Альтернативные виды топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Альтернативные виды топлива



Содержание

• Введение
• 1. Основные выбросы вредных веществ бензиновыми и дизельными двигателями
• 2. Транспортировка и хранение топлив из растительных масел
• 3. Основные достоинства и недостатки демитиловго эфира
• 4. Схемы газовоздушных смесителей
• 5. Способы подачи спиртовых топлив в двигатель
• Заключение
• Список литературы


Введение

Растущий интерес к альтернативным видам топлива для легковых и грузовых автомобилей обусловлен тремя существенными соображениями: альтернативные виды топлива, как правило, дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление; большинство альтернативных видов топлива производится из неисчерпаемых запасов; использование альтернативных видов топлива позволяет любому государству повысить энергетическую независимость и безопасность.

Закон об энергетической политике США от 1992 г. определяет восемь альтернативных видов топлива. Некоторые из них уже широко используются, другие еще не повсеместно доступны или находятся в экспериментальной стадии. Но все обладают потенциалом для обеспечения полной или частичной замены бензина и дизельного топлива. К таким видам топлива относят: спирт, биотопливо, газ, водород, топливные элементы, электричество.



1.Основные выбросы вредных веществ бензиновыми и дизельными двигателями

Дизельные двигатели в настоящее время, бесспорно, являются самыми эффективными двигателями внутреннего сгорания.

В Западной Европе рыночная доля новых автомобилей с дизельными двигателями порой превышает 50%. Такие двигатели сочетают низкий расход топлива и небольшие выбросы углекислого газа с очень высоким крутящим моментом. Удельная мощность дизельных двигателей находится на уровне бензиновых. Недостатками являются выбросы частиц и окислов азота. За последние годы был достигнут огромный прогресс в плане плавности работы и уменьшения выбросов дизельных двигателей. Автомобиль с современным дизельным двигателем расходует примерно на треть меньше топлива, чем сопоставимый по мощности и другим параметрам автомобиль с бензиновым двигателем. Насколько хороши современные дизельные двигатели, показало испытание, проведенное Национальным институтом онкологии в Милане (Италия). Было установлено, что при выкуривании трех сигарет выбрасывается в 10 раз больше частиц, чем при работе современного дизельного двигателя на холостом ходу в течение 30 минут. выброс топливо смеситель демитиловый

Сгорание дизельного топлива

Процесс сгорания дизельного топлива бывает двух типов:

- непосредственный впрыск

- впрыск в разделенные камеры сгорания

Использовавшиеся ранее процессы с разделенными камерами, такие как форкамерное и вихрекамерное смесеобразование, имели существенные недостатки, поэтому больше практически не используются, и мы не будем подробно останавливаться на них. Перспективные разработки в области организации сгорания дизельного топлива лежат в области использования однородной смеси. В современных двигателях используются системы непосредственного впрыска топлива с организацией кругового воздушного потока и углублением в днище поршня. Относительно высокий уровень шума, вызываемый жестким сгоранием топлива с быстрым ростом давления, удалось снизить посредством организации предварительного впрыска топлива (в том числе многократного) и различных второстепенных мер, таких, как полное капсулирование двигателя и уменьшение степени сжатия.

Различия между дизельными двигателями легковых и грузовых автомобилей состоят главным образом в геометрии камеры сгорания и использовании распылителей форсунок с одним или несколькими отверстиями. У двигателей легковых автомобилей с непосредственным впрыском камера сгорания имеет форму сердца, а топливо впрыскивается через форсунки с несколькими отверстиями (4, 5, 6 или 8). Такая технология требует мощного кругового воздушного потока вокруг оси цилиндра, чтобы обеспечить хорошее смешивание воздуха с топливом в камере сгорания. Этот круговой воздушный поток называют также спином.

Преимущества непосредственного впрыска перед использованием разделенных камер сгорания:

*снижение расхода топлива на 15-20%;

*отсутствие потерь при переходе смеси из форкамеры или вихревой камеры в камеру сгорания;

*более низкие тепловые потери за счет меньшей площади поверхности в дне поршня;

*более высокий тепловой КПД;

*удельный расход топлива 160-200 г/кВтч.

Проблемы непосредственного впрыска топлива:

*создание вихревого потока частично мешает очистке от продуктов сгорания в цилиндре;

*затруднено изготовление конструктивно сложных впускных каналов особой формы;

*аэродинамически разные формы каналов при многоклапанной конструкции;

*проблемы с холодным пуском из-за вихревого движения воздуха;

*охлаждение камеры сгорания отчасти затруднено (требуется охлаждение днища поршня разбрызгиванием масла).

