Какие присадки в двс реально помогают: Стоит ли лить присадки в двигатель

Содержание

Стоит ли лить присадки в двигатель

Как известно, на рынке ГСМ и автохимии за последние несколько лет появилось огромное количество защитных, моющих, антифрикционных, восстановительных и других присадок в моторное масло. В продаже можно встретить добавки с керамикой, молибденовые присадки, различные составы с нанокомпонентами и т.п.

Как правило, главной задачей подобных решений является защита двигателя от трения путем создания на поверхности нагруженных деталей особого слоя. Также производители обещают улучшение свойств базового масла.

Естественно, среди автолюбителей постоянно идут споры о том, помогают ли присадки для двигателя, стоит ли заливать присадки в двигатель, особенно если машина новая, как подобные составы могут улучшить работу изношенного мотора и т.д. В этой статье мы попытаемся ответить на эти частые вопросы.

Содержание статьи

Присадки в двигатель: польза или вред

Итак, главный интерес обычно представляют так называемые защитные антифрикционные составы.

Как обещают производители, при условии их регулярного использования ресурс мотора значительно увеличивается.  Более того, если смазка по какой-либо причине вытечет, двигатель даже сможет работать определенное время без масла, при этом его узлы и детали не пострадают благодаря надежной защите.

Еще одной не менее популярной группой среди всевозможных составов являются восстановительные присадки. По заверениям изготовителей, эти решения позволят старому двигателю вернуть нормальную работоспособность, избавиться от повышенного расхода масла и топлива, поднять компрессию, увеличить давление масла, минимизировать стуки и шумы. Другими словами, для владельца машины с изношенным мотором такие присадки позиционируются в виде доступной альтернативы ремонту.

Как видно, такие рекламные предложения весьма заманчивы. Одни водители начинают лить присадку в исправный мотор для его защиты, другие пытаются продлить срок службы и улучшить работу старого двигателя. А теперь перейдем к практической эксплуатации.

После использования таких составов водители обычно делятся на три группы:

  1. Одни владельцы отмечают улучшения.
  2. Другие не видят никакой разницы после использования составов.
  3. К третьей группе относятся те водители, у которых после использования присадки в двигатель последствия проявились в виде ухудшения работы ДВС или выходе из строя силового агрегата.

Давайте разбираться. Прежде всего, для фактического подтверждения или опровержения тех или иных результатов необходимо проводить целый ряд специальных лабораторных тестов. Только после этого можно давать однозначную оценку. В остальных случаях необходимо делать поправку на огромное количество условий и индивидуальных факторов.

Естественно, простые водители тесты в лаборатории провести не могут. Однако на практике опытным путем было установлено, что хотя присадки, как правило, не способны быстро и сильно навредить двигателю, польза от их использования или вообще отсутствует, или же минимальна. С учетом не самой низкой стоимости самих добавок также  можно сделать определенные выводы.

Что касается явного вреда для мотора, некоторые жалобы от владельцев после использования присадок в масло также поступают. Зачастую отмечено, что внутренности двигателя покрываются вязким слоем, забиваются каналы, после чего агрегат нужно разбирать и тщательно промывать.

Также известны случаи, когда присадка вступала в реакцию с моторным маслом, что приводило к заметному изменению цвета смазки. Это говорит о протекании неизвестных химических процессов в двигателе.

Еще иногда встречается информация о том, что после разбора двигателя, в котором долгое время использовались защитные антифрикционные добавки, на деталях обнаруживался характерный твердый слой. Проблема заключается в том, что удалить такой слой для восстановления (реставрации) элемента трудно, в результате чего во время ремонта двигателя приходится сразу менять деталь.

Проверка присадок в двигатель на практике

С учетом сложившейся ситуации вокруг присадок, несколько автомобильных клубов, автоизданий, а также отдельные энтузиасты не раз проводили различные практические тесты и опыты.

Вполне очевидно, что наиболее достоверными можно считать результаты, которые были получены  при одновременной проверке сразу нескольких автомобилей, причем на специальных стендах.

Дело в том, что такой подход позволяет исключить влияние наружных температур, стиля вождения, режимов езды и т.д. Именно такой тест  в разное время провели эксперты журнала «За рулем», немецкий автоклуб ADAC и другие.

В первом источнике отдельно отмечено только положительное влияние присадок на мотор (увеличение компрессии, снижение износа и т.д.). Единственное, в сравнительном тесте составов практически везде в тройке лидеров фигурирует хорошо известный на отечественном рынке «Супротек».

С учетом того, что данный бренд на территории СНГ постоянно ведет активную рекламную компанию, привлекает к сотрудничеству известных автоблоггеров, обозревателей, специалистов и экспертов, можно несколько усомниться в результатах теста и полной достоверности приведенной информации.

Рекомендуем также прочитать статью о молибденовых присадках в двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особеностях, а также плюсах и минусах данных составов при использовании в ДВС.

А вот немцы из клуба ADAC акцентируют внимание на том, что их тесты выявили фактическую бесполезность использования защитных и других составов в масло. Не было заметно как улучшений, так и ухудшений на всех трех тестовых автомобилях.

Если учесть, что для получения стойкого результата производитель отдельно рекомендует использовать присадку постоянно, со временем такая практика приведет к существенным финансовым расходам, причем без явного результата.

Также стоит отметить мнение отдельных экспертов, что улучшение работы мотора после использования добавок во многих случаях можно сравнить с эффектом плацебо. Другими словами, водители начинают использовать присадку, при этом также чаще меняют масло и фильтры.

В результате агрегат начинает лучше и тише работать по очевидным причинам. Еще заслуживает внимания тот факт, что как в Европе, так и в СНГ подавляющее большинство подобных средств не проходили официальных испытаний.

Что в итоге

Итак, с учетом приведенной выше информации становится понятно следующее:

  • польза от присадок возможна, однако она минимальна. Более того, с учетом стоимости продуктов, такое улучшение можно считать сомнительным.
  • как правило, восстановить работоспособность изношенного двигателя на долгое время присадками попросту невозможно. Другими словами, если положительный эффект и проявится, все равно это всего лишь кратковременная отсрочка до капремонта.
  • что касается новых двигателей, сами автопроизводители не рекомендуют использовать подобные присадки. Еще нужно учесть, что если будет установлен и доказан факт их использования, производитель откажет в ремонте машины по гарантии.

Как видно, регулярное проведение ТО, профилактические процедуры, использование качественного масла и топлива, а также грамотная эксплуатация ТС позволят максимально продлить срок службы двигателя до капремонта.

Если водитель стремится любым способом сократить расход горючего, увеличить мощность и сохранить ресурс ДВС, при этом сомневается, стоит ли лить присадки в двигатель, тогда вместо добавок лучше своевременно менять масло и фильтры, а также свечи зажигания и другие расходники.

Параллельно нужно следить за давлением в шинах, избегать торможения двигателем, не практиковать агрессивную езду и т.д. Именно такой подход станет залогом долгой жизни ТС и мотора без всяких дополнительных вложений.

Читайте также

Что такое присадки для двигателя и чем опасно их применение ? / Блог АвтоТО — Обслуживание автомобиля

Запись опубликована 12.10.2010 автором dimalgor.

Многие автовладельцы  заливают  присадки в двигатель своего автомобиля и живут в ожидании чуда.

Оно чаще всего наступает, а иногда вместо него наступает «чудесная» смерть самого силового агрегата.

Так все-таки насколько эффективны присадки к маслам и бензину? И чего ждать от их использования? И какой ценой достигается увеличение мощности, модификация трения, кондиционирование метала и прочий перформанс?

Но для начала вспомним, какие типы автомобильных препаратов доступны сейчас на автомобильном рынке?

А их существует несколько групп.

Первая – это присадки, вливать которые нужно в бензин. А именно:

  • присадки для очистки топливной системы и особые присадки для очистки поршневых колец, впускных клапанов и камеры сгорания;
  • присадки, которые способны удалять из бака воду. Появляется она там из-за конденсации паров, а может и попасть с некачественным бензином;
  • присадки, которые служат для улучшения качества бензина, в частности повышают его октановое число.

Присадки добавляют и в моторное масло.

Среди такого рода препаратов принято выделять:

  • присадки для новых двигателей; действие таких препаратов направлено на улучшение притирания новых узлов двигателя;
  • для загрязненных двигателей используют присадки, которые помогают удалять смолистые отложения внутри моторов;
  • для того чтобы увеличить производительность, существуют особые препараты, уменьшающие силы трения частей двигателя;
  • есть также и присадки для изношенных двигателей. Действие таких препаратов направлено на восстановление слоя металла/керамики, который изнашивается в ходе трения парных деталей двигателя.

Что может случиться плохого?

Так как плохое запоминается крепче, с него и начнем. Тем более задача тут стоит благородная: напомнить Вам о том, что может случиться с святая святых Вашего авто, с его силовой установкой, в случае, когда Вы решили использовать автомобильную присадку.

Так как препараты такого рода действуют на показатели работы двигателя, то куда более логично будет провести диагностику железного «сердца» Вашего автомобиля.

И лучше всего делать это в автосервисе. Данная процедура не всегда оказывается трудоемкой, тем более, когда уже в ходе визуального осмотра авто, мастер понимает, что неисправно, а какая система износилась или находится в аварийном состоянии. Хороший механик – он же, как хороший врач и про болезнь расскажет и как лечить посоветует.

Но прежде подумайте сами, а стоит ли эта присадка тех денег, которые Вы на нее потратите? И платите ли Вы в этом случае именно за те чудодейственные свойства, которые она обещает? Если, да и с помощью автомобильных препаратов можно лечить даже самые сложные неполадки в работе двигателей, то почему до сих пор существуют автосервисы, где устранением неисправностей занимаются специалисты? Такой же вопрос можно задать относительно автопроизводителей, которые с подозрением относятся к такого рода добавкам, а предпочитают совершенствовать работу узлов двигательных установок.

Относительно плохое, что может случиться с двигателем, если в бензин или в моторное масло бесконтрольно добавлять различные автомобильные присадки, работа силовой установки несильно повысит свои показатели. Самое плохое, чего в итоге можно добиться такими апгрейдами – двигатель просто откажется работать. В этом случае внутри самого агрегата образуется плотный слой вещества, оседая на стенках двигателя, оно препятствует нормальной его работе. Лечится такое в зависимости от степени загрязнения или промывкой мотора или заменой его составных частей.

Даже, если положительный эффект после применения какого–либо рода присадки, налицо, то стоит задуматься, за счет чего был повышен ресурс работы двигателя. И не произойдет ли потом резкое ухудшение его работы?

Произойдет, особенно если лить бесконтрольно, много и не учитывать при этом особенности силовой установки конкретного автомобиля.

Не дайте промыть себе мозги

Специалисты автосервисов, те которым приходится работать над устранением последствий от излишнего увлечения владельца автоприсадками, в один голос говорят, что «Лить не надо!». Действительно, оптимизировать работу двигателя, а также предупредить его износ хорошо помогает старое и испытанное средство – своевременная замена масла, использование при этом качественного продукта и внимательный уход за состоянием автомобиля и его техническими узлами.

Есть такая тенденция: использование автомобильных присадок пропагандируют владельцы сильно подержанных авто, двигатель которых подвергся существенному износу. В таком случае присадка помогает мотору выжать из себя последние силы и хоть как то еще просуществовать.

Возможно, в случае старых автомобилей такой способ достижения эффективности работы силового агрегата и оправдан. Ведь двигатель доживает свои последние дни. А нужно ли такое «насилие» новому двигателю, который при должном уходе и профилактике и так работает стабильно?

Присадки стоят немалых денег. Компании, производящие такой вид продукции тратят на производство немалые средства. Получать за это прибыл им надо и они ее получают. Логично посудить, что продавец в таком случае пойдет на некоторые уширения, рекламное «внушение» для того, чтобы сбыть продукт. Он в первую очередь будет заботиться о своей выгоде. Поэтому не дадим «промыть себе мозги», включаем голову и начинаем думать.

Уже упоминалось о том, что при правильной эксплуатации, своевременной профилактике, замене масла, двигатель способен жить долго и эффективно работать. Конечно, поверить кричащим с упаковок с автоприсадками надписям куда проще, чем заехать лишний раз в автосервис. Но скажите, готовы ли вы подвергать своего «железного друга» такому риску?

Полезно. Выбираем правильную станцию технического обслуживания.

что это, стоит ли заливать в масла и какие использовать

Чтобы автомобиль ехал и не подвёл в дороге, ему регулярно нужен уход и расходные материалы — топливо, масла, тосол, а также всевозможные запчасти. Необходимость покупать еще какие-то присадки, о которых раньше никто не слышал, многих автовладельцев раздражает, другие же, напротив, в восторге от их применения. Чтобы от автоприсадок был толк, нужно разобраться в их разновидностях и предназначении.

Что такое присадки и их назначение

Присадки для автомобильных моторов — это добавки к смазке, которые, по заявлению производителей, должны улучшать работу двигателя. Прежде чем использовать подобную продукцию, необходимо узнать все о присадках в автомобильные двигатели — это позволит предотвратить повреждение деталей из-за применения неподходящего средства.

Зачем нужны автомобильные присадки:

  • улучшаются смазочные способности моторного масла;
  • обеспечивается качественная защита подвижных узлов мотора;
  • повышается надежность двигателей, сокращается риск их поломок, особенно в холодное время года.

Бывает, что автомасло закоксовывается, а на элементах, соприкасающихся с ним, появляются отложения. В результате ухудшается качество смазки движущихся элементов мотора. Для этого случая есть присадки в ДВС, которые реально помогают очистить масло от загрязнений, не устраняющихся просто его заменой.

На заметку! 

При выборе автоприсадок учитывают вид автомобиля, состояние его мотора, тип и расход топлива. Также надо обратить внимание на химический состав продукта, гарантии производителя и ценовую категорию.

Добавки в моторное масло должны соответствовать следующим требованиям:

  • полноценное растворение;
  • отсутствие реакции на воду;
  • невозможность оседания на масляных фильтрах;
  • предотвращение коррозии;
  • умеренная стоимость — если присадки дорогостоящие, добавлять их экономически нецелесообразно.

Часто добавки применяют с целью уменьшения расхода автомобильных масел. Меняя свойства смазок, присадки способствуют уменьшению их расхода — двигатель потребляет их менее интенсивно.

Преимущества и недостатки использования присадок

На российском рынке автоприсадки считаются относительно новым продуктом. Прежде чем лить их в двигатель (бензиновый или дизельный), надо учесть все преимущества или недостатки этого решения.

Плюсы присадок:

  • защищают элементы двигателя от преждевременного износа;
  • очищают внутренние поверхности мотора, поддерживают его чистоту;
  • уменьшают расход топлива и смазки;
  • снижают шум мотора;
  • повышают эффективность «холодного» запуска;
  • сокращают время, необходимое для притирки деталей.

Минусы:

  • чтобы поддерживать оказываемый положительный эффект, присадки приходится заливать регулярно, а это дополнительные затраты на обслуживание автомобиля;
  • в масляных каналах и малодвигающихся элементах оседают частицы;
  • необходима строгая дозировка согласно инструкции, допущение ошибок может повредить двигателю;
  • зачастую производители не указывают состав средства, поэтому многие автолюбители узнают о том, подходит ли к их автомобилю та или иная присадка, чисто экспериментальным путем;
  • прежде чем тратить деньги на добавку, стоит изучить состав моторного масла — скорее всего, в нем уже содержатся необходимые для мотора присадки;
  • добавки на базе порошкообразных минералов способны повредить масляные каналы;

Также нужно помнить, что постоянное применение добавок с металлолакирующими свойствами способствует стиранию маслоудерживающего рельефа — это ускоряет износ двигателя.

Виды присадок

Современные присадки разделяют по видам оказываемого эффекта. Все добавки можно разделить на две большие группы — одни добавляют в моторное масло, другие — непосредственно в топливо.

Присадки в масло могут быть:

  1. Моющие. Содержат ПАВ, которые растворяют и удаляют смолистые отложения.
  2. Для новых двигателей — способствуют ускорению и улучшению качества притирки деталей.
  3. Антикоррозийные. Образуя на поверхностях пленку, препятствуют порче деталей, предохраняют их от воздействия агрессивных сред.
  4. Антифрикционные. Снижают трение между соприкасающимися металлическими поверхностями.
  5. Противоизносные. Замедляют износ деталей мотора во время эксплуатации.
  6. Восстанавливающие. Устраняют незначительные дефекты поверхностей. Бывает два вида подобных присадок — реметаллизаторы и минеральные составы, обладающие эффектом шлифовки.
  7. Антиокислительные. Замедляют окисление автомобильных масел.
  8. Герметизирующие. Устраняют повреждения на резине и пластике, восстанавливают мелкие дефекты.
На заметку! 

Многие специалисты рекомендуют добавлять присадки не только в старый, но и в относительно новый двигатель — для профилактики.

Присадки в топливо бывают:

  1. Чистящие — предназначены для чистки топливной системы, поршневых колец и удаления отложений с выпускных клапанов.
  2. Влагоудаляющие. Их задача — удаление из бака с топливом влаги и конденсата, которые могут оставаться после заливки бензина низкого качества.
  3. Повышающие октановое число. Способствуют уменьшению детонации, положительно влияя на срок службы поршней.

Все автомобильные присадки также классифицируют по химическому составу: они бывают полимерными, минеральными, металлолакирующими.

Лучшие присадки

Залить присадку — дело одной минуты, поэтому спешить с их применением не стоит. Следует сначала правильно подобрать оптимальное средство. При возникновении вопросов рекомендуется обратиться за консультацией к специалистам. Если ошибиться с присадкой, можно полностью вывести из строя автомобиль.

Для компрессии двигателя

Компрессионные присадки продляют срок службы силового агрегата и заделывают незначительные повреждения на поверхностях элементов поршневой системы.

Kerry KR-380

Эта присадка подойдет для моторов с большим пробегом. Повышает давление масла, но не влияет на его свойства. Способствует формированию прослойки, замедляющей износ движущихся частей.

Плюсы:

  • снижает износ деталей;
  • уменьшает выброс токсичных веществ;
  • совместима со всеми маслами.

Минусы:

  • ряд пользователей считают форму флакона неудобной;
  • важно в точности соблюдать техпроцесс применения и дозировку, иначе возможны проблемы.
Супротек Актив

Обладает восстанавливающими свойствами и рекомендуется для авто, проехавших более 50 000 км. Не влияет на смазочные свойства масла, а лишь образует тончайшую пленку, уменьшающую трение.

Плюсы:

  • подходит для разных автомобилей;
  • устраняет микродефекты;
  • облегчает «холодный» запуск;
  • продается во многих автомагазинах.

Ярких недостатков у этого средства нет, разве что ряд пользователей уверяют, что его применение никак не сказывается на работе автомобиля. Другие автовладельцы отмечают, что положительный эффект заметен только у отечественных машин.

