ВПЛИВ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДИЗПАЛИВА НА УТВОРЕННЯ ВІДКЛАДЕНЬ У ДВИГУНІ

Важлива властивість дизельного палива – його можливість забезпечувати чистоту двигуна і паливної апаратури. Ця властивість залежить від хімічного і фракційного складу палива. Перше – це утворення нагарів на стінках камери згорання, клапанах і т.д. Вони мають вигляд твердих утворень темного кольору, лакових плівок. На утворення нагарів впливає вміст асфальто-смолистих речовин, сірчаних сполук, ароматичних вуглеводнів.

Особливо сірка, її вміст в паливі сприяє збільшенню нагарів, лаків. Якщо в паливі є сірка 0,006%, то за 80 годин роботи утворюється 2,1 г відкладень. (Сірки 0,85% то відкладення складають 5,8 г).

Сірчані сполуки викликають корозію деталей двигуна і інші несправності. Основну масу дизельних палив виробляють з сірчаних нафт. При перегонці одержують дистиляти з вмістом сірки 1,3%. Доводять до 0,2-0,5%.

Кислотніть ДП залежить від вмісту органічних кислот. Вони вимірюються в мгКОН. Збільшення від 4 мгКОН/100мл. палива до 50 мгКОН/100мл знижує потужність двигуна більш ніж в 4,5 рази.

Сірка згорає, дає SO₂, SO3, потім утворюють H₂SO₄ і H₂SO₃. Це викликає корозію.

Здатність палива зберігати чистоту системи. що палив-подає, деталей двигуна і не викликати утворення відкладень — один з важливих експлуатаційних показників.

Високою хімічною стабільністю відрізняються дизельні палива, одержувані при разгонці нафти з низьким змістом сірчистих з’єднань. Навіть після збереження протягом п’яти і більш років вони практично не змінюють своїх якостей, у той час як дизельні палива, що містять значні кількості олефинов і меркаптанів, істотно змінюють свої властивості в тих же умовах.

Через закоксовування отворів розпилювачів форсунок погіршується розпил палива і його подача, а іноді вона і зовсім припиняється. У камері згоряння, на клапанах, у глушителях і на інших деталях накопичується нагар, звідси перегрів двигуна, зниження його потужності й економічності.

Утворення нагару і смолистих відкладень залежить не тільки від стану і режиму роботи дизелів, але і від якості палив. Найбільшу шкода приносить присутність у них смолистих речовин. Впливають також в'язкість, вуглеводневий і фракційний склад.

Фактичні смоли, що містяться в дизельних паливах — це домішки, що залишаються після очищення базових дистилятів. Тому що дизельні палива містять неграничні вуглеводні в невеликих кількостях, смол при збереженні в них утвориться небагато. На утворення нагару в камері згоряння впливає неповний випар палива з важким фракційним складом і погане його розпилювання через підвищену в’язкість. Неповне згоряння палива приводить до утворення високотемпературних відкладень, продукти яких осідають на гарячих деталях. На процес нагароутворення впливають зольність і кількість неорганічних механічних домішок, що містяться в паливі, його стабільність.

Такі фактори, як жорсткість теплового режиму і несправність паливної апаратури, створюють умови для утворення в камері згоряння вуглистих відкладень. Найбільший вплив на цей процес робить падіння тиску упорскування, через що різко погіршується якість розпилювання. От чому не рекомендується тривала робота дизелів на малих оборотах.

Динаміка нагромадження нагарів знаходиться в залежності від коксового числа (коксівності), вмісту сірки, фактичних смол, зольності і кількості механічних домішок, нерідко також і від схильності палива до лакоутворенню

Коксове число характеризує здатність палива утворювати вуглистий залишок при високотемпературному (800 - 900ºС) розкладанні палива без доступу повітря. Недостатня глибина очищення палива, насамперед від смолисто-асфальтенових з'єднань, підвищена в'язкість і важкий фракційний склад збільшують коксівність палива.

Що утвориться після спалювання палива в повітрі при температурі 800— 850°С мінеральний залишок — зола не тільки бере участь в утворенні нагарів, але і підвищує знос деталей двигуна. Її кількість обмежується 0,01%.

Схильність палив до лакоутворенню оцінюють по змісту лаку в міліграмах на 10 мол палива, випаровуючи невелику кількість палива в спеціальному лакоутворювачі при температурі 250°С.

Для дизельних палив, що містять продукти крекінгу, обмежується кількість фактичних смол (у зимових видах не більш 30, а в літніх не більш 40 мг на 100 мол палива) і нормується йодне число. Це зв'язано з тим, що в продуктах каталітичного крекінгу, що додаються в дизельні палива в обсязі до 20% з метою збільшення його виробництва, можуть бути малостабільні неграничні вуглеводні.