Однако преимущества этой технологии существенно перевешивают ее недостатки. Большие конструктивные сложности при изготовлении систем впуска быстро окупаются. При непосредственном впрыске особое значение имеют положение и количество впрыскиваемых струй в камере сгорания. Они влияют на:

*совокупность условий образования смеси;

*процесс подготовки и сжигания смеси;

*шум при сгорании (скорость нарастания давления);

*КПД двигателя;

*мощность, крутящий момент и характеристики крутящего момента двигателя;

*достигаемый диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя;

*условия образования сажи и выбросов частиц;

*условия образования всех остальных вредных выбросов;

*использование воздуха для сжигания топлива;

*расход топлива.

2. Транспортировка и хранение топлив из растительных масел

В мире обостряется борьба за владение источниками энергии, в частности, нефти. Украина в этом плане не может составить конкуренцию развитым странам. В то же время она обладает плодороднейшими землями, па которых возможно выращивание сельскохозяйственных культур для получения топлив растительного происхождения, пригодных для использования в двигателях внутреннего сгорания. По оптимистическим прогнозам, в будущем Украина может стать для Европы экспортером экологически чистого возобновляемого топлива па основе растительных масел. В связи с ухудшением экологической обстановки необходимо решать проблему рационального получения и использования топлив, поскольку при традиционной переработке топливного сырья образуется большое количество отходов и выделяются вредные вещества, участвующие в образовании парникового эффекта. В связи с этим важной практической задачей является разработка перспективных направлений по подбору, выращиванию масличных культур, экологически чистой переработке растительных масел и эффективному их сгоранию в двигателях. Существует два направления по адаптации тоилив растительного происхождения для работы в двигателях. Первое направление -- это выращивание культур для получения пищевых масел с дальнейшей переработкой в эфиры в результате реакции масел с метанолом в присутствии катализатора. Это обусловлено тем, что большинство существующих двигателей не адаптировано для работы на сырых маслах. Для этого направления характерны следующие недостатки: использование метанола, который является сильным ядом, дополнительная транспортировка и переработка масел. В данном случае используется традиционная технология получения топлив из нефти, что приводит к сохранению известных недостатков: взрывоопасности, ядовитости, наличию энергоемкого производства, высоких затрат. А главное, она оказывает катастрофическое влияние на окружающую среду. Второе направление -- это адаптация конструкции двигателя для работы на сырых растительных топливах, что обеспечивается повышением температуры стенок камер сгорания. В качестве примера можно привести дизель фирмы Elsbett. Прослеживается тенденция приблизить переработку масел в топлива к производителю, к земле. Крестьянин всегда кормил тягловую силу со своей земли, и в настоящее время использование части продукции сельского хозяйства для выполнения полевых работ позволяет возвратиться к естественному, устоявшемуся в веках, замкнутому циклу, по уже на более высоком уровне. Логическим продолжением этой тенденции является получение топлив с уже заданным свойствами из сельскохозяйственных культур без дополнительных технологических процессов. Цель данной статьи -- выявление экологически чистых направлений по улучшению свойств топлив растительного происхождения без использования традиционных экологически нечистых технологий.

Упрощенно можно представить, что происходит перенос перерабатывающих комплексов на поля и в системы двигателя. В свете изложенного предлагается третье направление, которое включает

в себя одновременное изменении свойств масел при помощи селекционных и агротехнических мероприятий и адаптации систем двигателя, в частности, топливной аппаратуры и камер сгорания. Отсюда вытекает необходимость в пересмотре технологий выращивания, переработки и использования растительных масел как топлив. Влияние использования топлив растительного происхождения и его смесей с дизельным топливом на показатели двигателей широко освещены. В настоящее время наблюдается некоторое противопоставление одной масличной культуры (например, рапса) другим, хотя выращивание монокультуры чревато определенными недостатками. При работе дизелей на маслах обычно наблюдается увеличение расхода топлива вследствие снижения теплоты сгорания. Однако в некоторых случаях при работе двигателей па смесях топлив растительного происхождения (сырых маслах) с дизельным топливом наблюдается сохранение таких экономических показателей двигателей, как у работающих на дизельном топливе. Так, при работе дизеля Д-243 по нагрузочной характеристике на смесях рапсового масла (до 30%) с дизельным топливом энергетические показатели двигателей различались всего на 2-5%. Предположительно использовалось сырое рапсовое масло. При работе двигателя па метилэфире наблюдалось существенное увеличение расхода топлива. При работе дизеля Д-240 на смеси сырого рапсового масла (75%) и дизельного топлива (25%) наблюдалось не только сохранение значений эффективного КПД, но и улучшение КПД па режимах, близких к номинальной мощности. В Анализе показателей работы дизелей на нефтяных и альтернативных топливах растительного происхождения (Семёнов В.Г.) приведены результаты испытаний, согласно которым при работе предкамерного дизеля на рафинированном рапсовом масле и на нерафинированном подсолнечном масле КПД двигателя выше при работе на последнем. Были проведены исследования в одном испытательном цикле на дизельного топливе (ДТ) и его смесях с рафинированным (ПМр) и нерафинированным подсолнечными маслами (ПМнер) для определения эффективного КПД ?е, приведенного расхода топлива gеприв, температуры отработавших газов (Тог), коэффициента избытка воздуха б, концентрации СО2 (табл.1). Испытания были проведены па установке, приведенной в (Potential of use of ion implantation as a means of catalist manufacturing. Zlobin V.N., Bannikov M.G. et. al), с распылителем РШ 6x1x0° при угле опережения впрыскивания топлива 18°. По результатам статистической обработки с вероятностью 0,95 следует, что приведенный расход топлива при работе двигателя на смеси ПМнер : ДТ = 30 : 70 несущественно отличается от приведенного расхода топлива при работе двигателя на дизельном топливе, а при нагрузке 1,94 кВт показатели лучше. Таблица 1. Показатели дизеля 1Ч8.5/11 при работе на топливах состава ПМнер:ПМр :ДТ и нагрузках 0,93 (I), 1,64 (II) и 1,94 (III) кВт