Resurs Universal

Содержит олово, серебро и медь. Заполняет микротрещины в элементах системы двигателя. Улучшает работу поршней и коленвала. Это средство имеет все необходимые сертификаты и рекомендуется для зарубежных и отечественных марок авто.

Плюсы:

  • защищает детали от перегрева при «холодном» пуске, резком торможении;
  • положительный эффект заметен практически сразу.

Минус у этого средства один — по отзывам пользователей, оно не сокращает расход топлива, как уверяют производители.

Для очистки двигателя

Средства этой группы обладают, как правило, сразу несколькими полезными свойствами. Они не только очищают поверхности, но и могут частично их восстанавливать. Об эффективности этих присадок можно судить после диагностики и перед ремонтом двигателей.

Wynns Injector Cleaner Petrol

Многопрофильная очищающая добавка для авто с бензиновыми двигателями. Устраняет отложения, способствует корректной работе автомобильных систем, защищает металлические поверхности от коррозионных процессов.

Плюсы:

  • качественно растворяет отложения;
  • удобная тара.

Минусы:

  • более высокая стоимость, чем у некоторых аналогов;
  • необходимость регулярного применения — каждые 4 000 км ровно по 325 мл.
Bullsone «Cleaner 3 in 1»

Предназначена для топливной системы бензиновых моторов. Устраняет отложения в камере внутреннего сгорания и во впускных каналах. Средство совершенно безопасное для бензиновых ДВС, при продаже сопровождается международными сертификатами. Рекомендуется использовать через каждые 5 000 км.

Плюсы:

  • положительно отражается на работе двигателя, повышает его работоспособность;
  • улучшает характеристики и свойства масла;
  • не токсично и не повышает выхлопы.

Минусов нет, разве что не всем пользователям нравится тара — баллон с составом неудобен при применении.

«Ликви Моли» Speed Benzin Zusatz 3903

Еще одно моющее средство для бензиновых моторов. Ингредиенты, имеющиеся в составе препарата, взаимодействуя с топливом, образуют защитную пленку.

Плюсы:

  • препятствует коррозии;
  • дополнительная смазка деталей двигателя;
  • удобный флакон;
  • уменьшение трения;
  • оптимизация рабочей мощности;
  • улучшает работу поршневой системы.

Минусы:

  • высокая стоимость;
  • рекомендуется добавлять во время каждой заливки топлива.
На заметку! 

Присадку «Ликви Моли» многие автовладельцы, не пользующиеся машиной зимой, используют как консервант бензина во время хранения автомобиля.

Для уменьшения расхода масла

Присадки, сокращающие расход смазки, как правило, обладают еще несколькими сопутствующими свойствами. Считается, что они помогают маслам сохранять свои характеристики и обеспечивают мотор дополнительной смазкой, продлевая срок его эксплуатации.

Wynns Super Charge

Это добавка имеет повышенную масляную вязкость, восстанавливает компрессию и оптимизирует работу двигателя. Состав универсален — подходит для разных двигателей.

Плюсы:

  • экономит смазку;
  • сохраняет свойства при нагреве;
  • понижает шум двигателя;
  • продлевает эксплуатацию;
  • спасает от коррозии;
  • подходит для старых агрегатов.

Минусы:

  • это масло лучше лить при рабочей температуре мотора;
  • высокая цена;
  • важна точная дозировка.
Bardahl «No Smoke»

Добавка для нормализации дымления. Применение этой антидымной присадки способствует регенерации поверхностей. Ее эффективность обусловлена тщательно продуманным составом и высокой вязкостью. Если температура возрастает выше среднего уровня, добавка препятствует проникновению масла в камеру сгорания. Допускается совместное применение с разнообразными смазками.

Плюсы:

  • пленка, обволакивающая детали двигателя, препятствует их износу;
  • продлевается срок годности масла;
  • не снижает эффективность противосажевого фильтра;
  • повышает давление масла;
  • экономит смазку;
  • уменьшает шум мотора.

Минусов у этой присадки не обнаружено, разве что ее немалая цена.

«Ликви Моли» Visco-Stabli

Способствует нормализации вязкостных показателей моторных масел при повышенных температурах. Это средство особенно полезно старым агрегатам.

Плюсы:

  • нормализует давление масла;
  • экономит смазку;
  • безопасное и экологичное;
  • уменьшает дымление;
  • эффективно при высоких температурах.

Минусы:

  • неудобная тара;
  • важность точной дозировки.

Для дизельных моторов

В добавках особенно нуждаются дизельные моторы, проработавшие несколько лет. В их выхлопной системе много сажи, а расход топлива повышен.

ER

Улучшает характеристики японских дизельных моторов. Особенно полезна для старых авто.

Плюсы:

  • уменьшает трение;
  • снижает расход дизеля и смазки;
  • доступная цена.

Минус — несовместимость с некоторыми моторными маслами.

Castrol TDA

Эта добавка замедляет коррозию и уменьшает негативное действие компонентов дизеля на топливную систему.

Плюсы:

  • оптимизирует процесс запуска;
  • универсальность — эффективно при любой погоде;
  • снижает шум и образование сажи.

Минусы:

  • в теплое время года эффективность снижается;
  • при увеличении дозы может загрязниться фильтр.
Bardahl Full Metal

Повышает адгезионные свойства смазки и защищает мотор во время «холодного» пуска. Эта добавка снижает трение, обладает восстанавливающим и профилактическим действием.

Плюсы:

  • экономит дизтопливо и смазку;
  • уменьшает «угар»;
  • повышает мощность старого мотора;
  • сокращает выбросы.

Минусы:

  • цена;
  • трудно найти в продаже.

Для бензиновых двигателей

Эти добавки применяют после каждых 2-10 тыс. км. Различают два вида присадок для моторов, работающих на бензине:

  • для карбюраторных двигателей — обладают связующими свойствами и избавляют от воды, попавшей в бензин;
  • для инжекторных — они не только связывают воду, но и защищают от обледенения.
Hi-Gear SMT2

Его применяют для увеличения времени эксплуатации агрегата. В составе имеется кондиционер, снижающий нагрузки динамического характера. Как заявляет производитель, благодаря добавке Hi-Gear срок службы двигателя продлевается вдвое.

Плюсы:

  • предотвращает окисление и попадание выхлопов в картер;
  • улучшает противозадиристые и вязкостные характеристики смазки, снижает ее «угар»;
  • экономит бензин;
  • уменьшает шум, создаваемый клапанами и мотором;
  • повышает ресурс мотора в 1,5-2,5 раза;
  • может применяться в бензиновых двигателях всех поколений.

Минус этого состава — относительно небольшой срок эффективности.

Liqui Moly CeraTec

В своем составе содержит микрокерамику и молибденовые компоненты, улучшающие характеристики бензиновых моторов.

Плюсы:

  • сглаживает микронеровности;
  • уменьшает трение;
  • повышает ресурс мотора и снижает его шум;
  • экономит смазку;
  • длительно действует.

Как и у предыдущих средств, недостаток Liqui Moly — цена и важность точной дозировки.

Lucas Oil 10131

Средство улучшает параметры масел и предотвращает «сухой» запуск. Способно защитить любой современный двигатель, в том числе супермощные, используемые на гоночных автомобилях. Вносят добавку через каждые 20 000 км.

Плюсы:

  • не теряет свойств при экстремальных условиях эксплуатации;
  • устраняет вибрацию и шум двигателя;
  • контролирует температуру силового агрегата.

Минусы:

  • цена;
  • трудно найти в свободном доступе;
  • ухудшает качество масла, следовательно, возрастает частота его замены.

Лучшие универсальные варианты

Такие присадки обладают сразу несколькими эффектами и могут использоваться в моторах, работающих на любом топливе.

Oil Additiv Liqui Moly

Подходит для старых машин (дизель/бензин). Меняют добавку каждые 30-50 тыс. км.

Плюсы:

  • совместима со всеми маслами;
  • снижает износ мотора и расход топлива.

Минус — может повышаться износ поршневых колец. Это происходит из-за проникновения частиц молибдена. Такое явление обычно наблюдается на высоких оборотах.

FENOM FN 710

Защищает моторы (бензин/дизель) от износа и восстанавливает их характеристики.

Плюсы:

  • повышает стабильность работы двигателя;
  • охлаждает мотор;
  • экономит горючее.

Минусов у этого средства, помимо высокой цены, не обнаружено.

Sea Foam SF 16

Улучшает характеристики и топлива, и масла. Восстанавливает компрессию и очищает всю двигательную систему. Замена производится каждые 5-8 тыс. км.

Плюсы:

  • безопасна для всех резиновых элементов, сенсоров и датчиков;
  • совместима со всеми марками топлива и масла.

Минусы:

  • трудно найти в продаже;
  • возможны подделки.

Выбирая присадку для мотора, важно учитывать цели, с которыми она будет использоваться, а также особенности автомобиля. Если выбрать неподходящее средство или не соблюсти дозировку, можно нанести машине серьезный вред.

Что такое топливный катализатор и что он делает, чего не делают присадки?

Как работает топливный катализатор? И, что не менее важно, что не является топливным катализатором?

Что такое топливный катализатор — это вопрос, который приводит к множеству неправильных названий и заблуждений. Хотя концепцию в целом нетрудно понять, маркетологи используют слово катализатор для продвижения продуктов, которые не являются катализаторами. Замена слов добавка, обработка, или добавка словом катализатор вызывает большую путаницу.

Если бы все продукты, рекламируемые как топливные катализаторы, работали так же, как настоящие катализаторы — и давали те же результаты, — не было бы никаких проблем. Однако тот факт, что многие продукты, рекламируемые как топливные катализаторы, не являются катализаторами и не обеспечивают тех же преимуществ, что и катализатор, означает, что легко ошибочно приобрести продукт или механизм по неправильным причинам, продукт, который не дает желаемых результатов.

Потребители, надеющиеся повысить топливную экономичность и в то же время снизить выбросы, нуждаются в топливном катализаторе.

Что такое топливный катализатор

Топливный катализатор — это механизм, повышающий эффективность использования топлива (расход топлива на «бензине») и снижающий выбросы. Как объясняет FuelandFriction.com: «Топливный катализатор сгорания — это технология, разработанная для улучшения внутреннего сгорания в двигателе. Эти продукты могут работать по-разному, решая основные проблемы частичного сгорания.

Катализаторы топлива для горения могут помочь снизить потребность топлива в кислороде для окончательной химической реакции.При меньшем потреблении воздуха происходит более правильное химическое сгорание и производится больше энергии. Кроме того, катализатор горючего топлива также может помочь в лучшем сжигании газа и несгоревшего топлива из-за низких температур ».

Каким бы простым ни было определение непрофессионала, существует большая путаница в отношении того, является ли топливный катализатор; что не является топливным катализатором; и как работает топливный катализатор. Присадки «катализаторы» топлива не являются катализаторами топлива. Присадки и обработки служат совершенно иным целям, чем топливные катализаторы, ни один из которых не снижает выбросы и не повышает топливную эффективность.

Топливные катализаторы также не являются катализаторами. Хотя каталитические нейтрализаторы служат важной цели и отнюдь не менее важны, они не повышают топливную эффективность. Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения выбросов. Какими бы важными ни были каталитические нейтрализаторы, они служат иным целям, чем топливные катализаторы.

Опять же, топливные катализаторы увеличивают эффективность сгорания топлива, что увеличивает экономию топлива, в то время как также снижает выбросы парниковых газов.Каталитические нейтрализаторы только сокращают выбросы. Добавки и лечебные средства не делают ни того, ни другого.

Хоть и не топливные катализаторы, но являются ли катализаторами топливных добавок и средств обработки?

Нет, средства для обработки топлива и присадки к топливу не являются ни катализаторами топлива, ни настоящими катализаторами . Они не содержат катализаторов, а топливные добавки — присадки и обработки — не действуют как катализаторы. Катализаторы обычно представляют собой благородные металлы или ферменты. Катализаторы включают благородные металлы, такие как платина, титан, палладий, кобальт, марганец, цинк, серебро и медь.Присадки к топливу — это химические соединения.

Присадки и средства для обработки топлива обычно представляют собой растворители. Активные ингредиенты в добавках и средствах обработки включают побочные продукты переработки нефти и дизельного топлива, такие как ацетон, простой эфир силикона, нитрометан и тетранитрометан.

Чтобы продукт был топливным катализатором, он должен содержать катализаторы.

Кроме того, что средства для обработки топлива и присадки не содержат катализаторов, они не действуют как катализаторы.

Тем не менее, на рынке есть топливные добавки и продукты для обработки, помеченные как «катализатор», которые не являются катализаторами даже по самым общим определениям.

Различия между топливным катализатором и каталитическим нейтрализатором

Есть несколько важных различий между топливными катализаторами и каталитическими нейтрализаторами. Разница между каталитическими нейтрализаторами и топливными катализаторами не всегда очевидна, потому что оба они производятся частично с использованием благородных металлов — катализаторов. Но опять же, топливные катализаторы и каталитические нейтрализаторы — это два очень разных механизма с разными целями конструкции.

Наиболее важное сходство между топливными катализаторами и каталитическими нейтрализаторами заключается в том, что оба они значительно сокращают выбросы.«По большинству оценок, каталитические нейтрализаторы, установленные внутри выхлопной трубы бензинового автомобиля, преобразуют более 90% углеводородов (HC), оксида углерода (CO) и оксидов азота (NOx) из двигателя в менее вредный диоксид углерода (CO2). , азот и водяной пар. Кроме того, дизельные двигатели выделяют твердые частицы. Использование сажевого фильтра в сочетании с катализатором может снизить их массу на 90% и уменьшить количество сверхмелкозернистых частиц на 99% ».

Но — и снова — топливные катализаторы также увеличивают экономию топлива.Каталитические нейтрализаторы не умеют.

Разница между топливным катализатором, добавками и средствами обработки и каталитическими преобразователями

Как топливные катализаторы, так и каталитические нейтрализаторы снижают выбросы. Оба содержат благородные металлы, которые действуют как катализаторы при воздействии ископаемого топлива. Итак, разница между каталитическим нейтрализатором и топливным катализатором не сразу очевидна. Разница между топливными катализаторами, добавками и обработками, и каталитическими нейтрализаторами намного больше.

Топливные катализаторы и каталитические нейтрализаторы являются механизмами снижения выбросов.Добавки и обработки не снижают выбросы. Добавки и обработки также не увеличивают выход энергии из топлива.

Другими словами, как и каталитические нейтрализаторы, топливные присадки и средства обработки не увеличивают топливную экономичность и расход топлива. Тодд Кахо из MotherEarthNews.com объясняет: «Топливные добавки, увеличивающие пробег, утверждают, что повышают эффективность сгорания бензина. Но автопроизводитель программирует компьютер автомобиля на оптимальную экономию топлива при прямом заправке бензина в бак.Измените химию, и вы можете обнаружить снижение как производительности, так и миль на галлон — если вообще есть какие-то реальные изменения ».

Беглое объяснение разницы между топливным катализатором, топливными добавками и обработками и каталитическим нейтрализатором: добавки и обработки очищают двигатели и / или повышают цетановое или октановое число топлива. Каталитические нейтрализаторы значительно снижают выбросы. Однако каталитические нейтрализаторы не повышают топливную эффективность.

Топливные катализаторы повышают топливную эффективность и сокращают выбросы.

Почему нельзя использовать топливные катализаторы для добавок и средств обработки?

Просто потому, что они не катализаторы. Химическое соединение редко бывает катализатором. Такие элементарные соединения могут быть катализаторами, но нет ископаемого топлива или побочных продуктов переработки ископаемого топлива, которые были бы катализаторами.

Этанол — один из наиболее распространенных активных ингредиентов в добавках и лечебных средствах — не является катализатором. По крайней мере, этанол не является катализатором ни в каком научном смысле этого слова, ни в словарном определении катализатора.

Чтобы быть топливным катализатором, механизм должен содержать истинных катализаторов .

Катализаторы на основе благородных металлов составляют часть каталитических нейтрализаторов. Топливные катализаторы также содержат катализаторы из драгоценных металлов. Добавки для катализаторов дизельного топлива, средства для обработки топливных катализаторов и любые другие химические соединения — даже если они продаются под словом Catalyst — обычно не содержат катализаторов.

Назначение присадок и средств очистки топлива

Они не снижают выбросы и не повышают топливную экономичность, но добавки и средства обработки имеют преимущества.Все виды топлива горят неэффективно, по крайней мере, в некоторой степени. Неэффективное сгорание топлива называется «грязным ожогом». Поскольку никакое топливо не горит со 100-процентной эффективностью, чистое сжигание — это всего лишь теоретическая концепция.

Когда топливо сгорает неэффективно, а они всегда горят, углеводородные отложения накапливаются на компонентах внутреннего сгорания двигателя. Некоторые виды топлива и присадки созданы для очистки внутренних компонентов двигателя от углеводородов.

Одна из причин неполного сгорания топлива — низкое октановое число.Существует два способа горения топлива: воздействие искры или пламени и сжатие. Если топливо сгорает до степени сжатия двигателя, это приводит к потере мощности и детонации в бензиновом двигателе с искровым зажиганием. Присадки, повышающие октановое число топлива, повышают эффективность двигателя и предотвращают повреждение.

Последний тип присадок / средств обработки двигателя — это смазочные материалы. Спирт, этанол, моющие присадки и другие присадки с высокой скоростью сгорания, добавляемые на нефтеперерабатывающих заводах в топливо, могут удалить природные смазочные материалы, присущие дизельному топливу и нефти, из внутренних компонентов двигателя.Это создает трение в двигателе и сокращает срок его службы. Смазочные добавки могут помочь снизить коэффициент трения двигателей внутреннего сгорания и сжатия.

Что такое Catalyst

В мире химии и физики катализаторы чрезвычайно редки, потому что катализаторы могут вызывать элементарные изменения на молекулярном уровне, но катализаторы не изменяются сами по себе. Хотя катализаторы могут изменять структуру и состав химических соединений, катализаторы не окисляются, не разлагаются, не горят и не разлагаются.

Bitesize Bites and Clips BBC объясняет концепцию катализатора просто:

«Катализатор — это вещество, которое может увеличить скорость реакции. Сам катализатор остается неизменным в конце реакции, которую он катализирует. Требуется лишь очень небольшое количество катализатора, чтобы увеличить скорость реакции между большими количествами реагентов ».

Как топливные катализаторы катализируют дизельное топливо?

Сгорание топлива — это химическая реакция. Как и все химические реакции, есть факторы, которые определяют скорость реакции топлива.В случае с дизельным топливом в двигателе происходит химическая реакция сгорания.

При прочих равных, скорость, с которой сгорает дизельное топливо, зависит от суммы молекул кислорода, которые также подвергаются воздействию при сжатии. (Дизельные двигатели, в отличие от двигателей с искровым газом, не сжигают топливо с помощью искры или пламени. Дизельные двигатели сжигают топливо со сжатием.)

