Development of methods of adaptation of gas-diesel engines of agricultural tractors to operation using LPG

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The methods of ensuring detonation-free combustion of liquefied petroleum gases (propane-butane mixtures) (LPG) in a cylinder of the gas-diesel engine with an ignition dose of no more than 25%, at maximal power modes are covered in this paper. Addition of a part of the exhaust gases and vaporous water to the fuel mixture, when using a nickel-based catalyst in the combustion chamber of the gas-diesel engine, which triggers the conversion reaction of lower alkanes, ensures reliable detonation-free combustion of the fuel charge.

AIM: Conducting the analysis of studies on the oxidative conversion of lower alkanes in the presence of nickel catalysts with the development of technical solutions to eliminate detonation in all operating modes. Conducting the research to improve system reliability, to optimize the supply of diesel and gaseous fuel for fuel efficiency improvement and reduction of harmful emissions from exhaust gases when turning the diesel engine into the gas-diesel engine.

METHODS: A nickel catalyst, which is an oxygen carrier, ensures cyclical reactions near its surface in the combustion chamber of the gas-diesel engine, which are metal oxidation when purging the combustion chamber and conversion of alkanes during the compression and combustion strokes. The problem of catalyst carburization is solved by burning off deposits during combustion of the fuel charge.

RESULTS: The preparation of a fuel steam-gas-air mixture with subsequent combustion in the presence of a catalyst ensures improved environmental, fuel consumption characteristics of the gas-diesel engine over the entire range of operating conditions and increases its reliability without detonation combustion of liquefied petroleum gases.

CONCLUSION: The use of the proposed system in diesel engines used in tractors aimed to agricultural technological operations helps to reduce fuel costs by more than 38%.

About the authors

Zakhid A. Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: fic51@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1665-3730
SPIN-code: 1892-8405

Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Engineering), Deputy Director for Innovational and Implemental Activities

Russian Federation, Moscow

Sergey Yu. Uyutov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Author for correspondence.
Email: s_uyutov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9394-5916
SPIN-code: 7350-1489

Junior Researcher of the Automated Drive of Agricultural Machinery Laboratory 2.2

Russian Federation, Moscow

Evgeniy V. Ovchinnikov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vim@vim.ru
ORCID iD: 0000-0002-6942-5950
SPIN-code: 4972-8390