Одной из причин данных отличий могла быть различная теплота сгорания. Однако, согласно сертификатам, энергетический эквивалент рафинированных и нерафинированных масел одинаков. Другой причиной могло быть каталитическое воздействие определенных веществ, к каким относятся энзимы, в состав некоторых из которых входят металлы. Энзимы -- это специфические органические катализаторы, воздействующие во много раз быстрее, чем неорганические катализаторы.

Исследования по наличию металлов в маслах проводились полярографическим методом.

Из табл.2 следует, что процесс рафинирования, связанный с обработкой масел щелочами, приводит к частичному удалению металлов, что может сказаться на эффективности сгорания. Так же нейтрализуются энзимы, например, липаза, обеспечивающая ускорение разложения жиров.

Независимо от причин, вызвавших такие результаты, предпочтение отдается работе двигателя на сыром растительном топливе. В экологическом плане это сулит большие преимущества. На рисунке представлено сравнение традиционной технологии получения нефтяного топлива и предлагаемой по использованию топлив растительного происхождения.

Для традиционной технологии характерны явления, приводящие к экологическим катастрофам, например, нарушение растительного покрова при добыче нефти. Транспортировка и хранение нефти связаны с утечками. При ее переработке образуются отходы, вредно влияющие на окружающую среду. При сгорании дизельного топлива необратимо потребляется кислород и происходит выделение вредных веществ, в частности, СО2, который приводит к усилению парникового эффекта. И самое главное -- нефть не является возобновляемым энергоносителем.

Получение топлив по традиционной (а) и новой (б) технологиям: 1 -- каталитическая переработка; 2 -- каталитический преобразователь; 3 -- масло с биокатализаторами; 4 -- катализатор.

По предлагаемой технологии выращивание масличных культур обеспечивается по специальным севооборотам. При этом выращиваются «топливные» культуры с селективными и генетическими изменениями. Они поглощают СО2, выделившийся при сгорании топлив растительного происхождения с отработавшими газами Предполагается для усиления каталитического воздействия использовать специально подобранные удобрения.

Выращивание монокультуры в больших объемах приводит к резкому падению урожаев, распространению вредителей, истощению земли и т.д. Во избежание этого в Луганском национальном аграрном университете разработаны севообороты «топливных» культур для разных районов Украины.

Для улучшения сгорания нужно применять катализаторы в системе тонливоподачи. Также эффективно применение катализаторов и в камерах сгорания. Возможность использования катализаторов в вихревой камере сгорания при работе на растительных топливах экспериментально подтверждена.

Применение разных масел ставит проблему совместного их использования и воздействия смесей масел на показатели двигателя. Раздельное их использование имеет большие неудобства: необходимо наличие топливных баков под каждое масло, устранение возможности перемешивания и т.д.

В то же время использование многокомпонентных смесей масел в двигателях представляет практический интерес.

Например, при этом появляется возможность повышения стойкости многокомпонентных растительных топлив к окислению, поскольку сырое соевое масло является ингибитором окисления.

Для экспериментальной проверки возможности работы дизеля на многокомпонентных растительных топливах были проведены испытания на смесях дизельного топлива с рафинированными подсолнечным, соевым (СМр) и кукурузным (КМр) маслами (табл.3). Выявлено, что данные масла хорошо перемешиваются и не расслаиваются. Испытания проводились на дизеле с распылителем РШ 6 х 2 х 25° при угле опережения впрыскивания топлива 10°.