Но это не так просто, как подвергнуть дизельное топливо воздействию воздуха. Дизельное топливо после очистки начинает коагулировать. Молекулы топлива в дизельном топливе начинают группироваться вместе в результате поляризации.Дизельное топливо — и все ископаемые виды топлива — не однородная смесь, а гетерогенная смесь кластеров молекул топлива.

Топливные кластеры не сгорают полностью, потому что молекулы внутри кластеров не подвергаются воздействию кислорода. Без воздействия кислорода на поверхность молекулы топлива выходят из выхлопных газов перед сгоранием.

Понимание важности площади поверхности просто при использовании твердого тела в качестве примера: «Скорость химической реакции можно повысить, увеличив площадь поверхности твердого реагента.Это делается путем нарезания вещества на мелкие кусочки или измельчения в порошок ».

Те же принципы справедливы и с жидкостями, согласно Одеси из Службы передачи технологий: «Скорость, с которой происходит химическая реакция между углеродом, водородом и кислородом, имеет решающее значение для характеристик пламени. Распыляя масло на очень мелкие капли, кислород получает доступ к большей площади поверхности масла. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее произойдет реакция.”

Но для увеличения площади поверхности молекул дизельного топлива требуется катализатор, разрушающий связи топливных кластеров.

Почему молекулы дизельного топлива и других ископаемых топлив группируются вместе

Молекулы топлива группируются вместе из-за поляризации. Все молекулы топлива имеют заряд. Из-за заряда, который имеет каждая молекула топлива, они притягиваются друг к другу и группируются вместе. Объединение молекул топлива в кластеры уменьшает площадь поверхности отдельных молекул.

Как топливный катализатор разрушает топливные кластеры?

На самом деле топливные катализаторы не разрушают топливные кластеры. Вместо этого топливные катализаторы нейтрализуют заряд молекул, и молекулы расходятся. Без заряда, удерживающего кластеры вместе, перемешивание топлива по мере его прохождения по топливной магистрали в форсунки гомогенизирует топливо.

Гомогенизированное топливо может производить гораздо больше энергии, чем гетерогенная смесь.

Итак, проще говоря, топливный катализатор — это механизм предварительного сгорания, который гомогенизирует топливо.

Влияние добавки к бензину на характеристики сгорания и выбросы в двигателе с воспламенением от частичного сжатия н-бутанола при различных параметрах

Влияние коэффициента избытка воздуха

Этот тест предназначен для изучения влияния λ на характеристики сгорания и выбросов смесей н-бутанол / бензин с различными соотношениями компонентов. Во время испытания T в контролировалось при 120 ° C, n было установлено на 1200 об / мин, а время прямого впрыска топлива в цилиндр поддерживалось на уровне 20 ° CA после остановки впуска. центр. λ составляло 2,0, 2,5 и 3,0 соответственно.

Давление в цилиндре и HRR

На рисунке 2 показано влияние λ на давление в цилиндре и HRR четырех испытательных топлив B100, B90G10, B80G20 и B70G30. Видно, что с уменьшением λ , P max и HRR max постепенно увеличиваются. Это связано с тем, что по мере уменьшения λ концентрация смеси увеличивается, количество топлива в смеси единичного объема увеличивается, скорость химической реакции увеличивается, а тепловыделение увеличивается, вызывая увеличение P max и HRR макс. .При тех же λ , P max и HRR max четырех видов топлива сначала увеличиваются, а затем уменьшаются по мере увеличения отношения смеси бензина. Результаты для чистого н-бутанола в эксперименте согласуются с предыдущими публикациями 2,23,34 . Когда T в составляет 120 ℃, λ составляет 2,5 и n составляет 1200 об / мин, давление в цилиндре и HRR B100 близки к результатам в справочных материалах 23 .Когда коэффициент добавления бензина в смеси составляет 10%, P max и HRR max достигают максимальных значений. Для B90G10 с λ изменяется от 3,0 до 2,0, P max увеличивается с 4,67 до 6,39 МПа и HRR max увеличивается с 0,077 кДж / ° CA до 0,175 кДж / ° CA. По свойствам топлива видно, что по сравнению с н-бутанолом бензин имеет более высокую теплотворную способность, меньшую вязкость и скрытую теплоту парообразования.После добавления небольшого количества бензина в н-бутанол улучшается качество распыления смеси и повышается теплотворная способность смеси. При тех же T в приготовление горючей смеси более равномерное, что способствует ускорению скорости химической реакции, тепло, выделяющееся после окисления топлива, увеличивается, а давление в цилиндре быстро растет, поэтому P макс. и HRR макс. значительно увеличиваются.Активность н-бутанола выше, чем у бензина на стадии низкотемпературного окисления PPCI. На потребление н-бутанола в основном влияет ОН. В то же время ОН, образующийся при окислении н-бутанола, способствует окислению бензина 30 . Когда соотношение бензина в смеси превышает 10%, эффекты испарения и распыления смесей н-бутанол / бензин лучше, теплотворная способность смесей увеличивается, в то время как содержание н-бутанола в смесях в это время уменьшается, и уменьшение количества ОН, образующегося на стадии низкотемпературной реакции, не способствует окислению смесей, поэтому скорость реакции горения снижается и HRR замедляется, что вызывает P max и HRR max для уменьшения, и в то же время соответствующие угловые положения коленчатого вала перемещаются назад.Как можно видеть, точки подъема кривой HRR для четырех видов топлива при разных λ с в основном одинаковы, и три смеси не сильно отличаются от B100. Однако при трех различных λ s, P max и HRR max горючего PPCI, работающего на н-бутаноле / бензине, больше, чем у B100, особенно B90G10. Определенная доля бензина, добавленная к н-бутанолу, может улучшить сгорание н-бутанола, но по мере увеличения соотношения компонентов бензина давление в цилиндре и HRR имеют тенденцию к снижению.

Рисунок 2

Давление в цилиндре и HRR с разными λ с.

Температура в цилиндре

На рисунке 3 показано влияние λ на температуру в цилиндре четырех тестовых топлив. Можно видеть, что при уменьшении на λ , T max из четырех видов топлива значительно увеличивается, положение угла поворота коленвала, соответствующее T max , немного сдвигается вперед, кривая температуры цилиндра постепенно становится круче.При той же концентрации смеси, с увеличением отношения смеси бензинов, T max для четырех видов топлива сначала увеличивается, а затем уменьшается. Когда коэффициент добавления бензина составляет 10%, T max увеличивается примерно на 390 K при изменении λ с 3,0 до 2,0, а T max достигает максимального значения. Это происходит главным образом потому, что концентрация увеличивается по мере уменьшения λ , количество топлива в единице объема увеличивается, и общее тепловыделение от сгорания обязательно увеличивается, вызывая увеличение T max .В то же время время подготовки реакции сокращается, тепловыделение цикла значительно увеличивается, а температура в цилиндре быстро растет, в результате чего положение угла поворота коленчатого вала, при котором T max слегка опережает. Кроме того, при различных значениях λ с точка перегиба резкого повышения температуры в цилиндре B90G10 в определенной степени наступает раньше, чем у трех других видов топлива. Когда λ составляет 2,0, 2,5 и 3,0, точка перегиба B90G10 соответствует углу поворота коленвала на 1 раньше, чем у B100.4 ° CA, 2,5 ° CA и 0,3 ° CA. Это связано с тем, что после добавления бензина к н-бутанолу теплотворная способность смеси увеличивается, качество распыления улучшается, подготовка горючей смеси более однородна, сгорание более полное, тепловыделение увеличивается и концентрируется, HRR max увеличивается, наконец, соответственно повышается температура в цилиндре. Когда коэффициент добавления бензина превышает 10%, доля н-бутанола в смесях постепенно уменьшается, и общая активность смесей снижается, что не способствует образованию и накоплению активных групп на стадии низкотемпературной реакции окисления, в результате чего в смеси тепловыделение на стадии высокотемпературной реакции уменьшается, и температура в цилиндре также снижается.

Рисунок 3

Температура в цилиндре с разной λ с.

Фаза горения

На рисунке 4 показано влияние λ на CA10 четырех тестовых топлив. Видно, что с увеличением концентрации смеси CA10 из четырех видов топлива отстает лишь незначительно и практически не меняется. Причины следующие: с одной стороны, увеличивается концентрация смеси, увеличивается количество в единице объема смеси, и увеличивается доля молекул, участвующих в реакции, усугубляя столкновение между молекулами, скорость химической реакции увеличивается, который способствует воспламенению; с другой стороны, при этой температуре всасывания концентрация смеси увеличивается, количество тепла, поглощаемого испарением, увеличивается, температура в цилиндрах снижается, качество распыления становится плохим, а приготовленная смесь недостаточно однородна, что не способствует к зажиганию.Под действием комбинированного эффекта концентрация смеси может со временем увеличиться, и CA10 немного задержится. Также можно видеть, что при том же λ , когда соотношение бензина увеличивается, CA10 из четырех видов топлива сначала демонстрирует тенденцию постепенного запаздывания после движения вперед. Когда коэффициент добавления бензина составляет 10%, прямой диапазон CA10 является самым большим, но прямой диапазон постепенно уменьшается по мере того, как концентрация смеси становится беднее. CA10 из четырех видов топлива находится после верхней мертвой точки.Это связано с тем, что CA10 сильно зависит от термодинамического состояния цилиндра в конце такта сжатия. После добавления бензина к н-бутанолу скрытая теплота испарения смеси снижается, качество распыления улучшается, а приготовление горючей смеси становится более однородным, что способствует образованию и накоплению активных групп в смеси во время низкотемпературного окисления. фаза реакции. Это увеличивает скорость химической реакции, температура в цилиндрах выше в конце сжатия, а время зажигания увеличивается.По мере того, как доля бензина продолжает увеличиваться, цетановое число смесей постепенно уменьшается, реакционная способность смеси значительно снижается, воспламенение затруднено, и CA10 постепенно отстает. Можно видеть, что при трех различных λ с добавление небольшой доли бензина к н-бутанолу может изменить фазу сгорания, что приведет к опережению CA10 на . Однако добавление бензина сверх определенной пропорции может задержать CA10 .

Рисунок 4

На рисунках 5 и 6 показано влияние λ на CA50 и CD четырех тестовых топлив, соответственно.Можно видеть, что по мере увеличения λ , CA50 из четырех видов топлива постепенно отстает, а CD постепенно расширяется. Это связано с тем, что с увеличением λ концентрация смеси становится беднее, количество активированных молекул уменьшается, скорость химической реакции уменьшается, экзотерма горения замедляется и постепенно ухудшается, CA50 постепенно отстает, а CD постепенно расширяется. Можно видеть, что при том же λ , с увеличением соотношения смешивания бензинов, изменение четырех видов топлива CA50 в основном аналогично CA10 , показывая сначала тенденцию постепенного запаздывания после продвижения вперед.Когда доля бензина составляет 10%, больше всего продвигается CA50 . После добавления небольшой доли бензина в н-бутанол, CA10 смесей продвигается вперед, время выделения тепла сгорания увеличивается, и скорость реакции в цилиндре каждого элемента увеличивается, в результате чего CA50 соответственно продвигается вперед. Когда доля бензина в смеси превышает 10%, активность смеси снижается, CA10 постепенно отстает, а соответствующий CA50 также постепенно движется в обратном направлении.Также можно видеть, что при различных значениях λ s, по мере увеличения доли бензина, CD из четырех видов топлива показывает тенденцию сначала к уменьшению, а затем к увеличению. CD у B90G10, B80G20 и B70G30 короче, чем у B100, а CD у B90G10 — самый короткий. Когда λ составляет 2,0, 2,5 и 3,0, CD из B90G10 составляет 7,5 ° CA, 7,9 ° CA и 12,1 ° CA. Это связано с тем, что добавление небольшого количества бензина в н-бутанол способствует образованию гомогенной смеси.На стадии низкотемпературной реакции окисления он помогает н-бутанолу генерировать больше ОН, что ускоряет разложение топлива и выделение тепла, в результате чего CD короче. Когда коэффициент добавления бензина в смесях превышает 10%, хотя приготовленная смесь более однородна, содержание н-бутанола в смесях снижается, активность смесей снижается, а количество ОН, образующихся при низком уровне -температурная стадия реакции снижается, что подавляет окислительное разложение топлива, скорость реакции горения постепенно снижается, в результате чего CD продлевается.Можно видеть, что добавление небольшой доли бензина к н-бутанолу может изменить фазу сгорания, в результате чего CA50 опережает и CD сокращается. Однако добавление бензина сверх определенной пропорции может задержать CA50 и продлить CD . В целом, по сравнению с B100, CA50 из трех смесей являются более продвинутыми, а CD из трех смесей укорочены при том же λ .

Рисунок 5 Рисунок 6
Циклическое изменение

На рисунке 7 показано влияние λ на \ (\ overline {P} _ {max} \) и COV Pmax четырех тестовых топлив .Можно видеть, что по мере увеличения концентрации смеси \ (\ overline {P} _ {max} \) для четырех смесей монотонно увеличивается, и COV Pmax показывает тенденцию, большую с обеих сторон и малую в середина. Это связано с тем, что при увеличении λ концентрация смеси уменьшается, и количество выделяемого тепла уменьшается, что приводит к нестабильному сгоранию и большему COV Pmax . Когда λ низкое, концентрация смеси высока, и смесь выбивается при сгорании, что ухудшает сгорание, снижает стабильность работы двигателя PPCI и увеличивает вариацию его цикла.Следовательно, в определенном диапазоне температура на входе и правильная концентрация смеси имеют решающее значение для его бесперебойной работы. Также можно увидеть, что при том же λ , с увеличением соотношения смешивания бензина, \ (\ overline {P} _ {max} \) четырех смесей сначала увеличивается, а затем уменьшается, в то время как тенденция изменения COV Pmax наоборот. Когда коэффициент добавления бензина составляет 10%, \ (\ overline {P} _ {max} \) является самым высоким, а COV Pmax — самым низким.Когда λ составляет 2,0, 2,5 и 3,0, \ (\ overline {P} _ {max} \) для B90G10 увеличивается на 17,7%, 21,0% и 12,0% по сравнению с B100 и COV Pmax составляет всего 3,47%, 1,67% и 1,79% соответственно. Это связано с тем, что в н-бутанол добавляется небольшая доля бензина, приготовление горючей смеси более равномерное, реакция топлива более полная, тепловыделение увеличивается и концентрируется, температура в цилиндрах быстро увеличивается, а постоянная высокотемпературная среда может поддерживаться во время рабочего цикла двигателя, чтобы работа двигателя PPCI сгорания была стабильной.Когда количество добавленного бензина продолжает увеличиваться, количество активных групп, накопленных на низкотемпературной стадии, уменьшается, и количество выделяемого тепла уменьшается, что приводит к более низкой скорости реакции сгорания, снижению температуры и давления и снижению стабильности сгорания. Таким образом, диапазон циклических вариаций увеличивается. Можно видеть, что при тех же λ , COV Pmax из трех смесей все меньше, чем у B100, особенно B90G10. Стабильность горения смесей лучше.Таким образом, добавление небольшого количества бензина к н-бутанолу может улучшить его стабильность сгорания.

Рисунок 7

Циклическое изменение с различными λ с.

Характеристики выбросов

На рисунке 8 показано влияние λ на выбросы NOx четырех испытательных видов топлива. Видно, что по мере уменьшения λ выбросы NOx увеличиваются. Это связано с тем, что концентрация смеси увеличивается с уменьшением на λ , а температура в цилиндрах постепенно увеличивается, что способствует образованию NOx.Также можно видеть, что выбросы NOx имеют тенденцию сначала немного увеличиваться, а затем постепенно уменьшаться с увеличением отношения смеси бензина. В общем, соотношение смешивания топлива имеет незначительное влияние на выбросы NOx, а выбросы NOx каждого топлива с соотношением смешивания являются низкими и близкими к нулю. Когда λ составляет 2,0, выброс NOx B90G10 является самым большим. Образование NOx тесно связано с температурой в цилиндре, концентрацией кислорода и временем пребывания в высокотемпературной реакции. В двигателе PPCI используется частично однородная смесь.Хотя его кислорода достаточно во время процесса сгорания, температура сгорания в цилиндрах низкая и распределение равномерное. Избегают условий высокой температуры, необходимых для образования NOx. В то же время при сгорании двигателя PPCI горючая смесь почти одновременно сжимается и воспламеняется. Его скорость сгорания чрезвычайно высока, а CD короткий, что сокращает время нахождения топлива при высокой температуре, тем самым подавляя образование NOx.Согласно предыдущему анализу, по сравнению с B100, HRR max смесей н-бутанол / бензин больше, а температура в цилиндрах относительно выше, поэтому выбросы NOx увеличиваются. T max B90G10 достигает 1868 K, что выше критической температуры для образования NOx, равной 1800 K, поэтому выброс NOx увеличивается, но в это время скорость реакции горения выше, а время пребывания высокотемпературной реакции короче.Следовательно, увеличение выбросов NOx ограничено. Можно видеть, что при одном и том же λ выбросы NOx трех смесей все выше, чем B100, особенно B90G10.

Рисунок 8

Выбросы NOx при различных λ с.

На рисунках 9 и 10 показано влияние λ на выбросы HC и CO четырех испытательных видов топлива, соответственно. Видно, что с уменьшением на λ выбросы углеводородов и CO от четырех испытательных топлив постепенно снижаются. Как один из промежуточных продуктов процесса сгорания, CO является результатом неполного окисления.В условиях гомогенного и обедненного смешивания его образование тесно связано с температурой в цилиндре. Можно видеть, что по мере увеличения соотношения компонентов бензина выбросы CO сначала снижаются, а затем постепенно увеличиваются. Когда доля бензина составляет 10%, выброс CO является самым низким при каждой концентрации смеси. Это связано с тем, что после добавления небольшого количества бензина приготовленная смесь становится более однородной, а температура сгорания в цилиндрах выше в конце сжатия, что создает благоприятную среду для окисления CO.Однако, когда коэффициент добавления бензина в смеси превышает 10%, активность смесей снижается и воспламенение затруднено. Большое количество несгоревшей смеси попадает в зазоры и полностью не сгорает. В то же время температура в цилиндрах падает, что препятствует протеканию реакции окисления CO, поэтому CO 2 не может быть произведен, что приводит к постепенному увеличению CO. Также можно увидеть, что по мере увеличения отношения смеси бензина, HC выбросы показывают такую ​​же тенденцию изменения, как и CO.Факторы образования углеводородов в основном включают охлаждающий эффект на стенку цилиндра и эффект узкой щели. Когда доля бензина составляет 10%, выброс углеводородов является самым низким при каждой концентрации смеси. Из предыдущего анализа видно, что после добавления небольшого количества бензина в н-бутанол давление и температура в цилиндрах увеличиваются, так что охлаждающий эффект стенки цилиндра и эффект узкого зазора ослабляются, а выбросы углеводородов сокращаются. . Можно видеть, что при том же λ выбросы CO и HC трех смесей ниже, чем B100, особенно B90G10.Очевидно, что сжигание смесей н-бутанол / бензин может снизить выбросы CO и HC. Это противоположно результату выбросов NOx.

