- •Введение
- •Глава 1. Производство топлив и смазочных материалов
- •§ 1.1. Свойства и состав нефти
- •§ 1.2. Переработка нефти и нефтепродуктов
- •§ 1.3. Очистка нефтепродуктов
- •Глава 2 общие сведения о топливах
- •§ 2.1. Классификация топлив
- •§ 2.2. Состав нефтяных топлив
- •§ 2.3. Горючая смесь
- •§ 2.4. Энергетические показатели топлив и горючих смесей
- •§ 2.5. Альтернативные топлива
- •Глава 3. Свойства топлив
- •§ 3.1. Испаряемость топлив
- •§ 3.2 Детонационная стойкость топлив
- •§ 3.4. Теплофизические свойства топлив
- •§ 3.5. Стабильность топлив
- •§ 3.6. Влияние топлив на коррозионный износ
- •§ 3.7. Противоизносные свойства топлив
- •§ 3.8. Влияние топлива на образование отложений
- •§ 3.9. Экологические свойства топлив
- •Глава 4
- •§ 4.1. Жидкие нефтяные топлива
- •§ 4.2. Газообразные углеводородные топлива
- •§ 4.3. Спирты
- •§ 4.4. Водород и аммиак
- •Глава 5
- •§ 5.1. Трение и смазка
- •§ 5.2. Износ
- •§ 5.3. Классификация смазочных материалов и требования к их свойствам
- •§ 5.4. Состав и условия работы моторных масел
- •§ 5.5. Присадки к маслам
- •Глава 6. Свойства моторных масел
- •§ 6.1. Смазочные свойства масел
- •§ 6.2. Вязкостные и депрессорные свойства масел
- •§ 6.3. Стабильность масел
- •§ 6.4. Влияние масла на образование отложений
- •§ 6.5. Антикоррозионные и консервационные свойства масел
- •§ 6.6. Противопенные и деэмульсионные свойства масел
- •§ 6.7. Обкаточные свойства масел
- •Глава 7. Применение моторных масел в двигателях внутреннего сгорания
- •§ 7.1. Ассортимент товарных моторных масел
- •§ 7.2. Синтетические моторные масла
- •§ 7.3. Выбор моторного масла
- •§ 7.4. Старение, угар и смена моторных масел
- •Глава 8 твердые и пластичные смазки
- •§ 8.1. Твердые слоистые смазки. Мягкие металлы. Полимерные и композиционные материалы
- •§ 8.2. Общие сведения о пластичных смазках
- •§ 8.3. Свойства пластичных смазок
- •§ 8.4. Ассортимент пластичных смазок
- •Глава 9 охлаждающие жидкости
- •§9.1. Вода
- •§ 9.2. Антифризы
- •§ 9.3. Высококипящие охлаждающие жидкости
- •§ 3.2. Детонационная стойкость топлив
§ 4.3. Спирты
В транспортной энергетике спирты рассматривают как одно из основных альтернативных топлив для ДВС. Практическое значение имеют спирты метиловый (условное наименование «метанол») и этиловый (условное наименовение «этанол»). Эти топлива по своим термохимическим и эксплуатационным показателям наиболее полно удовлетворяют характерным особенностям современных поршневых ДВС. Спирты обладают высоким 04 и низким ЦЧ, вследствие чего их целесообразно использовать в качестве топлива для двигателей с принудительным воспламенением. В табл, 4.13 приведены основные свойства метанола и этанола.
Таблица 4.13
Показатели |
Метанол |
шел |
Плотность при 20 °С, кг/м |
795 |
789 |
Вязкость при 20 "С, мм /с |
0,55 |
1,76 |
Температура, °С: |
|
|
кристаллизации |
—98 |
— 115 |
кипения |
65 |
78 |
самовоспламенения |
464 |
432 |
Теплоемкость при 20 °С, кДж/(кг *°С) |
2,51 |
2,43 |
Стехиометрическое количество воздуха, (кг воздуха)/(кг топлива) |
6,5 |
9,0 |
Теплота парообразования, кДж/кг |
1100 |
900 |
Теплота сгорания (низшая), кДж/кг |
22 000
|
26 000
|
Октановое число: |
|
|
по моторному методу |
90 |
88 |
по исследовательскому методу |
по
|
106
|
Спирты обладают высокой гигроскопичностью (они неограниченно вмешиваются с водой), что оказывает существенное отрицательное илияние на их эксплуатационные свойства. Увеличение концентрации воды повышает плотность, температуры кипения и кристаллизации, теплоемкость и теплопроводность топлива при одновременном ухудшении его энергетических показателей и значительном усилении коррозионной агрессивности (в особенности мо отношению к сплавам, содержащим свинец и алюминии). Метанол вступает в химическую реакцию с водой с выделением водорода. Теплота сгорания спиртов приблизительно в 2 раза меньше, чем нефтяных топлив, поэтому при практически одинаковых энергетических затратах ДВС, работающие на спирте, имеют по сравнению с бензином большие массовые расходы топлива «пропорционально отношению теплот сгорания). Спирты по сравнению с нефтяными топливами характеризуются более устойчивым сгоранием. Благодаря этому расширяется диапазон устойчивого горения на бедных смесях (до а- 1,5— 1,6).
