книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

но-эксплуатационных условиях содержание влаги в смеси увеличилось

бензин - 80, метанол - Î4, изобутанол - 6. При этом базовый бен­

зин должен иметь октановое число по моторному методу 68...70 и содержать не менее 10...20%ароматических углеводородов. Физико­

химические свойства ВМС данных рецептур приведены в табл. 3.Î. Их сравнительный анализ с бензинами показал, что по основным по­

казателям ВшС разработанных рецептур полностью удовлетворяют тре­ бованиям ГОСТ 2084-77 "Бензины автомобильные'1.

Показатели рабочего процесса двигателя при работе на ВМС. При переводе автомобильных двигателей на ВМС удельные массовые расхода топлива возрастают в меньшей мере, чем это следует из* уменьшения теплоты сгорания 128]. В литературе содержатся про­ тиворечивые сведения о возможностях улучшения энергетической эф­

фективности сгорания БМС [65; 76 1 . В работе [65] это объясняется более высокими скоростями сгорания в зоне реакции, что приводит к

улучшению индикаторного КЦД. Однако получение достоверных выводов осложняется большой цикловой неравномерностью процесса сгорания,

характерной Для карбюраторных-двигателей.

Авторами было выполнено исследование скорости распростране­ ния пламени по камере сгорания автомобильного карбюраторного дви­ гателя при его работе на бензине и бензометанольной смеси. С этой целью в камере сгорания были установлены девять ионизационных

датчиков (рис. 3.3), позволяющих анализировать начальную и основ­

ную фазы сгорания [43 . Система замеров позволяла о.беспечить пре­ цизионное измерение интервалов времени мелоду моментами искрообразования на свече зажигания и прихода пламени к ионизационным дат­

чикам с последующей обработкой результатов методами математичес­ кой статистики. Невоспроизводимость процесса сгорания оценивалась по неравномерности прихода пламени к ионизационному датчику. Кри­ терием служила степень невдентичности квадратичного отклонения

ряда измерений к среднему значению (коэффициент вариации).

Для раздельной оценки влияния физико-химических и газодина­ мических .факторов на процесс сгорания снимались регулировочные характеристики по составу смеси при постоянных положениях дрос­ сельной заслонки. Как показано на рис. 3.4,по регулировочной ха-

61

Рис. 3.3. Схема расположения ионизационных датчиков (ИД) в камере сгорания: ЦД - пьезокварцевый датчик давления; СЗ - свеча зажигания; i - 9 - иони­

зационные -датчики

рактеристике расход БМ2 в сравнении с бензином возрастает наÎ2 %9

что связано с меньшей теплотой сгорания ВМС. Однако крутящий мо­ мент при работе на ВМС больше» что указывает на увеличение КЦД

рабочего процесса. Об этом же свидетельствует и тот факт, что удельные массовые расходы ВМС практически равны удельным расходам бензина (см. рис. 3.4). Подогрев воздуха на входе в карбюратор до

373 К уменьшает массовое наполнение двигателя и массовый расход

ВМС. Крутящий момент при этом становится меньшим, а удельный рас­ ход топлива.- большим по сравнению с аналогичными показателями для бензина.

Хронометрирование процесса сгорания составов смеси в широ­

ком диапазоне (0,76*< -с.1,23) показало, что нет больших раз-

i 0

0,12

„0,08

/, Oêi тдт-ч

m a

800

13

9

териала позволили оценить зависимость длительности сгорания от

вида применяемого топлива и состава смеси с погрешностью + %5.

Анализ доверительных областей корреляции для бензина и ВМС, по­

строенных на рис. 3.5, показывает, что бедные Б«МС сгорают быстрее,

чем бедные смеси бензина. Наиболее заметна здесь и разница в кру­

тящих моментах. Поскольку для современных карбюраторных двигате­

лей характерны режимы со стехиометрическим и бедным составом го­ рючей смеси, именно увеличением скорости сгорания и индикаторного КЦЦ можно объяснить факт равенства удельных массовых расходов бензина и ВМС.

Технико-экономические и токсические показатели двигателя

при работе на ВМС. Высокий антидетонационный эффект присадки ме­ танола позволяет улучшить качество бензинов без добавки традици­ онных антидетонаторов, таких, как тетраэтилсвинец, тетраметилсвинец и др. Добавки метанола к бензину повышают октановое число

октановое число смешения для ВМС с низким исходным октановым чис­

лом бензина значительно выше, чем для бензинов с высоким октано­ вым числом.

