Топливо и экология

0
165

Предельное уменьшение расхода топлива и количества выбросов вредных веществ в окружающую среду с отработавшими газами – вот, пожалуй, две самые главные проблемы, над которыми сейчас усиленно работают все двигателестроители мира, и небезуспешно. Об этом, в частности, свидетельствует та быстрая смена постоянно ужесточающихся требований к автомобилям ДВС.

Достаточно вспомнить, к примеру, историю с поочередным введением в действие таких международных норм, как Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4 и Евро-5.

Специалистам и потребителям автомобильной техники известны многие технические решения, способствующие удовлетворению требований международных норм. Причем решения порой очень даже нетрадиционны. Важнейшим в последнее время остается создание экологически чистых видов топлива. Вводимые в странах Европы и США стандарты по ограничению выбросов вредных веществ автомобилями уже не могут быть выполнены традиционными средствами и требуют внедрения двигателей нового поколения, работающих на экологически более чистых энергоносителях. Наиболее перспективны в этом смысле энергоносители альтернативные, в том числе не нефтяного происхождения: горючие газы, спирты, растительные масла, биогаз, водород и другие. Причем некоторые из них довольно широко применяются уже сейчас.

Например, газы сжатые природные и особенно сжиженный нефтяной, состоящий из легкоконденсирующихся при сжатии газообразных углеводородов, главным образом – пропана и бутана. Первый получают из газоконденсатных месторождений, второй – из попутного газа нефтеперерабатывающих производств. Моторные свойства этих газов очень близки, однако системы хранения и транспортировки различны. Для сжиженного нефтяного газа они проще в эксплуатации и обладают лучшими массогабаритными характеристиками. По удельной массе, то есть массе системы, приходящейся на единицу массы топлива, лишь несколько хуже систем хранения жидких нефтяных топлив, в то время как системы для хранения сжатого газа хуже на порядок. Поэтому в последние годы возрастает интерес к сжижению природного газа метана. Еще один недостаток газовых топлив состоит в том, что без специальных доработок двигателя переход на них несколько ухудшает его энергетические показатели.

 

Однако у газовых топлив есть и преимущества перед жидкими нефтяными.

Это, во-первых, более качественное смесеобразование, обусловленное одинаковым агрегатным состоянием топлива и воздуха, узким компонентным составом топлива, вследствие чего не требуется глубокое переобогащение топливовоздушной смеси на режимах пуска и холостого хода. Облегчается пуск холодного двигателя.

Во-вторых, в связи с тем, что в газовом топливе нет жидких фракций, содержащих тяжелые углеводороды и частицы углерода, в моторном масле медленнее идут процессы смолообразования. Поэтому скорость изнашивания деталей двигателя в 1,5 раза ниже.

В-третьих, лучшая равномерность распределения топливовоздушной смеси в цилиндровом и более широкие пределы воспламеняемости обеспечивают устойчивую работу газового двигателя на бедных смесях, что дает существенный прирост экономичности, а высокая детонационная стойкость газовых топлив позволяет повысить степень сжатия двигателя и, следовательно, не только компенсировать уменьшение мощности, о котором говорилось выше, но и повысить ее по сравнению с мощностью бензинового двигателя на 10,15%.

Все перечисленное благоприятно сказывается и на экологических показателях капсулового двигателя. Выбросы монооксида углерода у него в 3-5 раз, а углеводородов и оксидов азота – в 1,5 раза меньше, чем у бензиновых аналогов. В ряде стран широкое распространение получили двигатели, работающие на спиртах метаноле и этаноле. Вместе с тем физико-химические свойства водорода ставят серьезные проблемы. Например, при работе на нем снижается эффективная мощность двигателя, на режимах нагрузок возможны обратные вспышки, и аккумулирование на борту автомобиля затруднено.

Конечно, все перечисленное технически преодолимо. Так, снижение мощности из-за уменьшения коэффициента наполнения цилиндров можно предотвратить за счет увеличения степени сжатия и наддува, поскольку высокая детонационная стойкость водорода, в принципе, не препятствует этому. Вероятность обратных вспышек, обусловленных самовоспламенением водорода от горячих поверхностей и остаточных газов, снижает рециркуляция отработавших газов впрыскивание воды, цикловая подача водорода с запаздыванием относительно момента открытия впускного клапана, различные варианты расслоения рабочего заряда и тому подобное. Есть еще один недостаток водорода как моторного топлива: он плохо воспламеняется в дизеле, поскольку у него высокая температура самовоспламенения. Условно говоря, низкое “цетановое число “. Поэтому применять его можно лишь в газодизельном варианте, то есть подачей с запальной дозой жидкого топлива. Дело это стоящее, при работе дизеля на водороде резко, на несколько порядков, снижаются выбросы твердых частиц. Водород в качестве моторного топлива, тем не менее, способен обеспечить даже самые строгие перспективные нормы на токсичные выбросы и значительно повысить экономические показатели автомобильных двигателей.

Остается надеяться на то, что в скором времени автомобиль и его топлива станут значительно более дружественными окружающей среде, а значит и человеку.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

*