researcher ID: AAD-8374-2019, Scopus ID: 57197821205, SPIN-код: 8716-0189, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

 

Аннотация
Введение. Характеристики дизельного топлива, включая его химический состав и физико-химические свойства, напрямую коррелируют с экологическими аспектами работы двигателя. Они определяют интенсивность образования сажи в процессе сгорания и объем ее выбросов в атмосферу с отработавшими газами. При эксплуатации двигателя с альтернативным биотопливом на разных нагрузочных и скоростных режимах условия горения топлива в цилиндре дизеля изменяются в зависимости от параметров впрыскивания и распыливания, размера капель, что приводит к модификации характеристик сажевыделения. Актуальность научного исследования процесса сажеобразования в дизельных двигателях, работающих на биотопливе, обусловлена его непосредственным влиянием на эффективность сгорания, уровень токсичных выбросов, а также на экономические и экологические характеристики двигателя.
Цель исследования. Изучить влияние метанола и метилового эфира рапсового масла на образование сажи и уменьшение дымности отработавших газов дизельного двигателя.
Материалы и методы. Адекватность и современность методов обработки опытных данных подтверждается экспериментальными исследованиями и аналитическими зависимостями. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ГОСТ 18509-88, отбор проб для определения дымности отработавших газов – ГОСТ 24028-2013, ГОСТ 17.2.2.02-98, ГОСТ Р 41.24-2003. Показатели процесса сгорания определялись по методике Центрального научно-исследовательского дизельного института, расчетные характеристики сажи по методике Центрального научно-исследовательского дизельного института, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и программам Вятского государственного агротехнологического университета.
Результаты исследования. Изучена морфология и микроструктура агрегатных сажевых частиц. Рассмотрены физико-химические характеристики применяемых в дизельном двигателе топлив. На основных эксплуатационных нагрузочных и скоростных режимах дизельного двигателя, работающего на метаноле и метиловом эфире рапсового масла, получены значения дымности отработавших газов, определены температуры в зонах образования и выгорания сажи, количество и диаметр частиц сажи, массовое содержание и концентрация сажи. Получены их максимальные значения с определением соответствующего им угла поворота коленчатого вала. Успешно осуществлено полное замещение стандартного нефтяного дизельного топлива в дизельных двигателях метанолом и метиловым эфиром рапсового масла.
Обсуждение и заключение. Подтверждается возможность полного замещения штатного топлива в дизельном двигателе метанолом и метиловым эфиром рапсового масла с существенным снижением дымности отработавших газов. Полученные расчетные значения концентрации сажи в цилиндре соответствуют актуальным теоретическим моделям, описывающим процессы внутри цилиндра, и находят подтверждение в экспериментальных данных по измерению дымности отработавших газов. Дальнейшие направления исследований могут включать адаптацию используемого альтернативного топлива и оптимизацию системы топливоподачи дизельного двигателя для достижения минимально возможного уровня дымности отработавших газов.

Ключевые слова: сажеобразование, частицы сажи, дымность отработавших газов, дизельный двигатель, метанол, метиловый эфир рапсового масла

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Лиханов В.А., Лопатин О.П. Снижение дымности и сажеобразования в дизельном двигателе при полном замещении нефтяного топлива метанолом и метиловым эфиром рапсового масла. Инженерные технологии и системы. 2026;36(2):392–415. https://doi.org/10.15507/2658-4123.26362.392-415

Вклад авторов:
В. А. Лиханов – контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования; применение статистических, математических, вычислительных или других формальных методов для анализа или синтеза данных исследования; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.
О. П. Лопатин – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов или сбор данных / доказательств; разработка или проектирование методологии исследования; создание моделей; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 10.11.2025;
поступила после рецензирования 25.12.2025;
принята к публикации 20.01.2026