Йодне число відповідає кількості йоду в грамах, здатного приєднатися до 100 мл нафтопродукту. При визначенні створюються такі умови, коли йод здатний реагувати тільки з олефинами, тому цей показник характеризує одну зі сторін хімічної стабільності нафтопродуктів. Йодне число тим вище, чим більше в паливі олефинов, воно не повиннео перевищувати 6 м йоду на 100 м палива (зимових і літніх видів).

Причини корозійності дизельних палив — вони повинні володіти мінімальним корозійним впливом на метали — ті ж, що і бензинів (наявність водорозчинних кислот і лугів, органічних кислот і сірчистих з'єднань). Мінеральні кислоти і луги виявляють по реакції водяної витяжки, а активні сірчисті з допомогою проби на мідну пластинку. Присутність водорозчинних кислот і лугів у дизельних паливах не допускається. Кислотність відповідно ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ 305—82 не повинна перевищувати 5 мг КІН для нейтралізації 100 мол палива. Наявність у паливах сірчистих з'єднань небажано. Активних сірчистих з'єднань (сірководню, елементарної сірки, меркаптанової сірки) при випуску палива з заводу повинно міститися так мало, щоб корозійні іспити — проба на мідну пластинку — давали негативні показання. У цьому випадку впливу на корозійну агресивність палива немає.

Надлишкова кількість меркаптанів у паливі (у 2 рази і більш) збільшує корозійний знос плунжерних пар і деталей форсунок. Крім того, здатність меркаптанів при їхньому надходженні в зону форсунок утворювати смоли в результаті реакцій окислювання, поряд зі смолами, що утворяться тут з олефинов, і фактичними смолами, що маються в паливі, приводить до осадження на запірних голках лакової плівки (згодом це викликає зависання голок).

Через високу корозійну активність і малу хімічну стабільність меркаптанів для забезпечення ретельного контролю за їхньою наявністю в паливах, крім якісного аналізу (іспиту на мідну пластинку) , недостатньо чуттєвого до них, проводять ще і кількісний (визначають зміст меркаптанової сірки потенціометричним методом). Вміст меркантанової сірки в паливах не повинне перевищувати 0,01%.

В даний час нафтопродукти роблять в основному із сірчистих нафт (запаси малосірнистих нафт обмежені). У результаті їхньої перегонки одержують газойлеві і солярові дистиляти зі змістом сірки до 1,0—1,3%. Сірку з дистилятів видаляють досить складним шляхом — каталітичним обезсірюванням, що дозволяє знизити її зміст до 0,2—0,5% (такий зміст сірки допускає ДСТ 305—82). Ті активні органічні кислоти і сірчисті з'єднання, що безпосередньо не взаємодіють з металами і наявність яких у невеликих кількостях у паливах для швидкохідних дизелів допускається, є основними “винуватцями” корозії його деталей при згорянні палива.

Установлено, що підвищення змісту сірки в паливах з 0,2 до 0,6% приводить до збільшення зносу гільз циліндрів і поршневих кілець у середньому на 15%, а до 1,0% — у 1,5 рази. Ступінь впливу сірчистої корозії на двигуни різних конструкцій залежить від їхній теплонапруженості. Більш піддані корозії форсовані швидкохідні дизелі.

Газова корозія знижується в міру розширення газів у циліндрі дизеля і зменшення їхньої температури. Однак у результаті взаємодії сірчистого і сірчаного ангідридів з парами води утворять агресивні сірчисті і сірчані кислоти. Вони викликають дуже сильну хімічну корозію нижнього пояса гільзи циліндра, а потрапляючи з газами, що відробили, у картер двигуна, змішуються з олією і поширюючи по всій системі змащення, уражають підшипники, шийки валів і інші деталі.

Найбільш уразливі підшипники зі свинцюватої бронзи, схильної до руйнування навіть під дією слабких органічних кислот. Скорочення часу на пуск і прогрівши дизельних двигунів, з одного боку, і підтримка в експлуатаційних умовах оптимального теплового режиму, з іншого боку — важливі фактори зниження корозійного зносу.

Дія кислот, що руйнує, нейтралізують додаванням у дизельні олії протикорозійних присадок, з яких найбільш ефективний нафтенат цинку (0,25—0,30 %). Дизельні палива зі змістом сірки більш 0,2% застосовують тільки за умови, що двигун працює на олії з антикорозійною присадкою.

Довговічна і надійна робота автомобільних двигунів можлива тільки при використанні високоякісних палив, що відповідають вимогам стандартів. Якість палив визначається складним комплексом параметрів, контрольованих стандартними методами. Вони повинні бути точними, простими і швидкодіючими.

