Диметиловый эфир как топливо реферат

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Глава 1. Биоэтанол как альтернативный источник энергии…………. 6

§ 1. Альтернативные источники энергии их классификация…………. 6

§ 2. Состав, строение и физико-химические свойства биоэтанола……. 9

§3. Сырье и технология производства биоэтанола………………………14

§4. Особенности и направления использования биоэтанола как АИЭ…23

Неважно, когда на Земле закончится нефть, - через пятьдесят, сто или двести лет. Ясно, что источник энергии исчерпаем в принципе и, следовательно, ему рано или поздно придётся искать альтернативу. В 60-х годах из-за доступности дешёвого жидкого и газообразного топлива доля альтернативных видов топлива в топливном балансе страны постоянно снижалась и составляла менее 2%, соответственно, резко сократился объём исследовательских и проектных работ.

Только к концу 80-х годов интерес к альтернативным источникам энергии (АИЭ) в России снова возрос. Изменившиеся в последние годы экономические условия и связанный с ними рост цен на традиционные виды топлива потребовали изменений в структуре баланса, прежде всего для удалённых территорий России. Требуется максимальное замещение привозного топлива местными топливно-сырьевыми ресурсами. В настоящее время решение проблемы энергетического использования местных топливных ресурсов стало одной и из неотложных задач социально-экономического развития и жизнеобеспечения многих регионов России.

Причины, способствующие переходу на АИЭ:

увеличение загрязнения окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы, которое приводит к глобальному изменению климата;

дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность поиска новых источников энергии;

численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы для строительства АЭС, ГРЭС и ТЭЦ, хорошо известен и вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряжённость.

Сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий, их использование неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.

Согласно прогнозам, газ, который имеется на территории бывшего СССР, по самым оптимистическим прогнозам хватит на 70 лет. Нефть в Саудовской Аравии закончится лет через 35. Эти цифры должны заставить задуматься всех. Это ведь не так и много. А что потом? Что делать дальше, особенно если на тот момент не будет альтернативных вариантов?

Собственно альтернативные источники энергии уже и сейчас не только имеются, но и успешно используются для блага людей. Швеция, например, к 2020 году полностью планирует отказаться от органических источников топлива и перейти на энергию из возобновляемых источников. Исландия где-то к 2050 году. Бразилия активно использует сахарный тростник и через 5 лет планируется 80% транспорта перевести на этанол, который из тростника и добывается. Великобритания использует энергию ветра и волн, и к 2012 году 10% энергии страны будут из возобновляемых источников, ведь энергии ветра и волн гарантированно хватит намного дольше, чем органических источников энергии. В планах у США развитие атомной энергетики. Испания и Германия являются лидерами по Европе по использованию ветроэнергетики, ее прирост каждый год составляет 25%.

Как видим, Европа и не только она, доказала, что использовать альтернативные источники энергии не только необходимо, но и выгодно. Их нужно развивать, за ними будущее.

Цель: изучить альтернативный источник энергии – биоэтанол.

Задачи:
1. Изучить химический состав биоэтанола;

2. Перечислить основное сырье для производства биоэтанола;

3. Рассмотреть основные этапы и технологию производства биоэтанола;

4. Перечислить особенности и направления использования биоэтанола как АИЭ;

6. Выразить мнение о перспективе данного источника энергии в будущем.

Актуальность темы определяется растущим значением альтернативных источников энергии в энергетике разных стран, в том числе и России.

Альтернативные источники энергии их классификация

В последнее время в мире все чаще стали задумываться о реальной замене невозобнавляемых энергоисточников, таких как: газ, нефть и уголь на возобновляемые.

В Европе разработки по альтернативным видам топлива продвигаются достаточно активно. Голландцы уже сейчас предлагают предварительный план по дополнительным инвестициям в опытные разработки. Во-первых, порт Роттердам может служить пунктом для экспорта альтернативных энергоносителей, во-вторых, исследовательские центры по биотопливу и производственные мощности могут также располагаться в Голландии, что сыграет только на пользу экономики этой страны.

