Диссертация (1173021), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Так, для топливаМ10 (10% метилового спирта) в результате экспериментов на 14 автомобилях спробегами от 5 до 120 тыс. км показано снижение содержания СО и NOx на 38 (55[56]) и 8% соответственно для всех автомобилей. Количество несгоревшихуглеводородов уменьшается примерно на 25 % [56], при этом увеличиваетсясодержание углекислого газа в отработавших газах двигателя на 10 %. Крометого, в обзоре [95] указывается, что в условиях дефицита нефтяных моторныхтоплив метанол будет являться наиболее приемлемым заменителем в количестведо 20%. По словам авторов, подобные топлива обладают хорошей детонационныйстойкостью,пониженнойэмиссиейвредныхвеществиулучшеннымиэксплуатационными характеристиками в сравнении с обычными бензинами. Висточнике [96] также указано, что оптимальное содержание метанола в бензинесоставляет 20%, так как данное топливо обладает самой высокой тепловой44эффективностью в сравнении с чистым бензином и топливом М50.
Скоростьсгорания смеси М20 значительно выше скорости сгорания бензина, что позволяетснизить потери тепла в окружающую среду и направить энергию на совершениеполезной работы. Что касается топлива М50, то высокое содержание метанолаоказывает существенное влияние на теплотворную способность смеси, врезультате чего топливо обеспечивает несколько меньший тепловой КПДдвигателя. Следует отметить, что данное исследование проводилось на двигателеHero Honda Splendor, не адаптированном под спиртовые топлива.Исследование топлив М10 и М20 на четырехтактном четырехцилиндровомдвигателе MPFI SI Suzuki с непосредственным впрыском топлива позволилосделать ряд вывод об особенностях работы двигателя относительно его поведенияна бензине [97].
Так, при использовании М-топлив термический КПД двигателяувеличивается, причем чем выше доля метилового спирта в топливе, тем вышетермический КПД. Также отмечено снижение температуры отработавших газовдля М-топлив, уменьшение выбросов угарного газа, а также снижение дымности.В целом, авторы отмечают, что метанольные топлива могут являться частичнойзаменой бензину без каких-либо существенных аппаратных изменений двигателяc непосредственным впрыском топлива.Компания «Porsche» проводиласравнительные испытания чистогометанола и автомобильного бензина с октановым числом по исследовательскомуметоду 98 [98]. Установлено, что метиловый спирт обладает большей скоростьюсгорания (на 20-30 %) относительно бензина, в связи с этим оптимальный уголопережения зажигания для метанола имеет меньшую величину.
Таким образом,действительныйпроцесс сгорания приближается к теоретическому (припостоянном объеме), что влечет за собой увеличение термического КПД. Помимоэтого, высокая детонационная стойкость метанола позволяет работать двигателюна повышенной степени сжатия, увеличивая КПД двигателя. Что касаетсяотработавших газов, то здесь был отмечен рост выбросов углекислого газа иснижение выбросов угарного газа, несгоревших углеводородов по сравнению с45выбросами при работе двигателя на бензине.
Интересно отметить, что приувеличении коэффициента избытка воздуха при работе на метаноле инженеры«Porsche» отметили резкое снижение концентрации оксидов азота. В качественедостаткаиспользованияспиртаотносительнобензинауказываласьнеобходимость использования свечей зажигания с более высокими калильнымичислами1: угол поворота коленчатого вала от точки преждевременноговоспламенения смеси до 90 % точки воспламенения в 2-6 раза больше длябензина, поэтому для безотказной работы рекомендовалось использовать болеетермостойкие свечи зажиганий.В рамках программы «Альтернативные виды энергии для дорожноготранспорта» [98], проводившейся Министерством науки и техники в 1980-х гг.
вФРГ, компания «Porsche» принимала участие в тестировании топлив М15. Впрограмме использовались 11 автомобилей модели 924, приспособленных дляработы на метанольном топливе. С этой целью подверглись замене некоторыекомпоненты топливной системы, например, топливный фильтр, топливный насоси датчик уровня топлива. Все они были выполнены из материалов, стойких квоздействию метилового спирта.Важно отметить, что в данном двигателеиспользовалась электронная система управления углом опережения зажигания,так как данный параметр существенно отличается для обычного бензина [98]. Входе испытаний было выявлено отсутствие негативного влияния топлива М15 напусковые свойства автомобилей, запуск оценивался как «нормальный».
Дляоценки пусковых свойств использовалась климатическая камера с диапазономтемператур от -20◦С до +30◦С. Испытания данных автомобилей проходили втечение 2 лет, за это время средний пробег автомобиля составил 50 тыс. км. Врезультате были сделаны выводы о сохранении хороших ездовых качествавтомобилей, выгодном расходе топлива и удовлетворительной токсичностиотработавших газов.Величина, пропорциональная среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторнойтарировочной установке начинает появляться калильное зажигание (неуправляемый процесс воспламенениярабочей смеси от раскаленных элементов свечи).146В 80-е годы ХХ века метанольными топливами также интересовались вКанаде.