Рисунок 9

Выбросы CO при различных λ с.

Рисунок 10

Выбросы УВ при различных λ с.

Влияние температуры на впуске

Этот тест в основном изучает влияние T в на процесс сгорания двигателя PPCI со смесями н-бутанола и бензина при различных соотношениях компонентов смеси.В испытании использовался нагреватель всасываемого воздуха для управления T в при 110 ° C, 120 ° C, 130 ° C и 140 ° C, n был установлен на 1200 об / мин, λ был 2,5, время прямого впрыска топлива составляло 20 ° CA после верхней мертвой точки впуска.

Давление в цилиндре и HRR

На рисунке 11 показано влияние T в на давление в цилиндре и HRR четырех тестовых топлив. Хорошо видно, что с увеличением T на , P max и HRR max постепенно увеличиваются, и положение угла поворота коленвала, соответствующее перемещению вперед, тепловыделение более концентрированный.И когда T в составляет 140 ℃, λ составляет 2,5 и n составляет 1200 об / мин, давление в цилиндре и HRR B100 близки к результатам в справочных материалах 34 . Видно, что на сгорание н-бутанола сильно влияет температура на входе. При нормальной температуре и давлении на входе чистый н-бутанол плохо самовоспламеняется. Из-за влияния реакционной способности н-бутанола и групп ОН только небольшая часть н-бутанола участвует в низкотемпературном разветвлении, что приводит к увеличению времени задержки воспламенения при низких температурах 31,32 .Для B90G10, когда T в увеличивается с 110 ° C до 140 ° C, P max увеличивается с 4,91 МПа до 6,12 МПа. Соответствующий угол поворота кривошипа смещен вперед на 7 ° CA. HRR max увеличен с 0,105 кДж / ° CA до 0,194 кДж / ° CA, а соответствующий угол поворота кривошипа увеличен на 8 ° CA. Вышеупомянутое явление происходит потому, что с увеличением T до , испарение и распыление топлива ускоряются, и приготовленная смесь становится более однородной.С другой стороны, увеличение T на увеличивает долю активированных молекул в смеси. Внутренняя энергия активированных молекул увеличивается, что усиливает столкновение между молекулами, тем самым ускоряя скорость химической реакции и сокращая время реакции сгорания, так что тепловыделение увеличивается, давление в цилиндре быстро увеличивается, и P max и HRR max увеличение.Как можно видеть, при том же T в , HRR max горения PPCI, работающего на смесях н-бутанола / бензина, больше, чем B100, особенно B90G10. Определенная пропорция бензина, добавленная к н-бутанолу, может улучшить характеристики сгорания н-бутанола, но по мере увеличения отношения смеси бензина значения P max и HRR max имеют тенденцию к снижению.

Рисунок 11

Давление в цилиндре и HRR с разными T за с.

Из предыдущего анализа видно, что небольшая часть бензина, добавленная к н-бутанолу, улучшает качество распыления и увеличивает теплотворную способность топлива. При том же λ , по сравнению с B100, приготовление горючей смеси более равномерное, что способствует ускорению скорости химической реакции, увеличивает тепло, выделяемое после окисления топлива, и давление в цилиндре быстро повышается, поэтому P max и HRR max значительно увеличиваются.Когда соотношение бензина в смеси превышает 10%, содержание н-бутанола уменьшается, а количество ОН, образующегося на стадии низкотемпературной реакции, уменьшается, что не способствует окислению топлива. Это вызывает снижение скорости реакции горения и замедления тепловыделения, в результате чего P max и HRR max падают, и в то же время соответствующее угловое положение коленчатого вала перемещается назад.

Температура в цилиндре

На рисунке 12 показано влияние T в на температуру в цилиндре четырех испытательных топлив.Можно видеть, что T max постепенно увеличивается с увеличением T на , и соответствующий угол поворота коленвала также непрерывно перемещается вперед. Для B90G10, поскольку T в увеличивается с 110 ° C до 140 ° C, T max увеличивается на 178 ° C, а соответствующий угол поворота коленчатого вала увеличивается на 9 ° CA. Это связано с тем, что с увеличением T на количество активированных молекул и внутренняя энергия смесей увеличиваются, что не только способствует образованию гомогенной смеси, но и ускоряет скорость реакции.Время сгорания сокращается, количество выделяемого тепла увеличивается и концентрируется, так что температура в цилиндре повышается, и время T max увеличивается. Из предыдущего анализа видно, что после добавления бензина к н-бутанолу качество распыления улучшается, приготовление горючей смеси более равномерное, а сгорание более полное. В то же время увеличивается HRR max , наконец, соответственно повышается температура в цилиндрах.Когда коэффициент добавления бензина превышает 10%, общая активность смесей снижается, что не способствует образованию и накоплению активных групп на стадии низкотемпературной реакции окисления. Следовательно, температура в цилиндре снижается.

Рисунок 12

Температура в цилиндре с разной T за с.

Фаза горения

На рисунке 13 показано влияние T в на CA10 из четырех тестовых топлив.Можно видеть, что с увеличением T в , CA10 из четырех видов топлива продвигаются вперед. Когда T в составляет 140 ° C, все CA10 находятся перед верхней мертвой точкой. Для B90G10, когда T в составляет 110 ° C, CA10 составляет около 4,3 ° CA. Когда T в повышается до 130 ° C, CA10 достигает примерно 1,8 ° CA около верхней мертвой точки. Когда T в продолжает повышаться до 140 ° C, CA10 составляет около 0.5 ° CA перед верхней мертвой точкой. Это связано с тем, что с увеличением T на количество активированных молекул и внутренняя энергия увеличиваются, что облегчает естественное воспламенение смеси, экзотермическое время реакции увеличивается. CA10 сильно зависит от термодинамического состояния цилиндра в конце такта сжатия. После добавления бензина к н-бутанолу качество распыления улучшается, и приготовленная горючая смесь становится более однородной, что способствует образованию и накоплению активных групп на стадии низкотемпературной реакции окисления.В конце сжатия температура в цилиндрах выше, а время зажигания увеличивается. По мере того, как доля добавляемого бензина продолжает увеличиваться, цетановое число смесей постепенно уменьшается, реакционная способность смеси значительно снижается, и CA10 постепенно отстает.

Рисунок 13

CA10 с разными T за с.

На рисунке 14 показано влияние T в на CA50 из четырех тестовых топлив.Можно видеть, что тенденция изменения CA50 аналогична тенденции изменения CA10 . С увеличением T на , CA50 постепенно продвигается вперед. Для B90G10 значение T в увеличивается с 110 ° C до 140 ° C, а CA50 увеличивается примерно на 8 ° CA. Это связано с тем, что с увеличением T на скорость реакции горения увеличивается, время, необходимое для сжигания 50% смеси, значительно сокращается, и CA50 продвигается вперед.После добавления небольшой доли бензина к н-бутанолу, CA10 смесей продвигается вперед, увеличивается время экзотермы сгорания и скорость реакции каждого элементарного элемента цилиндра увеличивается, заставляя CA50 двигаться вперед соответственно. Когда коэффициент добавления бензина больше 10%, активность смесей снижается, CA10 постепенно отстает, а соответствующий CA50 постепенно движется назад.

Рисунок 14

CA50 с разными T за с.

На рисунке 15 показано влияние T в на CD из четырех тестовых топлив. Можно видеть, что с увеличением T на , CD s четырех видов топлива непрерывно сокращаются. Основная причина аналогична описанной выше. При увеличении T на приготовление смеси становится более однородным, увеличивается доля активированных молекул и обостряется столкновение между молекулами.Тепловыделение сосредоточено, что сокращает время горения. Также можно увидеть, что когда T в составляет 110 ° C, CD s для B80G20 и B70G30 значительно увеличиваются, в основном потому, что T в ниже точки кипения n- бутанол в это время качество распыления топлива оставляет желать лучшего, и приготовление однородной смеси блокируется. Кроме того, содержание н-бутанола в смесях уменьшается, а количество ОН, образующегося на низкотемпературной стадии, уменьшается, что не способствует окислительному разложению топлива, что снижает скорость химической реакции и увеличивает продолжительность CD .

Рисунок 15
Циклическое изменение

На рисунке 16 показано влияние T в на \ (\ overline {P} _ {max} \) и COV Pmax из четырех тестов. топливо. Видно, что с увеличением на T в , \ (\ overline {P} _ {max} \) для четырех видов топлива монотонно увеличивается, в то время как COV Pmax — наоборот. Для B90G10 с T в увеличено с 110 ° C до 140 ° C, \ (\ overline {P} _ {max} \) увеличено с 4.41 МПа до 6,27 МПа, при этом COV Pmax постепенно снижается с 3,46% до 1,04%. Это связано с тем, что увеличение T на увеличивает скорость реакции, сокращает время реакции сгорания и делает распределение пикового давления относительно концентрированным, а COV Pmax уменьшается. Можно видеть, что при тех же T в , COV Pmax трех смесей все меньше, чем у B100, особенно B90G10.Стабильность горения смесей лучше. Добавление небольшого количества бензина к н-бутанолу может улучшить стабильность сгорания.

Рисунок 16

Циклическое изменение с разными T за с.

Из предыдущего анализа видно, что после добавления небольшого количества бензина к н-бутанолу приготовление горючей смеси становится более однородным, экзотерма горения увеличивается и концентрируется. Таким образом, температура в цилиндре быстро растет, и соответственно повышается давление в цилиндре.Постоянная высокотемпературная среда может поддерживаться между рабочими циклами двигателя, так что работа двигателя сгорания PPCI является стабильной. Когда количество добавленного бензина продолжает увеличиваться, активность топлива снижается, количество активных групп, накопленных на низкотемпературной ступени, уменьшается, а количество выделяемого тепла уменьшается, что приводит к более медленной скорости реакции сгорания, снижению температуры и давления в цилиндрах. В результате снижается стабильность горения и, следовательно, увеличивается диапазон циклического изменения.

Характеристики выбросов

На рисунке 17 показано влияние T в на выбросы NOx четырех испытательных топлив. Можно видеть, что при различных T в s выбросы NOx от четырех видов топлива находятся на сверхнизком уровне. Это связано с тем, что выбросы NOx во многом зависят от пиковой температуры сгорания и концентрации кислорода в цилиндрах. Хотя при сгорании PPCI используется частично гомогенная смесь, а сгорание происходит в среде, богатой кислородом, температура в цилиндрах четырех видов топлива составляет менее 1800 K при различных T за с, что ниже критической температуры для генерируют NOx, поэтому их выбросы NOx низкие.Можно видеть, что при тех же T в , выбросы NOx трех смесей все выше, чем B100, особенно B90G10. Небольшая часть бензина, добавленная к н-бутанолу, может повысить давление и температуру в цилиндрах, что приведет к более концентрированному выделению тепла. Таким образом, выбросы NOx увеличиваются. Это согласуется с предыдущим анализом.

Рисунок 17

Выбросы NOx при различных T за с.

На рисунках 18 и 19 показано влияние T в на выбросы CO и HC четырех испытательных топлив, соответственно.Видно, что с увеличением на T из , выбросы CO и HC от четырех видов топлива демонстрируют тенденцию к монотонному снижению. CO является промежуточным продуктом сгорания, и его образование сильно зависит от температуры в цилиндрах. Когда температура низкая, образуется больше CO. С увеличением T на приготовление смеси становится более равномерным и активность значительно увеличивается, что способствует ускорению скорости химической реакции и более полному сгоранию.Кроме того, с увеличением T на температура в цилиндрах увеличивается, что создает благоприятную среду для дальнейшего окисления CO. Условия образования HC аналогичны условиям образования CO. Повышение температуры в цилиндре ослабляет охлаждающий эффект стенок цилиндра и эффект узкой щели, что благоприятно сказывается на окислении углеводородов. Таким образом, с увеличением T до , выбросы CO и HC уменьшаются. Видно, что при тех же T в выбросы CO и HC трех смесей ниже, чем B100, особенно B90G10.Очевидно, что сжигание смесей н-бутанол / бензин может снизить выбросы CO и HC. Это противоположно результату выбросов NOx. Из предыдущего анализа видно, что после добавления небольшого количества бензина к н-бутанолу приготовленная смесь становится более однородной, а температура в цилиндре выше в конце сжатия, что создает благоприятную среду для окисления CO. Одновременно ослабляются охлаждающий эффект стенки цилиндра и эффект узкого зазора, а также сокращаются выбросы углеводородов.Однако при дальнейшем увеличении доли бензина активность топлива снижается, и его трудно воспламенить. Большое количество несгоревшей газовой смеси попадает в зазор поршень-цилиндр и не сгорает в достаточной степени. По мере развития реакции CO 2 не может образовываться, что приводит к постепенному увеличению производства CO. В то же время температура и давление в цилиндрах могут снизиться, скорость реакции сгорания может замедлиться, топливо может сгореть недостаточно, эффект охлаждения стенки цилиндра и эффект зазора цилиндра могут усилиться.Не способствует окислению углеводородов. Следовательно, выбросы углеводородов могут в конечном итоге возрасти по мере дальнейшего увеличения доли добавляемого бензина.

Рисунок 18

Выбросы CO при различных T за с.

Рисунок 19

Выбросы УВ с разными T за с.

Заправка двигателей внутреннего сгорания | Давайте поговорим о науке

Сколько видов транспорта вы можете назвать?

Разным транспортным средствам нужны разные источники энергии, чтобы добраться до места назначения.Большинству из них нужно какое-то топливо для двигателей.

Топливо — это материал, который хранит потенциальную энергию . Большинство видов топлива хранят потенциальную энергию в связях между своими молекулами. Это называется химической потенциальной энергией .

Как высвободить энергию, запасенную в топливе? Обычно это включает химическую реакцию, называемую реакцией горения . Другими словами, нужно сжечь топливо.

В реакции горения участвуют топливо и кислород.Большинство видов топлива представляют собой углеводороды или смесь углеводородов. Когда они реагируют с кислородом, они производят диоксид углерода (CO 2 ) и воду (H 2 O).

В результате реакций горения выделяется тепловой энергии . Химические реакции с выделением тепла называются экзотермическими реакциями . В большинстве автомобилей используется двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую. Эта энергия передается движущимся частям автомобиля, таким как колеса и пропеллеры. Там она принимает форму кинетической энергии (энергии движения).

Топливо может быть твердым, жидким или газообразным.

  • Древесина и уголь являются примерами твердых веществ, используемых в качестве топлива.

  • Бензин, дизельное топливо и этанол являются примерами жидкости, используемой в качестве топлива.

  • Пропан, природный газ и водород являются примерами газов, используемых в качестве топлива.

Топливо может быть твердым, жидким или газообразным (© Let’s Talk Science, 2019).

Сегодня в большинстве автомобилей используется жидкое и газообразное топливо. Но в прошлом уголь и дрова использовались для нагрева воды и создания пара.Паровые двигатели в автомобилях, поездах и кораблях использовались для вращения колес и пропеллеров.

Сегодняшние автомобили используют два основных типа топлива:

  • Топливо на нефтяной основе
  • Биотопливо

Ископаемое топливо

Топливо на нефтяной основе более известно как ископаемое топливо . «Нефть» может относиться либо к необработанной сырой нефти, либо к продуктам, полученным из очищенной сырой нефти .

Жидкие виды топлива на углеводородной основе включают бензин, нефтяное дизельное топливо, авиационный бензин, авиационное топливо для реактивных двигателей и судовой мазут.

Газообразное топливо на основе нефти включает природный газ и пропан. Однако газ пропан хранится в жидком виде.

Автомобильный бензин (Могас)

Бензин — наиболее распространенный вид автомобильного топлива. В некоторых англоязычных странах его также называют бензином.

Бензин — это прозрачная легковоспламеняющаяся жидкость, которая легко воспламеняется. Это смесь углеводородов, очищенных из сырой нефти. Он также содержит такие добавки, как этанол, который является биотопливом.

Знаете ли вы?

Mogas состоит из углеводородных цепей, содержащих 7-11 атомов углерода.

Бензиновые двигатели — это двигатели с искровым зажиганием. Они воспламеняют смесь топлива и воздуха с помощью свечей зажигания .

Бензин используется для заправки автомобилей, пикапов, фургонов, внедорожников, моторных лодок, снегоходов, скутеров и мотоциклов. В прошлом автомобильный бензин содержал свинец. Сегодня вы можете купить только неэтилированный бензин для своей машины.

Нефть Дизель (Дизель, Петродизель)

Дизельное топливо — второй по распространенности вид автомобильного топлива после бензина.Как и бензин, дизельное топливо — это жидкий углеводород, полученный из сырой нефти.

Знаете ли вы?

Дизельное топливо состоит из углеводородных цепей, содержащих 15-18 атомов углерода.

Разрабатываются новые виды дизельного топлива. Они включают биодизель , который является биотопливом. На нефтяной основе часто называют петродизель , чтобы отличить его от сортов на растительной и животной основе.

Дизельные двигатели

названы в честь немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля.Они используют сжатый воздух для воспламенения топлива. В отличие от бензиновых двигателей им не нужна свеча зажигания.

Дизельное топливо используется в автомобилях, пикапах, фургонах, внедорожниках, школьных автобусах, городских автобусах, поездах, моторных лодках и паромах.

Авиационный бензин (Avgas)

Как и автомобильный бензин, avgas представляет собой смесь жидких углеводородов. Но в отличие от бензина, используемого в автомобилях, газ содержит тетраэтилсвинец (TEL). Это токсичное вещество предотвращает проблемы с воспламенением, которые могут нарушить работу двигателя.

Знаете ли вы?

Avgas состоит из углеводородных цепей, содержащих от 4 до 12 атомов углерода.

Красители часто добавляют в бензин. Они позволяют легко обнаружить разлив топлива. Авиационный бензин используется в небольших частных и старинных самолетах с поршневыми двигателями. В этих самолетах используются двигатели с искровым зажиганием.

Авиационное реактивное топливо (авиационное турбинное топливо)

Топливо для авиационных реактивных двигателей — жидкое топливо, аналогичное дизельному. Его можно использовать как в двигателях с воспламенением от сжатия, так и в газотурбинных двигателях.Турбинный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который вращает турбину.

Есть два вида авиакеросина:

  1. Неэтилированный керосин (Jet A, JP-5, JP-8)

  2. Смешанный нафта-керосин (Jet B, JP-4)

Оба типа содержат короткие углеводороды (12-16 атомов углерода), очищенные из сырой нефти. Однако второй тип используется только при очень низких температурах.

Исследователи работают над созданием реактивного биотоплива на растительной основе.Он будет сделан из таких источников, как водоросли и Camelina .

Турбовинтовые самолеты, самолеты и вертолеты используют авиатопливо.

