Выпускаемые в настоящее время автомобильные карбюраторные двигатели имеют однотопливные системы питания, которые предназначены для бензина с октановым числом, обеспечивающим работу двигателя без детонации на всех режимах. В то же время на основных эксплуатационных режимах работы двигателя требуемый уровень детонационной стойкости горючей смеси на 10—12 октановых единиц ниже, чем при работе при максимальных нагрузках, доля которых в обычных условиях эксплуатации автомобилей составляет 20—30%. Более рационально использовать двухтопливные системы питания и в первую (основную) постоянйо подавать низкооктановый бен-
Рис. 4.17. Зависимость затрат нефтяного сырья ДФ на производство бензинов от их октанового числа (о. ч.): 1 — этилированные бензины; 2 — иеэтили-рованные бензины зин, а во вторую — высокоок-тановую добавку. Добавка подается только на режимах больших нагрузок. Высокооктановыми добавками могут :быть различные продукты ненефтяного происхождения: водно-спиртовые смеси, низшие спирты, эфиры, побочные продукты нефтехимических и химических производств и др.
Применение двухтопливных композиций обеспечивает прямую экономию нефтяных топлив при эксплуатации автомобилей. Использование при этом низкооктановых бензинов позволяет увеличить, их ресурсы (объемы производства) без дополнительных затрат нефти. Например, если принять расход нефтяного сырья на производство неэтилированного бензина А-66 за 100%, то увеличение его расхода в нефтеперерабатывающей промышленности составит: на получение бензина А-76 примерно 5—12%, а бензина АИ-93 соответственно 10—21% (рис. 4.17).
К настоящему времени предложены разнообразные композиции для двухтопливных систем питания, характеристики некоторых представлены в табл. 4.6. Наиболее эффективно применение побочных продуктов химических и нефтехимических производств, в качестве дополнительного энергетического ресурса регионального значения. В то же время минимизация расхода антидетонационной добавки в двухтопливных системах позволяет рассматривать в качестве перспективного варианта раздельную (автономную) подачу высокооктановых компонентов бензинов либо комбинацию товарных высоко- и низкооктановых бензинов (например, А-72 и АИ-93).
При автономной подаче антидетонационных добавок приходится дооборудовать автомобиль второй топливной системой, включающей бачок, топливопровод, подкачивающий насос и дозирующее устройство, регулирующее расход добавки в зависимости от нагрузочных и скоростных (либо только нагрузочных) режимов работы двигателя (рис. 4.18).
В качестве антидетонационных композиций для двухтопливных автомобилей широко изучено применение водно-спиртовых смесей. В табл. 4.7 приведены минимальные добавки водно-ме-танольных смесей, необходимые для повышения октановых чисел базовых низкооктановых бензинов до величин, обеспечивающих замену высокооктановых бензинов. Эти данные полу-
Таблица 4.6. Характеристики композиций для двухтопливных систем питания
|
Показатель |
Смесь ВЭС-65 |
Смесь ВМС-75 |
трет-Бутилметиловый эфир |
Фракция* карбонильных соединений |
Смесь вн-цилцикло-гексана и толуола* |
Метилальметанольная фракция** |
|
Плотность, кг/м3 |
910 |
860 |
740 |
930 |
857 |
811 |
|
Содержание воды, % (масс.) |
35 |
25 |
Отсутствие |
59,1 |
1,1 |
15—20 |
|
Пределы выкипания, °С |
78—100 |
65—100 |
48—55 |
57—100 |
107—125 64—82 |
|
|
Давление насыщенных паров, кПа Теплота сгорания, МДж/кг |
12,7 |
20,6 |
32,2 |
23,5 |
6,5 |
15,9 |
|
17,3 |
14,99 |
35,2 |
10,3 |
41,9 |
26,4 |
|
|
Октановое число (моторный метод) |
98,0 |
99,5 |
105 |
103 |
90,0 |
101,0 |
* Побочные продукты производства синтетического каучука.
** Побочный продукт производства метанола.
чены на стандартной установке УИТ-65, оборудованной дополнительной системой раздельной подачи добавки. Исследования водно-метанольных смесей ВМС-25, ВМС-50 и ВМС-75 показали, что чем больше концентрация метанола в добавляемой композиции, тем выше октановое число и меньше расход добавки для увеличения октанового числа топливной смеси до требуемого уровня.
