Диметиловый эфир и повышение пусковых свойств дизелей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диметиловый эфир и повышение пусковых свойств дизелей

эфир диметиловый двигатель дизельный

Борисов Геннадий Александрович, доктор наук, профессор, профессор

Ичанкин Юрий Викторович, аспирант

Чернышев Алексей Дмитриевич, аспирант

Рязанский Государственный Агротехнологический Университет им. П.А.Костычева

Рассмотрены достоинства и недостатки применения диметилового эфира (ДМЭ) в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей. Проведены сравнения с другими видами топлива, используемых в дизельных двигателях. Приведены схемы конструкции дизельных двигателей работающих на ДМЭ. Авторы приходят к выводу, что несмотря на перспективы широкого применения в качестве топлива диметилового эфира, первоначально будут использоваться двухтопливные схемы и смешивание ДТ с ДМЭ. Традиционные конструкции также будут требовать внимания и дальнейших разработок устройств и способов улучшения пусковых и эксплуатационных качеств дизелей в условиях пониженных температур.

Освоение районов Арктики вызывает потребность в повышении пусковых качеств дизельных двигателей в условиях пониженных температур. Возможным решением данной проблемы является использование незамерзающего топлива с высокими пусковыми свойствами. По мнению российских ученых таким топливом может стать диметиловый эфир (ДМЭ), который в отличие от дизельного топлива (ДТ) не подвержен помутнению и кристаллизации, и не затрудняет топливоподачу [1]. При этом северные районы России богаты углеводородными ресурсами, которые можно использовать в качестве сырья для получения такого топлива. [2]

Диметиловый эфир (ДМЭ)-- экологически чистое, газообразное топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Получают из природного газа, угля или биотоплива. Является производной метанола, получаемой в процессе преобразования газа в жидкое состояние. Цетановое число (ЦЧ) более 55, при том что у дизельного топлива 45...50, это обеспечивает отличные самовоспламеняемость и пусковые качества, способствует «мягкому» сгоранию. [3] В настоящее время это единственное синтетическое топливо, которое может заменить дизельное топливо. Принципиальная схема дизеля работающего на ДМЭ показана на рисунке 1 [4].

Рис.1. Принципиальная схема дизеля на ДМЭ

В нормальных условиях молекулы диметилового эфира не имеют химических связей углерод- углерод, что исключает образование в пламени радикалов С2, способствующих сажеобразованию при сгорании. При этом снимется главная проблема дизеля - карбонизация значительной части топлива с последующим замедлением скорости выгорания дисперсного углерода. К благоприятным физико-химическим параметрам (Таблица 1.) также относят повышенную испаряемость, что снижает требования к дисперсности распыления, позволяет понизить давление впрыска и обеспечивает хорошее смесеобразование.

Дизель на ДМЭ хорошо запускается зимой при температуре -25...30 °С. Наряду с этим высокая испаряемость ДМЭ позволяет уверенно запускать дизель семейства Д-245, устанавливаемый на тракторах, автомобилях, автобусах, при температуре до - 24 °С без применения предпускового подогревателя.

Таблица 1. Физические свойства дизельного топлива, ДМЭ и других углеводородных топлив

Мировое потребление диметилового эфира составляет около 150 тыс. тонн в год и продолжает нарастать. Однако, ДМЭ не лишен недостатков, и они хорошо известны: малые кинематическая вязкость и величина теплотворной способности, дорогостоящее производство, требуется применение устройств нейтрализации отработавших газов (ОГ), снижение надежность двигателя.

Малая кинематическая вязкость приводит к невозможности герметизации подвижных уплотнений узлов топливной аппаратуры и повышает риск задира прецизионных трущихся пар, из-за малой смазывающей способности. Для компенсации этого недостатка в диметилэфир необходимо добавлять лубрификаторы. А химическая агрессивность вызывает коррозию.

Теплотворная способность диметилэфира на 45% ниже, чем у сжиженного природного газа (СПГ). Для производства ДМЭ требуется больший объем сырьевого газа, чем для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью. А низкая плотность по сравнению с дизельным топливом обусловливает увеличенную в 1,7- 1,9 объемную цикловую подачу.

Кроме того, необходимо учитывать значительную зависимость свойств ДМЭ от температуры, что вызывает необходимость введения в систему топливоподачи терморегулятора.

Возможно ключевую роль в росте популярности ДМЭ в качестве топлива, сыграет применение двухтопливных систем питания двигателей, принципальная схема конструкции такой системы представлена на рис.2 [4].

Рис.2. Принципальная схема двухтопливной системы

Также перспективным является внедрение экологически более чистого ДМЭ в смеси с дизельным топливом. Доля альтернативного топлива в рабочей смеси может составлять от 10 до 40%. В период работы двигателя на такой смеси происходит интенсификация рабочего процесса дизеля, снижается содержание вредных веществ в отработавших газах (ОГ) даже на относительно старых моделях дизельных двигателей.

Выводы: Дизельный двигатель должен быть специально приспособлен для работы на ДМЭ, при этом использование ДМЭ вместо ДТ не дает существенного снижения эксплуатационных затрат. Также не ясна ситуация с инфраструктурой, которую придется создавать заново или переделывать действующие АГЗС, в то же время ресурсы природного газа, являющегося сырьем для получения ДМЭ, ни в балансе Москвы или других регионах России, ни в балансе Газпрома пока не предусмотрены.[5]

Выдающийся советский и российский ученый- химик Н.А. Платэ (1934 -2007) считал, что замену дизельного топлива на ДМЭ нужно производить непосредственно на малодебитных газовых месторождениях. Таким образом, можно заключить, что Арктическая зона может стать одновременно и полигоном, и колыбелью для широкомасштабного внедрения ДМЭ в качестве топлива для дизелей.

Очевидно, что при переходе на новый вид топлива первоначально будут использоваться двухтопливные схемы и смешивание ДТ с ДМЭ. И традиционные конструкции также будут требовать внимания и дальнейших разработок устройств и способов улучшения пусковых и эксплуатационных качеств дизелей в условиях пониженных температур.

Список литературы

1. Борисов Г.А., Анализ условий эксплуатации дизельных двигателей в условиях пониженных температур / Г.А.Борисов, И.Н.Колодяжная, Ю.В.Ичанкин // Вестник Рязанского ГАТУ имени П.А.Костычева №1 (17).- 2013 г. - С.38-43

2. Экономика сегодня. Федеральное бизнес- агентство. В России создали незамерзающее топливо [Электронный ресурс]. - URL: http://rueconomics.ru/178396-v-rossii-sozdali-nezamerzayushchee-toplivo (дата обращения: 27.06.2016)

3. Академик. Диметиловый эфир. [Электронный ресурс]. - URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/76787 (дата обращения: 25.06.2016)

4. Основные средства: Диметиловый эфир. Надежды конструкторов, водителей и экологов. [Электронный ресурс]. - URL:http://www.os1.ru/article/5473-dimetiloviy-efir-nadejdy-konstruktorov-voditeley-i-ekologov/ (дата обращения: 24.06.2016)

5. GazPronin. Диметиловый эфир [Электронный ресурс]. - URL:http://www.gazpronin.ru/ (дата обращения: 29.06.2016)

Размещено на Allbest.ru