Технико-экономические параметры БМС оценивались в условиях стендовых испытаний и включали в себя определение показателей по скоростным, нагрузочным, регулировочным характеристикам, а также по составу топливо-воздушной смеси и углу опережения зажигания.

На всех режимах работы температура смеси за карбюратором была на 5...20 К ниже, чем при работе на бензине, что объясняется высокой скрытой теплотой парообразования метанола. В связи с этим целесо­ образно увеличивать интенсивность подогрева впускного патрубка для компенсации понижения температуры смеси, особенно на режимах пуска и прогрева. При работе двигателя на режимах полного дроссе­ ля отмечено незначительное увеличение его мощности, которое объясняется повышением коэффициента наполнения вследствие более низкой температуры впускаемой смеси. Однако для обеспечения‘-топ­ ливной экономичности целесообразно не использовать этот прирост

ходы топлива при переходе на БМС увеличиваются в среднем на 8% (для смеси с содержанием 24%по массе спиртов). Минимальные рас­ ходы топлива обеспечиваются при et = 1,02...1,12 для бензина и cL = 1,05...1,21 для ВМС. Сгорание БМС в двигателе протекает

более устойчиво и с большими скоростями. Подтверждение ток^у - повышение эффективного КПД двигателя.

Токсические показатели работы двигателя на БМС определялись

ВМС составляет 0,2 %; на бензине - 0,75 %. Количество оксидов азота зависит от нагрузки двигателя и регулировки карбюратора. Например, по нагрузочной характеристике получено снижение содер­

токсичных антидетонаторов на основе свинца, что позволяет значи­ тельно снизить загрязнение атмосферы его соединениями.

Рис. 3.8. Нагрузочная характеристика двигателя при работе на бензине и

БлС ( П. = 2500 мин-1): -- • -- - Hit'C;

-- о*- - - - бензин

Ъольшинство выполненных исследований относятся к использо­ ванию Б1.С для серийных двигателей. Создание специально приспо­ собленных к смеси позволило бы наиболее полно реализовать ее

энергетические возможности. Фирмой "Порше” [67] разработан тер­ модинамически оптимизированный (ТОП) двигатель для работы на ВМС, конструктивные особенности которого заключаются в увеличении сте­ пени сжатия до 12,5, обеспечении интенсивной турбудизации в каме­

ре сгорания и работы на частичных нагрузках с оптимальным коэффи­

данную ВМС были разработаны временные ТУ 6-21-13-^82 "Бензин ме-

дачи топлива в поплавковую камеру, установлена трубка слива из­ лишков топлива.в бензобак.

Эксплуатационные испытания автомобилей на ВМС в Ворошилов­ граде проводились с J982 по 1986 год: Î984 - 160; 1985 - 170; 1986 - 105* Смесь транспортировалась в обычных топливных цистер­ нах, хранилась на нефтебазе, раздача осуществлялась на АЗС с по­ мощью стандартного оборудования. В качестве контрольных было отобрано 30 автомобилей, работающих на смеси, и 10 - на бензине.

При опытной эксплуатации контролировались следующие пара­ метры: эксплуатационная Надежность автомобилей, фактический рас­

ход топлива в течение длительного периода эксплуатации, воздей­

добавку- к бензинам в целях расширения ресурсов топлив и как вы­ сокооктановую добавку, заменяющую тетраэтилсвинец (ТЭС). Послед­ ний и другие соединения свинца в выхлопных газах двигателей яв­

атмосферу. Постановлением ЕЭК ООН с 1990 г. запрещено применение этилированных бензинов в Западной Европе. В связи с этим прово­ дятся широкие исследования по поиску новых эффективных антидето­ наторов. В этом качестве рассматриваются соединения марганца,

ароматические углеводороды, сложные эфиры, спирты 150; 6 1 J 'Перспективным является использование спиртов, и в частности ме­

танола, как заменителя ТЭС. Выше отмечалась принципиальная воз­ можность применения смесей бензинов с метанолом и изобутанолом как низкотемпературным стабилизатором. Однако для приготовления

смесей использовались спирты-ректификаты, имеющие высокую стои­

мость, что соответственно отражалось на стоимости ВМС в целом. Новые технологии совместного получения метанола и высших

спиртов из различного сырья разрабатываются ГотМИметанолпроек-