книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

3.3.Применение метанола в дизелях

Втабл. 3.Ï4 приведены основные физико-химические свойства метанола в сравнении с аналогичными показателями дизельного топ­

лива.

Псскольку основным отличительным свойством дизельных двига­ телей является самовоспламенение топлива в процессе сжатия, ис­

пользование метанола в серийных дизелях (табл. 3.14) возможно только в сочетании с другим высокоцетановым топливом, в частности дизельным или дизельным с добавками нитросоединений. Существует

два способа применения метанола совместно с дизельным топливом: использование его в составе смесевых топлив, которые представляет собой растворы метанола в дизельном топливе либо, в связи с пло­

хой его растворимостью в углеводородах, эмульсии метанола в ди­ зельном топливе; раздельная подача по принципу двухтопливных сио-

тем, которые отличаются мелузу собой характером смесеобразования

метанола с воздухом - внутренним (впрыск метанола в цилиндр дви­ гателя) или внешним (подача метанола во впускной тракт). Возмож­ ности этих способов для замены дизельного топлива показаны в табл. 3,15.

что при работе на смесях несколько снижается дымность отработав- •

удельный эффективный расход энергии несколько ниже. Используемые эмульсии подразделяются на два типа: стабиль­

ные, т.е. устойчивые при нормальных окружающих условиях и содер­ жащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые предназнача­

ются для обычных дизельных систем топливоподачи; нестабильные

эмульсии, требующие постоянного перемешивания в процессе приготов­

ления и хранения, не содержащие дорогих ПАВ и требующие удаления из топливной системы после остановки двигателя, поскольку пуск его на разделившейся эмульсии вызывает пропуски вспышек, стук и даже повреждение.

Испытания нестабильных эмульсий с различными добавками мета­ нола в двухтактном дизеле с неразделенной камерой сгорания [75] отражены на рис. 3.27, 3.28. Замеры периода задержки воспламене-

диспергированием факела и высокой теплотой парообразования мета­

нола приводит к увеличению выброса углеводородов с отработавшими газами. На частичных нагрузках выброс С О обычно не изменяется,

однако на полной нагрузке вследствие увеличения коэффициента из­

Рис. 3.30. Зависимость мощ­

ности дизеля, ограниченной

пределом дымления, от отно­

шения массы спирта к массе

дизельного топлива (А):

— •— - И О% М е ;

—о-- 100; - □ ---- 67;

грузках в целях предотвращения гашения пламени и пропусков вос­

пламенения и при высоких нагрузках - для Предотвращения превдевременного воспламенения и стука (жесткой работы).

Исследования эффективности использования метанола методом фумигации были проведены на тракторном дизеле с открытой камерой

метанола мало сказывалось на КПД, за исключением случая работы двигателя с малой нагрузкой (33%от номинала). Видимо, при ма­

лой нагрузке метанол, поступающий в компрессор, не успевает ис­ париться. При фумигации возрастает мощность двигателя, что обус­ ловлено тремя факторами 1691:предел дымления сдвигается в сторону более богагах смесей(из-за наличия кислорода в метаноле); испа­

Рис. 3.31. Варианты камер сгорания дизелей с двойным впрыском топлива

ной зоны гашения пламени в камере сгорания и заброса части заря­

Превдевременный впрыск метанола может привести к пропуску вос­ пламенения из-за гашения.пламени вследртвие его высокой скрыто* теплоты парообразования. При двойном впрыске подача дизел* н м *.