Таблица 3. Показатели дизеля 1 х 8.5/11 при работе на топливах состава ПМ и нагрузках 0,93 (I), 1,64 (II) и 1,94 (III) кВт

Статистическая обработка результатов испытаний выявила, что различия по расходу топлива для трех смесей являются несущественными.

Из приведенного следует, что необходимо разделить культуры для получения пищевых масел и топлив растительного происхождения. Это позволит получать «топливные» масла с заранее заданными свойствами, так как можно не придерживаться требований к выращиванию продуктов питания, например, для достижения низкого содержание эруковой кислоты в рапсе или приятного запаха и цвета.

Более широкие возможности в этом направлении открываются при генетическом преобразовании растений. Наблюдается настороженное отношение к продуктам питания, полученным на основе генетически преобразованных растений, что, возможно, имеет основания. Однако генетически измененные культуры, предназначенные только для получения топлив растительного происхождения, не должны вызывать такой настороженности. Например, разработана новая методика получения этилового спирта из растений, заключающаяся во введении в клетку растений гена, обеспечивающего выработку большего количества энзимов, преобразующих целлюлозу в спирт.

При сгорании углеводородных топлив и при окислении масел наблюдается протекание общих реакций, связанных с отщеплением водорода и присоединением кислорода. Это реакции дегидрирования, образования перекисей, гидроперекисей, альдегидов и т.д. Возможно предположить, что в маслах необходимо повышенное содержание энзимов, обеспечивающих окисление жиров, например, липазы.

К основным направлениям преобразования растений для получения топлив растительного происхождения можно отнести следующие: увеличение масличности; получение необходимых свойств; наличие в составе масел эфиров; усиление каталитического воздействия.

Отмечено, что достигнутая масличность подсолнечника (58-60 % в семянках) близка к биологическому пределу и дальнейшая селекция на этот признак будет замедлена. Семена высокомасличных культур из-за более интенсивного протекания биохимических процессов и топкой лузги подвержены порче и заболеваниям. Поэтому предлагается из семян сразу после сбора урожая получать масла способом холодного- прессования и использовать как топливо для осенней вспашки при обеспечении подогрева его в топливной системе, что приводит к активизации энзимов.

Важным является получение необходимых свойств таких масел подбором необходимых соотношений насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. При этом отдается предпочтение маслам с увеличенным содержанием ненасыщенных кислот как более реакционноспособным. Такие масла имеют более низкую температуру воспламенения, что благоприятно сказывается на показателях двигателя.

Некоторые масличные культуры, например, горчица сарептская содержат эфир масла. Содержание в топливах таких легкоиспаряемых соединений обеспечивает лучшую воспламеняемость. На этом принципе основано использование присадок в топливах.

Увеличения каталитического влияния на показатели двигателя можно достичь следующими способами: накоплением катализаторов в генетически измененных растениях во выращивания за счет использования специальных удобрений; в системе топливоподачи; в камерах сгорания при нанесении катализаторов на стенки.

Хотя относительное содержание металлов в маслах невелико, но так как металлы находяться в виде ионов (металлоорганических соединений), они могут оказывать большое влияние на процесс сгорания за счет каталитического воздействия. К таким катализаторам, входящим в состав удобрений, относятся калий, марганец, цинк, бор, молибден, медь, железо, кобальт и т.д.

Наличие в системе топливоподачи катализаторов в комбинации с подогревом топлива обеспечит ускорение предпламенных реакций.

В камерах сгорания обеспечиваеться существенное повышение удельной эффективности катализатора благодаря повышенной температуре и давлению, и при оптимальной организации рабочего процесса двигателя существенно снижаются выбросы оксидов азота.

Одной из проблем, возникшей при использовании катализаторов в камерах сгорания, является низкая стойкость покрытий. Для решения этой задачи усовершенствована технология нанесения катализаторов способом ионной имплантации. Она была апробирована на традиционных носителях и на поверхностях камер сгорания.

3. Основные достоинства и недостатки диметилого эфира

Эфирные и спиртовые топлива для автомобилей: преимущества и недостатки

Эфирные и спиртовые топлива для автомобилей: преимущества и недостатки

Диметиловый эфир

Перспективность этого дизельного топлива определяется двумя основными обстоятельствами:

- сырьем для производства диметилового эфира является природный газ;

- высокими эксплуатационными и экологическими свойствами диметилового эфира.