Образец бункерного топлива. Обратите внимание, какой он толстый и черный (Источник: Glasbruch3007 [CC BY-SA 3.0] через Wikimedia Commons).

Мазут тяжелый (бункерное топливо)

Мазут — густая темная жидкость, состоящая из длинных углеводородных цепей. Содержит два вида топлива:

  • Дистиллятное топливо состоит из углеводородов, которые кипятят и конденсируются во время фракционной перегонки.
  • Остаточное топливо состоит из углеводородов, которые слишком тяжелы для перегонки и попадают в остаток

Остаточное топливо очень густое. Таким образом, добавляются дистилляты, чтобы снизить его вязкость и дать ему возможность течь.

Мазут необходимо нагреть, прежде чем его можно будет сжечь. Для этого требуется специальное оборудование, которое занимало бы слишком много места на небольших транспортных средствах. Вот почему мазут используется только на очень больших судах.

Мазут также называется бункерным топливом . Это название происходит от контейнеров, в которых нефть хранится на кораблях и в портах.

Сжатый природный газ (CNG)

Природный газ представляет собой смесь углеводородов природного происхождения. Он обнаружен в подземных месторождениях, которые называются месторождениями природного газа . Также встречается возле нефтяных месторождений.

Знаете ли вы?

Природный газ в основном состоит из метана. Метан — это углеводород с одним атомом углерода.

Сжатый природный газ (КПГ) производится путем сжатия природного газа до менее 1% объема, который он занимал бы при стандартном атмосферном давлении.СПГ можно хранить в баллонах. Он используется в автомобилях почти так же, как бензин.

Природный газ в основном используется в автобусах как заменитель бензина, дизельного топлива и пропана.

Грузовик с пропаном (Источник: kozmoat98 через iStockphoto).

Пропан (сжиженный природный газ, автопропан)

Пропан — короткий газообразный углеводород (C 3 H 8 ). Это побочный продукт переработки природного газа и переработки сырой нефти. При хранении под давлением в резервуаре пропан превращается в бесцветную жидкость без запаха.

Знаете ли вы?

В целях безопасности в пропан добавляется дурно пахнущая добавка. Иначе вы не почувствуете запаха утечки!

Когда давление сбрасывается, жидкий пропан испаряется и превращается в газ, используемый для сгорания. Как и бензиновые двигатели, в пропановых двигателях для воспламенения топлива используется искра.

Многие люди используют пропан в качестве топлива для своих барбекю. Но он также используется в транспортных средствах автопарка, таких как полицейские машины и такси. Некоторые автомобили работают только на пропане.Другие могут работать как на пропане, так и на бензине. Большинство пропановых автомобилей — это фактически переоборудованные автомобили с бензиновым двигателем.

Биотопливо

Этанол

Этанол — это биотопливо. Это разновидность спирта, изготовленного из растений.

Знаете ли вы?

Этанол — это спирт с двумя атомами углерода (C 2 H 5 OH).

В Канаде этанол в основном получают из кукурузы и пшеницы. Исследователи также рассматривают возможность использования целлюлозы из растительных отходов.В бензин часто добавляют этанол и другие спирты. Горящий спирт производит меньше окиси углерода и сажи , чем горящий бензин.

С 2010 года бензин, продаваемый в Канаде, должен содержать в среднем 5% возобновляемых источников. Обычно это этанол.

Все автомобили с бензиновым двигателем, произведенные с начала 1980-х годов, могут использовать бензин, содержащий некоторое количество этанола. Сегодня все основные производители автомобилей разрешают использовать бензин с содержанием этанола до 10%. Бензин, содержащий 5% этанола, называется E5.Бензин, содержащий 10% этанола, называется E10. Транспортные средства с гибким топливом (FFV) могут работать на любой комбинации бензина и этанола с содержанием этанола до 85% (E85).

Биодизель

Биодизель — еще одно биотопливо. Это дизельное топливо, получаемое в результате химической реакции между жиром и алкоголем. Жир может быть растительного или животного происхождения.

Знаете ли вы?

Биодизель состоит из сложных эфиров с 8-20 атомами углерода.

B100 из соевых бобов (Источник: Леандро Марангетти Лоуренсо [CC BY-SA 3.0] через Wikimedia Commons).

Большая часть биодизеля производится из рапса . Но его можно сделать и из другого сырья. Источники растений включают сою, ятрофу, водоросли и отработанное растительное масло. Источники животного происхождения включают говядину и куриный жир.

Любой дизельный двигатель может работать на 100% биодизеле. Однако обычно он составляет от 2% до 20% дизельного топлива. Большинство гарантий на дизельные двигатели позволяют владельцам использовать смеси от B5 (5% биодизеля) до B20 (20% биодизеля).

Сегодня биодизель используется в автомобилях, грузовиках, автобусах и поездах.Ученые даже тестируют биодизель в самолетах. С 2011 года дизельное топливо, продаваемое в Канаде, должно содержать в среднем 2% возобновляемых источников. Другими словами, он должен содержать 2% биодизеля.

Как видите, видов топлива много. Подумайте обо всех типах транспортных средств, которые вы видели на прошлой неделе. Как вы думаете, какое топливо они используют?

Автомобильное топливо и двигатели внутреннего сгорания: химическая перспектива

Горючее для коммерческого транспорта представляет собой сложные смеси, содержащие сотни или тысячи химических компонентов, состав которых значительно изменился за последние 100 лет.В сочетании с одновременным усовершенствованием двигателей состав автомобильного топлива был доработан для достижения баланса между эффективностью и потребляемой мощностью при минимальных выбросах. Выбросы загрязняющих веществ из двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые возникают в результате неидеального сгорания, резко сократились за последние четыре десятилетия. Выбросы зависят как от рабочих параметров двигателя ( например, , температура двигателя, скорость, нагрузка, соотношение A / F и время зажигания), так и от топлива. Эти выбросы являются результатом сложных процессов, связанных с взаимодействием между топливом и параметрами двигателя.Выбросы транспортных средств состоят из летучих органических соединений (ЛОС), CO, оксидов азота (NO x ) и твердых частиц (PM). ЛОС и NO x образуют фотохимический смог в городской атмосфере, а CO и PM могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье. Оборудование двигателя и условия эксплуатации, катализаторы доочистки и состав топлива — все это влияет на количество и состав выбросов, выходящих из выхлопной трубы автомобиля. Хотя эффекты двигателя и последующей обработки обычно больше, чем эффекты топлива, для двигателя и оборудования последующей обработки могут потребоваться определенные свойства топлива.Следовательно, наилучшие перспективы достижения наивысшего КПД и минимальных выбросов связаны с оптимизацией всей системы последующей обработки топлива, двигателя. В этом обзоре представлен химический взгляд на производство, сжигание и экологические аспекты автомобильного топлива. Мы надеемся, что этот обзор будет интересен специалистам в области химической кинетики, гидродинамики реагирующих потоков, химии атмосферы, автомобильных катализаторов, науки о топливе и правительственных постановлений.

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Альтернативные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания

1.Введение

С начала индустриальной эпохи сжигание ископаемого топлива приводит к выбросу в атмосферу углерода, который медленно улавливался более 50 миллионов лет назад и хранился в виде угля, нефти, природного газа и других источников ископаемого топлива, таких как как сланцевый газ, так и сланцевое масло. При сжигании этих видов топлива, помимо загрязняющих веществ, образуется углекислый газ (CO 2 ), который в основном задерживает солнечное тепло в атмосфере (парниковый эффект). климата [1].Широкая общественность и большинство политиков воспринимают электромобили как хорошую альтернативу транспорту на ископаемом топливе [1,2,3]. Однако, что касается выбросов, связанных с использованием транспортных средств, электромобили столь же экологичны, как и потребляемая ими электроэнергия [4]. В таких странах, как Польша [5] или Австралия, где большая часть электроэнергии производится из угля, использование электромобилей увеличивает вклад в парниковый эффект по сравнению с тем же автомобилем, который работает в Норвегии или Бразилии, где большая часть электроэнергии электроэнергия производится из возобновляемых источников энергии [6].Кроме того, оценка устойчивости электромобилей должна учитывать весь жизненный цикл транспортного средства, включая такие важные вопросы, как добыча материалов, используемых в аккумуляторах и электродвигателях, а также окончание срока службы аккумуляторов [1, 4,7,8]. Тем не менее, несмотря на то, что это горячая тема с множеством многообещающих разработок [1], подробное сравнение устойчивости между традиционной и электрической мобильностью выходит за рамки настоящего исследования и рассматривается только для обеспечения некоторой предыстории.В настоящее время большое количество стран, регионов и городов предлагают запретить так называемые «обычные» транспортные средства в течение следующих десятилетий [9,10]. Обычно при использовании этого термина политики ссылаются на автомобили, автобусы или грузовики. двигателем внутреннего сгорания (ДВС), который сжигает ископаемое топливо. Таким образом, если одна из этих спецификаций будет исключена из транспортного средства, она больше не будет «традиционной». Остается три типа транспортных средств: электрические, гибридно-электрические и работающие на альтернативном топливе. Тем не менее, некоторые ссылки на будущее исключение так называемых «загрязняющих» транспортных средств указаны в терминах запрета на двигатели внутреннего сгорания (IC) в целом. или с точки зрения запрета на использование транспортных средств, работающих на определенных видах топлива, таких как дизельное топливо или бензин [4].Это удивительно, поскольку это сопровождается растущим распространением гибридных электромобилей (PHEV), которые могут проехать несколько десятков километров без сжигания ископаемого топлива и, следовательно, без загрязнения окружающей среды на местном уровне (например, в центрах городов). [11]. Но эти автомобили полагаются на ДВС в некоторых случаях своей работы, а именно в длительных поездках, когда батарея разряжена. В этих условиях ДВС обычно работает на ископаемом топливе, поэтому во время работы вырабатывается немалое количество загрязняющих веществ и CO 2 [12].Таким образом, политики, которые, вероятно, будут стремиться с жесткими ограничениями для обычных транспортных средств, — это сокращение выбросов ископаемого CO 2 и устранение выбросов загрязняющих веществ в пределах города, что может быть совместно достигнуто за счет использования электрифицированных транспортных средств (PHEV). ) автомобили [3] Похоже, это направление, в котором движется большинство OEM-производителей (производителей оригинального оборудования). Volvo, например, пообещала прекратить разработку «обычных» (неэлектрифицированных) автомобилей с 2019 года, только гибридных и аккумуляторных электрических [13].По состоянию на 2020 год это в основном выполнено, хотя некоторые из них являются лишь «мягкими гибридами», которые имеют более крупный стартер-генератор, который демонстрирует некоторую рекуперацию энергии торможения и ограниченную помощь двигателя [14]. Подобные обязательства можно увидеть и у других OEM-производителей. Тем не менее, объявления и предлагаемые временные рамки для электрификации или даже отказа от разработки ДВС не всегда полностью выполняются [15,16]. Однако сокращение выбросов парниковых газов в транспортном секторе может значительно выиграть от использования ДВС с использованием CO 2 нейтральные топлива [17].Это особенно важно в таких секторах, как тяжелая техника и авиация, где плотность энергии играет важную роль. В недавней статье о будущих тенденциях в области транспорта [4] было подсчитано, что при нынешней аккумуляторной технологии пассажирским самолетам с электроприводом потребуется от 14 до 31-кратного максимального взлетного веса в аккумуляторах для хранения энергии, которую они обычно несут в качестве реактивного топлива. Кроме того, время зарядки аккумулятора с использованием 80 нагнетателей Tesla займет более одного дня, чтобы полностью зарядить аккумулятор, эквивалентный топливному баку Airbus 320.Что касается больших судов, 170 ГВтч энергии, которые некоторые контейнеровозы этих типов несут в своих баках для питания двигателей, потребуют аккумуляторов, превышающих их собственный вес в пять раз, и потребуются годы для перезарядки [4]. Эти оценки кажутся слишком пессимистичными, поскольку они не принимают во внимание разницу в эффективности между электродвигателями и двигателями внутреннего сгорания, которые сократили бы вдвое необходимую энергию, но достаточно высоки, чтобы проиллюстрировать непрактичность электрификации для крупных перевозчиков, чтобы путешествовать по ней. очень большие расстояния, если в аккумуляторной технологии не произойдут серьезные изменения.Но возобновляемые виды топлива и / или биотопливо могут быть хорошими предложениями для этих видов транспорта.

2. Гибридные автомобили

Электрифицированные транспортные средства не обязательно должны быть аккумуляторными электромобилями (BEV), но существуют различные уровни гибридных транспортных средств, от стандартных подключаемых (параллельных) гибридов, в которых двигатель обеспечивает механическое тяговое усилие, до гибриды расширенного диапазона (серийные), в которых тяга обеспечивается исключительно электродвигателями, а двигатель просто вырабатывает электричество, к гибридам на топливных элементах.Все эти типы гибридных автомобилей используют какой-либо тип топлива, которое сжигается в ДВС, за исключением гибридов на топливных элементах. В этих последних транспортных средствах используется водород (или другое топливо, богатое водородом, такое как спирты или аммиак), который не горит, но проходит другой процесс, обычно включающий катализ через протонообменную мембрану (PEM), производящую электричество, воду или воду и CO . 2 , когда молекула топлива также содержит атомы углерода [18,19]. В то время как гибридные системы имеют тенденцию дублировать системы, что может быть недостатком с точки зрения затрат и потребностей в обслуживании, это может обеспечить положительный компромисс в краткосрочной и среднесрочной перспективе, поскольку позволяет минимизировать основные текущие ограничения электрической мобильности: накопление энергии стоимость, плотность, надежность и время зарядки [8,20].Хотя некоторые из этих ограничений больше не являются критическими для небольших городских транспортных средств, которым не требуется большой объем памяти, они по-прежнему важны для моделей вождения, требующих частых длительных поездок, что потребует огромных, дорогих систем хранения энергии, требующих длительного времени подзарядки или очень высокой мощности. станции быстрой зарядки, у которых тоже есть свои проблемы [21]. Например, авторы сообщили, что выбросы CO 2 гибридного двигателя Plug-in от колодца к колесу могут стать незначительными в случаях, когда длительные поездки составляют менее 25% от общего пробега [12].Об этом сообщалось для случая, когда был реализован компактный и эффективный расширитель диапазона с двумя различными рабочими условиями (один для повышения эффективности, другой для дополнительной мощности). Более того, такая конфигурация обеспечит низкий расход топлива, довольно низкую сложность (по сравнению с параллельными гибридами) и низкую стоимость системы [12]. Конечно, реальные выбросы транспортных средств отличаются от зарегистрированных выбросов новых транспортных средств. Реальные испытания на выбросы при вождении пытались решить эту проблему и теперь являются частью процесса сертификации выбросов.Они выполняются в режимах истощения заряда (CD — в основном электрический режим) и поддержания заряда (CS — движение со стабильным низким уровнем заряда с использованием в основном двигателя). Официальный расход топлива и выбросы — это средневзвешенное значение между режимами CD и CS, с весовым коэффициентом, который является так называемым «коэффициентом полезности» (UF) [22]. УФ, используемый в Европе, основан на статистике движения, описанной стандартом SAE J2841 [23]. Но эти испытания проводятся для автомобилей новых моделей, а не для автомобилей, которые в настоящее время ездят по дорогам.В этой сертификации есть лазейка, потому что некоторые пользователи не будут использовать возможность подключения автомобиля так часто, как хотелось бы, чрезмерно полагаясь на режим поддержания заряда. Конечно, для получения более реалистичного измерения выбросов от транспортных средств парка потребуется анализ данных этой информации по этим транспортным средствам, но это все еще не так. Однако до тех пор, пока существует экономический стимул с точки зрения стоимости энергии для использования электричества, кажется, что гибридная архитектура будет хорошо подходить для постепенного перехода к полной мобильности BEV после того, как их проблемы будут преодолены.Теперь устойчивость гибридных транспортных средств может быть дополнительно улучшена за счет использования топлива с более низким уровнем выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ, как обсуждается в продолжении.

3. Топливо

Топливо для двигателей внутреннего сгорания (и топливных элементов) обычно представляет собой комбинацию атомов водорода (H) и углерода (C), но иногда топливо может также содержать другие элементы, такие как кислород (O) или азот (N ). Ископаемые виды топлива (например, бензин или дизельное топливо) обычно представляют собой смесь различных компонентов (углеводородов), состоящих из H и C.Каждый компонент имеет свои физические свойства, такие как плотность, температура кипения и теплотворная способность (HV). Одной из проблем двигателей внутреннего сгорания является очень высокий стандарт выбросов выхлопных газов, который требует дорогостоящей и громоздкой последующей обработки выхлопных газов, что также снижает топливную экономичность транспортного средства.

Если топливо содержит кислород или азот, поскольку эти элементы не горят, его HV ниже, чем у других, состоящих только из углерода и водорода. Фактически, когда горит спирт (состоящий из C, H и O), атомы кислорода, присутствующие в сгоревших газах, находятся в форме CO 2 или H 2 O, в основном последних [23,24].Жидкое топливо больше подходит для движения транспортных средств. Они обладают очень высокой плотностью энергии с точки зрения массы и объема, что позволяет транспортным средствам иметь огромный запас хода. Газообразное топливо требует резервуаров под давлением и имеет гораздо более низкую плотность энергии, что приводит к созданию гораздо более крупных и тяжелых резервуаров для того же количества хранимой энергии (рис. 1, [25]). Например, аккумуляторные электромобили требуют огромных объемов для своих аккумуляторов ( Таблица 1) с добавлением массы и стоимости [8]. Тем не менее, развитие аккумуляторных технологий было медленным, но устойчивым, и новые технологии набирали обороты.Примерами являются использование материалов катода (например, оксида металла) и анода большой емкости, электролитов с высоким потенциалом окисления и металл-воздушных батарей, которые заменяют положительный электрод воздушным электродом [26]. Еще одно преимущество жидкого топлива — это простая и быстрая заправка. Газообразное топливо сложнее и требует больше времени для заправки, в то время как электромобили требуют сложных, дорогих и длительных процедур. В целом, с точки зрения производства ископаемого топлива CO 2 , чем больше углерода в молекуле, тем выше добыча этого газа.В таблице 2 показан потенциал производства различных видов топлива CO 2 (с точки зрения НТС) по сравнению с бензином (100). Обратите внимание, что водород не является природным топливом, поэтому он должен производиться из других источников, которые могут быть ископаемыми, поэтому генерирует CO 2 не при его сжигании, а во время его производства.

