Тема 4. Автомобільні палива газов і ненафтові

Тема 4. Автомобільні палива газов і ненафтові

Класифікація альтернативних палив.


Альтернативне паливо (від лат. Alter-другий, один з двох), отримують в основному з сировини не нафтового походження, застосовують для скорочення споживання нафти з використанням (після реконструкції) енергоспоживаючих пристроїв, що працюють на нафтовому паливі.

Альтернативні види палива можна класифікувати таким чином:

• за складом: вуглеводневу-кислотні (спирти), ефіри, Естер, водневі палива з добавками;
• за агрегатним станом: рідкі, газоподібні, тверді;
• за обсягами використання: цілком, як добавки;
• за джерелами сировини: з вугілля, торфу, сланців, біомаси, горючого газу, електроенергії та інші.



Основні переваги альтернативного газоподібного палива перед традиційним полягають у наступному:


Економія. Газове паливо майже вдвічі дешевше від бензину. Незважаючи на те, що витрата газу трохи вища від витрат традиційного палива (у міських умовах на 15%; на заміських дорогах на 10%), економія все-таки значна. Особливо це відчутно при більших пробігах автомобіля. Витрати на паливо в цілому можуть знижуватися на 40-50%.
Антидетонаційна стійкість. Октановое число
зріджених нафтових вуглеводневих газів - 103-105, що практично не припускає детонації.
Відсутність шкідливих домішок. Газ не містить шкідливих домішок (свинець, сірка), які на хімічному рівні руйнують деталі камери згоряння, каталітичний нейтралізатор і лямбда-зонд;
Дифузія. Газ легко змішується з повітрям і рівномірно наповнює циліндри однорідною сумішшю. Газова суміш згоряє повністю, не створюючи нагару на поршнях, клапанах і свічках запалювання;
Стабільність агрегатного стану. Газ надходить у двигун авто в газоподібній фазі, не змиває масляну плівку зі стінок циліндрів і не розріджує масло в картері;
Швидкість горіння суміші. Газ горить повільніше від бензину, знижуючи навантаження на циліндропоршневу групу, двигун працює "м'якше" і тихіше.
Екологія. Вміст шкідливих речовин у викидних газах знижується в автомобілях з газовим обладнанням на 69%.
Безпека. Штатна система живлення піддається мінімальним переробкам, зберігаючи 100%-ну потужність
Витік газу менш пожежонебезпечний, ніж витік бензину. Рідке паливо, випаровуючись, протягом тривалішого часу створює вибухонебезпечну суміш із повітрям. Запалюється суміш бензину з повітрям в ширших межах (при нижчих і вищих концентраціях), ніж суміш газоповітряна;
Сучасні газові системи оснащені комплексною системою захисту;
Балон має запас міцності 2,6;
Подача газу автоматично припиняється у випадку обриву трубопроводу.
У сумі ці фактори забезпечують подвійну (і більше) економію експлуатаційних витрат, продовжують термін служби двигуна на 30-40%, масла й свічок - у два рази, і в результаті значно знижують ремонтні витрати. До того ж газ, всупереч широко розповсюдженій омані, не небезпечніший від бензину й абсолютно нешкідливий для навколишнього середовища. До того ж, оптимізація робочого процесу двигуна, що працює на газі дозволяє забезпечити максимальну потужність двигуна, при збереженні економічності й екологічних параметрів на високому сучасному рівні.




Класифікація і застосування газоподібного палива

 Газоподібне паливо класифікують за походженням, агрегатним станом, теплотою згоряння тощо. Звідси походять різні назви — природне та промислове, стиснене та зріджене, високо- і середньокалорійне газове паливо.

 

Під природними розуміють гази, здобуті безпосередньо із свердловини. Промислові гази — це звичайні побічні продукти різних технологічних процесів — коксування вугілля (коксовий газ), виплавки чавуну (доменний газ), добування вугілля (метан).

Під зрідженими газами найчастіше розуміють зріджені пропан-бутанові фракції, але є й газоподібні речовини (наприклад, природний газ — метан). Технологія зрідження їх різна. Нафтові пропан-бутанові фракції зріджуються без зниження температури, а природні (метан) — при знижених температурах.





Перспективні види палива і можливість їх використання.



Водень.
Найбільш характерними властивостями водню є: теплотворна здатність водню дорівнює 118 045 кДж/кг і перевищує теплотворну здатність бензину в 2,7 раза. Проте об'ємна енергоємність його низька через малу густину (водень — найлегший елемент, навіть у рідкому стані він у 14 разів легший за воду).

Швидкість горіння горючої суміші водню з повітрям у 6 разів перевищує швидкість згоряння бензиноповітряної суміші. Для спалювання 1 кг водню потрібно вдвічі більше повітря, ніж для спалювання дизельного палива, але він може моментально змішуватися з іншими газами і, зокрема, з повітрям. Суміш водень-повітря запалюється при вмісті водню від 4 до 74 % і горить при температурі понад 500 °С з утворенням пари дистильованої води. Відпрацьовані гази при роботі двигуна на водні не містять шкідливих домішок, за винятком оксидів азоту, яких дуже мало. Проте водень має дуже низький рівень запалювання. Ці властивості водню зумовлюють порушення нормального проходження робочого процесу: дострокове запалювання робочої суміші в циліндрах, жорстке її згоряння, виникнення детонації, спалахів у впускному трубопроводі.

Незважаючи на зазначені недоліки водень є перспективним паливом загалом і для двигуна внутрішнього згоряння зокрема. Нині він цікавий як домішка до рідкого палива для його збагачення висококалорійним компонентом.


Вода як домішка до палива

З метою економії бензину та більш раціонального використання низькооктанових бензинів останнім часом активно ведуться роботи щодо використання води як домішки до палива. Механізм дії води на робочий процес у двигунах внутрішнього згоряння вивчений не повністю, але вважається, що при доданні води збільшується октанове число палива, завдяки чому зростає потужність і поліпшується економічність роботи машини. На думку фахівців, ця дія зумовлюється в основному трьома чинниками:

• охолодженням заряду робочої суміші;

• охолодженням деталей камери згоряння;

• дією водяної пари як інертного середовища, що регулює процес згоряння суміші.

Деякі фахівці вважають, що вода виступає не тільки в ролі каталізатора, а й бере безпосередньо участь у процесі горіння суміші.

Вода може подаватися безпосереднім впорскуванням у циліндри або впускну систему двигуна, а також у вигляді водобензинової емульсії (ВБЕ), приготовленої раніше. Використання ВБЕ пов'язано з рішенням низки практичних завдань:

• створенням ВБЕ, що забезпечують потрібну стабільність;

• розробкою ефективних ПАР, які знижують поверхневий натяг води;

• створенням раціональної системи здобуття і використання ВБЕ в господарствах.

Димність відпрацьованих газів при цьому знижується завдяки впливу водяних парів на процес газифікації вуглецю (сажі).

Обводнене дизельне паливо характеризується зниженням цетанового числа і великим періодом затримки самозапалювання. Однак наявність «мікровибухів» капель емульсії та вплив на згоряння хімічних чинників (присутності води) призводить до інтенсифікації тепловиділення і скорочення тривалості згоряння палива, що сприяє зниженню його витрати.