ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ применимости различных альтернативных топлив в дизелях и основные проблемы обеспечения их работы на этих топливах из "Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях" Современный мировой автомобильный парк насчитывает более 700 млн ед. автомобилей и продолжает быстро расти [1.5]. При этом подавляющее большинство автомобилей оборудуются либо бензиновыми двигателями с принудительным воспламенением бензовоздушной смеси, либо дизельными двигателями с воспламенением рабочей смеси от теплоты сжатия. [c.25] Объем продаж дизелей, млн шт. [c.26] Несколько уступают автомобильные дизели бензиновым двигателям и по массогабаритным показателям, что обусловлено высоким максимальным давлением сгорания в дизелях, достигаюшим величин р = 18 МПа и более. При этом удельная мощность дизельных двигателей и их удельный крутящий момент (отнесенные к единице рабочего объема У ) приближаются к уровню 65 кВт/дм и 200 Н-м/дм соответственно [1.68]. Вместе с тем, при низком удельном весе бензиновых двигателей (отношение веса двигателя к вырабатываемой мощности) и существующей тенденции некоторого его снижения (рис. 1.14 б) величина уменьшается у дизелей значительно интенсивнее, и уже в ближайшее время значения / 1, этих двух типов двигателей станут соизмеримы [1.68]. [c.27] Указанные причины и обусловили упомянутые выше темпы дизелизации автомобильного транспорта и, как следствие, необходимость опережающего производства и последующего потребления дизельного топлива по сравнению с автомобильным бензином. [c.27] Примечание. Все топлива не должны содержать сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды. [c.28] Преимущества и недостатки рассмотренных в разделе 1.2 альтернативных топлив, а также особенности их применения в дизелях обусловлены физико-хи-мическими свойствами этих топлив. Штатное дизельное топливо по ГОСТ 305-82 представляет собой многокомпонентную смесь индивидуальных углеводородов, выкипающих при различных температурах и имеющих различные физико-химические свойства. Оптимизация диапазона температур перегонки нефти при производстве дизельного топлива и его фракционного состава позволяет получить топливо в наибольшей степени адаптированное для использования в дизельных двигателях. Дизельное тогииво среднего состава имеет диапазон температур выкипания 160-360 °С, цетановое число 45 ед., температуру самовоспламенения 250 °С, что обеспечивает его хорошее воспламенение в цилиндрах дизеля, сравнительно плавное сгорание, хорошие топливно-экономические показатели и приемлемые характеристики токсичности ОГ. [c.29] Рассмотренные выше альтернативные топлива, как правило, имеют физи-ко-химические свойства, отличные от свойств дизельного топлива (табл. 1.4) [1.2, 1.70-1.73]. Поэтому при использовании большинства альтернативных топлив возникают проблемы их адаптации к транспортировке, хранению и заправке на существующих автомобильных заправочных станциях (АЗС), использованию в дизельных двигателях. [c.29] Дизельное топливо, являющееся слабо испаряющимся нефтепродуктом, практически не изменяющим своих свойств при хранении, хорошо адаптировано к транспортировке и хранению [1.27, 1.74]. Функционирует сеть АЗС, обеспечивающих заправку транспортных средств этим видом топлива. Однако использование дизельного топлива имеет и ряд указанных выше недостатков, основными из которых являются ограниченность нефтяных ресурсов и их невозобновляемость. Кроме того, при сгорании дизельного топлива не всегда обеспечиваются требования к токсичности ОГ. Выброс углекислого газа, образующегося в камере сгорания дизеля, способствует возникновению парникового эффекта, а само производство дизельного топлива является неэкологичным процессом (табл. 1.5). [c.29] Примечание. Прочерк означает, что свойства не определялись. [c.30] Примечание. + - преимущество недостатков. [c.31] Важным фактором является невозобновляемость запасов нефти, природного газа и других полезных ископаемых. Поэтому образующийся при сгорании топлив из этих ресурсов углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу, способствует возникновению парникового эффекта. С этой точки зрения более предпочтительны топлива, вырабатываемые из возобновляемого источника энергии — сырья растительного происхождения. Использование топлив из этого сырья не нарушает баланс