4. Биотопливо

Важно знать, основано ли топливо на возобновляемых источниках энергии, например на сельскохозяйственных культурах, поскольку при его сжигании не повышается уровень ископаемого CO 2 в атмосфере, но незначительно (если производственные и технологические выбросы учитываются [28], поэтому существует важное разделение между различными видами топлива, если они произведены из ископаемых или из возобновляемых источников (биотопливо) (Рисунок 2).Однако, как будет видно позже, иногда трудно оценить, является ли топливо «био» (из возобновляемых источников энергии) или нет. Например, биодизель рассматривается как биотопливо, но 10% метанола, необходимого для процесса переэтерификации, обычно производятся из природного газа, ископаемого топлива (рис. 2). Некоторые виды топлива (например, водород или аммиак) можно производить из ископаемых источников (водород из природного газа или нефти), но они также могут производиться полностью из возобновляемых источников. Это относится к водороду, полученному в результате гидролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии, такой как солнечная или ветровая, а также фотохимических элементов.Другие так называемые солнечные виды топлива могут также включать CO 2 с использованием тех же методов [29]. Кроме того, биомасса может быть преобразована в другие более удобные формы топлива за счет использования солнечной энергии, которая способствует процессу пиролиза [30].

Это вызывает еще одну дискуссию о топливах, потому что некоторые из них (например, водород) могут рассматриваться как «носители энергии», а не как «источники энергии». Электроэнергия является энергоносителем, поскольку она может производиться из различных источников энергии (возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, или ископаемых, таких как углерод или ядерная энергия) в определенном месте, но затем она транспортируется в место, где требуется энергия, например как дома.Электроэнергия может транспортироваться на большие расстояния по электрической сети или может транспортироваться транспортными средствами в составе химико-электрических батарей. В этом отношении водород, аммиак и другие синтетические топлива (например, бензин Фишера-Тропша или дизельное топливо) также могут считаться «энергоносителями». Если это топливо производится полностью из возобновляемых источников, то оно считается биотопливом. Таким образом, указанные виды топлива (водород, аммиак, синтетические углеводороды) могут считаться ископаемыми видами топлива, если они производятся из ископаемых источников, или они могут частично или полностью рассматриваться как биотопливо.Следовательно, ТО ЖЕ ТОПЛИВО можно рассматривать как ископаемое топливо или биотопливо. Метан, присутствующий в природном газе, является ископаемым, тогда как тот же метан, который содержится в биогазе, считается биотопливом.

Важные свойства
Список наиболее распространенных свойств различных видов топлива, собранных из нескольких источников [27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], можно увидеть в таблице 3 Плотность топлива и теплотворная способность важны для определения количества энергии, доступной в топливе, в единицах объема или массы.Тепловая ценность может быть указана в виде более высокой теплотворной способности (HHV) или более низкой теплотворной способности (LHV). Разница между HHV и LHV заключается в тепле, связанном с конденсацией пластовой воды. Очевидно, что для углерода HHV имеет то же значение, что и LHV, поскольку при его сгорании не образуется воды.

Обычно энергоемкость жидкого и твердого топлива характеризуется их LHV, так как обычно дымовые газы отводятся при температурах, достаточно высоких, чтобы не допустить конденсации.Крайними значениями LHV являются углерод (33 МДж / кг, хотя обычное значение для угля составляет 27 МДж / кг) и водород (120 МДж / кг), а для большинства углеводородов их LHV является функцией H / Соотношение C. Газообразное топливо, такое как метан, имеет высокую НТС, так как его соотношение H / C является одним из самых высоких. Плотность энергии топлива на основе массы будет важным параметром для мобильных приложений (а именно, аэрокосмической), но не столь актуальным для стационарных приложений.

Еще одним важным свойством является теплотворная способность стехиометрической топливовоздушной смеси по объему при атмосферном давлении.Это показывает количество энергии, которое может быть введено в двигатель внутреннего сгорания за цикл, что влияет на крутящий момент и мощность [25]. Важность этого параметра можно проиллюстрировать на примере водорода: хотя он имеет самую высокую HV по массе, его значение в объемном выражении (его смеси с воздухом) является одним из самых низких (Таблица 3; Рисунок 3). Естественно, этот параметр влияет на объем хранилища, что также имеет решающее значение для мобильных приложений. Скрытая теплота испарения отвечает за охлаждающий эффект на смесь при испарении топлива.Спирты имеют высокую ценность, поэтому их смесь с воздухом попадает в двигатель при низких температурах даже при использовании наддува [25].

Значение стехиометрического отношения воздух-топливо (A / F) является показателем отношения H / C углеводорода и / или количества кислорода (или азота) в его молекуле.

RON (Исследованное октановое число) и CN (цетановое число), используемые для классификации коммерческого бензина и дизельного топлива, соответственно, связаны со способом самовоспламенения топлива. Высокие числа RON подходят для двигателей с искровым зажиганием (SI), тогда как высокие числа CN подходят для дизельных двигателей.Фактически, эти два числа противоположны [39,40] (Рисунок 4). Высокие значения RON указывают на очень сложное самовоспламенение, тогда как высокие значения для CN указывают на топливо, которое легко самовоспламеняется. Наблюдая за рисунком 4, можно увидеть, что между этими числами существует четкая связь. Подбор кривой дает следующие формулы:

RON = 105 — 0,145 CN — 0,333 CN 2

(2)

Другие физические свойства, представленные в таблице 3, включают вязкость, температуру вспышки и давление паров по Рейду.Значения вязкости показывают возможность впрыскивания топлива в виде мелкодисперсных брызг, что очень важно для дизельных двигателей. Например, дизельное топливо имеет более низкую вязкость, чем биодизельное топливо, поэтому спрей для биодизеля более крупный, чем обычный спрей для дизельного топлива. С другой стороны, этанол и в основном ДМЭ и ДЭЭ имеют гораздо меньшую вязкость, поэтому их впрыскивание может производиться в виде мелкокапельных распылителей [41]. Точка вспышки — это температура, при которой жидкость выделяет достаточно пара для образования стехиометрической смеси с воздухом. поэтому поддержание пламени — это свойство, связанное с безопасностью.Если точка воспламенения топлива (например, дизельного топлива) намного выше комнатной температуры, его утечка не приведет к сгоранию. С другой стороны, если температура воспламенения топлива ниже 38 ° C (100 ° F), оно считается легковоспламеняющимся [23]. Давление паров по Рейду является мерой летучести топлива и очень важно для топлива, используемого в Двигатели SI, в основном карбюраторные. Пределы воспламеняемости показывают пропорции (% по объему), при которых искра может воспламенить топливно-воздушную смесь. Водород — это топливо с самыми широкими пределами воспламеняемости, что очень важно для сжигания очень бедных смесей.Сжигание очень бедных смесей в ДВС имеет различные преимущества, такие как высокий КПД двигателя и низкие выбросы загрязняющих веществ [25]. Кислородные топлива, как следует из названия, содержат кислород в своей молекуле, поэтому их удельная энергия снижается этим фактом. Половину массы метанола составляет кислород, и его НДТ меньше половины от бензина, но поскольку его стехиометрическое соотношение / F также почти вдвое меньше, чем у бензина, ВС смеси воздух-метанол, хотя и ниже, составляет примерно тот же уровень, что и для бензина. Но поскольку высокая скрытая теплота метанола значительно снижает температуру воздуха, поступающего в двигатель, его плотность увеличивается за счет этого факта, и в двигатель поступает гораздо больше воздуха, эффективно увеличивая выходную мощность двигателя (примерно на 6%, [42]).Топливо с максимальным потенциалом повышения мощности — нитрометан. Несмотря на то, что он имеет низкую HV 12 МДж / кг, стехиометрическая A / F 1,7 позволяет впрыскивать огромное количество топлива в каждом цикле, увеличивая выходную мощность двигателя более чем в 2,3 раза по сравнению с бензиновым [42].

5. Водород

Водород — одна из простейших молекул, состоящая всего из двух атомов, соединенных вместе, каждый с одним протоном и электроном. Обычно он находится в газовой форме, и, за исключением случаев очень высокого давления и / или очень низкой температуры, его плотность энергии (в единицах объема, или МДж / л — Рисунок 3) чрезвычайно низка (0.11 МДж / л в атмосферных условиях). И это один из недостатков этого топлива: даже при очень высоких давлениях (750 бар) или очень низких температурах (сжижение при 20 К) его удельная энергия намного ниже, чем у большинства других жидких топлив (4,7 и 8,6 МДж / л. соответственно [43]). И требуется значительное количество энергии для повышения давления водорода или его сжижения, величина, которая составляет значительную часть его собственного HV. По сравнению с другими жидкими углеводородами, один литр жидкого водорода на самом деле содержит меньше водорода (атомов), чем литр обычного топлива (а обычное топливо также имеет, кроме того, атомы углерода).Некоторые недавние разработки обещают использование материалов для хранения водорода при гораздо более низких давлениях, таких как системы жидкого органического носителя водорода (LOHC) [44,45,46]. Однако эти методы являются сложными, требуют контроля давления и / или температуры и требуют времени для хранения (гидрирования) и восстановления (дегидрирования), что часто требует катализаторов при использовании жидкостей [47, 48]. Тем не менее, эти технологии могут стать жизнеспособными в будущем для конкретных приложений, а именно в крупномасштабных стационарных случаях, когда экономия на масштабе в конечном итоге компенсирует добавленную сложность.Еще один важный недостаток водорода заключается в том, что его крошечная молекула может улетучиваться через материалы, которые обычно не проницаемы для других газов. Это требует использования специальных материалов для трубопроводов и хранилищ, включая особые спецификации для сварки [49]. Хотя водород можно использовать в ДВС, его главное преимущество заключается в использовании в качестве энергоносителя в топливных элементах, где он не производит ничего, кроме электричество и вода. Производство водорода из электроэнергии обычно осуществляется электролизом воды в процессе, эффективность которого может составлять от 52% до 67%, поэтому 60% кажется хорошим средним значением.Затем водород используется для производства электроэнергии в топливных элементах с эффективностью от 50 до 60% (мы будем использовать 55%) [18]. Кроме того, необходимо хранить водород в виде сжатого газа при давлении от 350 до 700 бар или в виде жидкости при температуре 20 К. Это требует 15 МДж / кг для сжатия до 700 бар [50] и 50 МДж / кг для сжижения H 2 [50]. Это приводит к общей эффективности преобразования электричества в электричество 29% (сжатый H 2 ) и 19,5% (жидкий H 2 ), когда водород используется в качестве энергоносителя.Новый процесс электролиза, называемый высокотемпературным электролизом или паровым электролизом (при температуре от 700 до 1000 ° C, намного выше, чем критическая температура воды, и при высоком давлении), демонстрирует потенциал для гораздо более высокой эффективности [51].

Как было сказано ранее, бензин и дизельное топливо также содержат больше водорода по объему, чем жидкий водород, что делает их синтетические версии также хорошими энергоносителями, возможно, лучше, чем водород.

Но водород обладает некоторыми важными свойствами, которые можно использовать в ДВС в качестве добавки.Его очень высокая скорость сгорания (намного выше, чем у бензина) улучшает сгорание других видов топлива даже с низкими фракциями (менее 5%). Это выгодно для топлива, которое горит медленно, например, аммиака [52]. Когда процентное содержание водорода велико или когда он сгорает сам по себе (чистый), более высокая адиабатическая температура пламени генерирует большое количество NOx, поэтому обычно вводят воду как средство для снижения максимальной температуры, особенно при использовании наддува. Одной из проблем водорода является его способность к самовоспламенению, так как энергия активации (искры), необходимая для воспламенения, очень мала (0.01 мДж). Этот факт мешает измерению его детонационного поведения и значения его октанового числа. Для измерения RON требуется температура на входе 149 ° C, слишком высокая для использования водорода. Обычно RON для водорода составляет более 100 (Таблица 3), но некоторые исследователи [31] сообщают о значениях всего 60. Другие сообщают, что RON превышает 130 при использовании обедненных смесей. Когда температура всасывания составляет атмосферную, водород показывает очень высокое RON, что обеспечивает степень сжатия (CR) выше 14.5: 1 без детонации, вероятно, благодаря очень высокой скорости сгорания [53]. Но, как обсуждалось ранее, главная проблема с водородом — это его плотность энергии. 50 л бензина можно хранить в баке емкостью 72 л (весом 84 кг, включая топливо), тогда как такое же количество энергии в водороде (19 кг) требует цилиндрический бак на 272 л и 129 кг ([54]; см. Рисунок 1). Таким образом, основные интересы водорода, по-видимому, заключаются в его потенциале для использования в топливных элементах PEM, отсутствии выбросов CO 2 и его использовании в качестве энергоносителя и накопителя энергии в стационарных приложениях (хотя и при очень высоких давлениях или объемах).Если будут разработаны другие типы высокоэффективных топливных элементов, способных потреблять жидкое топливо, будут использоваться другие виды биотоплива (с потенциалом не производить ископаемый CO 2 ) и другие синтетические топлива могут использоваться в качестве носителей энергии, что будет преимуществом от водород? По нашему мнению, в этом случае обоснование «водородной экономики» потеряет большую часть своей привлекательности, и его заменит другое (жидкое) синтетическое топливо с высокой плотностью энергии и / или биотопливо. Таким образом, кажется, что основным преимуществом водорода на транспорте является его более высокая плотность энергии по сравнению с батареями, что делает гибридные электромобили на топливных элементах лучшим предложением, чем полностью электромобили, с большей дальностью полета и гораздо меньшим временем дозаправки.

6. ​​Спирты

Самым распространенным спиртом, используемым в двигательных установках, является этанол, причем большие количества используются в Бразилии и США в так называемых двигателях с «гибким топливом». Эти двигатели SI могут сжигать бензин, чистый этанол или любую смесь этих двух видов топлива. Хотя стехиометрия обоих видов топлива сильно различается (AFR 14,5 для бензина и 9,0 для этанола — см. Таблицу 3), система впрыска использует лямбда-зонд в выхлопе для оценки насыщенности смеси и ее корректировки. Если, например, двигатель работает на прямом бензине, а водитель заполняет бак этанолом, когда новое топливо достигает форсунок, они производят обедненную смесь (меньше топлива, чем требуется), но в течение одной или двух секунд лямбда-зонд считывает концентрацию смеси, отправляет информацию в ЭБУ (электронный блок управления), после чего в цилиндры впрыскивается нужное количество топлива, и с этого момента ЭБУ (электронный блок управления) двигателя принимает это топливо.Таким образом, только в течение этого очень короткого периода водитель может почувствовать кратковременный сбой в работе двигателя, но затем он работает без сбоев. Метанол — еще один алкоголь, который иногда используется, в основном в США и в основном для гоночных двигателей. Этанол и в основном метанол являются исключительным гоночным топливом по разным причинам. Они имеют высокое значение RON и высокую скрытую теплоту парообразования (см. Таблицу 3), что приводит к попаданию холодных и плотных смесей в двигатель (большая масса) и позволяет использовать высокую степень сжатия (CR), что обеспечивает более высокий КПД и мощность. [25].

Этанол в основном производится в результате ферментативного расщепления крахмала (зерна) до сахара, а затем до этанола. В США основой является кукуруза, но в Бразилии, где используется сахарный тростник, первого преобразования избегают, что значительно повышает общую эффективность производства.

Метанол в основном производится из природного газа по уравнению парового риформинга: с последующей каталитической реакцией между CO и водородом: Одно из менее известных преимуществ сжигания спирта — это так называемый «спиртовой бонус».Когда метанол сжигается, уравнение выглядит следующим образом:

CH 3 OH + 1,5 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

(5)

что в молях (что переводится в объем) дает:

2,5 В (реактивы) → 3 В (продукты)

(6)

При использовании бензина (с учетом CH 2 ):

CH 2 + 1,5 O 2 → CO 2 + H 2 O

(7)

что по объему составляет:

2.5 В (реагенты) → 2 В (продукты)

(8)

Таким образом, для одного и того же объема реагентов (2.5) при использовании бензина получают только два объема, а при использовании метанола — три. Это означает, что при использовании спирта происходит значительно более высокое объемное расширение. Это можно увидеть на указанной диаграмме, где метанол показывает более высокое давление во время расширения (Рисунок 5). При этом учитывается, что как бензин, так и метанол полностью испаряются при входе в двигатель, хотя испарить метанол намного сложнее, чем бензин, поскольку скрытая теплота испарения первого (1100 кДж / кг) намного выше, чем у бензина. последний (350 кДж / кг), поэтому соотношение еще выше.

Поскольку метанол (и этанол) имеют гораздо более высокую скрытую теплоту парообразования, чем бензин, и при той же мощности количество впрыскиваемой массы также значительно выше, общее количество тепла, необходимое для полного испарения топлива, намного выше, когда спирты являются использовал. Это создает охлаждающий эффект на всасываемую смесь даже при использовании наддува. Это выгодно для автоспорта, так как тепловые нагрузки на внутренние части двигателя очень высоки. При использовании спиртов двигатель с наддувом может работать без промежуточного охлаждения и не сталкиваться с тепловыми проблемами или детонацией.

Поскольку значения RON для спиртов выше, чем для бензина (см. Таблицу 3), степень сжатия двигателей может быть увеличена без детонации, тем самым улучшая мощность и эффективность. Поскольку адиабатическая температура пламени спиртов ниже, чем у бензина, тепловые потери в камере сгорания снижаются, что дополнительно улучшает общий КПД.

Другим преимуществом спиртов является то, что, в отличие от бензина, они очень хорошо смешиваются с водой, что позволяет тушить пожар с помощью воды.Бросок воды в огонь бензина обычно усугубляет проблему, так как вода более плотная, чем бензин, поэтому топливо плавает по ней и легко растекается.

Но и со спиртами есть проблемы. Пламя метанола не имеет цвета, поэтому очень сложно определить, возник ли пожар. Кроме того, поскольку для полного испарения спиртов требуется большое количество тепла, приготовление смеси может быть проблемой [55], и большая часть жидкости может попасть в цилиндры и «смыть» масло с поверхностей цилиндров, что позволяет поршням: контакт цилиндра.Кроме того, в странах с холодным климатом (даже на юге Бразилии) для запуска двигателя требуется небольшой бак с бензином, так как этанол или метанол не имеют давления паров, достаточного для образования горючей смеси. Кроме того, этанол и особенно метанол имеют тенденцию вызывать сильную коррозию различных металлов, а также других материалов, таких как резина.

Поскольку пределы воспламеняемости спиртов намного шире, чем пределы воспламеняемости бензина, двигатели могут работать с гораздо более бедными смесями, повышая эффективность двигателя и уменьшая все загрязняющие вещества.

Несмотря на то, что метанол является чистым и эффективным топливом, основной вклад в его транспортировку вносит его использование в производстве биодизельного топлива в процессе переэтерификации [56].

7. Простые эфиры

Простые эфиры — это молекулы, в которых атом кислорода соединяет два радикала, которые обычно похожи друг на друга. Например, диметиловый эфир (DME) состоит из двух идентичных метильных радикалов, соединенных атомом кислорода. Это легковоспламеняющиеся жидкости или газы, которые поэтому могут использоваться в двигателях внутреннего сгорания.

