Диссертация (1173021), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Следует отметить, что данное решение подходит только автомобилям,оснащенным непосредственным впрыском топлива;Установка испарительной камеры со встроенной свечой накаливания внепосредственной близости от впускного клапана. Данное решение позволяетперевести топливо в парообразную фазу и снизить температуру запуска двигателядо значений в диапазоне от -12 до -17◦С.Интересно отметить, что двигатель на топливе М85 запускается несколькодольше, чем на обычном бензине. Например, при окружающей температуре +20◦Сбензиновый двигатель запускает за 1 секунду, при заправке М85 – 3 секунды. При39понижении температуры до -7◦С разница во времени достигает уже 17 секунд (3 и20 с соответственно) [83], то есть запуск двигателя без его подготовки котрицательным температурам практически невозможен.Метанол давно и подробно изучен учеными и отнесен к числу сильных,преимущественнонервныхисосудистыхядовсрезковыраженнымикумулятивными свойствами.
Смертельная доза метанола при приеме внутрь равна30г., ноуже5-10г. метанола могут вызватьтяжелое отравление,сопровождающееся слепотой [85]. В связи с этим для подтверждениявозможности использования метанола в составе моторных топлив в СоветскомСоюзе было проведено токсикологическое исследование метанольных топливспециалистами НИИ гигиены труда и профессиональных заболеваний Академиимедицинских наук СССР [86]. Комплекс мероприятий включал в себя измерениеконцентрации паров топлива в кабине грузовых транспортных средств, а такжеполноемедицинскоеобследованиеучастниковэксперимента.Всеговисследовании приняло участие 164 человека, в том числе в динамике от 6 месяцевдо 5 лет осмотрено 62 человека.
Представленные выводы свидетельствуют огигиеническойцелесообразностииспользованияновоговидатопливасдобавлением метанола до 15%.1.4.3. Особенности работы бензиновых двигателей при использованииметанола в составе топливМетанол может использоваться в составе топлива для двигателя в любомсоотношении, вплоть до чистого спирта, что позволяет поднять степень сжатиядвигателя до 15:1 в отличии от 10,5-11,5:1 [87] в двигателях, работающих настандартных бензинах. Благодаря этому представляется возможным изменитьконструкцию двигателя для более эффективного расхода энергии.
В результатемощность двигателя повышается на 7-9%, а крутящий момент на 10-15%. Помимоэтого, такая топливовоздушная смесь обеспечивает более высокую скорость40распространения фронта пламени, что позволяет повысить оборотистостьдвигателя. Именно по этим причинам чистый метанол широко используется вдвигателях гоночных автомобилей [45, 55]. При использовании высокой степенисжатия (19,5:1) а также нагнетателя, эффективность ДВС с принудительнымвоспламенением топливовоздушной смеси, использующего в качестве топливаметанол, оказывается сравнимой с эффективностью дизельного двигателя [55].Тесты на атмосферном двигателе Hyundai 2,4 л с непосредственным впрыскомтоплива показали увеличение КПД двигателя при работе на метаноле в сравнениис обычным бензином на 2,7 % на низких и средних нагрузках, и 5,6 % на высокихнагрузках [88]. Аналогичные исследования на турбированном двигателе Volvo 1,6л обнаружили 5-ти % прирост эффективности.Метиловый спирт также обладает повышенной теплотой испарения, чтоспособствует снижению температуры двигателя и возможности замены радиаторажидкостного охлаждения на воздушный аналог, который позволяет сэкономить намассе автомобиля (снижение массы – второй основной путь увеличениядинамических характеристик наряду с увеличением мощности и крутящегомомента двигателя).Высокая детонационная стойкость метанола может потребовать измененияконструктивных особенностей двигателя для увеличения КПД.
В источнике [89]проводилось исследование влияния степени сжатия двигателя на эффективностьсгорания чистого метанола. Для испытаний использовался одноцилиндровыйчетырехтактный двигатель DATSU LT 200 объемом 196 см3. Диапазониспользуемых степеней сжатия составлял от 8,0:1 до 9,5:1 с шагом 0,5 ед. Врезультате исследований отмечено, что при увеличении степени сжатияснижается расход любого топлива, но в абсолютных значениях для метанола этопроявляется более выраженно. Однако, наибольшая эффективность сгорания дляметанола была получена при значении степени сжатия 8,5:1. В то же время,авторы отмечают, что данное значение справедливо только лишь для выбранного41двигателя, а на эффективность сгорания помимо степени сжатия влияет такжесовокупность других факторов.Использование метанола позволяет снизить эмиссию углеводородов на 3040% для топлива М85 (85% метанола и 15% бензина) и до 80% (по другимданным до 50 % [90]) для топлива М100 [7].
