Gazele combustibile sunt singurul combustibil alternativ pentru care problemele tehnice și de mediu de utilizare au fost rezolvate în Rusia. Principala dificultate a trecerii transportului rutier la combustibilul gazos este necesitatea de a crea infrastructura adecvată: fabrici, instalații de depozitare, stații de benzină. Este necesar să se ia în considerare psihologia consumatorului, cu prejudecăți legate de combustibilii neobișnuiți gazoși.
Gaz natural comprimat. compoziția este predominant metan, poate fi utilizat drept carburant după adaptări relativ simple ale motorului și a vehiculului, care este de a instala cilindri, proiectat pentru o presiune de aproximativ 20 MPa, și de a face modificări ale sistemului de alimentare cu combustibil. Datorită ratingului octanic ridicat, gazul natural este un carburant excelent pentru motoarele care funcționează pe ciclul Otto. Utilizarea gazelor naturale în motoarele diesel este împiedicată de temperatura relativ ridicată de auto-aprindere și, prin urmare, de numărul cetanic scăzut. Pentru a depăși această dificultate, se utilizează așa-numitul sistem cu combustibil dublu - o cantitate mică de combustibil diesel este injectată în camera de combustie ca încărcătură de primar și apoi este furnizat gaz natural comprimat.
Datorită conținutului redus de carbon față de combustibilii petrolieri (75% în metan față de 80-90% în benzină), arderea gazelor naturale produce mai puțin CO2. de exemplu, în comparație cu benzina - în 1,22 ori. Din același motiv și din cauza absenței totale a hidrocarburilor aromatice în gazele naturale, în camera de ardere se depozitează mai puțin carbon.
Amestecul combustibil-aer, preparat pe bază de gaz natural, nu conține o fază lichidă și, în consecință, este distribuit uniform pe buteliile motorului și nu spală lubrifiantul de pe suprafața lor. Datorită acestui fapt, așa cum demonstrează testele operaționale, durata de viață a motorului și durata de viață a bujiei este crescută cu 30-40%, iar durata de viață a uleiului este de 2-3 ori.
Spre deosebire de combustibilii lichizi de ardere suficient de completă de metan are loc la excesul de aer ridicat, reducând astfel emisiile de oxizi de azot și produse de combustie incompletă. În tabel. 6 oferă o evaluare comparativă a emisiilor specifice de substanțe toxice generate de funcționarea unui motor de mașină cu o masă totală de 1,5 tone cu diferite tipuri de combustibil.
Observăm deficiențele manifestate în funcționarea autovehiculelor pe gazele naturale comprimate.
-Instalat pe cilindrii masivi de gaz masina creste masa si reduce capacitatea de transport.
-Rezerva de putere pentru o realimentare este relativ mică, este de aproximativ 250-300 km.
-La 7-8% crește complexitatea întreținerii și reparării mașinii. O reducere de până la 20% a puterii motorului, datorită căreia viteza maximă scade cu 5-6%, timpul de accelerație crește cu 24-30%, mașina nu depășește urmele abrupte. - De asemenea, este de remarcat faptul că este dificil să porniți motorul.
Gazul petrolier lichefiat cu 90-95% este un amestec de propan și butan cu un amestec de hidrocarburi mai grele. Conform puterii și caracteristicilor de mediu furnizate de motoare, gazul petrolier lichefiat este aproape de gazul natural comprimat. De la buteliile de gaze prevăzute cu gaz petrolier lichefiat (sub o presiune de aproximativ 1,6 MPa), gazul prin vaporizator este introdus în motor. Principalele dezavantaje ale acestui tip de combustibil sunt următoarele: procesul de evaporare oarecare degradează proprietățile de pornire, funcționarea motorului la temperaturi scăzute ale aerului necesită instalarea de încălzitoare speciale sau pornirea și încălzirea motorului utilizând benzină standard.
Alcoolii au o lungă tradiție de utilizare în motoarele cu combustie internă. În prezent, acestea sunt utilizate în principal ca combustibil pentru mașinile de curse, deoarece ele măresc puterea motorului reducând în același timp temperatura în camera de combustie. Datorită temperaturii scăzute a gazelor de eșapament, îndepărtarea intensă a căldurii de la cilindri și arderea mai completă, eficiența eficientă a motorului care lucrează la alcool este mai mare decât atunci când se lucrează la combustibil lichid. Folosind alcoolii, emisiile de produse de combustie incompletă a combustibililor sunt reduse, formarea de funingine este redusă și astfel crește puritatea părților motorului și a echipamentelor de combustibil. Cu toate acestea, în același timp, emisiile de aldehide cresc, este posibil să crească emisiile de oxizi de azot.