7.1. DME
Диметиловый эфир (DME) представляет собой простейший эфир и представляет собой газ при атмосферном давлении, но он легко конденсируется при приложении давления (55) выше, чем у дизельного топлива (см. Таблицу 3), имеет низкую температуру воспламенения (320 ° C). C), его вязкость очень мала, и, поскольку он состоит на 35% из кислорода и не имеет связей CC, его горение является бездымным [57]. Поскольку он очень летуч, его приготовление смеси с воздухом намного проще, чем у дизельного топлива, что делает его идеальным топливом для воспламенения от сжатия.Кроме того, он горит быстро и без детонации (бесшумное сгорание — [41]), у него есть потенциал для более высокого КПД, но он производит больше NOx, чем дизельное топливо [56]. ДМЭ (и другие простые эфиры) могут быть произведены путем дегидратации двух спиртов. молекулы, также производящие воду (рис. 6). Его также можно производить из «черного щелока», побочного продукта целлюлозно-бумажного производства, или из лигнитно-целлюлозной биомассы, что делает его биотопливом второго поколения. Сжимаемость DME намного выше, чем у дизельного топлива, что увеличивает энергия, необходимая для сжатия топлива, хотя и не требует огромного давления впрыска, необходимого для образования тонкой струи дизельного топлива.Однако его нельзя использовать непосредственно в системах впрыска дизельного топлива, так как он имеет плохие смазывающие свойства, но можно добавить небольшое количество биодизеля для обеспечения смазывающей способности. Кроме того, его низкая плотность и низкая теплотворная способность требуют более высоких массовых расходов впрыска, чем дизельное топливо, но в целом он имеет потенциал для производства большей мощности от того же двигателя, использующего дизельное топливо [56].
7.2. DEE
Диэтиловый эфир (DEE) — это летучий эфир, обычно получаемый как побочный продукт гидратации этилена при производстве этанола, но он также может быть получен реакцией серной кислоты с этанолом или каталитической дегидратацией этанола.Поскольку его цетановое число очень высокое (температура воспламенения 160 ° C, одна из самых низких, таблица 3), DEE используется в качестве пускового агента двигателя внутреннего сгорания, как в двигателях SI, так и в дизельных двигателях. 158 [41]) и его способность храниться в виде жидкости при атмосферных условиях (T при кипении = 34 ° C, таблица 3), это топливо кажется хорошим кандидатом для использования в двигателях с воспламенением от сжатия (CI). Его можно добавлять в дизельное топливо, а во время Второй мировой войны в Японии он использовался в качестве добавки (до 5%) в авиационных двигателях [41].Его использование в качестве обычного моторного топлива с ХИ может вызвать проблемы, поскольку оно не обладает смазывающими свойствами и имеет тенденцию к окислению с образованием пероксидов. Некоторые органические пероксиды опасно реакционноспособны, потому что они объединяют топливо (углерод) и кислород в одном и том же соединении. Поскольку в его молекуле есть кислород и нет связей C-C, при его горении не образуется дыма.

8. Сложные эфиры (биодизель)

Обычные сложные эфиры, более известные как биодизельное топливо, являются хорошими заменителями ископаемого дизельного топлива в двигателях с ХИ. Они производятся из растительных масел (и других жиров) в процессах этерификации или, чаще, переэтерификации (рис. 7).В последнем процессе триглицерид реагирует со спиртом в присутствии катализатора с образованием сложного эфира и глицерина. Способы использования глицерина будут обсуждаться в следующей главе.

Сложные эфиры различных растительных масел (семян рапса, сои, арахиса, подсолнечника и т. Д.) Известны как биодизель или FAME (метиловый эфир жирных кислот), если они производятся из метанола. Обычно они производятся с использованием метанола, но можно производить биодизельное топливо с использованием этанола. В этом случае процесс идет медленнее и имеет более низкую эффективность, но конечный продукт может считаться 100% биотопливом, если используется биоэтанол и если растительное масло 100% биопродукция.Хотя метанол также можно производить из возобновляемых источников, обычно его получают из природного газа. Одним из преимуществ биодизеля является его смазывающая способность. Когда сера была удалена из дизельного топлива, его смазывающая способность резко снизилась, и решением было добавление 2% биодизеля для ее восстановления.

Биодизель, хотя и имеет несколько иные свойства по сравнению с исходным маслом, из которого оно было изготовлено, представляет собой топливо с более высоким цетановым числом, чем дизельное топливо, не содержит серы, выбросы CO и HC ниже [58] и является биоразлагаемой жидкостью.Что касается недостатков, он имеет более высокую вязкость, чем дизельное топливо, производит более высокие значения NOx и нестабилен (окисляется) при длительном хранении. Кроме того, производственный процесс неэффективен (требует больших затрат энергии), его теплотворная способность ниже, чем у дизельного топлива, и он может разрушать эластомеры. При том же количестве впрыскиваемого топлива, что и дизельное топливо, снижение мощности с использованием биодизеля должно составлять около 10%, но двигатель данные показывают снижение только на 5% [37], показывая более высокую эффективность. Автор [58] измерил, что при том же энергопотреблении транспортного средства увеличение составляет всего 3 раза.5% (по объему) и сокращение на 6% с точки зрения потребляемой энергии (в виде топлива) по сравнению с ископаемым топливом в длительном (12 350 км) путешествии по Южной Америке. Это также показывает лучшую эффективность двигателя при использовании биодизеля по сравнению с дизелем [58]. Важно отметить, что упомянутые сравнительные испытания были выполнены в двигателях с общей топливной магистралью. При использовании традиционных систем насос-труба-инжектор более низкая сжимаемость и более высокое цетановое число биодизельного топлива приводит к более раннему и более быстрому сгоранию, что дополнительно повышает эффективность (и увеличивает NOx), если двигатель разработан для минимизации выбросов NOx.Но более низкая сжимаемость биодизеля не мешает впрыску в системах Common Rail, поэтому более высокий КПД в двигателях этого типа объясняется только лучшим потенциалом сгорания биодизеля [58]. Биодизель имеет некоторые недостатки по сравнению с дизель. Он затвердевает при более высокой температуре (~ 0 ° C), что может быть проблематичным в холодных странах. Кроме того, присадки для дизельного топлива в холодную погоду не работают с биодизелем, поэтому необходимо разработать другие присадки. Биодизельное топливо, произведенное из животных жиров (значительная доля бразильского биодизеля, 25%), имеет гораздо более высокую температуру затвердевания (~ 15 ° C) [59].При длительном хранении он может окисляться и, поскольку это биотопливо, может быть источником бактериологического загрязнения [59]. Акролеин, являющийся токсичным веществом, рассматривается как проблема для сжигания биодизеля. Однако акролеин является побочным продуктом горения глицерина, и биодизельное топливо не должно содержать глицерина. Фактически, исследование [60] показало, что выбросы биодизельного топлива могут представлять меньший риск для здоровья человека, чем выбросы дизельного топлива в двигателях внутреннего сгорания. Существуют и другие процессы производства биодизеля, кроме этерификации и переэтерификации.Один из способов заключается в том, чтобы смесь биомассы и воды (чтобы она оставалась влажной) подвергалась процессу высокой температуры (300–350 ° C) и высокого давления (120–180 бар) (гидротермическое облагораживание — HTU) для удаления части (85 %) его кислорода [61]. Полученное масло можно физически или химически переработать в биодизельное топливо. Это процесс второго поколения.
Йодное число (IV)
Йодное число (IV) является мерой степени ненасыщенности биодизельного топлива или масел. Это простой для выполнения тест, в основном он заключается в измерении количества йода, которое может быть добавлено для насыщения 100 г топлива.Степень ненасыщенности относится к количеству двойных связей (рис. 8а) между атомами углерода и показывает ее устойчивость к окислению и / или полимеризации. Биодизель из ненасыщенного масла имеет различные двойные связи. Когда добавляется йод, два атома соединяются с атомами углерода, которые ранее были связаны двойной связью (рис. 8b). Чем выше йодное число биодизельного топлива (масла или жира), тем ниже температура плавления. Так, биодизельное топливо, полученное из животного жира (насыщенного), обычно имеет температуру плавления выше 15 ° C [59].Гидрирование масла происходит, когда двойные связи ненасыщенного масла преобразуются в одинарные связи и атомы водорода включаются там, где были размещены атомы йода, как показано на рисунке 8, справа. Топливо с более высокой степенью ненасыщенности имеет более высокую IV. , обычно дает более высокие значения NOx [62,63,64] и имеет более низкую устойчивость к окислению. Имея это в виду, в Европе IV биодизеля ограничен 120, ограничивая биодизельное топливо, производимое из ненасыщенных масел, таких как подсолнечное или соевое [64], и разрешая биодизельное топливо на основе рапсового масла.Это ограничение накладывает ограничения на производство биодизеля в странах южной Европы и импорт из Бразилии и США (обычно из сои), и по этому поводу ведутся большие споры. Спецификации биодизеля в США, Бразилии и Австралии не ограничивают IV. Биодизель, произведенный из животных жиров, высоконасыщенного жира, вызывает снижение NOx [63], а его IV также низок [65]. В Бразилии используется смесь биодизельного топлива, произведенного из соевого масла (75%) и таллового жира (25%), что позволяет снизить высокий коэффициент вязкости биодизельного топлива соевого масла [65].Однако биодизель, произведенный из анчоусов, ненасыщенного жира, имеет индекс вязкости 185 и имеет тенденцию к снижению выбросов NOx (на 11%) по сравнению с дизельным топливом для аналогичных условий [66], что доказывает, что, по крайней мере, в некоторых случаях , нет прямой связи между выбросами IV и NOx.

9. Растительные масла

Первые дизельные двигатели, разработанные Рудольфом Дизелем, работали на растительных маслах, и только позже использовалось минеральное дизельное масло. Одна из проблем использования сырых растительных масел — их очень высокая вязкость.Можно снизить вязкость, увеличив температуру растительного масла до значений, аналогичных тем, которые использовались для дизельного топлива перед впрыском. Но масла и жиры имеют разные уровни насыщения (двойные связи), на которые указывает их йодное число (IV). Чем выше IV, тем выше вероятность полимеризации масла или жира при высокой температуре, что приводит к образованию тяжелых и липких отложений (смол) на наконечниках форсунок и поршневых кольцах, что приводит к повреждению двигателя.

10.Другое кислородсодержащее топливо

Предыдущие виды топлива (спирты, простые и сложные эфиры) содержат кислород в своей молекуле, поэтому они называются кислородсодержащими видами топлива. Эти атомы кислорода значительно улучшают сгорание топлива и снижают возможность образования твердых частиц (ТЧ). Работа Харлта [67] показала (рис. 9), что существует сильная корреляция между массовым содержанием кислорода в топливе и относительным снижением содержания сажи (ТЧ). Кроме того, эти исследователи доказали, что кислородсодержащие топлива с более высоким содержанием водорода (более высокое соотношение H / C) имеют тенденцию еще больше уменьшать образование сажи.Следовательно, легкие кислородсодержащие топлива, такие как DME или DMM (диметоксиметан), лучше подходят с точки зрения выбросов сажи. В то время как ДМЭ имеет высокое цетановое число (~ 60), ДММ имеет относительно низкое КЧ 30 (см. Таблицу 3), что снижает число КЧ смеси дизель-ДММ, увеличивая задержку воспламенения [68]. Но его добавление к дизельному топливу значительно снижает производство PM. DMM имеет низкую смазывающую способность, поэтому его нельзя использовать в качестве прямого топлива в дизельном двигателе без присадок для повышения смазывающей способности и повышения цетанового числа [67].Дизельные двигатели и недавние двигатели с непосредственным впрыском искрового зажигания страдают от образования твердых частиц, поскольку времени на подготовку топлива мало. В этих типах двигателей впрыск топлива происходит очень поздно в цикле, что сокращает время, необходимое для получения надлежащей топливно-воздушной смеси, что приводит к образованию твердых частиц. Оксигенатное топливо, такое как спирты и простые эфиры, известно для снижения образования ТЧ, поскольку в них отсутствуют связи CC [69]. Диметилкарбонат (DMC) и метилформиат (MeFo) являются устойчивыми к детонации (с высоким RON) сложными эфирами, которые подходят для прямого инжекторные (DI) двигатели с искровым зажиганием (SI) высокой компрессии [70,71].Эти виды топлива также обладают потенциалом для значительного сокращения производства твердых частиц в двигателях SI-DI, что является выгодным излишком. Оба они используются в химической промышленности в качестве растворителей и в других целях. Оба DMC (C 3 H 6 O 3 ) и MeFo (C 2 H 4 O 2 ) имеют равные элементные отношения, поэтому они имеют одинаковую теплотворную способность (Таблица 3) и аналогичные сопротивление детонации. Испытания по сравнению с бензином показали более высокий расход топлива для этих оксигенатов, но выходная мощность двигателя была значительно увеличена (на 13%) в результате более высокой теплотворной способности смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью.Но лучшее улучшение было с точки зрения снижения ТЧ, где количество твердых частиц (PN) было уменьшено на один (DMC) и два (MeFo) порядка [69] по сравнению с дизельным топливом. Что касается нового кислородсодержащего топлива для двигателей с воспламенением от сжатия. ОМЭ эфиров оксиметилена (CH 3 O (CH 2 O) nCH 3 ) выглядят очень многообещающими [72]. Эти виды топлива также известны под названием полиоксиметилендиметиловые эфиры (PODEn). Это класс различных видов топлива, где n варьируется от 1 (диметоксиметан или DMM) до более 5.Однако для n = 1 у нас есть DMM, который очень летуч (почти как DME, который n = 0), а для n = 2 топливо имеет низкую температуру вспышки [73], поэтому более пригодные для использования топлива имеют диапазон n от 3 до 4 (OME3-4 или PODE3-4). Более высокие значения n имеют очень высокие температуры плавления и могут выпадать в осадок при смешивании с дизельным топливом. Испытания дизельного двигателя этого топлива (PODE3-4, смешанного с дизельным топливом) показали его потенциал для более быстрого сгорания, более низкого образования ТЧ и немного более высоких выбросов NO x . По сравнению с обычным дизельным топливом КПД двигателя повысился для всех условий, а выбросы CO и HC были снижены [73].Эти виды топлива обладают дополнительным преимуществом, так как их можно производить из сырья биомассы [74], и они не имеют связей C-C, поэтому горят легко и чисто.

11. Синтетическое топливо — процесс Фишера-Тропша

Можно производить синтетическое жидкое топливо из более традиционных видов топлива, таких как уголь, природный газ или водород. Процессы инициируются производством синтез-газа (смеси водорода и окиси углерода), который затем проходит через каталитические реакции, такие как процесс Фишера-Тропша (F-T), приводящий к производству жидких углеводородов [75].Соотношение между H 2 и CO в синтез-газе и типом катализатора определяет типы производимых углеводородов, которые могут быть аналогичны бензину, дизельному топливу или смазочному маслу. Соответствующие уравнения следующие:

nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + nH 2 O (парафины)

(9)

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O (олефины)

(10)

Дизель F-T имеет более высокую сжимаемость, чем ископаемое дизельное топливо (что не является проблемой для двигателей с общей топливной магистралью), имеет более высокое цетановое число (Таблица 3), а вероятность образования NOx и PM (твердых частиц) ниже [36].Поскольку это синтетическое топливо не содержит серы, его сжигание очень чистое с низким потенциалом выбросов твердых частиц. Однако он, кажется, чувствителен к уровням EGR (рециркуляции выхлопных газов), производя высокий уровень дыма выше определенного значения EGR. Но дизельный F-T может иметь разные рецептуры с разными кривыми перегонки, что меняет некоторые его свойства [76]. Эти синтетические виды топлива представляют собой углеводороды, в молекулах которых нет кислорода, поэтому снижение образования твердых частиц нельзя отнести к этому элементу, как это имеет место в случае кислородсодержащих топлив.Эти виды топлива редко называют GTL (газ в жидкость). Если основным топливом для производства синтез-газа является биомасса, название меняется на BTL (биомасса на жидкость) и считается биотопливом второго поколения. Во время Второй мировой войны страны оси испытывали огромную нехватку нефти, поэтому большинство необходимых горюче-смазочных материалов производилось с помощью этих технологий (синтетическое топливо) из угля (так называемого CTL — угля в жидкость [77]), как несколько десятилетий спустя это сделала Южная Африка. для преодоления нефтяного эмбарго они были подвергнуты [78].
11.1. CTL
CTL (из угля в жидкое топливо) горят чище, чем ископаемый бензин или ископаемое дизельное топливо, поскольку они специально созданы для сжигания в двигателях определенного типа. Их можно получить двумя способами. Непрямое ожижение угля (ICL) требует дробления угля, который затем подвергается воздействию высокой температуры и высокого давления вместе с водой (паром) и кислородом для получения синтез-газа: а также при ограниченном количестве воздуха: затем синтез-газ превращается в жидкое топливо с помощью процесса F-T. В зависимости от требуемого топлива (бензин, керосин, дизельное топливо или смазка) процесс F-T должен подаваться с правильными пропорциями H 2 и CO, поэтому эти пропорции можно изменить, например, путем:

CO + H 2 O + → H 2 + CO 2

(13)

В процессе прямого ожижения угля (DCL) пылевидный уголь подвергается воздействию водорода (гидрогенизация) также при высоких температурах и давлениях (пиролиз), в результате чего образуется синкрудная жидкость, которая затем очищается.Процесс Бельгиуса включает смешивание угля с тяжелой нефтью, полученной в процессе, и водородом при высоких давлениях и температурах, в результате чего получается жидкий углеводород:

nC + (n + 1) H 2 → C n H 2n + 2

(14)

Основные различия между ICL и DCL:

DCL использует только один шаг и более энергоэффективен;

ICL легче контролировать («проектировать») тип производимого топлива.