В первую очередь среди положительных эксплуатационных качеств диметилового эфира следует отметить высокое цетановое число (55 - 60 единиц). Наличие в молекуле диметилового эфира атома кислорода обеспечивает:

- полноту сгорания диметилового эфира, что обеспечивает практическое отсутствие в камере сгорания нагара и сажистых частиц в отработавших газах;

- снижение температуры горения топлива в камере сгорания и, как следствие, снижение содержания оксидов азота в отработавших газах.

Отсутствие серы в диметиловом эфире решает проблему содержания оксидов серы в отработавших газах, что является одной из наиболее актуальных проблем использования нефтяных дизельных топлив.

Наиболее существенными недостатками диметилового эфира как дизельного топлива является в 1,5 раза меньшая теплота сгорания, что приводит к увеличению расхода диметилового эфира в 1,5 - 1,6 раза по сравнению с дизельным топливом.

Спиртовые топлива

Из большого количества спиртов в качестве топлив нашли применение только метанол и этанол.

Ограниченность их использования в качестве горючего связана с такими недостатками:

- пониженная теплота сгорания, что понижает мощность двигателя;

- низкая энергоплотность, которая приводит к увеличению почти в 2 раза удельного расхода спиртового топлива и требует почти вдвое большего объема топливного бака;

- низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения затрудняет пуск двигателя при низких температурах;

- попадание даже небольшого количества воды резко ухудшает эксплуатационные свойства спиртовых топлив;

- высокая коррозионная агрессивность спиртов;

- спирты оказывают отрицательное влияние на резинотехнические и пластмассовые детали;

- в отработавших газах присутствуют альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты;

- переход с углеводородных топлив на спиртовые требует модернизации или перерегулировки системы подачи топлива, а также изменения степени сжатия и других параметров двигателя.

Применение специальных мер для устранения этих недостатков:

- ограничение возможности контакта с водой и водяными парами или проведение осушки спиртов перед заправкой в автомобиль;

- использование различных покрытий, не подвергающихся коррозии при контакте со спиртовыми топливами или введение в спиртовые топлива специальных антикоррозионных присадок;

- замена резинотехнических и пластмассовых изделий на материалы, стойкие к воздействию;

- разработка каталитических нейтрализаторов отработавших газов, способных обеспечить окисление продуктов неполного сгорания спиртовых топлив;

- организация производства двигателей, специально предназначенных для работы на спиртовых топливах.

К положительным качествам метанола и этанола в первую очередь относятся высокие антидетонационные свойства, что позволяет повысить степень сжатия в камере сгорания до и повысить КПД двигателя.

При использовании спиртовых топлив снижается содержание токсичных веществ в отработавших газах.

Использование спиртов в дизельных двигателях затрудняется из-за низких цетановых чисел, высокой температуры самовоспламенения и низких смазывающих свойств, которые ведут к быстрому износу топливных насосов.

4. Схемы газовоздушных смесителей

Конвертирование двигателей для работы на газе

При переводе на газ автомобиль может оборудоваться установкой или для сжатого, или для сжиженного газа. Установки для сжатого газа, ввиду их громоздкости, применяются лишь на грузовых автомобилях и автобусах.

Сохраняющаяся тенденция роста цен на топлива нефтяного происхождения, особенно на высокооктановый бензин, и все более ужесточающиеся требования к снижению уровня токсичности отработавших газов вынуждают фирмы по производству двигателей искать пути, позволяющие снизить стоимость эксплуатации автомобиля. Одним из таких путей является конвертирование как бензиновых, так и дизельных двигателей для работы на газовом топливе.

При переводе на газ автомобиль может оборудоваться установкой или для сжатого, или для сжиженного газа. Установки для сжатого газа, ввиду их громоздкости, применяются лишь на грузовых автомобилях и автобусах.

На состоявшейся 10-14 ноября 1999 г. в Санкт-Петербурге VII Международной выставке "Авто-Сервис Шоу - 99" венгерское АО RABA представило новое семейство рядных 6-цилиндровых двигателей G 10 с горизонтальным расположением блока цилиндров, работающих на сжатом природном газе и предназначенных для установки на автобусы и грузовые автомобили. При переводе на газ базовых дизельных двигателей семейства D 10 с рабочим объемом 10,35 л их степень сжатия была уменьшена с 15,2 до 11,0...12,7 в зависимости от модели. Двигатели оборудованы турбокомпрессором с клапаном перепуска отработавших газов и холодильником наддувочного воздуха, расположенными перед газовоздушным смесителем. Смеситель разработан голландской фирмой Deltec Fuel System на основе трубки Вентури с подводом газа в диффузор через систему радиальных отверстий. Коэфициент избытка воздуха в зависимости от режима работы двигателя изменяется в диапазоне а = 0,97...1,5. Расположенная за смесителем дроссельная заслонка позволяет регулировать количество газовоздушной смеси, обеспечивая устойчивую работу двигателя и на частичных нагрузках. Например, двигатель RABA G 10 DE-190 имеет номинальную мощность 190 кВт при 2100 1/мин и максимальный крутящий момент 1130 Нм при 1300 1/мин. При этом коэффициент приспособляемости - 1,27 и скоростной коэффициент = 0,619, что указывает на некоторое улучшение динамических качеств газового двигателя по сравнению с базовым дизельным вариантом. Дизельный двигатель такой же мощности имеет соответственно = 1,183 и = 0,632. При конвертировании на газовое топливо уровни токсичности ОГ и шумности двигателей G 10 по сравнению с дизельными двигателями значительно уменьшились. При этом моторесурс газовых двигателей вырос на 30%.

