Бензометанольные смеси (бсм)

Применение 100%-метанола ограничивается вследствие его высокой токсичности и агрессивности по отношению конструкционным материалам, а также способностью диффундировать через некоторые полимеры.

Добавка 3-5% метанола к бензину практически не влияет на мощностные и экономические характеристики ДВС, но позволяет замещать часть базового топлива и работать на бензине с меньшим октановым числом.

При введении 15% метанола (БСМ-15) октановое число базового бензина увеличивается на 3-8 единиц, что позволяет компенсировать ухудшение энергетических показателей повышением степени сжатия, при этом происходит:

- 8-10% увеличение мощности

- повышение экономичности работы ДВС на малых и средних нагрузках соответственно на 7 и 3 %

- на больших нагрузках расход уменьшается на 1,5-2,0 %

- снижение выбросов СО₂ на 40-50%

по сравнению с ДВС работающем на чистом бензине( при этом необходимо увеличение производительности топливных жиклеров не 10-15% и топливного насоса.)

Испытания одноцилиндровой установки при ε=8,6 n=2000 мин^-1 для смеси М20 (20% метанола) а области α=1 - 1,3

- эффективный КПД повышается на 3%

- мощность увеличивается на 3-4%

- расход топлива увеличивается на 8-10%

Недостатки применения БСМ

- При охлаждении бензометанольная смесь сначала мутнеет, а затем расслаивается. Поэтому существует минимальная температурапри которои эта смесь может использоваться в качестве топлива

- Метанол в бензометанольной смеси окисляется до муравьиной кислоты, которая попадая вместе с бензином в масло может разрушать его щелочные присадки.

- При концентрации воды более 0.1% (по массе) бензометанольная смесь расслаивается, причем объем воднометанольной фазы превышает объем добавленной воды.

1. Данилов А.М., Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Альтернативные топлива: достоинства и недостатки. Проблемы применения. Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева) 2003, т. ХLVII, №6.

2. Ерохов В.И., Одинокова И.В. Применение спиртов в бензиновых двигателях и дизелях. Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» Секция2 «Поршневые и газотурбинные двигатели»17 ноября 2010 г. С. 106 -115

3. Мурашев П.М., Апелинский Д.В. Системы питания газовых двигателей. Учебно-методическое пособие. М.: Изд. МГТУ МАМИ 2011, 45с.

Дизель

Уважаемый председатель, уважаемые члены государственной аттестационной комиссии. Вашему вниманию предлагается дипломный проект, посвященный разработке двигателя, работающего на ДБТ.

В связи с грядущей проблемой истощения нефтяных ресурсов и роста цен на них, встает острый вопрос о рациональном использовании топлива нефтяного и газового происхождения. Наряду с этим стоит не менее важная проблема экологии. Чтобы удовлетворить этим аспектам, одних конструкторских доработок в двигателе внутреннего сгорания не хватит, они лишь на малость повышают экономичность и экологичность транспортного средства, при значительном повышении стоимости (использование дорогостоящих пьезофорсунок, насос- форсунок, окислительных, накопительных, селективных нейтрализаторов, сажевого фильтра).

Наиболее оптимальный вариантом является переход на альтернативные виды топлива, поэтому дипломный проект, посвящен разработке двигателя, работающего на ДБТ.

В процессе выполнения проекта был проведен тяговый расчет. В результате чего было установлено, что максимальная мощность двигателя в 175 кВт достигается при частоте вращения 2100 об/мин. При этом скорость автомобиля составляет км/ч. В тепловом расчете были определены давления и температуры в цилиндре, КПД двигателя, построена внешняя скоростная характеристика. В динамическом расчете определены силы инерции и суммарные силы, действующие в двигателе. На основании чего, в прочностном расчете определены основные размеры деталей, построены продольный и поперечный разрезы двигателя.

На сегодняшний день наиболее перспективными являются единственные возобновляемые жидкие топлива – биоэтанол и биодизель, использование которых не требует существенного изменения конструкции двигателя. В данной работе проектируется тракторный дизель с топливной аппаратурой, настроенной на биотопливо.

Чаще всего, для производства ДБТ используют четыре вида культур. В жарких странах (Бразилия) это тропические растения, из которых получают пальмовое масло. В Европе и России это соя, подсолнечник и рапс, наиболее продуктивная культура.

Мировым лидером в использовании ДБТ является Евросоюз, в котором с 1992 г. было построено более 40 заводов по его производству. Европейский Союз Сельскохозяйственных Производителей снижает налоги на землю, используемую под выращивание семян масличных культур, необходимых для производства ДБТ. По желанию автовладельца, на заправочных станциях ДБТ могут заливать в бак автомобиля, как в чистом виде, так и в качестве добавки (обычно 5% - 35%) к дизтопливу.

Из всех топлив, способных работать в дизеле, наиболее оптимальным является МЭРМ и смеси РМ с ДТ.

Из графиков мы видим, что растительные масла имеют большую плотность и вязкость, чем ДТ, что оказывает влияние на характеристики давления топлива над плунжером и в фосунке, а также на пусковые характеристики. Для решения этой проблемы мной была разработана топливная система разделенного типа.

Метилэфир получают в результате химической реакции трансэтерификации масла или жира со спиртом в присутствии катализатора. Продуктами реакции являются моноэфиры, известные как метиловые эфиры жирных кислот (МЭРМ) и глицерин (используется в производстве мыла и в фармакологии). Полученный эфир отличается хорошей воспламеняяемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для минерального дизельного топлива характерен показатель в 50-52 ед., то метиловый эфир уже изначально содержит 54-58 ед. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих стимулирующих воспламенение веществ.

ДБТ имеет следующие характерные черты:

При сгорании ДБТ выделяется примерно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни.

На графиках мы видим, что использования растительного масла в смеси с дизедьным топливом, при некотором снижении мощности, улучшаются экологические показатели двигателей по таким важным показателям, как несгоревшие углеводороды, оксиды азота и частиц сажи.

Для чистых биотоплив (100% содержание метилового эфира рапсового масла (МЭРМ)) снижение составляет: несгоревших углеводородов на 56%, твердых частиц на 55%, оксидов углерода на 43%. Для топлива В20, содержащего 20% МЭРМ, эти показатели несколько меньше: несгоревшие углеводороды -11 %, твердые частицы -18%, оксиды углерода - 12%.

Биотопливо (например, разлитое) полностью распадается на неагрессивные по отношению к окружающей среде компоненты: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биотоплива, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.

ДБТ в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 %, минеральный - <0,2%).

Замена дизельного топлива на экологически чистое биотопливо позволит получить высокую экономическую эффективность. Только в АПК России при сокращении использования минерального дизельного топлива за счет использования биотоплива на 30 %, ежегодный экономический эффект составит около 12,4 млрд. руб. С учетом продажи биотоплива не только для сельхозтехники, но и для автомобилей эта сумма существенно увеличится.