Сгорание спиртов по сравнению с бензинами характеризуется меньшими задержками воспламенения и большими скоростями горения, более низкими температурами и большей полнотой сгорания. Нее это обеспечивает меньший теплоотвод из зоны реакции, пониженную теплонапряженность деталей цилиндропоршневой группы, уменьшение нагарообразования, повышенный индикаторный КПД, уменьшенный удельный расход энергии на единицу мощности и меньшую токсичность отработавших газов по СО, СnНт и оксидам азота. В табл. 4.14 приведены результаты испытаний двигателя i=8, Vh=4,5 л, e=8,9 по европейскому ездовому циклу.
Таблица 4.14
Топливо |
Состав отработавших гадов, г/цикл |
||
СО |
СнНт |
NOх |
|
Бензин
|
140 |
6 |
8 |
Метанол |
32 |
5,5 |
0,7 |
Высокое значение теплоты испарения спиртов обусловливает снижение температуры заряда, следовательно, повышение коэффициента наполнения. Сочетание перечисленных факторов позволяет увеличить мощность двигателя при переходе на спирт на 10—15 % (по сравнению с бензином). Использование высоких антидетонационных качеств спиртов позволяет дополнительно увеличить мощность двигателя путем увеличения степени сжатия. Большая теплота испарения спиртов затрудняет пуск двигателя и ухудшает условия внешнего смесеобразования (ухудшается гомогенизация смеси во впускном тракте и увеличивается неравномерность ее распределения по цилиндрам). Для устранения этого недостатка применяют добавку растворимых в спиртах легкокипящих I углеводородов (до 20 % бутана, изопентана, диметилового эфира и др.) интенсивный подогрев впускного тракта и карбюратора, частичную рециркуляцию отработавших газов, а также вводят 1 специальные пусковые системы. Характерной особенностью спиртов I является малое сажеобразование (метанол практически не дает I сажи).
Коррозионная агрессивность спиртов и бензоспиртовых смесей проявляется в воздействии на сталь, алюминий, магний, цинк и сплавы на их основе. В присутствии воды коррозия значительно возрастает. Спирты интенсивно реагируют со свинцом, образуя аморфные соединения, забивающие топливные фильтры и жиклеры. Большинство прокладочных материалов имеет склонность к набуханию при контакте со спиртами.
При работе на спиртах возможен повышенный износ двигателя, что объясняется разрушающим действием спирта на масляную пленку, находящуюся на поверхностях трения (это действие усиливается в присутствии воды). Помимо этого при неполном сгорании этанола образуются органические кислоты, интенсифицирующие коррозионный износ пар трения. Явление повышенного износа наиболее сильно проявляется при низкотемпературных режимах работы двигателя (например, в режиме прогрева).
Токсичность отработавших газов ДВС, работающих на спиртах, характеризуется следующими показателями; концентрация СО при а < 1 соответствует бензиновым двигателям; с увеличением а свыше 0,98—1,0 наблюдается резкое падение с последующим, по мере дальнейшего обеднения смеси, практически полным отсутствием содержания оксида углерода в отработавших газах; концентрация углеводородов в 10—20 раз, а оксидов азота в 1,5—2 раза меньше, чем в бензиновых двигателях на соответственных режимах работы (концентрация СО и СН в двигателях, работающих на этаноле, несколько выше, чем при метаноле).
Использование спиртов и бензоспиртовых смесей на транспортном средстве обусловливает выполнение следующих доработок его конструкции: увеличивается объем топливных баков (при необходимости сохранения заданной величины пробега между заправками топливом); вводятся системы, обеспечинаюшие запуск холодного двигателя; изменяется тарировка топливодозирующих устройств с учетом повышенного массового расхода топлива и заменяются материалы, обладающие пониженной стойкостью к спиртам. Целесообразна также установка свечей зажигания с большим калильным числом и усиление подогрева впускного тракта.
Реальным препятствием для широкого практического использования метанола является его высокая токсичность. Метанол — яд, действующий на нервно-сосудистую систему. Отравления возможны при попадании метанола в пищеварительный тракт и при вдыхании или воздействии жидкости на кожу человека. Предельно допустимая концентрация паров метанола в воздухе 5 мг/м3 (для бензина — 100 мг/м3 ). Попадание в организм свыше 10 мл метанола может окончиться тяжелым отравлением. Смертельная доза 30 мл. При длительных контактах с метанолом возможно хроническое отравление, сопровождающееся нервными расстройствами. Для ограничения связанных с этим опасностей необходима надежная герметизация топливных баков и топливоподающей системы.
Этанол менее токсичен, ПДК паров этанола в воздухе 1 г/м3. Препятствием для массового использования этанола является его наркотическое действие на организм человека.
Проводятся опытно-конструкторские работы по использованию в качестве топлива смеси газов (СО + Н2), получаемых путем термокаталитического разложения метанола в устанавливаемом на автомобиле бортовом реакторе. Эндотермическая реакция разложения СН3ОН 2Н2+ СО — 4000 кДж/кг протекает при температуре 220— 500 °С на катализаторе (платина, палладий, медь, цинк, никель). Теплота сгорания получаемых продуктов на 18—20 % выше, чем у жидкого метанола (с учетом скрытой теплоты его парообразования). Необходимый для протекания реакции внешний подвод теплоты обеспечивается отработавшими газами двигателя. Наиболее сложной задачей в этом случае является разработка катализатора и реактора, обеспечивающих устойчивое разложение метанола в эксплуатационном диапазоне температур отработавших газов и нагрузок двигателя. В качестве паллиативного решения этой задачи рассматривается работа ДВС на смеси жидкого метанола и газа, полученного при разложении метанола.
Получаемый при разложении метанола газ может быть использован в дизелях, работающих по газожидкостному циклу.