Лекция 4 ПРИМЕНЕНИЕ И СВОЙСТВА ГАЗООБРАЗНОГО
ТОПЛИВА ДЛЯ ДВС
Автомобильный транспорт – основной «потребитель» бензина и дизельного топлива При их сгорании выделяются в виде отработавших газов вредные для человека и окружающей среды вещества. Кроме того, постоянный рост численности автомобилей приводит к сокращению запасов сырья для производства топлива – нефти.
Расширить сырьевую базу автомобильных топлив и одновременно уменьшить вредное воздействие на окружающую среду позволяет использование альтернативных топлив на основе газообразных углеводородов Стоимость производства газообразного топлива в 2-3 раза ниже стоимости производства бензина и дизельного топлива, а запасы его сырья превосходят нефтяные. Наибольших успехов в решении задач снижения вредного воздействия на окружающую среду от использования автомобильного транспорта достигли Австралия, Австрия, Аргентина, Италия, Канада, Новая Зеландия, США, Швеция и Япония.
Преимуществами газообразных топлив являются:
экономия нефтепродуктов, из которых изготавливаются бензины и дизельные топлива;
обеспечиваются высокие тепловой КПД и температура горения;
улучшение топливной экономичности автомобиля за счет работы двигателя на более бедной горючей смеси;
снижение токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания; не образуется сернистых соединений, копоти и дыма;
снижение изнашивания цилиндро-поршневой группы и увеличение срока службы моторного масла (газовоздушная смесь не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, не образует нагара на деталях цилиндро-порщневой группы и не разжижает масло в картере двигателя);
высокая детонационная стойкость газообразных топлив (позволяет повысить степень сжатия двигателя и, следовательно, его мощность и топливную экономичность);
исключение необходимости подогрева впускного трубопровода, что улучщает наполнение цилиндров и повышает таким образом мощность двигателя;
улучшение равномерности распределения горючей смеси по цилиндрам;
сравнительно легко подводить по газопроводам к удаленным объектам потребления и можно хранить централизованно;
легко зажигать при любой температуре окружающего воздуха;
можно использовать в сжатом и сжиженном виде для двигателей внутреннего сгорания.
При работе двигателей на газообразном топливе улучшаются условия работы моторного масла, которое значительно меньше загрязняется различными примесями.
Недостатки:
отравляющее действие;
образование взрывчатых смесей с воздухом;
утечка через неплотности соединений и т. д.
Поэтому при работе с таким топливом Необходимо тщательно соблюдать соответствующие правила техники безопасности.
В зависимости от физического состояния горючие газы делятся на сжатые и сжиженные. Если критическая температура газа ниже обычных температур эксплуатации автомобиля, его применяют, как правило, в сжатом виде (сжатый газ) а если выше – в сжиженном виде под давлением 1,5-2,0 МПа (сжиженный газ) Сжатый газ при глубоком охлаждении можно перевести в жидкое состояние.
Наиболее широко применяются и имеют перспективы расширения использования следующие газообразные углеводородные топлива.
компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) (метан);
газ сжиженный нефтяной (ГСН) (пропан-бутановая смесь).
Физико-химические и эксплуатационные свойства газообразных топлив существенно отличаются от бензинов и дизельных топлив В табл. 1 приведены основные физико-химические свойства отдельных компонентов газообразных топлив и бензина.
К качеству топлив для газобаллонных автомобилей предъявляют такие основные эксплуатационные требования:
хорошая смешиваемость с воздухом для образования однородной горючей смеси,
высокая калорийность горючей смеси,
отсутствие детонации при сгорании в цилиндрах двигателя;
минимальное содержание смолистых веществ и механических примесей способствующих образованию нагара на деталях двигателя,
минимальное содержание веществ, вызывающих коррозию поверхностей деталей, окисление и разжижение масла в картере двигателя;
минимальное образование токсичных и канцерогенных веществ в продуктах сгорания;
сохранение стабильного состава и свойств по времени и объему;
сохранение избыточного давления насыщенных паров 0,1-1,6 МПа в интервале температур от -30 до +45 °С (для ГСН),
хорошая испаряемость без образования жидкого осадка при понижении давления в газовой системе питания двигателя (для ГСН).
Основные источники и состав. Основные источники газообразного топлива – природный или попутный газ нефтяных или газовых месторождений, а также газы нефтеперерабатывающих и других заводов. Компонентами этих газов являются углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле от одного до четырех (метан, этан, пропан, бутан и их производные). Природные газы из газовых месторождений практически состоят из метана (82...98%) с небольшой примесью этана (до 6 %), пропана (до 1,5 %) и бутана (до 1 %). В попутных нефтяных газах содержится 40...85% метана, около 20% этана и 20% пропана. Заводские газы содержат как парафиновые, так и олефиновые углеводороды, поэтому их чаще всего используют как сырье для синтеза пластических масс и других веществ.