Применение альтернативных видов топлив на автомобильном транспорте обусловлено прежде всего его опережающим развитием и высокой энергоемкостью, поэтому автомобильный транспорт стал ведущим потребителем топливно-энергетических ресурсов на транспорте (рис. 4.1) [143].
Для классификации альтернативных топлив применительно к автомобильному транспорту отличительные признаки могут быть сгруппированы по следующим составляющим цикла энергопотребления.
1). В сфере производства топлива — по видам используемого сырья, основным технологическим вариантам получения топлив, их компонентному составу и важнейшим физико-химическим свойствам.
Последние характеризуются агрегатным состоянием и объемной энергоемкостью топлива при нормальных условиях, которые в значительной степени определяют способы его хранения на борту автомобиля, а также массовой энергоемкостью. Дифференциация альтернативных топлив по энергетическим характеристикам осуществляется по их низшим теплотам сгорания <21 в сравнении с теплотой сгорания нефтяных бензинов <2Н и разбиваются на три группы: с высокой энергоемкостью на уровне бензина, средней — С С2н’~0,5(}н и низкой—с <2и<0,Ь(2я.
2). В сфере транспортирования топлива — по способам его доставки к месту потребления.
3). В сфере эксплуатации транспорта — по способам использования топлива в двигателях, хранения и транспортировки на автомобилях, организации их заправки и сферам применения по видам автомобильных перевозок.
В соответствии с целевым назначением средства заправки делятся на три группы: АЗС обычного типа, модифицированные (приспособленные) для работы на альтернативных топливах и специализированные автозаправочные станции (заправка газовым и криогенным топливом, обеспечение топливом газогенераторных автомобилей и т. д.).
В табл. 4.1 приведены важнейшие свойства альтернативных’ топлив. Большинство альтернативных топлив отличается от традиционных нефтяных топлив, что сказывается на характеристиках двигательной установки и на эксплуатационных качествах транспортного средства. В качестве примера на рис. 4.2 приведены сравнительные показатели теоретического цикла двигателя с принудительным (искровым) воспламенением при ис-
Рис. 4.1. Потребление топливно-энергетических ресурсов О в 1965— 1985 гг. по видам транспорта:
1 — водный; 2 — воздушный; 3 —автомобильный; 4 — железнодорожный пользовании известных альтернативных топлив. Как видно, применение альтернативных топлив ведет к изменению как мощностных характеристик двигателя (определяемых средним индикаторным давлением р(), так и его экологических показателей, связанных с содержанием в отработавших газах токсичных веществ. Показатели топлив с нефтяными добавками находятся на уровне базовых бензинов, поскольку моторные свойства их равнозначны. Использование спиртов сопровождается повышением среднего индикаторного давления, в то время как для газообразных топлив оно снижается главным образом из-за уменьшения энергоплотности заряда.
Состав продуктов сгорания различных альтернативных топлив весьма разнообразен. Содержание оксидов азота находится в прямой зависимости от температуры горения топлива. В соответствии с этим максимальный выход оксидов азота получается при использовании водорода (температура горения а*2500 К), а минимальный—аммиака (1956 К)- Выход оксида углерода определяется главным образом элементным составом топлива (отношением С:Н), в соответствии с которым альтернативные топлива по отношению к бензину характеризуются снижением содержания СО (природный газ, метанол) либо полным его отсутствием (водород, аммиак).
При сохранении общего характера теоретических закономерностей на практике рабочие параметры двигателей внутреннего сгорания при переводе на альтернативные топлива определяются рядом дополнительных факторов, рассмотренных ниже. Эффективность альтернативных топлив в значительной мере зависит от степени использования их положительных свойств (например, высокой детонационной стойкости у природного газа) и применения специальных мер по устранению отрицательных факторов (например, впрыска воды для понижения высоких цикловых температур у водорода).
Влияние вида альтернативного топлива на технико-эксплуатационные показатели транспортного средства связано, главным образом, с изменением характеристик двигателя и объемно-мас-
Таблица 4.1. Физико-химические и эксплуатационные свойства нефтяными
Нефтяные топлива |
||||
Показатель |
бензины |
дизельные топлива |
Метанол |
Этанол |
Плотность, кг/м3 Температура, °С: |
710—760 |
820—870 |
795 |
790 |
кипения |
35—195 |
180—360 |
64,7 |
78,0 |
застывания |
—60н-80 |
—Юч-60 |
—97,8 |
—114,6 |
Давление насыщенных паров при 38 °С, кПа |
65—92 |
0,3—0,35 |
12,6 |
17,0 |
Теплота испарения, кДж/кг |
289—306 |
210—250 |
1173 |
920 |
Стехиометрический коэффициент, кг/кг Температура горения, К |
14,5—15,0 |
14,1—14,3 |
6,51 |
9,06 |
2336 |
2289 |
2185 |
2235 |
|
Энергоемкость, МДж/кг |
44,0 |
43,43—43,51 |
19,98 |
26,9 |
Энергоплотность, МДж/л Теплота сгорания стехиометрической смеси: |
32,56 |
36,55 |
15,88 |
21,25 |
кДж/кг |
2782—2811 |
2715—2790 |
2660 |
2674 |
кДж/м3 |
3524—3553 |
3405—3418 |
3632 |
3685 |
Границы устойчивой работы двигателя по а Октановое число: |
0,7—1,1 |
0,9—5,0 |
0,7—1,4 0,7—1,25 |
|
моторный метод |
66—85 |
— |
88—94 |
92 |
исследовательский метод |
75—95 |
— |
102—111 |
108 |
Цетановое число Пожаро- и взрывоопасность |
8—14 |
45—55 |
3 |
8 Сред няя |
ПДКр.з., мг/м3 Условия хранения на автомобиле (давление, температура) |
100 |
300 Нормаль ные |
5,0 |
1000 |
* В МДж/м3.
** При наличии флегматизнрующих компонентов.
совых показателей системы хранения топлива. Для большинства альтернативных топлив масса заправленной системы хранения, как правило, растет, что обусловлено либо способом хранения (в баллонах высокого давления, криогенных емкостях и др.), либо пониженной энергоемкостью топлива (метанол, аммиак и др.). По этим причинам изменяется и эксплуатационный расход топлива.
⇐Производство водорода | Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов | Газовые углеводородные топлива⇒