Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей

Содержание 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть I

1.1 Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей

     Чем больше в мире производится автомобилей, тем  значительнее интерес  к альтернативным бензину видам  топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

     До  конца XX столетия двигатель внутреннего  сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля. В связи с  этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта – это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др.

     Нефть сегодня - основной и наиболее востребованный энергоресурс.

     В последнее время  большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.

     Альтернативные  виды топлива можно  классифицировать следующим  образом:

     - по составу: углеводородно-кислотные (спирты), эфиры, эстеры, водородные топлива с добавками;

     - по агрегатному  состоянию: жидкие, газообразные, твердые;

     - по объемам использования:  целиком, в качестве  добавок;

     - по источникам  сырья: из угля, торфа, сланцев,  биомассы, горючего газа, электроэнергии и др.

     К альтернативным видам  топлива относятся:

1. природный газ

     Природный газ в большинстве  стран является наиболее распространенным видом  альтернативного  моторного топлива. Природный газ  в качестве моторного  топлива может  применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается при давлении 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на LPG.

2. газовый конденсат

     Использование газовых конденсатов  в качестве моторного  топлива сведено  к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие  на центральную нервную  систему, недопустимое искрообразование в  процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.

3. диметилэфир

     Диметилэфир является производной  метанола, который  получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

     В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир  менее конкурентоспособен, в основном по причине  того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.

4. этанол и метанол

     Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким октановым  числом и энергетической ценностью, добывается из отходов древесины  и сахарного тростника, обеспечивает двигателю  высокий КПД и  низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах.

     Стоимость этанола в среднем  гораздо выше себестоимости  бензина.

     Метанол как моторное топливо  имеет высокое  октановое число  и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его  широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

5. синтетический бензин

     Сырьем  для его производства могут быть уголь, природный газ  и другие вещества. Наиболее перспективным  считается синтезирование бензина из природного газа. Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных.

6. электрическая энергия

     Заслуживает внимания применение электроэнергии в  качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный  с токсичностью отработанных газов, появляется возможность  использования нефти  для получения  химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.

7. топливные элементы

     Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно  на борту транспортного  средства, - в процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический  ток. В качестве водородосодержащего  топлива, как правило, используется либо сжатый

       водород, либо  метанол. к недостаткам  применения топливных  элементов следует  отнести повышенную  взрывоопасность  водорода и необходимость  выполнения специальных  условий его хранения, а также высокую  себестоимость получения водорода.

8. биодизельное топливо

     Применение  биодизельного топлива  связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии  вредных веществ  в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической  обстановки в регионах интенсивного использования  дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составляет 0,02%.

9. биогаз

     Представляет  собой смесь метана и углекислого  газа и является продуктом  метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов.

     Биогаз  как альтернативный энергоноситель может  служить высококалорийным топливом. Предназначен для улучшения  технико-эксплуатационных и экологических  показателей работы двигателя внутреннего  сгорания (ДВС) и стационарных энергоустановок. Биогаз, представляющий собой продукты брожения отходов биологической деятельности человека и животных, содержит приблизительно 68% СН4, 2% Н2 и до 30% СО2. После отмывки от углекислоты этот газ является достаточно однородным топливом, содержащим до 80% метана с теплотворной способностью более 25 МДж/м3. Применение биогаза в качестве топлива для ДВС осуществляется путем использования серийно выпускаемой топливной аппаратуры для природного газа с коррекцией соотно-шения “топливо-воздух”.

10. отработанное масло

     В настоящее время  на ряде предприятий  различных стран  мира весьма эффективно работают установки, преобразующие отработанное масло (моторное, трансмиссионное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое  и т. д.) в состояние, которое позволяет полностью использовать его в качестве дизельного или печного топлива. Установка подмешивает высокоочищенные (в установке) масла в соответствующее топливо, в точно заданной пропорции, с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смеси. Полученная смесь имеет более высокие параметры по чистоте, обезвоживанию и теплотворной способности, чем дизельное топливо до его модификации в установке.

11. водород как альтернативное топливо

     Водород является эффективным  аккумулятором энергии. Применение водорода в качестве топлива возможно в разнообразных условиях, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, когда ресурсы ископаемого топлива будут близки к полному истощению. По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок (например, добавка 1% пропилена делает Н₂ безопасным).

12. спирты

     Среди альтернативных видов топлива в  первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства – высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток – пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднён запуск двигателя.

     Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно перерегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая ядовитость чистого метанола, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливоподающей системы автомобиля. 
 
 
 
 
 
 
 

     1.2 Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

     Трансмиссионные масла предназначены для применения в узлах трения агрегатов трансмиссий легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, тепловозов, дорожно-строительных и других машин, а также в различных зубчатых редукторах и червячных передачах промышленного оборудования.

     Трансмиссионные масла представляют собой базовые масла, легированные различными функциональными присадками.

     В качестве базовых компонентов используют минеральные, частично или полностью  синтетические масла.

     Общие требования