В данный момент несколько серьезных компаний вовлечены в разработки видов топлива будущего: Nedalco BV занимается исследованием и разработкой целлюлозного этанола и уже рассматривает возможность строительства завода по этанолу, компания Biofuels BV развивает технологию HTU дизеля. Кроме того, известная англо-голландская компания Royal Dutch Shell проводит исследования по биотопливу второго поколения [5].

Подогревают спрос на биоэтанол и страны ЕС. В конце прошлого года министр промышленности Франции Франсуа Лоос предложил Европейскому союзу активно использовать биотопливо. На конец 2005 года на долю биогорючего приходилось около 2% от всего продаваемого в странах ЕС бензина и дизельного топлива. Лоос добивается, чтобы эта доля к 2010 году была доведена до 6%. Если для бензиновых двигателей используется этанол, то для дизельных двухтактных двигателей идет растительное масло (в Европе, к примеру, отдают предпочтение рапсовому маслу). В продаваемых сегодня на европейских автозаправках смесях, обозначаемых как "био", доля спирта или масла составляет примерно 5%. Например, для поощрения автолюбителей, использующих растительное топливо, в Голландии масло для заправки не облагается налогом, и цена за литр составляет 0,70 евро (1,5 евро за литр дизельного топлива). Правда, пока в Голландии биоавтомобилей насчитывается меньше 1% - около 10 тыс. машин.

Так что же такое альтернативные источники энергии?

Альтернативные источники энергии (АИЭ) – способ, устройство или сооружение, позволяющее как АИЭ получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле.

Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса , кукурузы , сои .

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол , метанол , биодизель ), твёрдое биотопливо ( дрова , солома ) и газообразное ( биогаз , водород ) [4].

Классификация альтернативных источников энергии

Тип источника

Преобразует энергию

Движение воздушных масс

Электромагнитное излучение Солнца

Движение воды в реках или морях

Теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, биоэтанола)

Растущий интерес к альтернативным видам топлива для легковых и грузовых автомобилей обусловлен тремя существенными соображениями: альтернативные виды топлива, как правило, дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление; большинство альтернативных видов топлива производится из неисчерпаемых запасов; использование альтернативных видов топлива позволяет любому государству повысить энергетическую независимость и безопасность. Закон об энергетической политике США от 1992 г. определяет восемь альтернативных видов топлива, в которые входит непосредственно биоэтанол (смесь, содержащая 85 % этанола и 15% из бензина) [10].

Состав, строение и физико-химические свойства биоэтанола

Биоэтанол является альтернативным видом жидкого осветленного топлива для бензиновых двигателей.

Биоэтанол - обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива.

Молекулярная формула: С ₂ Н ₅ ОН

Электронная формула: Пространственное строение этанола:

Структурная формула:

Согласно Киотскому соглашению, Европейский Союз поставил цель увеличить долю биотоплива в автомобильном топливе с 2% в 2005 г. до 5,75% в 2010 г. и планирует повышать эту долю по мере развития рынка. Бензиновые смеси, содержащие до 5% этанола, уже продаются в ряде стран Европы и не влияют на стандартные гарантии производителей автомобилей [10].

Физические свойства этанола:

Молекулярная химическая формула - С ₂ Н ₅ ОН, М (С ₂ Н ₅ ОН) = 46,069 г/моль; бесцветная легкоподвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом; Тпл. -114,15°С, Ткип. 78,39°С, не токсична;

Смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином и др. Горит бледно-голубым пламенем, выделяя большое количество энергии.

Одним из перспективных видов альтернативного топлива является диметилэфир (ДМЭ). Он представляет собой газ, который при давлении в 5 бар переходит в жидкое состояние. Характеристики ДМЭ схожи с характеристиками сжиженного нефтяного газа, однако его теплосодержание ниже. По сравнению с обычными видами топлива ДМЭ также имеет более низкую теплотворную способность, но он не содержит серы. В промышленности диметилэфир получают из природного газа, угля или биомассы.

