Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать?
Світова паливна криза, через яку зросли ціни на бензин та дизельне пальне, знову змушує замислитися про альтернативні джерела енергії для транспорту. Непогана заміна традиційному пальному – спирт. Чим вигідний такий замінник і що зробити, щоб двигун зміг на ньому працювати?
 | | Світова паливна криза, через яку зросли ціни на бензин та дизельне пальне, знову змушує замислитися про альтернативні джерела енергії для транспорту. Непогана заміна традиційному пальному – спирт. Чим вигідний такий замінник і що зробити, щоб двигун зміг на ньому працювати? |
Спирт має цілу низку переваг в порівнянні з нафтовим паливом, лише висока вартість, мала тепловідвідність, висока гігроскопічність та підвищений вміст альдегідів перешкоджають його масовому використанні як палива для ДВЗ. Далі йтиметься про переваги спирту.
 | Високі антидетонаційні властивості (октанове число – понад 100). Введення етанолу в бензин забезпечує зростання октанового числа. Кожні 3% етанолу в суміші з бензином забезпечують зростання октанового числа в середньому на одиницю. Тобто спирт може бути використаним як високооктанова речовина в паливі. Він підвищує і детонаційну стійкість, оскільки температура самозаймання чистого бензина становить 290°С, а его суміші з етанолом – 425°С. |
| Процес випарування починається в впускному трубопроводі і завершується в циліндрі під час стиснення, забезпечуючи охолодження деталей двигуна – поршнів та клапанів – і повніше наповнення циліндрів свіжим зарядом (компресорний ефект з 5-відсотковим збільшенням потужності). |
| Надійне займання від електричної іскри при значних змінах складу горячої суміші (діапазон займання за коефіцієнтом надлишку повітря для спирту складає приблизно 0,4…1,7). |
| ККД двигуна, що працює на чистому спирті, вищий, ніж під час використання бензину. |
| Менша токсичність відпрацьованих газів. |
| Низька пожежонебезпечність. |
Адаптація ДВЗ
Існують два способи використання спирту як палива для автомобільних двигунів – при частковій (до 20%) та при повній заміні бензину й дизельного палива. Високі антидетонаційні якості визначають переважне використання спирту в двигунах внутрішнього згоряння з примусовим (іскровим) запаленням. Стандартний двигун не слід перероблювати для роботи на бензо-спиртовій суміші.
На АТ «АвтоВАЗ» було проведено випробування бензину АІ-95 з 10-відсотковим вмістом етанолу на токсичність, витрату палива та забезпечення динаміки автомобіля без перерегулювання двигуна. Було встановлено, що добавка до бензину 10% спирту призводить до збіднення паливно-повітряної суміші та незначно погіршує їздові якості машини майже в усіх режимах руху. При переході на АІ-95Е з 10-відсотковим вмістом етанолу потрібне перерегулювання карбюратора.
Згідно з результатами стендових випробувань «АвтоВАЗу», застосування бензину АІ-95Е з 5-відсотковим вмістом спирту не призводить до погіршення експлуатаційних характеристик автомобіля та не потребує змін вихідних регулювань двигуна.
Для роботи на чистому спирті потрібно збільшення місткості паливного бака та ступеня стиснення до 12 – 14 од. (щоб повністю використати детонаційну стійкість палива) і перерегулювання карбюратора або зміна ЕБУ інжекторного двигуна. Паливну суміш необхідно трохи збагатити: для згоряння 1 кг спирту потрібно 9 кг повітря, а для згоряння 1 кг бензину – 14,93 кг.
Низький тиск насиченої пари та висока теплота випаровування спирту унеможливлюють запуск бензинових двигунів вже при температурі навколишнього середовища нижче +10°С. Для поліпшення пускових якостей в спирт додають 4 – 6% ізопентану (С5Н12) або 6 – 8% диметилового ефіру (СН3-О-СН3 або С2Н6О), що забезпечує нормальний пуск двигуна при температурі від –25°С і вище. З цією ж метою спиртові мотори обладнують спеціальними пусковими підігрівачами. У випадку нестабільної роботи двигуна при підвищених навантаженнях (через погане випаровування спирту) застосовується додатковий підігрів паливної суміші за допомогою, наприклад, вихлопних газів.
Дизель і спирт
Адаптувати дизельний двигун для спалювання в його циліндрах спирту набагато важче. Віденським технічним університетом були проведені експериментальні дослідження на 4-циліндровому тракторному дизелі фірми Steyr.
Зважаючи на те, що цетанове число етанолу низьке, двигун був додатково оснащений електронною системою запалювання, а головку циліндрів модернізували для розміщення свічок запалення. Крім того, було змінено геометричну форму камери згоряння в днищі поршня, встановлені нові паливні насоси високого тиску, форсунки та паливопідкачуючий насос підвищеної продуктивності. Дослідження показали, що дизель працює на етанолі майже бездимно. Порівняно з роботою на дизельному паливі, викид NOx знижується, що є результатом зниження температури внаслідок підвищеної теплоти випаровування этанолу. Викид СО ідентичний бензиновому ДВС, викид СН відносно високий, проте може бути знижений радикально при застосуванні найпростішого окислювального нейтралізатора. При переході на дизельне пальне димність та витрата палива у переобладнаного дизеля значно вища, ніж спочатку. Об’ємна витрата в етанолу майже вдвічі більша, ніж у дизельного палива, що є наслідком його нижчої теплоти згоряння, а питома наведена витрата лише трохи вища.
Модернізувати двигун можуть не лише автовиробники, а й специалізовані фірми. Наприклад, в США бензинові двигуни та дизелі для роботи на альтернативному паливі переобладнує фірма Jasper Engines and Transmissions. Перероблюють мотори від 8-циліндрових V-подібних до рядних 6- і 4-циліндрових. Після переобладнання двигуни можуть працювати на метанолі, етанолі, стиснутому та зрідженому природномугазах.
| Світовий досвід | |
| |
|
| Паливний спирт | |
| |
|
| Характеристики робочого процесу дизеля при роботі на суміші дизельного палива з етанолом і при роботі на чистій солярці | |
| |
|
| Українські перспективи | |
| |
|