Так решается обозначенная выше проблема, когда за дело берется солидная фирма. А как обстоят дела в частном секторе? Стремясь уменьшить эксплуатационные расходы на топливо, некоторые

автолюбители заменяют уплотнительную прокладку между головкой и блоком цилиндров на более толстую и уменьшают тем самым степень сжатия двигателя. Такой "тюнинг" позволяет заправлять автомобиль более дешевым низкооктановым бензином, однако это сопровождается увеличением расхода топлива, некоторой потерей мощности двигателя, ухудшением его динамических качеств и, как правило, увеличением токсичности отработавших газов. Обусловлено это, во-первых, тем, что с уменьшением степени сжатия при неизменных прочих конструктивных параметрах двигателя неизбежно увеличивается коэффициент остаточных газов , что вызывает уменьшение коэффициента наполнения , уменьшение скорости сгорания топливовоздушной смеси и увеличение неполноты ее сгорания. Во-вторых, уменьшение степени сжатия сопровождается увеличением площади поверхности камеры сгорания и возрастанием по этой причине непроизводительных потерь выделившейся в процессе сгорания теплоты в стенки.

Другой, более эффективный путь решения названной проблемы, - это конвертирование двигателя для работы на газе при сохранении возможности работы его на бензине. В этом случае работа на бензине позволяет сохранить практически неизменными прежние динамические качества автомобиля, что немаловажно, например, в условиях езды по городу (быстрое трогание с места и быстрый разгон). Работа на газе более предпочтительна на загородных трассах, где по условиям дорожного движения (ограничение скорости, плохая дорога) полная мощность от двигателя практически не требуется.

Легковые автомобили оборудуются исключительно установками для сжиженного газа. Рассмотрим наиболее важные характеристики таких автомобилей, а также некоторые особенности устройства системы питания и ее работы.

Помимо уменьшения расходов на топливо работа двигателя на газе обеспечивает и ряд других важных преимуществ:

*увеличение ресурса двигателя, обусловленное отсутствием конденсации топлива и смывания пленки масла со стенок цилиндров;

*увеличение срока службы свечей зажигания вследствие уменьшения нагарообразования на поверхностях камеры сгорания, в том числе на изоляторах и электродах свечей;

*увеличение времени сохранения маслом своих эксплуатационных качеств по причине уменьшения его загрязнения продуктами сгорания и отсутствия его разжижения топливом;

*уменьшение токсичности отработавших газов по причине более полного сгорания газовоздушных смесей и пониженной температуры сгорания.

Однако при переводе двигателя на газ проявляются и определенные недостатки:

*происходит некоторое уменьшение мощности двигателя, обусловленное более низкой теплотворной способностью газовоздушных смесей по сравнению с бензовоздушными;

*при одинаковой емкости газового баллона и бензобака уменьшается запас хода автомобиля;

*газовый баллон занимает часть полезного объема багажного отсека автомобиля (наличие в багажном отсеке полностью заправленного газового баллона емкостью 50 л равносильно размещению в отсеке багажа массой примерно 50 кг).

Последний недостаток весьма существенный, так как посадка в автомобиль, кроме водителя, четырех пассажиров может означать превышение полезной массы автомобиля.

Чтобы принять решение о возможности или невозможности установки на автомобиль газобаллонного оборудования, помимо названных преимуществ и недостатков полезно предварительно познакомиться с наиболее важными характеристиками автомобиля, оснащенного этим оборудованием.

Так как октановое число пропан-бутановой смеси более 100 единиц, то для достижения высоких показателей мощности и экономичности двигатель должен иметь степень сжатия не менее = 8,2 (сравните со значением е для газовых двигателей G 10 фирмы RABA) и работать на бензине АИ-92. При этом чем больше степень сжатия (например, = 9,9 у моделей ВАЗ 2108 - 2109), тем выше экономичность и мощность двигателя. При полезном объеме газового баллона 42 литра (часть объема баллона, заполненная сжиженным газом) и среднем расходе газа для названных моделей примерно 10 л на 100 км запас хода автомобиля на газе составляет около 420 км.