Після одержання на нафтопереробному заводі якість палив у процесі збереження, транспортування і перекачування безупинно погіршується. Бензини при неправильному збереженні поступово втрачають низькокипячі фракції, у результаті чого знижується їхня випаровуваність у двигунах. При обсягу парової фази значно прискорює процеси окислювання, утрати палив зростають і якість їх швидко погіршується.

При збереженні і транспортуванні палив найбільш сильно погіршуються такі показники якості, як фракційний склад, зміст фактичних смол, кислотність у бензинів, вміст смол у дизельних палив.

У етильованих бензинах змінюється зміст ТЕС, що обумовлено низькою стабільністю ТЕС і його здатністю розкладатися під впливом кисню повітря й інших факторів.

Гарантійні терміни збереження палив установлені відповідними ДСТ чи ТУ. Однак на автомобільні бензини не встановлені гарантійні терміни збереження, тому на підставі багаторічного досвіду збереження рекомендовані оптимальні терміни збереження бензинів у різних кліматичних зонах.

Для бензинів, що містять неграничні вуглеводні, установлені мінімальні терміни збереження. Бензини, стабілізовані антиокислювачем, а також отримані прямою перегонкою і, отже, не утримуючих неграничних вуглеводнів, можна зберігати протягом більш тривалого періоду (2—4 роки в наземних резервуарах). Терміни збереження бензинів у напівзаглибленних резервуарах у середній і північної кліматичних зонах також збільшені (3,5—5 років), що порозумівається більш низькими середніми температурами збереження. Зі зменшенням місткості резервуарів терміни збереження бензинів зменшуються. Наприклад, у каністрах автомобільні бензини А-72 і А-76 у південній зоні можна зберігати лише півроку.

При подальшому збереженні відбувається значне погіршення їхньої якості.

Значне збільшення витрати палива викликає наступні фактори:

- зниження зусилля затягування форсунки (на кожні 3 Мпа недозатягування — до 3%, а на 6—7 МПа — до 20-25%);

відхилення від оптимальної величини кута випередження упорскування (на 2—3° по куті повороту колінчатого вала — до 2—-2,5%);

- знос плунжерних пар, закоксованість голок форсунок і отворів розпилювачів (на 30—40 г/л. с. ч);

- порушення встановленого рівня олії, що заливається в коробку передач, роздавальну коробку і задній міст, застосування олій з порушенням заводських рекомендацій (наприклад, при використанні в зимовий час літньої трансмісійної олії — 4-—10%);

- зниження тиску в шинах (на 0,05 Мпа — до 4—5%, на 0,1 Мпа — до 10%); запиленість повітря, що надходить.

Дизельні палива менш вогненебезпечні, чим бензини, тому що їх відрізняють більш низькі тиски насичених пар і менша випаровуваність.

МАРКУВАННЯ ДИЗЕЛЬНИХ ПАЛИВ

Дизельні палива поділяють на три марки:

А – арктичне, З – зимове, Л – літнє.

За вмістом сірки розрізняють три види палив:

I – вміст сірки не більше 0.2 %,

II – вміст сірки не більше 0.5 %,

III – вміст сірки не більше 1 %.

На Україні є ГОСТ 305-82 «Топливо дизельне».

Наприклад: паливо дизельне З-0.2 мінус 35 ГОСТ 305-82. З – зимове, 0.2 – вміст сірки, -35 – температура застигання.

Паливо дизельне Л-0.2 40 ГОСТ 305-82. Л – літнє, 0.2 – вміст сірки, 40 – температура спалаху.

На Україні є ще стандарт ДСТУ 3868-99.

Л – літнє, температура не нижче -5ºС,

З – зимове, температура повітря не нижче -15 ºС.

За вмістом сірки дизельне паливо поділяють на 4 види:

I – 0.05%;

II – 0.1%;

III – 0.2%;

IV – 0.5%.

УЗАГАЛЬНЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ:

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

Полянський С.К. Експлуатаційні матеріали: підруч. для студ. вищ. навч. закл. / С.К.Полянський, В.М.Коваленко – К.:Либідь, 2003. – с. 67 - 88

ВИКЛАДАЧ– Донець Т.А.

ЛЕКЦІЯ № 6 (2 год.)

ТЕМА:Газове пальне та перспективні види пального

МЕТА:

- навчальна: сформувати загальне уявлення про газове пальне та перспективні види пального;

- розвиваюча: уміння працювати зі схемами, таблицями і рисунками;

- виховна: виховувати інтерес до вивчення курсу.

ОБЛАДНАННЯ:дошка, плакати з рисунками.

