В данной статье было проведено исследование влияния спиртосодержащих добавок к топливу на мощностные и топливно-экономические параметры работы автомобильного двигателя.Была проведена оценка снижения эмиссии токсичных компонентов в отработавших газах.
Ключевые слова: этиловый спирт, биотопливо, экология, бензоспиртовые смеси, этанол, автомобильное топливо, альтернативное топливо, биоэтанол.
Ограниченность традиционных источников энергии, базирующихся на нефти, природном газе и угле, делает ещё более актуальными вопросы применения альтернативных топлив. Поиск новых источников энергии — актуальная проблема, как для современной России, так и для всего мира. Существенную и всё возрастающую роль в мировой энергетике начинают играть альтернативные источники энергии, основанные на использовании биоэнергии сырья различной природы.
По данным исследования [1] на долю возобновляемых источников энергии (включая биотопливо) будет приходиться 18 % роста предложения энергоносителей до 2030 года. Темпы, которыми возобновляемые источники энергии проникают на мировой энергетический рынок, можно сравнить с темпами, наблюдавшимися при зарождении ядерной энергетики в 1970-х и 1980-х годах.
В связи с этим был проведён эксперимент с целью исследования влияния спиртосодержащих добавок к топливу на мощностные и топливно-экономические параметры работы автомобильного двигателя.
На кафедре «Теплотехника и гидравлика» ВолгГТУ имеется стенд, позволяющий эмулировать различные режимы работы ДВС, при этом замеряя выходные характеристики. Для того, чтобы наиболее полно отобразить мощностные параметры ДВС, существуют такие методики, как снятие скоростной и мощностной характеристик двигателя. По сути, это экспериментальное определение функциональных зависимостей мощности от оборотов коленчатого вала и степени открытия дроссельной заслонки соответственно.
Оценка токсичности. Здесь требовалось выяснить значительность снижения содержания токсичных компонентов. В качестве измерителя имеется возможность использовать газоанализатор ГИАМ 27–01.
Испытание двигателя проводится на стенде научно-исследовательской лаборатории кафедры «Теплотехника и гидравлика». Двигатель установлен на стенде в комплектности, предусмотренной ГОСТ 14846–86. Измерение показателей двигателя проводились по методике определения скоростной характеристики, указанной в ГОСТ 14846–86 «Двигатели автомобильные, методы стендовых испытаний» [2], параллельно производились замеры токсичности отработавших газов. В процессе эксперимента была снята частичная скоростная характеристика.
В выхлопной тракт подведен газозаборник от газоанализатора ГИАМ 27. Топливо готовилось и заливалось заблаговременно. Для опыта со спиртовой добавкой приготовление смеси происходило в отдельной канистре, в которую заливался бензин и спирт; для эксперимента сделана смесь с 10 %-ным соотношением (по объёму).
При зафиксированном положении дроссельных заслонок тормозным устройством он загружается до минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала. После установления устойчивой частоты вращения производятся необходимые замеры.
На основе запротоколированных показаний датчиков были составлены таблицы первичных данных эксперимента. Затем проводился анализ для каждой частоты
Таблица 1
Токсические параметры двигателя
|
n |
Me |
τ |
hcT |
Θ |
Δpk |
tож |
tвоз |
CO |
CH |
CO |
CH | |
|
мин-1 |
кгс*м |
с |
мм Н2О |
град |
- |
С |
С |
% |
ppm |
% |
ppm | |
|
1 |
820 |
- |
21 |
80 |
20 |
3,7 |
330 |
4,6 |
620 | |||
|
2 |
1640 |
5,6 |
44 |
93 |
21 |
24 |
80 |
20 |
1,23 |
185 |
2,13 |
475 |
|
3 |
2040 |
5,1 |
40,6 |
120 |
21 |
28 |
80 |
21 |
1,14 |
175 |
2,04 |
465 |
|
4 |
2540 |
4,2 |
36,5 |
148 |
21 |
39 |
80 |
22 |
1,28 |
184 |
2,18 |
474 |
|
5 |
3050 |
3,1 |
34,2 |
167 |
21 |
46,5 |
80 |
23 |
1,27 |
177 |
2,17 |
467 |
|
6 |
3560 |
2,3 |
33,4 |
176 |
21 |
48 |
80 |
24 |
1,42 |
177 |
2,32 |
467 |
|
7 |
4080 |
1,6 |
32,5 |
179 |
21 |
50 |
80 |
25 |
Таблица 2
Мощностная характеристика двигателя
|
n |
Mkо |
Neо |
peo |
GT |
GB |
α |
ge | |
|
мин-1 |
Н*м |
кВт |
кПа |
г/с |
кг/с |
- |
г/(квт*ч) | |
|
1 |
820,0 |
- | ||||||
|
2 |
1640,0 |
54,9 |
9,4 |
460,0 |
1,2 |
0,0 |
0,9 |
465,0 |
|
3 |
2040,0 |
50,0 |
10,7 |
418,9 |
1,3 |
0,0 |
0,9 |
444,9 |
|
4 |
2540,0 |
41,2 |
11,0 |
345,0 |
1,5 |
0,0 |
0,9 |
482,6 |
|
5 |
3050,0 |
30,4 |
9,7 |
254,6 |
1,6 |
0,0 |
0,8 |
581,1 |
|
6 |
3560,0 |
22,6 |
8,4 |
188,9 |
1,6 |
0,0 |
0,8 |
687,1 |
|
7 |
4080,0 |
15,7 |
6,7 |
131,4 |
1,6 |
0,0 |
0,8 |
885,7 |
Все вышеперечисленные величины посчитаны с помощью ПЭВМ, их значения сведены в таблицы. В отдельные таблицы были сведены данные по токсичности. Дальнейший анализ заключался в составлении графиков зависимости основных технических показателей от оборотов двигателя. Самые наглядные параметры представлены ниже.
Рис. 1. Мощностные показатели при использовании АИ-92 и Е10 (частичная скоростная характеристика)
Рис. 2. Концентрация СО в ОГ на скоростной характеристике
Рис. 3. Концентрация СН в ОГ
Основные выводы, которые можно сделать по результатам работы: применение этилового спирта в небольших концентрациях действительно возможно уже сейчас. Никаких специальных приспособлений на установке не применялось, двигатель был в штатной комплектации.
При использовании бензоэтанольной смеси снизилась мощность. Однако скоростная характеристика имеет примерно такой же вид, как и бензиновая, без существенных провалов. Очевидно, что можно обеспечить такие же мощность и крутящий момент на бензоэтаноле, необходимо только задать несколько большую цикловую подачу.
Токсичность действительно снизилась. Функции СО от n для АИ 92 и бензоэтаноле имеют похожий внешний вид, что говорит о том, что эффект снижения токсичности добавкой спирта не зависит от оборотов или выбранных режимов.
Литература:
- Прогноз развития мировой энергетики до 2030: // British Petroleum, 2011. — C.19.
- ГОСТ 14846–86 «Двигатели автомобильные, методы стендовых испытаний» // База ГОСТов «Allgosts».