Чтобы оценить срок окупаемости затрат при переводе автомобиля на газовое топливо нужно сначала определить затраты на газовое топливо (бензин) при пробеге автомобиля 1000 км. Для этого можно воспользоваться формулой Зг(б) = 10.Р.Ц, где Зг(б) - затраты на газовое топливо (бензин); Р - расход газа (бензина) на 100 км пройденного пути; Ц - цена одного литра газового топлива (бензина), руб. Разность Зб- Зг показывает материальный выигрыш в рублях при пробеге 1000 км. Умножая эту разность на годовой пробег своего автомобиля, выраженный в тысячах километров, получаем материальный выигрыш за один год эксплуатации автомобиля. Далее остается поделить стоимость установки газового оборудования на годовой материальный выигрыш, и мы получим период времени (в годах), по истечении которого затраты окупятся.

Если взвесив все "за" и "против", вы решили установить газовое оборудование на свой автомобиль, то для более полного знакомства с особенностями конструкции и эксплуатации системы питания двигателя такого автомобиля следует обратиться к [4]. Изложенный ниже материал дает общее представление о устройстве системы питания двигателя, позволяющей работать ему как на газовом топливе, так и на бензине.

Для сохранения неизменной конструкции головки цилиндров при переводе двигателя на газ используется внешнее смесеобразование с помощью смесителей с пересекающимися или параллельными потоками воздуха и газа. Наиболее распространенные схемы смесителей показаны на рис. 6.1.

Обычно такие схемы смесеобразования используют, когда бензиновый двигатель конвертируется для работы только на газе. В этом случае газовоздушный смеситель устанавливается на место карбюратора. Если установить такой смеситель над карбюратором и сохранить тем самым возможность работы двигателя на бензине, то увеличившееся сопротивление впускного тракта приведет при работе на бензине к значительному возрастанию расхода топлива.

При желании сохранить возможность работы двигателя на бензине с приемлемым расходом топлива можно воспользоваться одним из рекомендуемых в [4] путей:

*доработать двухкамерный карбюратор, превратив его в карбюратор-смеситель;

*впаять в переходную коробку воздушного фильтра в зоне над карбюратором две газоподводящие трубки (для двигателей с воздушным фильтром не над карбюратором).

Если нет желания изменять конструкцию дорогостоящего карбюратора, то остается второй путь. При этом в автомобилях, где воздушный фильтр расположен непосредственно над карбюратором, впайку газоподводящих трубок можно произвести в специально изготовленный переходный фланец, который устанавливается затем между воздушным фильтром и карбюратором.

Достаточно хорошо отработана конструкция двухкамерного газового смесителя для автомобилей ВАЗ. Этот смеситель представляет собой переходный фланец, устанавливаемый вместо теплоизолирующей прокладки между корпусом дроссельных заслонок и корпусом поплавковой камеры карбюратора. Такая конструкция обеспечивает минимальный расход газа при работе на холостом ходу, ровную работу двигателя при изменении режима работы, достаточно хорошие мощностные и экономические характеристики и низкий уровень токсичности ОГ.

Схема системы питания двигателя, обеспечивающая его работу на газовом топливе или на бензине, показана на рис. 6.2.

Внимание! Во избежание выхода двигателя из строя и с целью обеспечения пожарной безопасности одновременная работа двигателя на газовом топливе и бензине не допускается.

Система питания выполнена из расчета, что газовое топливо является основным, а бензин - резервным. Для этого в бензопровод между топливным насосом 7 и карбюратором 8 установлен электромагнитный клапан 24. При работе двигателя на газе клапан перекрывает подачу бензина в поплавковую камеру карбюратора. Управление работой клапана осуществляется водителем с помощью переключателя вида топлива, подключаемого через замок зажигания к электрической цепи катушки зажигания и устанавливаемого обычно под щитком приборов.

Сжиженный газ находится под давлением 1,6 МПа (16 кгс/см2) в баллоне 14. Заправка баллона производится на автомобильной газонаполнительной станции через штуцер с резиновой конусной муфтой и наполнительный вентиль 15. При работе двигателя газ из баллона по гибкому газопроводу высокого давления поступает через расположенные в одном корпусе 17 электромагнитный клапан и фильтр в двухступенчатый редуктор-испаритель низкого давления 25. Газовый электромагнитный клапан открывается водителем при включенном зажигании с помощью переключателя вида топлива. В случае аварийной ситуации клапан герметично перекрывает газовую магистраль. В фильтре газ очищается от содержащихся в нем механических примесей и смолистых соединений.