Водно-метанольные смеси более эффективны, чем вода: при использовании, например, бензина А-76 взамен АИ-93 расход смеси ВМС-50 (50% метанола) сокращается вдвое по сравнению с водой. Использование этой же смеси позволяет повысить октановое число бензина А-66 до уровня бензина АИ-93, что вообще невозможно при автономном впрыске воды. Для этой же цели могут использоваться и водно-этанольные
Таблица 4.7. Минимальные добавки водно-метанольных смесей при раздельной подаче
|
Бензин |
Расход, % |
(об.) |
||||
|
заменяемый |
заменяющий |
вода |
смесь ВМС-25 |
смесь ВМС-50 |
смесь ВМС-75 |
метанол |
|
А-76 |
А-66 |
36,0 |
34,0 |
32,0 |
29,0 |
28,0 |
|
А-72 |
18,0 |
17,5 |
17,0 |
16,0 |
14,0 |
|
|
АИ-93 |
А-66 |
>50,0 |
50,0 |
36,0 |
34,0 |
32,0 |
|
А-72 |
50,0 |
42,0 |
36,0 |
31,0 |
21,0 |
|
|
А-76 |
40,0, |
24,0 |
19,0 |
17,0 |
16,0 |
|
Рис. 4.18. Схема топливной системы двухтопливного автомобиля ЗИЛ-130:
1 — двигатель; 2 — бензонасос; 3 — карбюратор; 4 — дозатор добавки; 5 — магистраль подачи добавки; 6 — бачок; 7 — бензобак; 8 — электронасос; 9 — фильтр; 10 — топливопровод смеси, хотя по эффективности они несколько уступают водно-метанольным.
В общем случае расход добавки определится ее детонационной стойкостью, октановым числом базового бензина и режимом работы двигателя. В качестве примера на рис. 4.19 приведена диаграмма оптимальной добавки (смеси М75), обеспечивающей бездетонационную работу двигателя ЗМЗ-24Д на бензине А-76 взамен АИ-93. Учитывая нелинейный характер полученных функциональных зависимостей, для обеспечения точной дозы добавки наиболее эффективно использование электронных устройств впрыска с микропроцессорным блоком управления и дозирующими электромагнитными клапанами.
В табл. 4.8 приведены результаты сравнительных испытаний двухтопливного автомобиля ЗИЛ-130 на топливную экономичность при использовании в качестве антидетонационных добавок водно-метанольной смеси ВМС-75 и водно-этанольной ВЭС-65. Как видно, двухтопливное питание экономит 8—9% бензина, при этом обеспечивается бездетонационная работа двигателя на бензине А-66 взамен А-76.
Энергетическую эффективность двухтопливного питания иллюстрирует рис. 4.20. При использовании углеводородных добавок удельный расход энергии (суммарный) близок к таковому для товарного бензина. В то же время более эффективное сгорание кислородсодержащих добавок улучшает энергетическую экономичность двигателя.
Анализ проб воздуха и отработавших газов при испытаниях двухтопливных автомобилей на смеси ВМС-75 показал, что для всех контрольных параметров концентрации метанола и его продуктов сгорания находятся ниже действующих норм (I — концентрация вредных веществ при движении автомобиля, II — то же при работе на холостом ходу, мг/м3):
, п Норма,
1 11 ие более
Метанол 0,84±0,08 1,57±0,11 5,0
Формальдегид 0,09±0,005 0,1 ±0,003 0,5
Углеводороды 12,6±1,39 17,3±1,75 100
Согласно расчетам, годовой экономический эффект от перевода грузовых и легковых автомобилей на двухтопливное питание при использовании смесей типа ВМС-75 составляет
Рис. 4.19. Зависимость расхода антидетонационной добавки <Задд от угла открытия дросселя ф и частоты вращения п при работе на бензине А-76 взамен АИ-93
200—250 руб. на 1 автомобиль [165]. При этом показатели экономической эффективности в основном зависят от расхода и стоимости добавки.
⇐Топлива с добавками воды | Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов | Водородные топлива⇒