Первые опыты по применению ДМЭ в качестве топлива для грузовых автомобилей начались еще в начале 90-х годов. Исследования показали значительное снижение вредных выбросов по сравнению с дизтопливом, однако ввиду дешевизны нефти на тот момент применение ДМЭ было признано нецелесообразным. В начале ХХI века исследования и разработки были продолжены. Наиболее активно и результативно эта работа проводилась в США и Швеции.

Преимущества диметилэфира

Хранение ДМЭ гораздо проще, чем сжатого природного газа (метана) и сжиженного нефтяного газа (пропана). Метан, как известно, требует для хранения резервуары высокого давления и криогенные температуры, а пропан – емкости, изготовленные из двух слоев нержавеющей стали. Диметилэфир же можно безопасно держать в обычных стальных емкостях длительное время. Баки для заправки ДМЭ гораздо легче, что снижает общий вес автомобиля.

Подача диметилэфира в цилиндры производится в жидком состоянии и требует гораздо меньшего давления впрыска в системе питания. Так как при сгорании ДМЭ не образуется серы, отпадает необходимость в сажевом фильтре – одном из самых дорогостоящих элементов очистки выхлопных газов современных дизелей. А из-за отсутствия сажевого фильтра ненужной становится и система регенерации. Также безболезненно можно удалить систему рециркуляции выхлопных газов (EGR). Впечатляющая экономия и снижение общего веса! Стандартный дизельный двигатель для работы на ДМЭ требует только переделки системы питания.

Перспективы диметилэфира

В настоящее время шведская Volvo сотрудничает с американской компанией Oberon по тестированию тяжелых грузовиков, работающих на ДМЭ. Volvo подготовила автомобили, а Oberon разработала технологию получения диметилэфира. Целью сотрудничества является запуск в серийное производство к 2015 году тяжелых коммерческих грузовиков, работающих на ДМЭ, и создание для этого соответствующей топливной инфраструктуры.

Базовым двигателем для испытаний Volvo выбрала серийный 13-литровый D13, агрегатированный с автоматизированной КПП I-Shift. Изменению подверглась система впрыска, из-за меньшей энергоэффективности ДМЭ. По этой же причине необходим топливный бак увеличенной емкости. Вместо турбокомпрессора с изменяемой геометрией установлен обычный. Хотя опытный образец грузовика оборудован системой SCR для уменьшения выбросов окислов азота, исследователи считают, что в окончательном варианте необходимость в нем отпадет. Мощность двигателя составляет 425 л.с., а крутящий момент 2373 Нм. В ходе испытаний планируется довести мощность до 500 л.с.

Компания Oberon разработала модульную, смонтированную на салазках, конструкцию для производства ДМЭ. Мелкомасштабный вариант выбран сознательно, чтобы удовлетворять потребности силами местных производителей, а не создавать общенациональную инфраструктуру. Весь производственный процесс состоит из трех стадий: получение синтезированного газа, его преобразование в метанол и каталитическая дегидратация метанола в диметилэфир. Основным сырьем для производства ДМЭ должно стать возобновляемое сырье: животные, пищевые и сельскохозяйственные отходы. Это предотвращает выбросы метана в атмосферу и позволяет утилизировать отходы в сгорающее без вредных выбросов топливо.

Сегодня злободневность проблем экологии определяется не только заботой о здоровье человечества, которое стало жертвой собственного прогресса, но и чисто экономическими потерями, непомерно дорого обходящимися как налогоплательщикам, так и природе.