ПЛАН

1. Газове пальне

2. Перспективні види пального

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ГАЗОВЕ ПАЛЬНЕ

Уже зараз як автомобільне паливо широко використовують газові вуглеводні палива. Перші двигуни на газі – двигуни француза Етьєна Ленуара – працювали ще в 1862 році і, хоча були недосконалі, використовувалися у випадку відсутності рідкого палива.

Газові двигуни можуть працювати як на стисненому природному газі (СПГ), так і на зрідженому нафтовому газі (ЗНГ).

Стиснені гази. Перспективним в якості палива для автомобілів зараз вважається переважне застосування СПГ. При цьому враховуються досить великі запаси природного газу (при обмежених ресурсах зрідженого газу), прискорений розвиток газової промисловості й відносна дешевизна СПГ.

Основні компоненти стиснених газів – метан СН₄, оксид вуглецю СО і водень Н₂ – їх одержують з горючих газів різного походження (природних, супутніх, нафтових, коксових та інших). У супутніх газах залежно від родовища нафти вміст метану може перебувати в межах 40-82%. Він характеризується найнижчою критичною температурою ( -82°С). Тому при нормальних температурах, навіть при високому тиску, ці гази не можуть бути зріджені – для цього потрібні дуже низькі температури.

Для стисненого газу застосовують газобалонні установки (балони, арматура, редуктор, газопроводи та інші ), які розраховані на роботу при високому тиску – 19,6 МПа (200 кгс/см2 або 200 атм). У міру витрат газу з балона в ньому безперервно зменшується й робочий тиск. Для заправлення автомобілів застосовують дві марки СПГ – А і Б. Хоча вони й відрізняються компонентною сполукою, їхні властивості визначаються основною складовою цих газів – метаном.

З усіх вуглеводних газів метан містить максимум водню й один атом вуглецю і тому має високу теплотворність, відрізняється досить широкими межами самозапалювання, низьким вмістом токсичних речовин (СО) у продуктах згоряння. Метан легше повітря, тому при витіканні він накопичується у верхніх частинах приміщення. Метан має високу детонаційну стійкість, що забезпечує м'яку роботу двигуна при використанні природного газу.

По токсичності СПГ характеризується шкідливою дією на центральну нервову систему, викликає роздратування шкіри, слизистих оболонок, верхніх дихальних шляхів. Гранично припустима концентрація СПГ на робочих місцях і в робочих зонах установлена до 300 мг/м3 (у перерахунку на вуглець).

Певні концентрації газу з повітрям – вибухонебезпечні: верхня межа спалаху в суміші з повітрям – 15% (об'ємних), нижня – 4% (об'ємних).

Оскільки балони для зберігання стисненого газу виготовляються товстостінними, батарея з восьми таких балонів ємністю 50 л кожна досить вагома – більше 0,5 т. Відповідно знижується й корисна вантажопідйомність. Одночасно пробіг автомобіля на СПГ стає у два рази меншим, ніж на бензині. Тому більш перспективною вважають криогенну технологію зберігання СПГ на автомобілі.

Зріджені гази. Основні компоненти зріджених газів як сучасного пального для двигунів – це пропан С_ЗН₈, бутан – С₄Н₁₀ і їхні суміші. Добувають їх з газів, які виходять із свердловин разом з нафтою. Критичні температури пропану (+97°С), а бутану – (+126°С), що вище звичайних температур навколишнього середовища. Тому ці вуглеводні при невеликому тиску (без охолодження) можна перевести в рідкий стан. Наприклад, при температурі +20°С пропан скраплюється при тиску 0,760 МПа, а бутан – при 0,103 МПа.

Газобалонні установки для зрідженого газу є установками середнього тиску. Зріджені гази зберігаються в балонах ємністю 250 л, розраховані на робочий тиск 1,6 МПа (16 кгс/см2). У таких умовах навіть чистий пропан перебуває в рідкому стані, що дозволяє експлуатувати автомобілі на ЗНГ цілий рік на всій території, крім південних районів у літню пору (де температура вище 48,5°С). Треба підкреслити, що тиск насичених парів ЗНГ змінюється від 0,27 МПа (при -10°С) до 1,6 МПа (при 45°С). ЗНГ характеризуються більшим коефіцієнтом об'ємного розширення. З підвищенням температури на 1°С тиск у балоні зростає на 0,6-0,7 МПа, що може привести до його руйнування. Щоб цього не трапилося, у ньому передбачають парову подушку об'ємом не менш ніж 10% корисної ємності.

