Главная страница
Сведения об авторах

Эксплуатационные характеристики двигателей, работающих на биодизельном топливе

Семенов В. Г., ООО «НИИ альтернативных топлив», Харьков, Украина

Необходимость экономии энергоносителей, ужесточение норм выбросов вредных веществ и ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют искать альтернативные виды топлива, в частности, на основе растительных масел и животных жиров. Интенсивные работы по переводу дизельных двигателей на биодизельное топливо ведутся в странах и с ограниченными топливно-энергетическими ресурсами, и со значительными природными запасами жидких энергоносителей.

С химической точки зрения биодизельное топливо представляет собой смесь метиловых (этиловых) эфиров насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Его применение позволяет снизить выбросы вредных веществ с отработанными газами.

Согласно Киотскому протоколу, одна из главных причин возникновения парникового эффекта — увеличение выбросов диоксида углерода в атмосферу в связи с ростом потребления ископаемого органического топлива (нефти, газа, угля). В настоящее время ежегодный выброс СО₂ в атмосферу Земли, связанный с антропогенной деятельностью, достигает 25 млрд т. С 2008 по 2012 гг. каждая страна должна снизить выбросы СО₂ на 6 % по отношению к уровню 1990 г.

Рассмотрим проблему выбросов СО₂ на примере дизельных двигателей, которые в последнее время все больше вытесняют бензиновые в легковом автомобилестроении, занимают доминирующее положение в грузовой и сельскохозяйственной технике, на тепловозном и судовом транспорте. В табл. 1 приведены нормы СО₂ в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания, принятые в ЕС.

Таблица 1

Нормы СО₂ в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания в ЕС

Количество диоксида углерода в отработанных газах зависит от затрат топлива В_т (в л/100 км или г/100 км) и относительной доли углерода в составе топлива С (бензин — 0,855; дизельное топливо — 0,87; биодизельное топливо — 0,77) и определяется формулой

М_со2 = 3,67·В_т·С.

Низшая теплота сгорания дизельного топлива составляет 42,5 МДж/кг, а биодизельного — 37,5 МДж/кг (из-за наличия кислорода в молекуле метиловых эфиров). С 1 га пашни можно получить сырье для производства 1 т биодизельного топлива, при сгорании которого в атмосферу выделяется 2,8 т СО₂ (см. приведенную выше формулу). Образовавшийся диоксид углерода поглощается зеленой массой растущих маслосодержащих растений, при этом 1 га рапсового поля за сезон связывает до 20—22 т СО₂.

В качестве сырья для получения биодизельного топлива, помимо рапса (Европа) и сои (США, Аргентина), можно использовать отработанный фритюрный жир, отходы мясокомбинатов и птицефабрик, липиды микроводорослей, бактерии и грибы, содержащие в своих клетках углеводороды, быстрорастущую биомассу и др.

Рассмотрим влияние некоторых физико-химических показателей биодизельного топлива, определяемых национальным стандартом ДСТУ 6081:2009, на параметры дизеля, его экологические и эксплуатационные характеристики.

Биодизельное топливо имеет на 10 % большую плотность и в 1,5 раза большую кинематическую вязкость, чем дизельное топливо, что обусловливает некоторое увеличение дальнобойности топливного факела и диаметра капель распыленного топлива. В результате количество биодизельного топлива, попадающего на стенки камеры сгорания и гильзы цилиндра, может возрасти.

Поскольку коэффициент сжимаемости биодизельного топлива меньше, чем дизельного, действительный угол опережения впрыскивания топлива и максимальное давление увеличиваются.

Высокое цетановое число биодизельного топлива (> 51) способствует сокращению периода задержки воспламенения и менее «жесткой» работе дизеля.

Температура вспышки биодизельного топлива в закрытом тигле (120 °С) почти в 3 раза больше, чем дизельного, что обеспечивает высокую пожаробезопасность.

Молекула метилового эфира содержит 10 % кислорода. Наличие окислителя в молекуле топлива интенсифицирует процесс сгорания и повышает температуру в цилиндре дизеля, что, с одной стороны, увеличивает индикаторный и эффективный КПД двигателя, а с другой — приводит к некоторому росту количества NO_x в отработанных газах. Меньшее количество углерода (~77 %) и наличие кислорода в молекуле обусловливают уменьшение низшей теплоты сгорания биодизельного топлива по сравнению с дизельным.

Данные о снижении выбросов вредных компонентов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Снижение выбросов при использовании биодизельного топлива

                                                          * Твердые частицы.

Некоторое увеличение выбросов NO_x можно компенсировать следующими мерами:

—   уменьшением действительного угла опережения впрыскивания топлива;

—   рециркуляцией отработанных газов;

—   подачей воды на впуске.

При эксплуатации дизельных двигателей на биодизельном топливе необходимо обратить внимание на следующее.

Перед началом работы нужно промыть фильтр грубой и тонкой очистки топлива. Из-за повышенной агрессивности биодизельного топлива требуется замена топливных шлангов и прокладок на изделия, изготовленные из устойчивого к нему материала, а также тщательное удаление биодизельного топлива, попавшего на лакокрасочные покрытия. В некоторых случаях необходима более частая смена моторного масла из-за разжижения биодизельным топливом, попадающим в него. Возможно некоторое увеличение уровня шума и дымности при холодном пуске. При низких температурах требуется применение депрессорных присадок. Вследствие большой гигроскопичности биодизельного топлива необходимо контролировать содержание воды в нем, чтобы избежать развития микроорганизмов, образования перекисей и коррозии элементов топливной аппаратуры.