В некоторых российских мегаполисах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Екатеринбург, загрязнение воздушного бассейна достигло критического уровня и стало главной причиной высокой заболеваемости, низкой продолжительности жизни и деградации окружающей природы. Не случайно проблема загрязнения атмосферы приобрела серьезную социальную и политическую окраску. Не лишним будет добавить, что прямой ущерб от работы автотранспортного комплекса России составляет свыше 4 млрд. USD в год, или около 2% валового национального продукта государства. Факты, как видим, совсем нерадостные.

Такая ситуация требует адекватных мер, и одна из наиболее действенных – применение альтернативных экологически более чистых видов моторного топлива и источников энергии, гибридных силовых установок автомобилей и автобусов. Это наиболее эффективный путь снизить негативное влияние автомобиля на экологию окружающей среды. Активно работают в этом направлении сегодня во многих развитых странах. Ведущие мировые автомобильные концерны инвестируют миллиарды в развитие транспорта и технологий альтернативного моторного топлива и источников энергии.

Вообще топливо для автотранспорта можно рассматривать как альтернативное при выполнении нескольких условий. Первое – это наличие и доступность сырьевых ресурсов, в будущем предпочтение будет отдаваться топливу, вырабатываемому из возобновляемых источников энергии. Второе – технология и оборудование для производства топлива в коммерческих объемах должны обеспечивать максимально низкую его стоимость, в том числе в процессе транспортировки, хранения и распределения. Третье. Топливо должно обеспечить автомобилю высокие потребительские качества, в частности, речь идет о мощностных и экономических параметрах двигателя. Четвертое – топливо должно быть экологически безопасным при производстве, транспортировке, хранении, заправке и при сжигании в двигателях.

В России наиболее предпочтительным представляется частичное замещение традиционных видов моторного топлива синтетическими жидкими углеводородами, получаемыми из природного газа, в силу низкой себестоимости и практической неограниченности их ресурсов в стране.

Из числа видов перспективного топлива для двигателей внутреннего сгорания особого внимания заслуживает химически инертный диметиловый эфир CH₃-O-CH₃ (ДМЭ), который удовлетворяет перечисленным требованиям. В настоящее время это единственное синтетическое топливо, которое обеспечит полную замену традиционного дизельного. Интерес к диметиловому эфиру объясняется и тем, что в последние годы отечественная химическая промышленность разработала новые технологии его получения из метана. Достижения московских нефтехимических научно-исследовательских институтов и предприятий позволяют впервые в стране приступить к целенаправленным работам по практическому внедрению диметилового эфира в качестве альтернативы дизельному топливу и начать эксплуатацию дизельного автотранспорта на этом экологически чистом виде топлива. Для заправки транспортных средств может применяться автогазозаправочное оборудование и газозаправочные комплексы, используемые для заправки автомобилей пропан-бутаном.

ДМЭ известен достаточно давно, но раньше его применяли лишь в парфюмерии для создания давления в баллонах с лаками и дезодорантами. Там он заменил вредные газы – фреоны, бутан и пропан. Использовался диметиловый эфир также как хладагент и растворитель. В последнее десятилетие XX века австрийские, датские и американские исследователи предложили использовать ДМЭ в качестве альтернативы дизельному топливу. Сегодня общественный транспорт Швеции и Дании полностью переведен на ДМЭ. Аналогичные мероприятия в сфере грузового автотранспорта проводит Япония. Согласно прогнозам аналитиков, через 15. 20 лет весь тяжелый и среднетоннажный автотранспорт в мире полностью переведут на ДМЭ.

Диметиловый эфир производится из природного газа, угля или биотоплива. Это производная метанола, которая получается в процессе преобразования газа в жидкое состояние. Сегодня в мире потребление диметилового эфира составляет около 150 тыс. т в год. Существует два типа ДМЭ: высший сорт – содержание диметилового эфира не менее 99,5%, используется в парфюмерии, а в качестве моторного топлива применяется низший сорт – содержание ДМЭ на уровне 95%.