между кислородом и углекислым газом в атмосфере, поскольку при сгорании тогшив растительного происхождения вьщеляется такое количество СО2, которое было потреблено из атмосферы растениями за период их жизни. [c.32] Применение некоторых альтернативных топлив позволяет устранить и еще ряд недостатков, присущих нефтяным топливам (см. табл. 1.5). Так, несмотря на невозобновляемость ресурсов природного газа, они существенно больше, чем запасы нефти. Кроме того, производство компримированного природного газа и его сжигание в дизелях весьма экологичны. Снижение токсичности ОГ дизеля при его работе на природном газе вызвано существенным улучшением процесса смесеобразования, поскольку топливо (природный газ) и окислитель (воздух) находятся в одном агрегатном состоянии. В результате топливовоздушная смесь оказывается гомогенной и наблюдается ее более полное сгорание по сравнению с дизельным топливом. [c.32] Это же преимущество характерно и для других топлив, имеющих низкую температуру кипения и в нормальных условиях находящихся в газообразном состоянии (СНГ, ДМЭ, см. табл. 1.4). Они могут подаваться в цилиндры двигателя как в газообразной, так и в жидкой фазах [1.2, 1.37]. При их подаче в камеру сгорания дизеля под давлением в смеси с дизельным топливом процесс смесеобразования улучшается также за счет быстрого испарения легкокипящей жидкости из топливной смеси, что создает дополнительное возмущение в струе распы-ливаемого топлива. [c.32] При использовании рассматриваемых альтернативных топлив в дизельных двигателях возникает ряд проблем в организации рабочих процессов. Отличия физико-химических свойств альтернативных топлив от свойств стандартного дизельного топлива затрудняет их подачу в камеру сгорания при использовании щтатной топливной аппаратуры. Возможны сбои в работе двигателя, вызванные нестабильным самовоспламенением альтернативных низкоцетановых топлив, особенно на режимах с низкими частотой вращения и нагрузкой. При этом отмечено и ухудшение пусковых качеств двигателя. Сжигание газообразных низкоцетановых топлив, а также легких спиртовых топлив в дизелях может сопровождаться их жестким сгоранием и повышением максимального давления сгорания, уменьшением мощности двигателя [1.2, 1.4, 1.44]. Поэтому необходимо обеспечить требуемый характер протекания процессов топливоподачи, смесеобразования, воспламенения и сгорания указанных альтернативных топлив. [c.33] Важное значение для достижения необходимых показателей дизеля имеет организация процесса подачи газовых топлив в цилиндры двигателя. Газовые топлива отличаются сравнительно небольшими пределами воспламеняемости горючей смеси — узким допустимым диапазоном изменения коэффициента избытка воздуха а (у природного газа а = 0,4-2,0, у пропана а = 0,4-1,7). Наибольшая эффективность процесса сгорания природного газа достигается при а = 1,1-1,2, а при а 2 его эффективность заметно ухудшается. При работе на дизельном топливе наилучшая экономичность соответствует а = 1,7-2,5 [1.2, 1.70]. Кроме того, худшая воспламеняемость газовых топлив влечет за собой увеличение периода задержки воспламенения. Поэтому возникает необходимость корректирования процесса подачи облегченных топлив как по величине подачи, так и по моменту начала подачи — углу опережения впрыскивания топлива (УОВТ) [1.25]. [c.33] Кроме того, возможны испарение и кипение топлива в объеме за клапаном форсунки и закоксовывание распъшивающих отверстий форсунки. [c.34] При работе на спиртах также необходима адаптация топливоподающей аппаратуры и двигателя в целом к этому виду топлива. Она должна предусматривать мероприятия, уменьшающие утечки топлива, установку уплотнений, стойких к действию спиртов, особую защитную обработку поверхностей, контактирующих со спиртами, установку неокисляемых стальных пружин, использование особых смазочных масел [1.79]. При работе на спиртах наблюдается большой износ прецизионных деталей топливной аппаратуры плунжеров, втулок и нагнетательных клапанов насосных секций, игл форсунок. Для предотвращения падения мощности двигателя из-за меньшей весовой подачи спирта, вызванной, в основном, его меньшей плотностью и пониженной теплотворной способностью, требуется увеличение количества подаваемого топлива метанола - примерно в 2,3 раза, этанола - в 1,7 раза, т.е. корректирование топливоподачи. [c.34] Вернуться к основной статье