Для газобалонних автомобілів відповідно до ГОСТ 20448-80 випускають зріджені гази двох марок СПБТ-З (зимова) і СПБТ-Л (літня) з такими якісними характеристиками:

- потужність і паливна економічність газових двигунів підвищується , тому що у зв'язку з високими антидетонаційними властивостями ЗНГ (вище 100 одиниць) у газових двигунах можна застосовувати більш високий ступінь стискання;

- динамічні якості автомобіля погіршуються тільки на 5-8% ;

- істотно знижується токсичність відпрацьованих газів: оксиду вуглецю в 3-4 рази, окислів азоту в 1,2-2 рази, вуглеводнів в 1,2-1,4 рази й більше;

- строк заміни машинної олії збільшується в 2-2,5 рази, вона менше розріджується і забруднюється;

- підвищені витрати на технічне обслуговування й ремонт газобалонних автомобілів (збільшується на 3-5%), перекриваються збільшенням пробігу автомобілів між ремонтами.

Застосування ЗНГ і СПГ має як позитивні, так і негативні фактори.

До позитивних факторів можна віднести значне скорочення витрат нафти й нафтопродуктів, збільшення в середньому на 35-40% моторесурсу двигуна, відсутність нагару на деталях циліндро-поршневої групи, збільшення терміну служби свічок запалювання, збільшення в 1,5 рази міжремонтного пробігу двигуна, зниження до 90% викидів з відпрацьованими газами шкідливих речовин (особливо СО), зменшення в 5 разів викидів в атмосферу вуглекислого газу СО₂, в 3-3,5 рази – незгорілих вуглеводнів, зниження на 8-9 дб рівня шуму при роботі двигуна.

Основні недоліки газових двигунів – це зниження номінальної потужності двигуна на 18-20%, складність усунення витоків газу, обмеження пробігу автомобіля до заправлення.

ПЕРСПЕКТИВНІ ВИДИ ПАЛЬНОГО

Тверде паливо

Використання твердого палива (дрова, кам'яне вугілля, сміття, тверді органічні відходи) безпосередньо на автомобілі принципово можливі. Ще в 30-40-х роках експлуатувалися автомобілі на дровах. Однак, зараз це не перспективно, тому що вимагає встановлення на автомобілі газогенераторної установки і великих об'ємів для розміщення палива. Значно ефективніше переробляти його для одержання синтетичного (рідкого або газоподібного) палива на стаціонарних підприємствах.

Рідке паливо

Все більший розвиток одержують процеси синтезу рідкого штучного палива, яке по всіх якостях наближається до пального нафтового походження. Із рідких палив найбільше поширення для заміни бензину знаходять синтетичні спирти: метанол і етанол.

Модифікований карбюраторний двигун може спокійно працювати на спирті. На початку автомобільної ери, коли бензину ще не було, Генрі Форд заправляв свій перший автомобіль спиртом. Пізніше спирт був замінений бензином по причині більш низької ціни останнього. Зараз спирт знову розглядається як заміна палива для автотранспорту.

Метиловий спирт (метанол) переважно синтезують із природного газу, вугілля, вапняку, побутових відходів і відходів лісового господарства. Для поширення виробництва метанолу в якості сировини перспективні: природний газ, нафтові залишки й найбільше – вугілля. Але для виробництва метанолу необхідна велика кількість вугілля – від 3 до 6 тонн (вологого бурого вугілля потрібно ще більше) на одну тонну синтетичного палива, тому він поки що в 1,5-2 рази дорожче бензину.

Метанол і етанол при використанні їх як пального для автомобільних двигунів характеризуються високим октановим числом, меншою в порівнянні з бензином теплотою згоряння. У той же час метанол як автомобільне пальне, забезпечує зростання потужності й к. к. д. двигуна. При роботі двигуна на метанолі відбувається зниження теплової напруженості деталей циліндро-поршневої групи, зменшення нагару, знижується викид шкідливих речовин.

Однак, ці переваги метанолу все ж не дозволяють рекомендувати його до широкого застосування. При переводі автомобілів на метанол для збереження високих техніко-експлуатаційних показників автомобіля потрібні конструктивні зміни паливної апаратури, двигуна й у деякій мірі самого автомобіля. Необхідно встановлювати устаткування, яке полегшує запуск двигуна, особливо при низьких температурах, збільшити ємність паливних баків, через його високу корозійну агресивність заміняти деякі матеріали системи живлення на більш стійкі.

Тому з практичної точки зору метанол доцільно використовувати як домішки до бензину. У цьому випадку немає необхідності вносити зміни в конструкцію автомобіля й регулювати його паливну апаратуру, можна працювати на бензині з меншим октановим числом. При додаванні 3-5% метанолу забезпечується економія 2,5% бензину при збереженні потужності, динамічних і економічних показників.