Рис. 3.32. Соотношение между цикловыми подачами метанола и дизельного топлива при двойном впрыске

Рис. 3.33. Возможности замены дизельного топлива метано­ лом при двойном впрыске

топлива определяется только по условиям воспламенения. Часто пи­ лотная доза выбирается из условия обеспечения работы дизеля на холостом ходу. Исследования показывают, что правильная ориента­ ция сопловых отверстий двух форсунок непосредственного впрыска

в камере сгорания имеет решающее значение для получения эффек­

тивных показателей [69] • Оптимальная ориентация струй топлива

для двух вариантов камеры в поршне и для вихревой камеры (послед­

няя менее чувствительна к положению факела дизельного топлива)

изменением количества впрыскиваемого метанола. Достигаемые уров­

деления) при испытаниях по внешней характеристике представлены на рис. 3.34. Уменьшение мощности по сравнению с обычным двига­ телем в зоне больших частот вращения (2500 мин"*) вызвано огра­ ниченным временем на впрыск метанола. Изменение характера ток­

сических выделений двигателя с.двойным впрыском в целом объясня­ ется теми же причинами, которые рассмотрены выше в случае фуми­ гации метанола. Отмечается эиачитёльный выброс формальдегида на

20 —82

О

1200 ШО 2400 3000 п.мин1

Рис. 3.34. Показатели дизеля с двойным впрыском (внешняя характеристика):

режимах малых нагрузок, что вызвано неудовлетворительным распы­ лением метанола при малых цикловых подачах.

Индикаторные диаграммы давления и характеристики тепловыде­ ления двигателя при работе по двухтопливному варианту и на обыч­ ном дизельном топливе приведены на рис. 3.35. Скорость тепловы­ деления в начале сгорания при двухтопливной подаче значительно

турах, что и двигатель на дизельном топливе. Испытания дизеля на автобусе показали следующее: достигается замена86 %дизель­

ного топлива на метанол; эффективный КГЩ рабочего процесса воз­ растает на 9 динамические свойства автомобиля не ухудшаются; выброс углеводородов и оксидов азота уменьшается более чем в2 раза; выброс С О возрастает в 2,5 раза, но не превышает 0,25Й.

Надежность и срок службы двигателя с двойным впрыском ис­ следовались на стендах (1000 ч работы) и на автомобиле (30000 км пробега) [69 ]» к метанолу добавлялся загуститель - I%касторо­

вого масла. При испытаниях отмечался повышенный износ иглы фор­ сунки и прокладки (шайбы) пружины вследствие несовместимости материалов с метанолом.

Трудности, связанные с эксплуатацией двухтопливных систем, подтверждают необходимость замены дизельного топлива метаноНЬм. Однако в этом случае двигатель должен быть конверсирован для принудительного зажигания. Высокое октановое число и большая скрытая теплота парообразования метанола позволяют сохранить вы­

сокую степень сжатия. Возможны два варианта такого двигателя: с

непосредственным впрыском метанола и калильным зажиганием на свече накаливания; с фумигацией метанола и.последующим электро­ искровым воспламенением гомогенной смеси. Отмечается, что при впрыске метанола дизель развивал ту же мощность, что и при ис­

(стуком). В работе f9 8 J сообщается об увеличении мощности.по

внешней характеристике прц уменьшении частоты вращения П. <1400 мин- 1 благодаря отсутствию ограничения мощности дизеля

Рис, 3.35. Индикаторная диаграмма и динамика тепловьще-

по пределу дымления. КЦЦ предкамерного дизеля при работе на ме­

таноле показан на рис. 3.36 [72]. Аналогичные результаты описаны и в других работах. Сообщается, однако, о возможности увеличения КЦД дальнейшей оптимизацией дизеля. Токсические показатели дизе­

ля с впрыском метанола практически такие же, что й при фумигации метанола.

Одна из проблем, возникающих при работе двигателей с высо­ кими степенями сжатия, - достижение долговечности свечей зажига­ ния. Однако при использовании метанола уменьшение температур сго­ рания (вследствие высокой теплоты парообразования) позволяет

уменьшить тепловую напряженность свечей и деталей камеры сгора­ ния (98 ] .

Перспективным методом улучшения самовоспламеняемости мета­

нола и смесей дизельного топлива с метанолом является использо­

количеств нитросоединений обеспечивает надежное самовоспламене­

ние спиртовых топлив в дизелях[97 К недостаткам топлив с