книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

том. Средний состав смеси метанола и высших спиртов, полученной

на опытных установках, следующий (%по массе): метанол - 59,7;

этанол - 2,31; пропанол - 3,81; изобутанол - 22,01; пентанол - 0,42; гексанол + гептанол - Ï2,22. Исследовалось также .влияние смеси на повышение октановых чисел бензинов в целях определения оптимальных ее добавок вместо 'ГЭС. Испытания антвдетонационных свойств смесей с различным количеством спиртовых добавок позволи­ ли разработать топливные композиции АМС-76 и АМС-93 с высокоокта­ новой добавкой смеси метанола и высших спиртов вместо Т Х (табл. 3.5), предназначенные для замены товарных этилированных бензинов А-76 и АИ-93, которые практически по всем показателям соответст­ вуют требованиям ГОСТ 2084-77 и могут использоваться на серийных автомобилях.

Рис. 3.9. Зависимость эффек­

тивного КПД двигателя от сос­ тава смеси при работе на метаноле и бензине ( П =

= 2000 мин- 1)

гателя с <5 = 14 достигает 0,36. Это на 20% больше, чем у бен­ зинового двигателя при- Ь = 9,7 и тех же условиях испытаний.

Недостатком метанольного двигателя является его повышенная склон ность к неуправляемому воспламенению (калильному зажиганию), ко­ торая с увеличением степени сжатия проявляется в большей мере,

чем детонационный эффект [681* Наибольшей способностью к презде-

временному неуправляемому воспламенению обладают метанолвоздушные смеси при cL = 0,9...0,95.

Такие свойства метанола, как большая скрытая теплота паро­ образования, меньшее теоретически необходимое для сгорания коли­ чество воздуха, более высокая , чем у легких фракций бензина, температура кипения, меньшее давление насыщенных паров, несколь­ ко большая температура воспламенения, осложняют холодный пуск,

получение качественной метанолвоздушной смеси во впускном трубо­

то, что скорость распространения фронта пламени при сгорании ме­ танола больше, чем бензина, должно быть учтено при разработке

рабочего процесса двигателя на метаноле.

Особенности смесеобразования. Применение метанола в качест­ ве основного топлива возможно путем впрыска в цилиндр или во впускную систему! подачи с помощью карбюратора, а также предва­ рительным испарением и подачей паров с помощью смесителя.

При разработке карбюраторного смесеобразования необходимо учитывать, что количество метанола по сравнению с бензином, по-

испарения топлива)

(<=СМо+утт)т С р ’

где oL - коэффициент избытка воздуха при сгорании; . т С р -

среднее значение теплоемкости топливовоздушной смеси, кДц/Скмоль* *К); Z - теплота парообразования, кДж/кг.

^сли считать, что в смеси стехиометрического состава испа­

рение топлива будет полным, уменьшение температуры для бензина

73

5

Рис. 3.ÏI. Распределение смеси по цилиндрам эосьмгцилиндрового двигателя Шевроле (а) и четырехци­ линдрового двигателя Зорд Пинто (б^

циентах избытка воздуха и разных уровнях негомогенности смеси. Для определения теоретического состава продуктов сгорания при негомогенноîl смеси принималось, что заряд цилиндра состоит из большого количества малых объемов воздуха, в которых содержится

некоторое количество паров топлива, соответствующее закону нор­

мального распределения. Расчетные концентрацииСО , СОг •

в отработавших газах устанавливались по составу продуктов сгора­ ния в отдельных малых объемах с учетом состава смеси в кавдом

объеме и вероятности этого состава смеси по закону нормального распределения [87; 88]. Зависимость качества (негомогенности)

метанолвоздушной смеси -от ее 'температуры показана на рис. >3.12. Таким образом, при использовании метанола необходимо приме­

нять специальные меры, в частности подогрев впускного трубопро- •вода, для улучшения качества смеси и обеспечения равномерности ее распределения по отдельным цилиндрам.

Исследования двигателя с предварительным испарением метано­ ла показали [12]» что при таком способе смесеобразования его рабочий процесс привлекается к рабочему процессу двигателя на газообразном топливе. Метанол в парообразном состоянии, сгорая

С Н 30 Н + н - CH3 * H gO

СИдОЦ +сн3-~ СИ2ОИ *с н 4

СМИ * ио2 - сигоц * н д СН30Н *0 — сн2он+он

СигОи *ог ~ си2о* но сцгои+м - си2о+м+м

Ctf3 + Q , - CU20 + 0 U

си3 *о — сн2о + н

снго+ои -~сцо+н2о

си2о+и-сно + н2

СН20+М~ со+н2+м

В работе [641 отмечается, что в продуктах сгорания основной массы метанола, образовавшихся в объеме камеры сгорания, при вы­ соких температурах формальдегид практически отсутствует. Поэтому наличие значительных его концентраций в отработавших газах объ­ ясняется окислением несгоревшего в цилиндре метанола (из зон га­ шения)‘в выпускной системе двигателя. Кинетическое исследованиереакций в метанолвоздушной смеси около нагретых поверхностей

показало, что происходит диссоциация метанола через формальде-

личные радикалы, которые приводят к преадевременному воспламене­ нию (об этом факте говорилось ранее).

нестабильность процесса сгорания, оцениваемая по коэффициенту вариации максимального давления сгорания [17] , при работе дви­ гателя на метаноле'также меньше (см. рис. ЗЛ*П . Польша* ско-

Рис. 3.15. Зависимость индикатор­

ного КПД от степени сжатия: П. =

= 2500 мин"Т ; % = 350°; % =

= i5°

рость сгорания метанола, меньшие цикловая нестабильность его сго­ рания и потери теплоты от газа в стенки, возможность повышения* степени сжатия обеспечивают высокие эффективные показатели метанольного двигателя. Теоретическая зависимость индикаторного КПД

двигателя при работе на метаноле, полученная по двухзонноЯ моде­ ли, показана на рис. 3.15. Данные по мощности и удельному расходу энергии двигателя Гольф при работе на внешней скоростной характе­ ристике [85] приведены на рис. 3.16. На частичных нагрузках

удельные расходы энергии метанольного двигателя'на 10...15%

меньше, чем бензинового. Топливная экономичность метанольного

двигателя при работе по Европейскому ездовому циклу существенно зависит от теплового состояния двигателя-перед пуском [78] Дан­ ные в табл. 3.7 приведены по автомобилю Фольксфаген-Гольф.

Таблица 3.7

Токсические показатели двигателя при работе на метаноле.

Перевод двигателя на метанол приводит к уменьшению концентрации |Юд в отработавших газах (рис. 3.17). Снижение выбросов окси­

дов азота при работе на метаноле объясняется более низкими темпе­

тия (см. рис. 3.17).

Низкое содержание углерода в молекуле метанола и наличие в ней кислорода в сочетании с повышенными скоростями сгорания метанолвоздушной смеси приводят к более полному сгоранию метанола ’в цилиндре двигателя, в результате чего выбросы оксида углерода

и несгоревших углеводородов в отработавших газах метанольного

двигателя ниже, чем у бензинового. Особенно заметно снижение .вы­ бросов оксида углерода при cL >• 0,97 (рис. 3.18). Выбросы не­

сгоревших углеводородов, причем более легкого состава, у мета­

нольного двигателя на 60...70%ниже, чем у бензинового' (рис.

3.19), содержание полициклических ароматических углеводородов - на порядок меньше (-93]. В табл. 3.8 приведены данные дорожных

испытаний метанольного двигателя, свидетельствующие о существен-