Редуктор-испаритель низкого давления 25 состоит из испарителя 18 и регуляторов первой 19 и второй 20 ступеней. Теплота для испарения газа подводится к испарителю от системы охлаждения двигателя. Регулятор первой ступени редуктора понижает давление газа до 0,2 МПа, а после второй ступени давление газа становится близким атмосферному. Под действием разрежения, создаваемого во впускном трубопроводе при работе двигателя, газ через тройник 22 и дозаторы 21 и 23 поступает во впускной трубопровод перед воздушной заслонкой карбюратора. Здесь происходит его смешение с поступающим в двигатель воздухом, в результате чего образуется однородная горючая смесь. При увеличении нагрузки двигателя (открытии дроссельной заслонки) поступление газа автоматически возрастает. От карбюратора газовоздушная смесь следует в цилиндры двигателя по тому же тракту, что и бензовоздушная смесь при работе двигателя на бензине

5. Способы подачи спиртовых топлив в двигатель

Спиртовые топлива

Из большого количества спиртов в качестве топлив нашли применение только метанол и этанол.

Ограниченность их использования в качестве горючего связана с такими недостатками:

- пониженная теплота сгорания, что понижает мощность двигателя;

- низкая энергоплотность, которая приводит к увеличению почти в 2 раза удельного расхода спиртового топлива и требует почти вдвое большего объема топливного бака;

- низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения затрудняет пуск двигателя при низких температурах;

- попадание даже небольшого количества воды резко ухудшает эксплуатационные свойства спиртовых топлив;

- высокая коррозионная агрессивность спиртов;

- спирты оказывают отрицательное влияние на резинотехнические и пластмассовые детали;

- в отработавших газах присутствуют альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты;

- переход с углеводородных топлив на спиртовые требует модернизации или перерегулировки системы подачи топлива, а также изменения степени сжатия и других параметров двигателя.

Применение специальных мер для устранения этих недостатков:

- ограничение возможности контакта с водой и водяными парами или проведение осушки спиртов перед заправкой в автомобиль;

- использование различных покрытий, не подвергающихся коррозии при контакте со спиртовыми топливами или введение в спиртовые топлива специальных антикоррозионных присадок;

- замена резинотехнических и пластмассовых изделий на материалы, стойкие к воздействию;

- разработка каталитических нейтрализаторов отработавших газов, способных обеспечить окисление продуктов неполного сгорания спиртовых топлив;

- организация производства двигателей, специально предназначенных для работы на спиртовых топливах.

К положительным качествам метанола и этанола в первую очередь относятся высокие антидетонационные свойства, что позволяет повысить степень сжатия в камере сгорания до и повысить КПД двигателя.

При использовании спиртовых топлив снижается содержание токсичных веществ в отработавших газах.

Использование спиртов в дизельных двигателях затрудняется из-за низких цетановых чисел, высокой температуры самовоспламенения и низких смазывающих свойств, которые ведут к быстрому износу топливных насосов.



Заключение

Как видно, намерения многих стран в мире по внедрению новых видов топлива отнюдь не являются вымыслом. Многие уже внедрили свои технологии, некоторые только выходят на этот рынок с новыми разработками. Но сказать можно одно - за растительным биотопливом будущее. Запасы нефти, газа и угля не бесконечны и практически невозобновляемы. Поэтому производить топливо придется из всего, что «попадется».

Даже несмотря на то, что в России биотопливо - это еще новинка, не нужно стоять в стороне от мира всего. Если сейчас нет проблем с нефтью и газом, то вскоре они возникнут и придется покупать это самое топливо за границей, тем самым быть зависимыми от иностранных энергоносителей, как сейчас Европа зависит от поставок российского газа.



Список литературы

1. . Винаров, А. Ю. Эффективные направления переработки растительного сырья в биотопливо // ЭКиП: Экология и промышленность России. - 2008. - № 11. - С. 14-18.

2. Воронов, Ю.П. Биотопливо на энергетических плантациях // ЭКО. Экономика и организация промышленного производства. - 2007. - № 11.. - С. 112-121.

3. Клавдиенко, В. Партнерство государства и бизнеса в сфере нетрадиционной энергетики: мировой опыт // Общество и экономика. - 2009. - № 7. - С. 136-149.

4. Самошин, Ю.В. Основные проблемы современного этапа развития мировой энергетики // Российский внешнеэкономический вестник. - 2008. - № 9. - С. 6-12.

5. Корниенко, Д. Г. Экономические проблемы развития использования альтернативных видов моторного топлива // Экономические науки. - 2009. - № 3. - С. 278-281.

Размещено на Allbest.ru

...