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. An Ya., Zhang Yu., Chen T., Shi M., Wang Yu., Su Zh. и др. Numerical Study of Ducted Fuel Injection Strategy for Soot Emissions Reduction in a Heavy-Duty Diesel Engine. Applied Thermal Engineering. 2025;260:125066. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.125066
  2. Wang D., Bao G., He Ch., Li J., Chen Ya., Zhao L. и др. Investigation of the Impact of Combustion Chamber Geometry on Engine Combustion and Emission Performance Under Various Fuel Injection Timings with Biodiesel Blending. Energy Science & Engineering. 2025;13(1):268–289. https://doi.org/10.1002/ese3.2000
  3. Pham D.T., Mai D.N., Ho D.T. Restrict Toxic Emissions from Internal Combustion Engines to Protect the Environment by using Diesel Fuel Mixed with Vegetable Oil. Journal of Environmental and Earth Sciences. 2025;7(2):62–75. https://doi.org/10.30564/jees.v7i2.7693
  4. Ahmed B.M., Luo M., Elbadawi H.A.M., Mahmoud N.M., Sui P.-Ch. Experimental Study of 2-Ethylhexyl Nitrate Effects on Engine Performance and Exhaust Emissions of Diesel Engine Fueled with Diesel-2-Methylfuran Blends. Energies. 2025;18(1):98. https://doi.org/10.3390/en18010098
  5. Agarwal S., Yadav A., Mudgal A., Khan S. Comparative Evaluation of Diesel Engine Performance and Emission Characteristics using Carbon Nanotubes & Graphene Oxide in Ternary Fuel (Jojoba Biodiesel-Diesel-Methanol) Blends. Next Research. 2025;2(1):100141. https://doi.org/10.1016/j.nexres.2025.100141
  6. Rahim Ab.A., Saad I., Mohd Zulkifli N.W., Mohd Yusoff M.N.A. Performance and Emissions of Dual Alcohol Fuel Blend with B20 POME Biodiesel in Diesel Engine. Sciences and Engineering. 2025;87(3):455–463. https://doi.org/10.11113/jurnalteknologi.v87.21791
  7. Yadav G.P.K., Muvvala P., Reddy R.M. Optimization of Injection Parameters, and Ethanol Shares for Cottonseed Biodiesel Fuel in Diesel Engine Utilizing Artificial Neural Network (ANN) and Taguchi Grey Relation Analysis (GRA). Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics. 2025;50(3). https://doi.org/10.1515/jnet-2024-0095
  8. Hamzah A.H., Akroot A., Wahhab H.A.A. Effect of Nanoparticles and Biodiesel Blended with Diesel on Combustion Parameters in Compression Ignition Engine: Numerical Analysis. Energy Engineering. 2025;122(5):2059–2075. https://doi.org/10.32604/ee.2025.061592
  9. No S.Y. Utilization of Pentanol as Biofuels in Compression Ignition Engines. Frontiers in Mechanical Engineering. 2020;(6). https://doi.org/10.3389/fmech.2020.00015
  10. Gupta P., Dixit J., Bhoi R., Sharma D., Sharma N. Investigating the Effect of Using Butyl Palmitate as a Fuel Additive on Diesel Engine Performance, Combustion, Emission, and Soot Morphological Characteristics. Journal of Energy Engineering. 2025;151(3). https://doi.org/10.1061/jleed9.eyeng-5817
  11. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Биотопливо или дымящие автомобили? Теоретическая и прикладная экология. 2021;(3):228–236. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-228-236
  12. Cabarcos A., Paz C., Pérez-Orozco R., Vence J. An Image-Processing Algorithm for Morphological Characterisation of Soot Agglomerates from TEM Micrographs: Development and Functional Description. Powder Technology. 2022;401:117275. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117275
  13. Lee K.O., Zhu J. Effects of Exhaust System Components on Particulate Morphology in a Lightduty Diesel Engine. In: SAE Transactions. Detroit: SAE International; 2005. pp. 52–60. https://doi.org/10.4271/2005-01-0184
  14. Adamska K., Smykała S., Zieliński S., Szymański D., Hojeńska A., Stelmachowski P. и др. Oxidation of Soot Over Supported RuRe Nanoparticles Prepared by the Microwave-Polyol Method. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2021;(134):221–242. https://doi.org/10.1007/s11144-021-02048-y
  15. Eigentler F., Gerlinger P. A Detailed PAH and Soot Model for Complex Fuels in CFD Applications. Flow, Turbulence and Combustion. 2022;(109):225–251. https://doi.org/10.1007/s10494-022-00319-9
  16. Tsapenkov K.D., Kuraeva Yu.G., Sidorova E.I., Shtyrlov A.E., Zubrilin I.A. Effect of Fuel Composition on Sooting in Engines and Power Plants. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2024;(60):478–488. https://doi.org/10.1134/S0010508224040099
