книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

газами в зависимости от состава смеси при работе двигателя ( £ - 9,7)

Рис, 3.19. Выбросы несгоревших углеводородов с отработавшими газами в зависимости от состава смеси. ( 6 = 9,7; fl t 2000 мин-*):

_____ - бензин; ____ - метанол

ном снижении токсичности отработавших, газов.

Количество альдегидов в отработавших газах метанольного двигателя значительно вьпле, чем у бензинового (рис. 3.20). Свя­

в г[юрмальдегид. Снизить выбросы альдегидов до уровня выбросов их бензиновым двигателем можно повышением степени сжатия (рис.

81

Рис. 3.20. Выбросы

альдегидов с отра­ ботавшими газами в зависимости от сос­

тава смеси

Цд 1,0 «2 а

3.20) с 9,7 до 14,0. Кроме того, добавка в метанол10 % воды по

массе позволяет снизить выбросы альдегидов на 40%. При этом од­

новременно снижаются выбросы Н0Х (рис. 3.21)[63J. Это может' быть результатом, взаимодействия «}юрмальдегида с гидроксильным ра­ дикалом.

Способы облегчения холодного пуска двигателя. Одной из проб­ лем, связанных с применением метанола в ДОС, является обеспечение пуска двигателя при низких температурах. Значительное влияние на холодный пуск оказывает фракционный состав топлива, кетанол имеет температуру кипения 338 К, в то время как пределы выкипания бен­ зина 308...468 К. Ухудшение пусковых свойств двигателя на метано­ ле связано также с высокими значениями теплоты парообразования

в цилиндре при сжатии чистого воздуха и метанолвоэдушной смеси

[77} показаны на рис. 3.22. Установлено, что минимальная темпе­ ратура для запуска метанольного двигателя - 29Î К. Уменьшение

чить также следующими способами [66; 77; 9 3 ] добавлением к ос­

новному топливу (метанолу) легкоиспаряюЩихся компонентов, таких,

двухкомпонентной системы впуска, при которой запуск осуществля­

ется на бензине,-а затем происходит переключение на метанольное

топливо. Добавка в метанол изопентана в количестве 5,5% в лет­

ний и 7,5 %по массе в зимний период повышает упругость паров

топлива до упругости паров бензина* Минимальная температура для пуска двигателя при добавках изопентана составляем 253 К* Однако экономически целесообразнее добавление к метанолу диметиловогб эфира, хорошо растворяемого в нем и получаемого к тому же из ме­ танола*

Испарение метанола можно рбеспечить в канале холостого хода

форсунками. При холодном цуске кипящее топливо впрыскивается в

мелкодисперсном виде в холодный воздух, подаваемый в цилиндр.

Подогрев форсунок позволяет запустить двигатель при температурах до 258 К* Время разогрева системы составляет около 2 мин.

Испарение топлива с помощью испарительной свечи заключается в следующем. В испарительную свечу топливо поступает через кали­

брованное отверстие, испаряется на ее горячей поверхности и вы­

ходит через кольцеобразную прорезь у вершины свечи. Наилучшие

результаты могут быть получены при монтаже4Свечи вблизи впускно­

го клапана. Метод применим как для двигателей с впрыском метано­ ла, так и с карбюраторной системой питания и обеспечивает надеж­ ный пуск при температурах до 256 К.

Наиболее надежно при холодном пуске двигателя на метаноле применение двухтопливной системы питания. Сначала цуск осуществ­ ляется на бензине из дополнительного бака, а затем двигатель пе-

Рис. 3.24. Сравнение методов улучшения холодного пуска двигателя

реводят на питание метанолом. .Нижний предел темпера!уры в этом случае составляет 233 К. Основным недостатком этого способа явля­ ется наличие двух топливных систем ,и необходимость заправки двумя

топливами.

Эффективность рассмотренных выше способов обеспечения холод-' ного пуска двигателя на метаноле показана на рис. 3.24. Мерами конструктивного исполнения двигателя достичь удовлетворительных результатов не представляется возможным. Фирмой Даймлер - Бенц

отмечается, что перспективы значительного улучшения цусковых, а

следовательно, и ходовых характеристик метанольного топлива за­ ключаются в совершенствовании мер подогрева и использовании выде­ ляющегося при сжатии тепла.