Din alcooli, metanolul și etanolul au fost folosiți în primul rând drept combustibil. Alcoolii mai mari pot servi drept aditivi stabilizatori. Metanolul și etanolul au aproape de două ori valoarea calorică comparativ cu combustibilii petrolieri, ceea ce înseamnă dublarea consumului lor pentru a asigura aceeași performanță a motorului. În plus, alcoolii sunt higroscopici, au proprietăți de lubrifiere slabe, sunt corozivi (datorită oxidării la acizii corespunzători), slabi combinați cu materiale structurale. Utilizarea directă a acestora necesită modificări ale designului motorului. De obicei, alcoolii inferiori sunt utilizați ca aditivi la combustibilul de bază pentru a-l înlocui parțial. Cu toate acestea, cantitatea admisă de alcooli adăugați este mică. Astfel, GOST R.51866 și Carta Mondială a combustibilului administrat după restricții cantitative privind adaosul de alcooli în benzine: metanol - 3% (vol.) Etanol - 5, alți alcooli - 7-10%. Introducerea alcoolilor în benzină face posibilă creșterea numărului de cifre octanice. Numerele cetanice ale alcoolilor, pe de altă parte, sunt foarte scăzute, iar dificultățile grave în utilizarea alcoolilor în motoarele diesel sunt legate de acest lucru. Cu toate acestea, problema utilizării alcoolului drept combustibil pentru motoarele diesel este de mare interes.
Metanolul este un combustibil foarte eficient pentru motoarele cu aprindere forțată datorită numărului ridicat de cifre octanice. Metanolul poate fi folosit ca combustibil independent și ca aditiv la benzină. În toate cazurile, utilizarea sa face posibilă reducerea toxicității gazelor de eșapament ale motorului. Datele privind emisiile toxice (g / ciclu) obținute în timpul testării unui vehicul Mercedes-Benz care rulează pe benzină și metanol în ciclul european sunt prezentate în continuare:
CO Hidrocarburi Oxizi de azot
Benzină 140 6.0 8.0
Metanol 32 5,5 0,7
Utilizarea metanolului 100% este limitată datorită toxicității ridicate și agresivității sale în ceea ce privește materialele structurale. Așa cum arată studiile de amestecuri de metanol și hidrocarburi combustibili, benzină poate fi administrat până la 5% metanol anhidru și amestecul a fost benzometanolnaya (BMS) rămâne omogen dacă lipsește umezeala. In benzometanolnoy amestec poate dizolva nu mai mult de 0,1% (greut.) De apă, la concentrații mari este amestec stratificat, faza de volum vodnometanolnoy depășește volumul de apă adăugată. Când se răcește, amestecul benzometanol devine mai întâi turbid, apoi se rupe. Prin urmare, există o temperatură minimă la care acest amestec poate fi utilizat drept combustibil. Pentru a preveni delaminarea în amestecurile de benzometanol, sunt introduși stabilizatori alcooli mai mari, de exemplu izobutil, care, totuși, ajută puțin.
Una dintre caracteristicile de metanol, limitarea aplicării acesteia, este abilitatea de a difuza cu ușurință prin intermediul unor polimeri, ceea ce necesită o selecție specială de materiale pentru combustibil.
Există două grupe de metode care asigură o înlocuire parțială și completă a combustibilului petrolier. Cu înlocuirea parțială, metanolul este amestecat cu combustibil într-o cantitate de 10-40%. Se pot folosi emulsii cu metanol-combustibil sau metanol sub formă de vapori se introduce în conducta de admisie. În ultimul caz, totuși, emisiile de CO și hidrocarburi cresc. Dar există un avantaj - problema stabilității metanolului, care apare atunci când se utilizează amestecuri metanol-combustibil, este eliminată. Cu toate acestea, datorită inflamabilității scăzute a vaporilor de metanol, este necesar să se injecteze până la 20% alchil nitrați sau să se echipeze motorul cu o bujie. Ca aditiv care mărește numărul de cetani ai metanolului, pot fi de asemenea utilizați esterii dimetil și dietil.