Застосування бензо-метанолової суміші з домішками 15% метанолу й 7% стабілізатора (ізобутилового спирту) дозволяє підвищити на 6% динамічні якості автомобіля і на 3-5% його потужність, зменшити викиди оксидів азоту на 30-35%, вуглеводнів – на 20%, одержати економію бензину до 14%. І хоча домішки до 10-15% метанолу до бензину вважаються оптимальними, істотна різниця фізико-хімічних властивостей метанолу й бензину створює все ж таки деякі проблеми.

Використання етанолу практично аналогічно метанолу.

Етиловий спирт (етанол)одержують із цукрової тростини, буряка, зернових культур та інших рослинних продуктів. Одним з лідерів у впровадженні спирту в якості палива для транспорту є Бразилія з її тростинними плантаціями й лісозаготівельною промисловістю, що дають гарну сировину для виробництва спирту. Практично увесь автотранспорт тут їздить на спирті.

Тому паливом майбутнього зараз називають біопаливо. Біопаливо – це паливо, яке виробляється з будь-якої біомаси. До нього відноситься вищезгаданий етиловий спирт (етанол) і рослинні олії, а також – водень.

Існують два шляхи для виробництва біопалива:

- вирощування спеціальних культур: спиртових (цукрова тростина, буряк, пшениця) і олійних (рапс, соя, соняшник); це – найпростіший шлях, але він вимагає відводу сільськогосподарських земель, які зараз задіяні для виробництва продуктів харчування;

- переробка органічних відходів лісової, харчової і сільськогосподарської промисловості; цей шлях більш економічний, бо тут використовується вторинна сировина, проте він є більш складним і енергоємним.

Для заміни дизельного палива сьогодні широко використовується так званий біодизель. Біодизель одержують з оліїстих культур у вигляді рослинної олії. Двигун під рослинну олію практично нічим не відрізняється від дизеля. Для переходу автомобіля, працюючого на дизельному паливі, на новий вид пального потрібні лише незначні перетворення двигуна. У багатьох випадках рослинну олію можна змішувати в невеликих пропорціях з дизпаливом (до 20%) і заправляти автомобіль навіть без модифікації його двигуна. Біодизель зазвичай змішується з дизельним паливом в пропорції до 20%.

Німці вже побудували у своїй країні сотні заправок, що заливають у бак автомобіля соєву і рапсову олію. Новий вид палива має навіть більшу теплоту згоряння в порівнянні з дизельним паливом. Воно практично не має токсичних викидів. Тому вже сьогодні в Німеччині й Англії декілька маршрутів рейсових автобусів переводять на рослинну олію.

Метилтретигнобутиловий ефір (МТБЕ).

До бензину можна також додавати метилтретигнобутиловий ефір (МТБЕ -СН3-О-С4Н9). Його отримують шляхом синтезу 65% ізобутилену та 36% метанолу в присутності каталізатора. Позитивні сторони застосування МТБЕ в якості домішок до бензину такі:

- можливе добування неетилованих високооктанових сумішей, тому що за антидетонаційними якостями МТБЕ перевершує в 3-4 рази алкілбензин;

- нема необхідності змінювати регулювання паливної апаратури (МТБЕ відрізняється високою теплотворною властивістю 37700 кДж/кг);

- домішки 10% МТБЕ підвищують октанове число бензинів за дослідницьким методом на 2,1 – 5,2 одиниць, а 20% – на 4,6 - 12,6 (більш сильний ефект, ніж при використанні алкілбензину та метанолу);

- полегшується фракційний склад бензинів, зокрема, знижується температура перегонки 50%-ої точки, але зростає загроза утворення парових пробок;

- знижується токсичність відпрацьованих газів на 10% (внаслідок зниження вмісту оксиду вуглецю);

- знижуються витрати бензину на 3%, окрім того, введення МТБЕ дозволяє знизити вміст тетраетил свинцю в ньому в 2,5 рази;

- МТБЕ практично нетоксичний.

Використання МТБЕ розглядається як один з перспективних напрямів розширення ресурсів високооктанових метилованих бензинів.

Водневе паливо

В останній час розширюються роботи з використання в якості палива для двигунів водню, а також його сумішей з бензином.

Водень як саме екологічно чисте паливо було знайдене вже досить давно. Продуктом горіння водню є вода, що видно з простого рівняння цієї хімічної реакції 2H₂+O₂=2H₂O. Цей аспект і робить водень найпривабливішим видом палива для автомобілів з усіх існуючих на Землі.

Водень – це газ без кольору і запаху. Він є найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті. Проте, оскільки він легко з'єднується з іншими елементами, його складно знайти в природі в чистому вигляді.

Водень може бути легко виділений з хімічної сполуки при нагріванні – цей процес називається термічним розкладом. Тому зараз водень в основному виробляється таким способом із природного газу. Водень можна одержувати також з будь-якої біомаси. Крім того, можна використати електричний струм для виділення з води кисню й водню. Цей процес називається електролізом. Проте, він вимагає значно більших витрат енергії.