Смазка и износ деталей двигателя при работе на метаноле. Воздействие метанола на смазку двигателя отличается от воздейст­

вия бензина в соответствии с различиями их физико-химических свойств. Метанол не смешивается с маслом й хорошо растворяется в воде. Конденсат несгорёвшего метанола и воды, попадая в картер, образует эмульсии с маслом. В отработавших и картерных газах со­ держится довольно высокие концентрации химически активных ве­

Рис, 3.25. Зависимость

степени износа двигателя

по содержанию металла в

масле от продолжительности

испытаний

относятся формальдегид, ацетальдегид, муравьиная кислота. Вопро­

тыс. км пробега, ухудшение пусковых свойств холодного двигателя,

увеличение расхода масла с 0,45 л до 1,38 л на 100 км. При раэ­ боре и осмотре двигателя отмечалась коррозия различной интенсив­ ности отдельных деталей. Замеры цилиндров показали их значитель­ ный износ. Сравнение износа двигателей на метаноле и на бензине

отражено на рис. 3.25. Испытания двигателей на стенде показали, что износ цилиндров и поршневых колец метанольного двигателя вдвое выше, чем бензинового. Установлено, что основной причиной износа является попадание в цилиндр большого количества неиспа-

рившегося метанола и разрушение слоя смазки на зеркале цилиндра

конденсатом метанола, а не ухудшение качества или загрязнение

масла продуктами сгорания метанола. Подтверждением.этого являют­ ся также испытания двигателя на предварительно испаренном мета­

ноле, в результате которых получены практически равные износы

деталей двигателей на метаноле и на бензине. Для выяснения при­ чин интенсивного износа были отобраны пробы газов из зоны порш­ невых колец и определен их состав. Установлено присутствие в них метанола, ацетальдегида, формальдегида, уксусной и муравьиной

кислот, метана. Исследованиями определено, что повышенной износ

цилиндров и поршневых колец метанольных двигателей обусловлен химической агрессивностью уксусной и муравьиной кислот, в обра­

зовании которых материал цилиндров (чугун) выполняет роль ката­ лизатора.

Осмотр деталей двигателя после работы на метаноле показал наличие сильной ржавчины на поверхностях поршней и других дета­ лей. Это указывает на то, что моторные масла, предназначенные

для смазки бензиновых двигателей, непригодны для метанольных. При разработке масел для метанольных двигателей следует исполь­ зовать различные присадки, обеспечивающие совместимость масел со спиртами. Это могут быть диалкилцитофосфат цинка, сульфонат

натрия, модификаторы трения, противоизносные беззольные присадки, ингибиторы ржавления. Исследование двигателей после применения модифицированных масел показало значительно меньший износ дета­ лей.

Влияние метанола на Материалы. Опыт эксплуатации метаноль­ ных двигателей показал повышенную коррозионную агрессивность ме­ танола к' конструкционным материалам, применяемым в ДВС. Учитывая, что в системе топливоподачи метанол контактирует с’различными металлическими и неметаллическими материалами, были проведены

испытания на их коррозионную стойкость. Исследовалось воздейст­ вие метанола и метанола с © % воды по массе на различные сплавы

цветных металлов (алюминиевый, цинковый, латунь), а также на не­

металлические прокладки карбюратора, диафрагмы и клапаны топлив­ ного насоса. Влияние метанола на металлические изделия проверяли весовым методом, скорость коррозии

сÏ5 % воды по массе приведены в табл. 3.8 для цинкового сплава,

втабл. 3.9 для латуни и в табл. З Л О для алюминиевого сплава*.

*Калщый эксперимент проводился с несколькими образцами.

неметаллические образцы заметно теряют массу в метаноле и мета­

вержен агрессивному действию метанола гетинакс (материал клапа­ на бензонасоса). Коррозионное действие метанола на диафрагму

бензонасоса соизмеримо с действием на нее бензина АИ-93.

Резинотехнические изделия довольно стойки к действию мета­ нола и имеют несколько болыцую вымываемость массы при меньшем набухании по сравнению с действием бензина.

Таким образом, при переводе двигателей на метанол потребу­ ется разработка новых конструкционных .материалов цля систем

топлитпоцячи.