Researcher of the Laboratory 4.1

Russian Federation, Moscow

References

  1. Ashok B, Ashok SD, Kumar CR. LPG diesel dual fuel engine — A critical review. Alexandria Engineering Journal. 2015;54(2):105–126. doi: 10.1016/j.aej.2015.03.002
  2. Frolov VN, Garanin IV. Experimental studies of detonation initiation and ra modes-bots of the pulsating detonation engine camera model. Proceedings of MAI. 2010;38. (In Russ). EDN: MQPNWB
  3. Mamaev A, Kislenko N, Snezhko D. Vehicles powered by liquefied petroleum gas — development prospects. Gas station complex + Alternative fuel. 2003;(4(10)):6–12. (In Russ). EDN: JIYGBX
  4. Uyutov SYu, Gojaev ZA. The use of liquefied petroleum gas as fuel in tractor diesel engines / S. Yu. Uyutov. Tractors and agricultural machinery. 2022;89(6):387–393. (In Russ). doi: 10.17816/0321-4443-123187
  5. Tretyakova SG, Rastunova IL, Rozenkevich MB. Investigation of the possibility of using the sabatier reaction as a method of flow reversal for isotope exchange in the carbon dioxide-water system. Uspechi in chemistry and chemical technology. 2008;22:70–75. (In Russ). EDN: QZVPOX
  6. Dyachenko VG. Teoriya dvigateley vnutrennego sgoraniya. Kharkov: NTU «KhPI»; 2009. (In Russ).
  7. Patent RUS 2259429 / 27.08.2005. Byul. 24. Simunova S.S., Ershova T.V. Elektrolit i sposob nikelirovaniya izdeliy iz alyuminiya i ego splavov. (In Russ). EDN: UKRGHA
  8. Gaynullin F.G., Grishchenko A.I., Vasilyev Yu.N., Zolotarevskiy L.S. Prirodnyy gaz kak motornoe toplivo na transporte. M.: Nedra, 1986. (In Russ).
  9. Fedin K. Innovative technology for creating gas piston engines with spark ignition. Information resources of Russia. 2012;2. (In Russ). EDN: OXASAJ
  10. Patent RUS № 2700866 / 23.09.2019. Byul. 27. Savelyev GS, Kochetkov MN, Ovchinnikov EV, et al. Sposob organizatsii rabochego protsessa gazodizelnogo dvigatelya. EDN: ONZNAJ
  11. Usachev NYa, Kharlamov VV, Belanova EP, et al. Oxidative processing of lower alkanes: state and prospects. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal. Vol. LII. No. 4. 2008. (In Russ).
  12. Krylov O.V. Carbon dioxide conversion of methane into synthesis gas. M.: J. Russian Chemical. The D.I. Mendeleev Society. 2000. Vol. XLIV. No. 1. pp. 19–33. (In Russ).
  13. Patent Canada CA2811937C / 29.03.2012. Palmer MR, Allam RJ, Fetvedt JE. et al. Method of using carbon dioxide in recovery of formation deposits. Accessed: Available from: https://patentimages.storage.googleapis.com/25/2d/f5/09fe81942f06e3/CA2811937C.pdf
  14. Asachenko EV, Rodina OV. Osobennosti dezaktivatsii kislotnykh Zn — soderzhashchikh katalizatorov aromatizatsii propane. Neftekhimiya. 2008;48(2):100–104.
  15. Tagirova LM. Aktualnost primeneniya sintez-gaza v kachestve alternativnogo istochnika energii. Aktualnye nauchnye issledovaniya v sovremennom mire. 2017. № 2-1. S. 133–137. EDN: XXVJQR
  16. Kudryashova EYu. Usovershenstvovanie i primenenie kataliticheskikh neytralizatorov otrabotavshikh gazov dlya uluchsheniya ekologicheskikh kharakteristik dizelnykh dvigateley [dissertation] Moscow; 2017.
  17. Wang Chizhang, Yang Shijian, Chang Huazhen, et al. Structural effects of iron spinel oxides doped with Mn, Co, Ni and Zn on selective catalytic reduction of NO with NH3. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2013;376:13–21. doi: 10.1016/j.molcata.2013.04.008
  18. Stanciulescu M, Caravaggio G, Dobri A, et al. Low-temperature selective catalytic reduction of NOx with NH3 over Mn-containing catalysts. Applied Catalysis B: Environmental. 2012;123–124:229–240. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.04.012
  19. Wu ZB, Jiang BQ, Liu Y, Wang H, Jin R. DRIFT study of manganese/titania-based catalysts for low-temperature selective catalytic reduction of NO with NH3. Environmental Science & Technology. 2007. Vol. 41, N 16. P. 5812–5817. doi: 10.1021/es0700350
  20. Kuvshinov GG, Popov MV, Tonkodubov SE, Kuvshinov DG. Vliyanie davleniya na effektivnost nikelevykh i nikel-mednykh katalizatorov v protsesse razlozheniya metana. Zhurnal prikladnoy khimii. 2016;89(11):1407–1416.
  21. Golosman EZ. Efremov VN. Promyshlennye katalizatory gidrirovaniya oksidov ugleroda. Kataliz v promyshlennosti. 2012. №5. C. 36–55.
  22. Kovalevskaya LL, Dorofeeva EA. Issledovanie vliyaniya usloviy termoobrabotki na dezaktivatsiyu katalizatorov konversii uglevodorodov. In: Innovatsionnye protsessy v khimii, neftekhimii i neftepererabotke. Sbornik trudov mezhdunarodnoy konferentsii. Sankt Petersburg: SPbGTI(TU); 2016:16–18.
  23. Izmaylov AYu, Savelyev GS, Kochetkov MN, et al. Avtotraktornyy dizelnyy dvigatel, adaptirovannyy k rabote na szhizhennom uglevodorodnom gaze po gazodizelnomu protsessu. Izvestiya MGTU MAMI. 2018;1(35):10–15. EDN: YSSQLA

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Section of a piston gas-diesel engine: 1 — a combustion chamber; 2 — a piston; 3 — a cylinder head; 4 — a plenum chamber; 5 — a spray nozzle; 6 — an exhaust valve; 7 — an intake valve; 8 — a mixing ramp.

Download (179KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diagram of the D-243 diesel engine supply system: a — the gas supply line, including: 1 — a gas fuel source; 2 — an engine intake manifold; 3 — a valve; 4 — a filling device; 5 — a shut-off solenoid valve; 6 — a gas filter; 7 — a gas pressure regulator; 8 — a gas fine filter; 9 — electromagnetic gas supply valves; b — the liquid fuel supply line, including: 10 — a fuel tank; 11 — a fuel coarse filter; 12 — a fuel pump; 13 — a fuel fine filter; 14 — a high-pressure fuel pump; 15 — a high-pressure fuel pump actuator; 16 — injectors; с — the electronic fuel supply and switching control system, including: 17 — a control unit; 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 — sensors; 27 — an electronic pedal of fuel supply; 28 — a manual fuel supply regulator; 29, 30 — mode switches; d — the exhaust gas bypass system, including: 31 — a damper control actuator; 32 — a damper; 33 — an exhaust manifold; 34 — an air filter; e — the vaporous water supply system, including: 35 — a nozzle; 36 — an evaporator; 37 — a water tank; 38 — a pump.

Download (327KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».