Відзначимо найбільш характерні фізико-хімічні властивості водню:

- водень – це найлегший елемент, навіть у рідкому стані він десь в 14 разів легше води;

- в одиниці маси водень містить майже в 3 рази більше теплової енергії, ніж усі відомі види пального природного походження, але для його розміщення потрібні досить великі об'єми;

- водень має властивість миттєво змішуватися з іншими газами, з повітрям атмосфери (суміш водень-повітря запалюється при вмісті водню від 4 до 74%);

- водень горить у газоподібному стані при температурі вище 500°С з утворенням пари дистильованої води (у рідкому й твердому стані він не горить); для спалювання 1 кг водню необхідно в 2 рази більше повітря, ніж для спалювання бензину;

- відпрацьовані гази при роботі на водні не містять оксиду вуглецю,
вуглеводнів, оксидів свинцю, а оксиди азоту присутні в меншій кількості,
ніж при роботі на бензині.

В той же час через низьку теплотворну здатність воднево-повітряної суміші потужність двигуна знижується на 15-20%.

На сьогоднішній день водень має величезний потенціал як джерело енергії для паливних елементів, які можуть використовуватися для автомобілів. Однак, поки що він не зможе конкурувати з бензином. Експерти ЄС прийшли до висновку, що протягом найближчих 20 років перевести автотранспорт повністю на водневе паливо буде неможливо. Фахівці стверджують, що багатомільярдні проекти по створенню водневого палива для автомобілів, можливо, проводяться даремно. Оскільки ці дослідження надзвичайно коштовні, то до 2020 р. тільки 1% автомобілів буде їздити на водні. Євросоюз наполягає на тому, щоб до цього часу 5% автопарку країн ЄС перейшло на водень. Однак експерти вважають, що ця мета не може бути досягнута навіть при найкращому розкладі. Основна проблема в тому, що поки неможливо створити досить дешеві паливні батареї, які б могли конкурувати з бензином і дизельним паливом. Проте, це може змінитися вже в осяжному майбутньому...

На сьогодні доцільно використовувати водень в якості добавок до бензино-повітряної суміші. Це не вимагає ускладнення конструкції системи живлення і двигуна в цілому. Якщо бензин додавати на режимі холостого ходу, при малих і середніх навантаженнях, то забезпечуються оптимальні потужності й динамічні показники автомобіля. Зазвичай витрати бензину становлять 12,2 кг /100 км, то тут вони знизяться до 5,5 кг, а витрати водню становлять усього 1,8 кг. Таким чином, 6,7 кг бензину заміняють на 1,8 кг водню, що дозволяє суттєво заощаджувати бензин. При цьому концентрація оксиду вуглецю у відпрацьованих газах знижується в 13 разів, оксидів азоту – в 5 разів, вуглеводнів – на 30%. Відповідно до припущень вчених при міському режимі роботи двигуна основним паливом повинен служити водень, а бензин використовується як домішки для стабілізації спалювання повітря на режимах холостого ходу, малих і середніх навантаженнях. Експлуатація автомобіля на трасі (середнє й повне навантаження) визначає зворотну залежність: роботу двигуна на бензині з мінімальними домішками водню.

Електричне паливо

Перший електромобіль був створений Робертом Девідсоном в 1838 році в Англії, усього через шість років після відкриття Фарадеєм явища електромагнітної індукції. Тобто, значно раніше автомобіля з двигуном внутрішнього згоряння (1862р.). До 1912 року в США було виготовлено більше 10 тисяч електромобілів, однак надалі вони не змогли стати конкурентами автомобілям. Відбулося це через недостатню ємність існуючих тоді акумуляторів. Тяговий електродвигун у таких машинах одержував живлення від батарей із свинцевими акумуляторами ємністю всього 20 Вт/г*кг. Отже, електромобілі, що працювали від звичайних акумуляторів, потерпіли фіаско.

Однак, за останні роки розробники акумуляторів значно просунулися в питанні збільшення ресурсу акумуляторних батарей, їхньої ємності й зниження вартості. Вони навчилися їх швидше перезаряджати. А це в порівнянні ціни електроенергії та водневого палива – серйозна заявка на успіх. Та й промислове виробництво електромобілів, ймовірно, почнеться значно раніше – вже до 2010 року очікується поява серійних машин.

Те ж можна сказати й про сонячні батареї – зараз вони не вирішують проблему в цілому, хоча їхнє використання має перспективу в осяжному майбутньому.