Немаловажно и то, что по физическим свойствам ДМЭ подобен пропан-бутановым газам, нашедшим широкое применение в качестве альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания. В частности, ДМЭ имеет близкие значения параметров насыщения: температура перехода в жидкую фазу минус 25°C (у пропана – минус 50°C), давление насыщенных паров 5,1 кгс/см 2 (у пропана – 8 кгс/см 2 ) при температуре 20°С. Как пропан и бутан, ДМЭ следует хранить в сжиженном состоянии в газовом баллоне под давлением. Технология работы со сжиженными газами достаточно хорошо отработана, поэтому упомянутое свойство диметилового эфира не является препятствием для его практического применения.

Результаты испытаний дизелей, работающих на диметиловом эфире, показали реальную возможность значительно снизить уровень вредных выбросов отработавших газов. Так, в 3. 4 раза отмечено снижение окислов азота NO_х при практически бездымной работе двигателя на всех режимах. Кроме того, при работе на ДМЭ выявлено сохранение, а на некоторых режимах и улучшение до 5% экономичности дизеля, повышение его эффективного к.п.д. по сравнению с работой на дизельном топливе.

Основным недостатком ДМЭ является малая кинематическая вязкость (на порядок меньше, чем дизельного топлива), в результате чего затрудняется герметизация подвижных узлов уплотнения топливной аппаратуры, а также повышается склонность к задирам прецизионных трущихся пар. По сравнению со сжиженным природным газом теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью. Для снижения выбросов СО и СН необходимо предусмотреть дополнительные меры конструкционного характера.

Адаптация обычных дизелей для работы на диметиловом эфире заключается в модернизации существующей топливоподающей аппаратуры. Поскольку плотность ДМЭ на 20%, а удельная массовая теплотворность на 32% ниже, чем дизельного топлива, для сохранения энергоемкости объемная подача ДМЭ в цилиндры двигателя должна быть значительно большей (объемная теплотворная способность ДМЭ составляет 18,2 МДж/л). Для устранения склонности к задирам прецизионных трущихся пар в конструкции топливоподающей аппаратуры принимаются специальные меры, например, подвод к плунжерным парам масла под давлением с целью их уплотнения, а также подмешивание к ДМЭ специальной противозадирной присадки. По зарубежным данным, этот компонент способствует увеличению кинематической вязкости ДМЭ до уровня дизельного топлива.

Поскольку при течении по тракту топливной аппаратуры значение локальной скорости может возрастать до 100 м/с (например, при истечении топлива отсечки из плунжерных пар топливного насоса), из-за снижения локального статического давления в потоке может происходить вскипание ДМЭ, образование паровых пробок и запирание топливной аппаратуры. Поэтому давление на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) должно быть повышено. Наряду с этим вводятся элементы безопасности, топливные баки заменяют баллонами низкого давления, по конструкции аналогичными тем, что применяют на автомобилях, работающих на сжиженном нефтяном газе, или устанавливают дополнительные баллоны с диметиловым эфиром.

Сегодня, пожалуй, только ленивый не говорит о проблемах экологии. Актуальность данной темы определяется не только заботой о здоровье человечества, которое стало жертвой собственных технических деяний, но и экономическими потерями, которые дорого обходятся как налогоплательщикам, так и природе.