Pentru o pornire la rece, cu un conținut ridicat de metanol în amestecul combustibil sau temperaturi scăzute, utilizând încălzirea electrică sau a unui amestec combustibil-aer de recirculare parțială a gazelor de eșapament, produsele volatile aditiv combustibil și alte măsuri.
Adaosurile de metanol la benzină ca întreg contribuie la îmbunătățirea caracteristicilor toxice ale mașinii. De exemplu, în studiile efectuate pe un grup de 14 Deținut 5-120 mii. Km, aditivul metanol 10% emisiile de hidrocarburi modificate atât în sus cu 41%, și de a reduce cu 26%, în medie, a fost de creștere de 1% . Emisiile de CO și NOx în acest caz au scăzut, în medie, cu 38% și, respectiv, cu 8% pentru întregul grup de automobile.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că metanolul este considerat o sursă promițătoare de energie pentru celulele de combustie, oferind o "emisie zero" pentru autovehiculele care le utilizează. Se presupune că, în producția în masă de celule de combustie, costul energiei electrice generate va fi acceptabil pentru consumatorul în masă.
Etanolul ca aditiv la combustibili este mai eficient decât metanolul, deoarece este mai bine solubil în hidrocarburi și mai puțin higroscopic. Este cunoscut faptul că în Statele Unite se utilizează gaze (un amestec de benzină cu etanol 10-20%), precum și în Brazilia, care are o mare resursă de alcool produsă din trestie de zahăr. În general, etanolul prezintă un interes deosebit ca aditiv de combustibil în țări bogate în resurse ale plantelor, de exemplu în Ucraina. În Rusia, VNII NP împreună cu AvtoVAZ au testat benzină de tip AI-95 cu etanol 5-10%. Se arată că adăugarea de etanol 5% la benzină nu afectează performanțele motorului și nu necesită ajustarea preliminară a carburatorului. În ceea ce privește caracterul ecologic al acestui combustibil, se înregistrează o reducere semnificativă a emisiilor de CO și a unei cantități mici de hidrocarburi, emisiile de aldehide și de oxizi de azot cresc ușor. O creștere a concentrației de etanol în benzină la 10%, ceea ce duce la epuizarea amestecului benzo-aer, înrăutățește performanța mașinii în aproape toate modurile de funcționare. Stabilitatea în fază a amestecurilor de etanol este mai mare decât cea a combustibilului metanol, dar ele trebuie încă să fie stabilizate. Stabilizatorii cei mai eficienți sunt alcoolii alifatici C4-C5, uleiurile de fuziune, agenții tensioactivi oxietilat.
Eterii ca și combustibil au avantajul față de alcool că sunt mai bine solubili în combustibili, mai puțin higroscopici și mai puțin corozivi. Esterii sunt în mod tradițional adăugați la benzina pentru automobile. În ultimii ani, interesul pentru dimetoxietan, dimetil și dietileter ca și componente ale motorinei a devenit evident. În mare măsură, acest lucru se datorează bunei lor aprinderi în motor și, prin urmare, numerelor cetane ridicate.
Dimetileter poate fi injectat direct în camera de ardere a motorului sau utilizat ca aditiv pentru gaz lichid, metanol sau motorină etalon. Pentru funcționare injecție dimetil eter, care este un gaz, în condiții normale, sistemul de combustibil necesită speciale, deoarece esterul are proprietăți lubrifiante slabe, are viscozitate foarte scăzută, și la fel ca toate gazele ușor comprimat. Atunci când se utilizează dimetil eter ca aditiv la problema de injecție a combustibilului de bază este simplificată, iar în același timp, sunt rezolvate alte probleme. De exemplu, eterul dimetil crește numărul de cetani ai metanolului. Testele au arătat că, atunci când motorul este dimetil eter este, practic, nu ancrasării. Cu toate acestea, emisiile de oxizi de azot cresc, ceea ce necesită echipamentul motorului cu neutralizatori catalitic.
Eterul etilic este chiar mai convenabil de utilizat și eficient, deoarece este un lichid (deși scăzut de fierbere) și numărul său cetanice mai mare de 125 (conform unor rapoarte de până la 160). Adăugarea de eter dietilic 10% la motorină crește numărul său cetan cu o medie de 4 unități. ceea ce face posibilă abandonarea utilizării alchil nitraților toxici și explozivi.