Вихід начебто був знайдений у переході на паливні елементи живлення. Існує багато різних видів паливних елементів. Наприклад, водневі саме й розробляються з метою їхньої установки в електромобілі. Всі паливні елементи відносяться до хімічних джерел електричного струму. Як і батарейка, вони виробляють електроенергію в ході незворотної реакції між воднем і киснем, продуктом якої є вода. Тільки на відміну від батарейки хімічні елементи, що вступають у реакцію, надходять у паливний елемент ззовні – водень із балона, а кисень – у складі повітряної суміші. Тобто, паливний елемент як би постійно підзаряджається до тих пір, доки не закінчиться заправка, що ріднить його з акумулятором.

У паливних елементів (у порівнянні з акумуляторами) є лише одна, але дуже істотна для нашого регіону перевага – вони працюють при низькій температурі повітря (до -25°С), а літій-йонні акумулятори таких температур не люблять.

Однак, паливні елементи зараз майже не використовуються, тому що паливо для паливних елементів необхідно виробити заздалегідь. При цьому витрачається енергія із традиційних джерел (теплоелектростанції і ін.), причому набагато більша, ніж енергія вихідного палива (водню) для паливних елементів. Тобто, використовувати електромобілі на паливних елементах сьогодні економічно не вигідно. Правда, існує безліч різних технологій більш економного одержання водню, але до промислового впровадження вони ще не дійшли.

Сьогодні багато найбільших виробників представили свої концепти гібридних автомобілів, де бензиновому двигуну активно допомагає електромотор (наприклад, фірма Toyota, починаючи ще з 1997 року, серійно випускає модель Prius).

Що ж являє собою гібридний двигун? Це комбінація бензинового й електродвигуна, а комп'ютерна система керування підключає їх одночасно або по черзі залежно від умов руху. Більше того, існує режим рекуперації енергії при гальмуванні. Комп'ютерна система керування працює приблизно так: на початку руху працює електромотор, при звичайній їзді – двигун внутрішнього згоряння, при наборі швидкості спільно працюють двигун і електромотор. Під час зниження швидкості відбувається підзарядка акумуляторів (та сама рекуперація). Однак, гібриди подібного типу все ж таки використовують традиційне паливо (хоча шкідливі викиди скорочуються до 90%), та й блок акумуляторів у них має солідну вагу.

УЗАГАЛЬНЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ:

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

Полянський С.К. Експлуатаційні матеріали: підруч. для студ. вищ. навч. закл. / С.К.Полянський, В.М.Коваленко – К.:Либідь, 2003. – с. 94 - 106

ВИКЛАДАЧ– Донець Т.А.

ЛЕКЦІЯ № 7 (2 год.)

ТЕМА:Експлуатаційні вимоги до якості автомобільних масел та їх властивості

МЕТА:

- навчальна: сформувати загальне уявлення про автомобільні масла, їх призначення і властивості;

- розвиваюча: уміння працювати зі схемами, таблицями і рисунками;

- виховна: виховувати інтерес до вивчення курсу.

ОБЛАДНАННЯ:дошка, плакати з рисунками.

ПЛАН

1. Основні вимоги до якості масел.

2. В’язкість, низькотемпературні, мастильні, протиокиснювальні властивості.

3. Захисні та корозійні властивості.

4. Контроль якості та оцінка старіння масел.

5. Асортимент моторних масел

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО ЯКОСТІ МАСЕЛ

Сучасний автомобіль має до 100 спряжених рухомих деталей. Тертя і спрацювання техніки завдають народному господарству величезних збитків, які становлять мільярди гривень на рік. Основне призначення мастильних матеріалів – зменшення спрацювання і зниження коефіцієнта тертя тертьових деталей. Використання якісного мастильного матеріалу в 10-20 разів коефіцієнт тертя і в 10-20 разів зменшує спрацювання вузлів тертя, значно скорочує витрати мастильних матеріалів, палив, на ТО і ремонт автомобілів. Витрати на тертя в автомобілях становлять 60 % загальної енергії , одержаної від згоряння палива.

Моторні масла одержують переважно з нафти при перегонці мазутного залишку, що залишається після прямої перегонки. Розрізняють дистилятні, залишкові та змішані масла.

Дистилятні: мазут → вакуумна перегонка → селективна очистка → депарафінізація → змішування → додавання присадок.

Залишкові: гудрон → очистка → додавання присадок.

Моторні масла для автомобілів – це суміш дистилятних і залишкових масел, тобто змішані масла. Чим більш якісне масло, тим більш в його складі долі залишкового масла, є також і композиція присадок.

Моторні масла - це в’язкі маслянисті рідини світло-жовтого, зеленкуватого кольору, густина яких становить 0,89-0,91 г/см3

Моторні масла повинні забезпечувати:

- зменшення спрацювання тертьових деталей, коефіцієнта тертя;

- охолодження (відвід