Тревоги и заботы экологов

Основной причиной ухудшающейся с каждым годом экологической ситуации в нашей стране, особенно в городах, – непрерывный рост численности автомобильного парка. В России насчитывается свыше 30 млн. автомобилей, из которых на долю грузовиков и автобусов приходится около 5,5…6 млн. единиц. Их функционирование вызывает загрязнение воздуха до 95%, почти половину издаваемого шума и вредное воздействие на климат – около 70%. Ежегодно на россиян обрушивается свыше 12,5 млн. т токсичных веществ, изрыгаемых выхлопными трубами автомобилей. Экологи не зря бьют тревогу. В выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками доля автотранспорта достигает в среднем 43%, парниковых газов – порядка 10%, в массе промышленных отходов – 2%, в сбросах вредных веществ со сточными водами – около 3%, в потреблении озоноразрушающих веществ – около 5%. Наконец, доля автотранспорта в шумовом воздействии на население городов составляет 85…95%. В некоторых российских мегаполисах загрязнение воздушного бассейна достигло критического уровня и является основной причиной высокой заболеваемости, низкой продолжительности жизни и деградации окружающей природы. Не случайно проблема загрязнения атмосферы приобрела серьезную социальную и политическую окраску. Прямой ежегодный ущерб от работы автотранспортного комплекса России составляет свыше $4 млрд. или около 2% валового национального продукта государства. Факты неутешительные.

Игра стоит свеч

Сложившаяся ситуация диктует принять адекватные меры. Одной из наиболее действенных является использование альтернативных экологически более чистых видов моторного топлива. Они рассматриваются как один из основных путей снижения негативного влияния автомобиля на окружающую среду. Из перспективных альтернативных топлив для двигателей внутреннего сгорания заслуживает внимания диметиловый эфир. В настоящее время это единственное синтетическое топливо, обеспечивающее полную замену традиционному дизельному топливу. Интерес к диметиловому эфиру (ДМЭ) объясняется и тем, что в последние годы отечественной химической промышленностью разработаны новые технологии его получения из метана.

Проведенные исследования доказывают, что применение диметилового эфира в качестве моторного топлива для дизелей является основанием для оптимистичных прогнозов. У ДМЭ есть преимущества перед дизельным и альтернативными топливами. К его достоинствам относятся пониженная склонность к сажеобразованию при горении; практически полное отсутствие дымности отработавших газов; хорошая самовоспламеняемость в дизеле (цетановое число ЦЧ = 55…60 по сравнению с ЦЧ = 45…50 – для дизельного топлива).

Результаты моторных испытаний дизелей, работающих на диметиловом эфире, показали значительное уменьшение уровня вредных выбросов отработавших газов. Так, в 3…4 раза отмечено снижение окислов азота при бездымной работе двигателя на всех режимах. При работе на ДМЭ выявлено сохранение, а на некоторых режимах и улучшение до 5% экономичности дизеля, повышение его эффективного КПД по сравнению с работой на дизельном топливе.

Чтобы адаптировать обычные дизели для работы на диметиловом эфире, необходимо модернизировать существующую топливоподающую аппаратуру, направленную на увеличение объемной подачи топлива; принять меры, исключающие появление газообразной фазы в топливных магистралях и насосах; ввести элементы безопасности, заменить топливные баки на баллоны низкого давления, по конструкции аналогичные баллонам на автомобилях, работающих на сжиженном нефтяном газе.

К недостаткам ДМЭ можно отнести пониженную теплоту сгорания единицы объема топлива и меньшую вязкость по сравнению с дизельным топливом. Последнее обстоятельство требует доводки топливоподающей аппаратуры для обеспечения ее противозадирных качеств и повышения долговечности.

От слов к делу

Отправной точкой в работе стал выбор принципиальной схемы системы питания 109-сильного дизеля Минского моторного завода Д-245.9C, приспособленного для функционирования на диметиловом эфире. Последний хранится в баллоне, который оснащен наполнительной и контрольно-предохранительной арматурой, по конструкции аналогичной применяемой в автомобильных баллонах для сжиженного нефтяного газа, и погружным электрическим насосом. Из баллона ДМЭ под давлением насыщенных паров в жидкой фазе поступает на вход топливоподкачивающего насоса с электроприводом. По манометру, находящемуся перед топливным насосом высокого давления (ТНВД), контролируется давление жидкого ДМЭ, которое должно быть выше давления насыщенных паров на некоторую величину, зависящую не только от подачи топлива в цилиндры дизеля, но и от расхода топлива, прокачиваемого через полости низкого давления ТНВД. Расход прокачиваемого топлива регулируется перепускным клапаном. Одна часть топлива с помощью топливопровода и форсунки подается в цилиндр дизеля, а другая (прежде чем попасть в баллон) – проходит через полости низкого давления ТНВД, перепускной и электромагнитный клапаны и фильтр.