Так, в частности, в мае 1981 года в городе Виннипег проходилииспытания метанольных топлив на 150 автомобилях. В результате был отмеченрост эффективности по сравнению с бензином на 10-15 % благодаря высокойтеплоте испарения метанола, и, как следствие, снижению теплонапряженностицилиндра и повышению полноты сгорания топлива. За счет оптимизациидвигателя под высокую детонационную стойкость спиртового топлива экономияэнергоносителя составила 20-25 % [99].Краткая сводка результатов испытаний М-топлив на различных двигателяхпредставлена в таблице 9.Таблица 9 - Результаты испытаний М-топлив на различных двигателях [7, 45, 55,56, 68, 69, 83, 84, 87-117]СодержаниеИзменение параметров относительно стандартного бензинаметанола вТипТипВыбросы вредных веществРасходтопливе,двигателя впрыска Мощность КПДтопливаСОСНNOx% об.П▲▲△▼▼▼▼▽АК△△▲▼▼▼▼до 10П▲▲▲▼▼?ТК△?▲▼▼▼▼П▲▲▲▲▼▼?▼АК▲▲▲▲▼▼▼▼▼от 10 до 40П▲?▲▼▼▼▼▼▼▼ТК▲▲▲▲?▼▼▼П?▲▲▲▼▼▼▼▼▼▼АК▲?▲▲▲▼▼▼▼▼▼▼▼▼свыше 40П▲▲▲▲▲▲▲▲▼▼▼▼▼▼?ТК?▲▲▲▲▲▼▼▼?▼▼▼Примечание: А – атмосферный; Т – турбированный; П – прямой впрыск в цилиндр; К – впрыск во впускнойколлектор; 0 – без изменения; △ или ▽– изменение менее чем на 2%; ▲ или ▼ – изменение от 2 до 10%; ▲▲ или▼▼ – изменение от 10 до 20%; ▲▲▲ или ▼▼▼ – изменение более чем на 20%; ? – недостаточно данныхПомимо использования метанола в качестве компонента топлив возможноего вовлечение в качестве высокооктановой добавки для автомобильныхбензинов.
Цель метилового спирта в такой смеси – только лишь увеличениеоктановых чисел топлива. Индивидуальный метанол, как правило, добавляют вбензин до 3%. Дальнейшее увеличение содержания приводит к ухудшению47фазовой стабильности и увеличению коррозионной агрессивности топлива.Однако, такое количество не способно обеспечить необходимый приростдетонационной стойкости. Именно поэтому помимо метанола в данной смесибудут присутствовать другие высокооктановые компоненты. Но, несмотря навыше сказанное, применение метанола в автомобильных бензинах дает заметныйэкономический эффект. В частности, можно обратиться к источникам [62, 118],которыеутверждают,детонационнуючтостойкостьметиловыйбензинуспиртпрямойпридаетперегонкимаксимальнуюсредидругихалифатических спиртов. Однако, ради справедливости стоит отметить, что присмешении спиртов со стабильным газовым бензином наблюдается обратнаятенденция – с увеличением молекулярной массы спирта растет детонационнаястойкость полученных топлив [81].1.4.4.
Мировой опыт применения метанола при производстве моторныхтопливПри производстве моторных топлив метиловый спирт рассматривается какв качестве одного из компонентов, так и в качестве реагента для производствавысокооктановых компонентов и топлив. Существуют четыре основныхнаправления использования метанола:Топливасвысокимсодержаниемметанола,например,М85сконцентрацией метилового спирта не более 85 % об. (высокометанольные)Подобныевидытопливаприменяютсявспециальныхавтомобиляхсуниверсальным потреблением топлива (FFV) или в стандартных автомобилях сбензиновыми двигателями, переоборудованными под работу на метанольномтопливе;Топлива с более умеренным содержанием метанола, например, М15 илиМ30, содержащие до 15 и 30% об. метилового спирта соответственно(среднеметанольные).
Такие смеси применяются, как и предыдущие, в48специальных или переоборудованных автомобилях, а также в некоторых странахи на автомобилях с бензиновыми двигателями без переоборудования;Стандартные автомобильные бензины, содержащие до 1-3% об. метанола(М1, М3);Реагент в процессах «этерификации» (метоксилирования) и «Methanol toGasoline» (MTG).В ходе Первой и Второй мировых войн метиловый спирт (наряду сэтиловым) широко применялся в автомобильных двигателях в качествеиндивидуального вещества [87]. Выяснилось, что метанол негативно влияет наконструкцию двигателя.
В частности, происходит разрушение полимеров,образованиекоррозиипредотвращениянаметаллическихотрицательноговоздействияэлементахдвигателя.метиловогоспиртаДлябылипредложены такие меры, как замена в топливных системах гальванических парметаллов, использование хромовых покрытий в карбюраторах и насосах,нержавеющих сталей с добавкой молибдена, бронзы, установка прокладок,диафрагм и уплотнений из неопрена, тефлона, нейлона.С 1980 по 1985 годы в США неуклонно возрастает спрос на метанол вследствие нефтяных кризисов 1970-х годов. В 1978 году в Калифорнии былипредставлены автомобили, работающие на метаноле, как средство борьбы сзагрязнением окружающей среды и высокими ценами на бензин [8].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