В то же время, отмечаетсяувеличение содержания альдегидов в отработавших газах автомобилей в 2-4 раза,но их количество можно снизить, увеличив степень сжатия, или введя воду,анилин в состав топливо-воздушной смеси, либо подогревая воздух на входе вдвигатель [68, 84]. Так, при введении 10 % воды количество альдегидовснижается на 40 %, количество оксидов азота на 50 %, при этом количествоугарного газа и несгоревших углеводородов остается неизменным [91].В источнике [92] освещен эксперимент влияния настроек двигателя,работающего на чистом метаноле, на выбросы несгоревшего метанола иформальдегида. Для исследований использовался рядный четырехцилиндровыйдвигатель с непосредственным впрыском топлива объемом 1,8 литра и степеньюсжатия 9,6:1.
В результате испытаний установлено, что увеличение углаопережениязажиганияприводиткростуколичестваформальдегидаиуменьшению выбросов несгоревшего метанола. В то же время, испытанияпоказали, что увеличение коэффициента избытка воздуха ведет к ростуколичества несгоревшего метанола и снижению содержания в отработавших газахформальдегида.Также содержание формальдегида в отработавших газах было рассмотренов другом источнике [93], где помимо стационарного режима работы двигателятакже изучен состав отработавших газов двигателя, выбрасываемых прихолодномстарте.Вкачествеиспытательногодвигателяиспользовалсяпеределанный дизельный двигатель с рабочим объемом 1,99 литра.
В результатеисследований выявлено, что при холодном пуске содержание формальдегида инесгоревшего метанола значительно выше, чем при стационарных условияхработы двигателя: после выхода двигателя на рабочие параметры содержание42формальдегида и метанола уменьшилось на 90% и 98% соответственно.Выявлено, что температура цилиндра является основным фактором, влияющим насодержание формальдегида в отработавших газах.Продолжая тему влияния метанольных топлив на выбросы токсичныхвеществ в составе отработавших газов, стоит упомянуть о результатахэксперимента в источнике [94], где рассматривается влияние времени впрыска иизменения угла опережения зажигания на одноцилиндровом, четырехтактноммодифицированном дизельном двигателе, степень сжатия которого была сниженас 16:1 до 14:1.
Также стоит отметить, что ввиду того, что данный двигательизначально был дизельным, то на выходе получился бензиновый двигатель снепосредственным впрыском топлива. В качестве выводов предлагаетсяследующее: время впрыска и угол опережения зажигания значительно влияют насостав отработавших газов, однако, четкой зависимости не прослеживается.Следовательно, для обеспечения наилучшего состава отработавших газовнеобходимо производить настройку параметров работы каждой конкретноймодели двигателя отдельно. Кроме того, отмечено, что двигатель, работающий наметиловом спирте, может обеспечить бездымное сгорание.
Содержание оксидовазота при работе такого двигателя вдвое ниже, чем при работе исходногодизельного двигателя, а также снижаются выбросы угарного газа на 11%.Еще одним негативным моментом использования метилового спиртаявляется резкое увеличение выбросов CO и несгоревших углеводородов припониженных температурах. Так, при снижении окружающей температуры от +20до - 7◦С количество СО в отработавших газах двигателя, работающего на топливеМ85 возрастает в 12 раз, а содержание несгоревших углеводородов – в 5 [83].Аналогичные коэффициенты для бензина составляют 5 и 3 соответственно.Как уже отмечалось, чтобы двигатель мог работать на метаноле, егонеобходимо переоборудовать. И, сравнив капитальные вложения [41] в видепереоборудованиядвигателяиэксплуатационныезатратынатопливо(представлены в таблице 8 в ценах 2010 года с целью общего представления о43порядке цен), можно с уверенностью сказать, что разница в цене топлив быстропокроет затраты на модернизацию двигателя.Таблица 8 - Затраты на переоборудование двигателя для работы на метанолеСистема/детальТопливный датчикМатериалы для топливной системыТопливный насосИспарительная системаИтогоСтоимость, $205012020210Метанол также проявляет особенности эксплуатационных свойств и в смесис бензином, выступая в качестве одного из компонентов.
Повышается КПД имощность двигателя, но в то же время ухудшается его экономичность. Поданным, которые были получены на одноцилиндровой установке [7], при степенисжатия 8,6 и числе оборотов коленчатого вала 2000 об/мин для смеси М20 (20%метилового спирта) КПД двигателя повышается на 3%, мощность на 3-4%, арасход топлива увеличивается на 8-10%. Использование таких смесей такжеблаготворно влияет на эмиссию отработавших газов [67, 69].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