В систему питания ДМЭ входят газовый баллон со вспомогательным оборудованием, включающим заправочный блок с вентильным (вентильными) устройством (устройствами); указатель уровня; механизм автоматического ограничения наполнения баллона до 80% его емкости; предохранительный (пожарный) клапан; рабочий, обратный и скоростной клапаны; система вентиляции, выполненная в виде газонепроницаемого кожуха. К этому надо прибавить заправочное устройство со встроенным клапаном; магистральный запорный клапан; газопроводы и шланги; подкачивающие насосы среднего давления; топливный насос высокого давления; топливные форсунки.

При разработке системы питания, работающей на диметилэфире, учитывался целый ряд обстоятельств. Во-первых, ДМЭ необходимо впрыскивать в цилиндры дизеля в жидком виде, для чего требуется поддерживать в системе избыточное давление, превышающее давление насыщенных паров в самой нагретой зоне подкапотного пространства на величину не менее 0,5 МПа. Во-вторых, объемная величина цикловой подачи диметилэфира должна быть увеличена не менее чем в 1,6 раза из-за меньших энергосодержания и плотности по сравнению с дизельным топливом. В-третьих, из-за низкой вязкости ДМЭ (0,25 сСт) по сравнению с соляркой (2,5 сСт) и плохих смазочных свойств необходимо введение в топливо специальных противозадирных присадок. В-четвертых, поскольку ДМЭ обладает высокой коррозионной агрессивностью к некоторым материалам и покрытиям, необходимо заменить их другими, более стойкими.

Проверка на дорогах

Поверки на дорогах предоставили разработчикам богатый исследовательский материал. В ходе испытаний был отмечен ряд дефектов: нестабильная работа двигателя при изменении его температурного режима; нарушение герметичности газовых трубопроводов; заклинивание подкачивающего насоса; жесткий пуск дизеля; его нестабильная работа при резком изменении нагрузки; выход из строя ряда резинотехнических изделий и датчика давления.

Все отказы и дефекты тщательно анализировались, проводились дополнительные испытания и доводочные работы на безмоторных и моторных стендах. По результатам выполненных работ корректировалась конструкторская документация и изготовлялись измененные элементы и детали системы питания.

Чтобы обеспечить надежную работу топливного насоса высокого давления на диметиловом эфире в его конструкцию пришлось внести некоторые изменения. Для устранения заклинивания плунжерных пар изза ухудшения смазывающих свойств ДМЭ подобрали комплект плунжерных пар с уменьшенной гидроплотностью. Для отвода просачивающегося из надплунжерной полости диметилэфира в картер насоса на боковой поверхности плунжеров выполнили кольцевую канавку, соединенную с дополнительно просверленным каналом во втулке плунжера. Чтобы повысить объемную подачу ДМЭ увеличили ход рейки топливного насоса в рабочем диапазоне нагрузочных режимов. Установленное для этих работ давление начала впрыска, равное 18 МПа, уменьшили до 12 МПа. Помимо этого вдвое снизили величину разгрузочного объема нагнетательных клапанов в ТНВД за счет изменения конструктивных параметров клапана (уменьшена высота разгрузочного пояска).

Эффективность внедренных мероприятий нашла свое подтверждение экспериментально при проведении дорожных испытаний упомянутой партии грузовиков. Достижением проекта стало то обстоятельство, что использование диметилового эфира в качестве моторного топлива позволяет без дорогостоящих электронноуправляемых систем впрыска достаточно легко выполнить требования экологических норм Euro 3. Экономические показатели оказались несколько лучше, чем у грузовиков, оснащенных дизельными двигателями.

Читайте также: