Спиртовое топливо для дизелей

В табл. 10 приведены физико-химические и моторные свойства метанола и этанола в сравнении со свойствами дизельного топлива. Обращает внимание, прежде всего, существенно меньшее содержание углерода и большее содержание кислорода в спиртах, особенно в метаноле. Это является причиной меньшей теплотворной способности единицы массы топлива и одновременно меньшего стехиометрического количества воздуха, необходимого для сгорания спиртов. В результате различия в теплотворной способности стехиометрической смеси невелики.

Повышенное содержание кислорода в спирте препятствует возникновению условий для крекинга и способствует существенному снижению содержания сажи и твердых частиц в отработавших газах (ОГ) дизеля.

Переходя к теплофизическим свойствам, влияющим на условия смесеобразования (часть из них в таблице не приведена), отметим, что поверхностное натяжение и вязкость, оказывающие влияние на качество распыливания, у спиртов ниже, чем у дизельного топлива и близки к значениям для бензина. Теплоемкость спиртов в жидкой фазе выше, а в газовой ниже, чем у используемых в дизелях моторных топлив (ИМТ). Теплопроводность как в жидкой, так и в газовой фазах выше, чем у ИМТ, выше также коэффициент диффузии. При равных температурах существенно выше давление насыщенных паров. На основании приведенных сведений можно ожидать улучшения распыливания топлива, ускорения подогрева и испарения капель спиртов при использовании их в качестве моторного топлива. Следует, однако, иметь в виду различия в теплоте парообразования и полной энтальпии. Так, в случае метанола, теплота парообразования при нормальном давлении почти в 4,5 раза, а полная энтальпия - почти в четыре раза выше, чем у дизельного топлива. Применительно к одинаковому содержанию энергии теплота испарения метанола в 10 раз выше, чем у дизельного топлива. Снижение температуры стехиометрической смеси (в предположении отсутствия подвода теплоты извне) в случае метанола по различным оценкам составляет 122–200°, а для ИМТ – 17–30°. Известно, что в условиях дизельного процесса при недостаточно интенсивном тепломассообмене понижение температуры в отдельных зонах объема заряда, занимаемого факелом, даже в случае дизельного топлива, достигает 150–200 °. Высокая теплота парообразования спиртов в условиях ограниченного подвода теплоты от заряда и окружающих деталей может, следовательно, затруднить испарение и воспламенение. Видимо, именно существенным локальным снижением температуры заряда вследствие больших затрат теплоты на испарение объясняется значительно большее удлинение периода задержки воспламенения т; при подаче спирта в цилиндр в смеси с дизельным топливом по сравнению с подачей его через впускную систему дизеля.

Таблица 10 – Сравнительные свойства спиртов и дизельного топлива

Свойства	Топливо
Метанол	Этанол	Дизельное
Элементарный состав, углерод водород кислород Молекулярная масса Плотность при 20 °С, кг/м^3 Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива,   Температура (диапазон температур) кипения, К Давление паров при 311 К, Па Вязкость, Н · с/м^2 Электрическая проводимость при 20 °С. м^-1 Теплота парообразования при 1,013 · 10^5 Па, кДж/кг Низшая теплотворная способность, МДж/м^3 Теплотворная способность стехиометрической смеси при Т = 293 К и р = 10^5 Па, кДж/м^3: применительно к внутреннему смесеобразованию применительно к внешнему смесеобразованию Содержание трехатомных газов в теоретических продуктах сгорания стехиометрической смеси, % Теоретический коэффициент молекулярного изменения при сгорании стехиометрической смеси Относительный объемный расход топлива О. ч.: по исследовательскому методу по моторному методу Ц. ч. Смешиваемость с водой Смешиваемость с углеводородными топливами Температура воспламенения, К Температура вспышки, К Пределы воспламенения, % по объему Стоимость в США по состоянию на лето 1980 г., долл./м^3	0,375 0,125 0,5   6,52   0,37 · 10^6 0,6 · 10^-3 4,4 · 10^-6   15 780         1,21 2,28   Хорошая Плохая 6,7 – 36	0,52 0,130 0,360   9,074   0.21 · 10^5 1,2 · 10^-3 1,35 · 10^-7   21 160       30,5   1.14 1,69   Хорошая Плохая 4,3-19   483,5	0,87 0.13 - 180-200   14,6   443-633   3,3 · 10^-3 10^-3   35 700         1,065 1.0   - - 45 – 55 Плохая Хорошая 473 - 493 1,58–8,2

 

Для случая впрыска спирта в цилиндр важными характеристиками, помимо плотности, вязкости и поверхностного натяжения, являются сжимаемость и теплотворная способность единицы объема топлива. По сжимаемости спиртов при высоких давлениях сведения практически отсутствуют. Как следует из таблицы, для введения в цилиндр того же количества теплоты, что и при дизельном топливе, в случае этанола нужно подать в цилиндр в 1,69 раза, а в случае метанола - в 2,28 раза большее объемное количество топлива. Это требует в первую очередь пересмотра таких параметров системы топливоподачи, как диаметр плунжера и эквивалентное проходное сечение сопловых отверстий. В противном случае увеличится длительность впрыскивания топлива и могут возникнуть подвпрыскивания. Кроме того, запас по производительности топливного насоса, предназначенного для впрыскивания дизельного топлива, может оказаться недостаточным для подачи необходимого количества метанола.

Для ориентировочного выбора основных размеров системы топливоподачи можно рекомендовать соотношения, вытекающие из теории подобия.