  17. Dhairiyasamy R., Dixit S., Varshney D., Gabiriel D. Renewable Syngas and Biodiesel Dual Fuel Applications for Enhanced Engine Performance and Emission Control. Industrial Crops and Products. 2025;225:120509. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.120509
  18. D S., Murugesan S., T P., A N. Experimental Investigation of Nano-Additive Enhanced Azolla Biodiesel Blends for Improved Diesel Engine Performance and Emission Mitigation. Engineering Research Express. 2025;7:015542. https://doi.org/10.1088/2631-8695/adb00b
  19. Martínez M., Martí-Aldaraví P., Salvador F.Ja., Martínez-Miracle E.C. In- and Near-Nozzle and External Flow Characterization in Gasoline Direct Injection (GDI) Engines – a Review of Latest Technologies and Trends. Part 2: Computational Background. International Journal of Engine Research. 2025;26(8). https://doi.org/10.1177/14680874241309959
  20. Paredes-Rojas Ju.C., Costa-Castelló R., Vázquez-Medina R., Flores-Campos Ju.A., Torres- San Miguel Ch.R. Experimental Study on Using Biodiesel in Hybrid Electric Vehicles. Energies. 2025;18(7):1621. https://doi.org/10.3390/en18071621
  21. Ayyappan K., Srinivasan D.R. Effect of Fuel Injection Pressure Variations on Engine Performance- Emission-Particulate Matter with Diesel-Iso-Butanol-Nanoparticle Fuels in Compression Ignition Engine. Indian Journal of Science and Technology. 2025;18(5):313–327. https://doi.org/10.17485/ijst/v18i5.1733
  22. Duan H., Hu W., Wang J., Yin X., Hu E., Zeng Ke. Effects of Diesel Pilot-Injection Strategy on a Methanol/Diesel Dual-Direct Injection Engine. Applied Thermal Engineering. 2025;261:125106. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.125106
  23. Tutak W., Lukács K., Szwaja S., Bereczky Á. Alcohol-Diesel Fuel Combustion in the Compression Ignition Engine. Fuel. 2015;154(15):196–206. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.03.071
  24. Strizhak P.A., Antonov D.V., Aldoshin S.M., Yanovskii L.S. The Chemmotology of New Generation Synthetic Liquid Fuels. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2025;60(6):1409–1418. https://doi.org/10.1007/s10553-025-01805-2
  25. Chłopek Z., Sar H., Szczepański K., Zakrzewska D. Operational Issues of Using Replacement Fuels to Power Internal Combustion Engines. Energies. 2023;16(6):2643. https://doi.org/10.3390/en16062643
  26. Марков В.А., Зенин А.А., Девянин С.Н. Работа транспортного дизеля на смеси дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла. Турбины и дизели. 2009;(3):14–19. URL: http://www.turbine-diesel.ru/rus/node/382 (дата обращения: 07.08.2025).
  27. Papalambrou G., Karystinos V. Parametric Investigation of Methanol Ratio and Diesel Injection Timing for a Marine Diesel-Methanol Dual-Fuel Engine. Journal of Marine Science and Engineering. 2025;13(4):648. https://doi.org/10.3390/jmse13040648
  28. Лиханов В.А., Юрлов А.С. Исследование работы дизеля на метаноле и метиловом эфире рапсового масла на установочных углах опережения впрыскивания топлива. Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;2(5):94-99. URL: http://academy21.ru/nauka-i-innovacii/vestnik-chuvashskoj-gsha-nauchnyj-zhurnal/ (дата обращения: 15.07.2025).
  29. Hassan Q.H., Al-Abboodi H. How Methanol-Diesel Fuel Blends Influence the Performance Characteristics of a Compression Ignition Engine. International Journal of Heat and Technology. 2025;43(1):319–325. https://doi.org/10.18280/ijht.430132
  30. Žaglinskis Ju., Rimkus A. Research on the Performance Parameters of a Compression-Ignition Engine Fueled by Blends of Diesel Fuel, Rapeseed Methyl Ester and Hydrotreated Vegetable Oil. Sustainability. 2023;15(20):14690. https://doi.org/10.3390/su152014690
  31. Sánchez-Rodríguez G., Domenzaín-González J., Verónico-Sánchez F.Ja., Pérez-López H.I., Zúñiga-Moreno A., Elizalde-Solis O. Density and Viscosity in Biodiesel + Diesel Mixtures from Recycled Feedstocks. Applied Sciences. 2025;15(7):3812. https://doi.org/10.3390/app15073812
  32. Öner İ.V., Atabani A.E., Arslan E., Nadaroğlu H., Ünalan S., Kahraman N. и др. Comprehensive Investigation of the Effects on Fuel, Performance and Emission Properties of Modify Fuel Blends Addition of Graphene Nanoplatelets to Ternary Fuel Blends (Diesel, Waste cooking Biodiesel, and Butanol) in a Diesel Engine. Process Safety and Environmental Protection. 2025;(194):360–381. https://doi.org/10.1016/j.psep.2024.11.080

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 33