Производство огромных количеств CO 2 (почти вдвое превышающих общие выбросы ископаемого топлива на основе WTW [79]) является одним из основных недостатков этих процессов. Другая проблема — это большое количество необходимой тепловой энергии и воды. Согласно опыту компании Sasol [77], необходимое потребление воды составляет около 1 м3 3 (1 тонна) на каждый баррель производимого топлива [77], а потребление угля (битуминозного) составляет от 0,73 до 1,04 тонны на баррель.Подходящие катализаторы необходимы для каждого процесса.
11.2. BTL
Некоторые процессы преобразования твердой биомассы (растений, древесины, сельскохозяйственных культур, соломы и лигноцеллюлозы) в жидкое топливо (Рисунок 10) аналогичны вышеупомянутым процессам. Твердая биомасса сжигается в среде с низким содержанием кислорода (газификация) или реагирует с паром (высокое давление и температура, хотя и ниже, чем CTL) в присутствии соответствующих катализаторов для производства синтез-газа, который затем преобразуется в жидкое топливо с использованием процесса FT. .Или биомасса проходит процесс пиролиза (рис. 10), в результате чего получается пиролизное масло, которое перерабатывается и перегоняется в необходимое жидкое топливо. Однако эти процессы очень интенсивны по биомассе (6 тонн биомассы для производства 1 тонны BTL, [80]). Существуют и другие процессы преобразования лигноцеллюлозной биомассы в топливо, такие как процесс гидролиза второго поколения (Рисунок 10). ферментацией сахара в этанол и старым процессом анаэробного пищеварения.Однако этот процесс требует новых способов повышения эффективности биоконверсии, таких как предварительная обработка, ведущая к деградации клеточной стенки [81].
11.3. GTL
Более простой способ использования процесса F-T — это использование смеси природного газа (метана) и пара в слое катализатора, где образуется синтез-газ:

CH 4 + H 2 O + → CO + 3H 2

(15)

CO + H 2 O + → H 2 + CO 2

(16)

Они называются газожидкостными или GTL.Одним из способов производства топлива BTL является использование заводов GTL и их «гибридизация» для получения синтез-газа, произведенного из биомассы, что иногда называют гибридными установками BGTL. Эти установки имеют максимальную эффективность около 22% производимого топлива, получаемого из биомассы [82].
11,4. HVO

Растительные масла могут подвергаться процессам крекинга и / или гидрирования, аналогичным процессам на нефтеперерабатывающих заводах, что приводит к получению бескислородных линейных парафиновых углеводородов, обычно называемых HVO (гидрогенизированные растительные масла) и пропаном.HVO не являются биодизелями, поскольку в их молекуле нет кислорода, а свойства аналогичны ископаемому дизельному топливу.

Водород тормозит связи между глицерином и жирными кислотами и раскисляет гидроксильные и карбоксильные группы, в результате чего получается углеводород без кислорода [83]. Часть углерода используется для «торможения» глицерина и образования пропана. Таким образом, этот процесс потребляет жир и водород и производит длинноцепочечные углеводороды (дизельное топливо) с использованием катализаторов, высокой температуры (300 ° C) и давления (от 50 до 180 бар).CO и CO 2 также образуются как побочные продукты процесса. Удаление кислорода изменяет некоторые свойства. Он снижает смазывающую способность, а его образование ТЧ (дыма) и теплотворная способность находятся между биодизелем и дизельным топливом. Цетановое число HVO очень высокое (CN = 82: Таблица 3), что потребует переназначения двигателей, а именно опережения впрыска. Хотя его теплотворная способность несколько выше, чем у дизельного топлива, его более низкая плотность приводит к более низкой теплотворной способности на единицу объема.
11,5. Топливо для газификации — VGO

Топливо для газификации может быть получено из биомассы с использованием лесных остатков (небольших веток и листьев) и черного щелока (побочный продукт производства бумаги и целлюлозы), которые производят синтез-газ при высокой температуре и давлении, с последующим процессом FT. .

Различные пластмассы (а именно те, которые не подлежат вторичной переработке) могут подвергаться процессу газификации, когда после дезактивации газы конденсируются в высококачественном масле (VGO — вакуумный газойль), который можно перегонять в бензин и дизельное топливо.Такой перерабатывающий завод мог бы быть плавучей платформой, используемой для удаления и обработки огромного количества пластика, засоряющего обширные части океанов. Процесс производства VGO уже используется для извлечения ископаемых тяжелых нефтей, где нагревание при низком давлении позволяет тяжелой нефти кипеть при гораздо более низких температурах, чем при атмосферном давлении. Это предотвращает образование кокса и, следовательно, увеличивает производство жидкого топлива.

11,6. Топливо для пиролиза (PL)
Пиролиз — это высокотемпературная реакция без контакта с воздухом.Он производит газы, жидкости и твердые вещества, являющиеся жидкими фракциями (PL), важными для двигателей внутреннего сгорания. В качестве сырья могут использоваться различные вещества, такие как пластмассы, биомасса и использованные шины. При использовании последнего материала (покрышек) полученная жидкость имеет высокую теплотворную способность (более 40 МДж / кг [84]), а некоторые другие свойства аналогичны ископаемому дизельному топливу, но цетановое число очень низкое (17,6 — Таблица 3), что позволяет использовать его только в небольших количествах в смеси с ископаемым дизельным топливом (или биодизелем).
11.7. Электротопливо
В последнее десятилетие все большее значение приобретает название «электротопливо» [28]. Это действительно означает топливо на основе возобновляемых источников энергии, которое имеет небиологическое происхождение, поэтому оно не основано на сельскохозяйственных культурах. ЕС [85] ввел термин «непрямое изменение землепользования» (ILUC) для учета последствий (устойчивости) производства биотоплива для землепользования. В качестве меры по обеспечению устойчивости биотопливо, произведенное с помощью ILUC, не будет включаться в целевые показатели возобновляемой энергии после 2030 года. Электротопливо, такое как водород и его производные, в основном производятся из (возобновляемых) электричества и воды путем электролиза или других физических процессов. / химические процессы.Затем водород объединяется с углеродом в CO 2 (через монооксид углерода) для получения синтез-газа, необходимого для процесса синтеза (Фишера-Тропша) [86]. Электротопливо очень дорого в производстве, так как энергоэффективность его производство очень низкое, и в производственном процессе требуется гораздо больше энергии, чем доступно в топливе. Бэннон [87] ссылается на общие значения КПД 73%, 22% и 13% для транспортных средств, работающих на батареях, на водородных топливных элементах и ​​двигателях внутреннего сгорания, работающих на электротопливе, соответственно (рисунок 11).Так что в электромобилях логичнее использовать электроэнергию, хранящуюся непосредственно в аккумуляторах. Однако это невозможно в авиации, где тяжелые батареи препятствуют его использованию. Следовательно, самолетам необходимо жидкое топливо для полетов, поэтому у электротоплива, похоже, есть будущее на огромном рынке возобновляемых источников энергии на воздушном транспорте [51,87]. И помните, что к 2050 году в ЕС предлагается 50% возобновляемого авиационного топлива (электротоплива) [85]. По сравнению с биотопливом, электротопливо из возобновляемых источников с нулевым выбросом углерода (солнце, ветер и т. Д.)) имеют гораздо меньшие риски устойчивости и используют на порядок меньше земли [51] Кроме того, потребность в воде намного ниже, и отсутствует риск загрязнения грунтовых вод (за счет химического удобрения, такого как азот). Однако, если производство электроэнергии основано на любом количестве углеродоемкости, присущий ему низкий КПД WTW заставляет его производить высокие уровни CO 2 . Например, электротопливо, произведенное из средней энергосистемы Европы [6], будет иметь интенсивность CO 2 в три раза выше, чем нынешнее ископаемое топливо [51].С точки зрения стоимости, стоимость чрезвычайно высока, более чем в пять раз превышает стоимость ископаемого топлива и, следовательно, намного больше, чем цена на биотопливо [88]. Одним из важных факторов производства электротоплива является получение водорода электролизом, который обычно имеет низкую эффективность [51]. Однако высокотемпературный электролиз или паровой электролиз — это новый процесс, в котором водород и кислород генерируются при температурах от 700 до 1000 ° C [89] с гораздо более высокой эффективностью.Более высокий КПД частично является результатом высокой температуры пара и того, что тепло, необходимое для этих высоких температур, поступает от самого последующего процесса FT [51]. Другая возможность производства электротоплива — это высокотемпературный соэлектролиз. CO 2 и H 2 O [90] с использованием твердооксидных электролизных ячеек (SOEC) [91]. Эти многообещающие передовые электрохимические устройства хранения и преобразования энергии обладают высокой эффективностью преобразования и напрямую преобразуют CO 2 и воду в синтез-газ, что ведет непосредственно к производству топлива F-T, но все еще находится на ранней стадии разработки [92].
11,8. Солнечное топливо
Солнечное топливо — это новая концепция для производства возобновляемого жидкого топлива. Эти виды топлива производятся из солнечной энергии прямым или косвенным способом. Это может быть электротопливо, где необходимое электричество вырабатывается из фотоэлектрических источников, или топливо, генерируемое в результате фотохимических, термохимических или биохимических (фотосинтез) процессов с участием солнечной энергии [29]. Солнечная энергия в этих процессах используется для разрушения воды и / или CO 2 с образованием H 2 и CO (синтез-газа), необходимых для последующего процесса Фишера-Тропша.Таким образом, некоторые из ранее упомянутых синтетических топлив, производимых с использованием электричества или тепловой энергии, также могут быть созданы с использованием солнечной энергии посредством фотоэлектрической и / или тепловой концентрации. Ферментативное преобразование CO 2 также может быть достигнуто с использованием солнечной энергии, что приводит к химическим веществам, таким как метан и CO [93]. Один процесс включает реакцию CO 2 и H 2 O при высоких температурах ( ~ 1400 ° C) в присутствии катализатора из оксида церия с последующим гидролизом при 800 ° C с образованием H 2 и CO [94].Этот процесс производства жидких углеводородов путем переработки синтез-газа уже коммерчески исследуется, хотя требует дальнейшей оптимизации, связанной с использованием оксидов металлов в мощных солнечных концентраторах [29]. В фотохимических и фотоэлектрохимических системах активные светопоглощающие материалы напрямую интегрированы в катодные и / или анодные электроды, контактирующие с электролитом. Фотосенсибилизированные электроды преобразуют свет в электрический ток, который затем используется для разделения воды на водород и кислород.Комбинация фотоэлектрических и электрохимических процессов также является многообещающей технологией, поскольку она позволяет отдельно оптимизировать оба процесса [95]. Термохимические процессы имеют большой потенциал при использовании очень высоких значений солнечной концентрации [29]. Однако интеграция процесса в солнечный реактор приводит к значительным тепловым потерям, и различные другие трудности для апскейлинга установок препятствуют жизнеспособности этого подхода с эффективностью ниже 10% [29] до рассмотрения его использования в двигателях внутреннего сгорания, где КПД едва достигает отметки 40% или в топливных элементах (КПД ~ 60%).

12. Диметилфуран (ДМФ)

Диметилфуран (ДМФ — CH 3 -C 4 H 2 -O-CH 3 —Таблица 3) представляет собой биотопливо, способное заменить бензин, поскольку оно обладает свойствами между бензином и этанолом. Его RON даже выше, чем у этанола, но его детонационная способность немного ниже, чем у этанола, вероятно, потому, что его скрытая теплота испарения намного ниже (аналогично бензину), что препятствует эффективному охлаждению смеси этанола [96]. Кроме того, его ламинарная скорость пламени ниже, чем у этанола, даже немного ниже, чем у бензина [97].Его температура кипения высока (93 ° C, таблица 3), что делает его менее летучим топливом и более практичным для транспортировки и хранения, хотя может быть трудно запустить холодный двигатель. В отличие от этанола и метанола, он нерастворим в воде, что снижает некоторые проблемы хранения спирта. ДМФ может быть получен из фруктозы, поэтому это может быть биотопливо, полученное химическим или биохимическим путем с использованием прямого процесса с использованием катализаторов, и его производство потребляет около одна треть энергии, необходимой для производства этанола [98], чему способствует его низкая скрытая теплота парообразования.

13. Нитрометан

Нитрометан (CH 3 NO 2 —Таблица 3) — это топливо, содержащее кислород и азот помимо обычного углерода и водорода, известное своим взрывоопасным поведением и огромным улучшением мощности, которое оно может предложить для мощных двигателей. . Поскольку он имеет высокую долю O и N (52,5% кислорода и 75,4% N + O), его теплотворная способность низкая, но, поскольку он имеет очень низкое стехиометрическое соотношение A / F (1,7, таблица 3), его смесь с воздухом в объемном основании несет гораздо больше энергии, чем любое другое топливо, массивное 2.В 3 раза больше смеси воздух-бензин (см. Таблицу 3). Очень низкая A / F требует большого количества впрыскиваемого топлива (в 8,5 раз больше массы по сравнению с бензином), что в сочетании с высокой скрытой теплотой парообразования (почти в два раза больше, чем у бензина, см. Таблицу 3), требует огромного количества тепла для испариться.

Нитрометан используется в основном в категории «топ-топливо» дрэг-рейсинга, где расход может составлять 25 л для забега на 300 м за 3,6 с и где финишная скорость превышает 530 км / ч. Как ни странно, эти двигатели мощностью 10 000 cv plus не имеют никакого охлаждения, кроме скрытого тепла топлива.Некоторые другие применения — это его использование в качестве добавки (~ 5%), обычно к топливу на основе метанола, например, для авиамоделей.

14. Ацетилен

Это топливо (C 2 H 2 ) иногда использовалось в двигателях внутреннего сгорания, в основном во время мировых войн, поскольку не было топлива на основе нефти для широкой публики. Он образуется в результате реакции карбида кальция и воды:

Ca C 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2

(17)

Этот процесс обычно использовался в шахтных газометрах и на передних лампах старых автомобилей, а иногда производился внутри (в багажнике автомобиля) и подавался в двигатель.

Ацетилен с октановым числом 40 (таблица 3), поэтому он не подходит для современных двигателей с высокой степенью сжатия (CR), но он имеет высокую скорость распространения пламени, что может уменьшить возникновение детонации. Одним из лучших свойств ацетилена является его адиабатическая температура, одна из самых высоких, которая может превышать 3000 ° C при сжигании прямым кислородом, но это не является преимуществом для двигателя внутреннего сгорания.

15. Аммиак

Аммиак (NH 3 ) — важное вещество, используемое в качестве удобрений во всем мире, с ежегодным производством более 150 миллионов тонн.Более половины населения мира полагается на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур за счет азота, содержащегося в аммиаке, но его производство очень энергоемкое (используется около 2% всей энергии, потребляемой в мире), и на него приходится примерно 1% всей энергии, потребляемой в мире. CO 2 выбросов во всем мире. Обычно образование одной молекулы NH 3 приводит к выбросу молекулы CO 2 . В природе аммиак образуется в результате разложения (гниения) растительных и животных отходов бактериями.Он также может быть получен при пиролизе угля в качестве побочного продукта при производстве кокса и угольного газа. В этих случаях аммиак выглядит как гидроксид аммония, жидкость, обычно используемая в качестве чистящего средства, обычно известная как «аммиак». Аммиак также используется в холодильных системах с абсорбционным циклом.

Безводный аммиак (без добавления воды) может заменить бензин в двигателях SI или даже в дизельных двигателях, и основной интерес заключается в использовании его в качестве «энергоносителя», чтобы заменить электричество (или водород) в качестве средства для транспортировать энергию от места производства (ветряная электростанция или атомная электростанция) к месту, где она будет использоваться, например, для силовых транспортных средств.Поскольку в его молекуле нет углерода, он не производит ни CO 2 , ни CO, ни HC. По сравнению с водородом (другим энергоносителем) один литр жидкого аммиака (при 10 бар и 25 ° C) содержит на 30% больше водорода, чем 1 л жидкого водорода (при -253 ° C). Поэтому использовать аммиак в качестве энергоносителя гораздо разумнее, чем водород.

Что касается образования NOx, то при сгорании аммиака образуется некоторое количество тепла (механизм Зельдовича), но при его сгорании также образуется NOx, поскольку его молекула содержит атомы азота.Однако аммиак имеет относительно низкую адиабатическую температуру, ниже, чем у обычных углеводородов, и намного ниже, чем у водорода (таблица 3), что снижает потенциал образования NOx по Зельдовичу. С точки зрения теплотворной способности аммиак имеет низкое значение (18,6 МДж / кг, таблица 3). ), меньше половины бензина, и сравнение становится хуже, когда делается по объему, где он имеет чуть более 1/3 энергии бензина. Кроме того, поскольку аммиак является газом в атмосферных условиях, для него требуется резервуар высокого давления, цилиндрический или тороидальный, аналогичный резервуарам для сжиженного нефтяного газа, где может быть заполнено только 80% объема, что сокращает запас хода транспортного средства.Другими важными свойствами аммиака являются очень высокая температура самовоспламенения (651 ° C, Таблица 3), очень высокая энергия, необходимая для воспламенения (намного выше, чем требуется для бензина), и очень высокая скрытая теплота парообразования (2450 кДж / кг, по сравнению с 380 для бензина), что создает дополнительные трудности при его использовании в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Другими проблемами являются узкие пределы воспламенения (воспламеняемость, см. Таблицу 3) и пониженную скорость распространения пламени, которая в пять раз медленнее, чем бензин [99], и в 30 раз медленнее, чем водород [52].Добавление 4% аммиака в бензин снизило скорость его горения на 15% [99]. В результате время зажигания, необходимое для сжигания бензин-аммиачной смеси, увеличивается с увеличением процентного содержания аммиака (рис. 12, [100]). Таким образом, сжигание прямого аммиака в двигателе SI непросто, но возможно. если приняты меры для обеспечения того, чтобы указанные недостатки горения (очень высокая энергия воспламенения, пределы воспламеняемости и медленное горение) были преодолены, например, с использованием множественного расположения искр и очень высокой энергии воспламенения и компактных камер сгорания [101].Перезарядка кажется хорошим вариантом [102], и некоторые исследователи использовали плазменное зажигание с хорошими результатами [103]. Поскольку одной из основных проблем является его медленное сгорание, условия двигателя с низким зарядом и высокой скоростью могут быть достигнуты только с использованием «промотора» сгорания, такого как водород [53], бензин или даже дизельное топливо, что обеспечивает лучшую воспламеняемость и повышенную скорость сгорания. . Его можно сжигать в двигателях с ХИ при смешивании с дизельным топливом, но было бы выгодно смешивать его с биодизелем или ДМЭ, поскольку эти виды топлива имеют более высокое цетановое число (ЦЧ) [104].Аммиак в небольших количествах вызывает раздражение и может быть смертельным в более высоких концентрациях. Однако его отчетливый и сильный запах и тот факт, что он легче воздуха, снижает его риски. Аммиак широко используется в мире, поскольку он имеет специальные установки и процедуры для производства, хранения и доставки, поэтому он был тщательно протестирован во всем мире. Кроме того, в отличие от бензина он не канцерогенный, при его сгорании не образуется дыма и он гораздо менее подвержен взрывам [104]. В настоящее время аммиак производится из природного газа (70%) и из угля (30%). Процесс Габера-Боша [105], в котором водород и азот взаимодействуют (3H 2 + N 2 → 2NH 3 ) в катализаторе из оксида железа при температурах от 380 до 500 ° C.Аммиак производился из возобновляемых источников энергии (гидро) путем гидролиза воды в 40-х годах, но высокие производственные затраты и старение оборудования привели к прекращению производства в 80-х годах [106]. Производство синтетического бензина (по процессу Фишера-Тропша) требует 95,3 МДж / кг, а его теплотворная способность составляет 42,5 МДж / кг, что означает, что для производства требуется 2,25-кратное энергосодержание. В случае аммиака (процесс Хабера-Бош плюс производство H 2 и разделение N 2 ) для производства 1 кг требуется 43.2 МДж [107], а его теплота сгорания составляет 18,6 МДж / кг. Следовательно, для производства требуется в 2,3 раза больше энергии, чем при производстве бензина FT. С точки зрения биопроизводства, необходимо использовать 2,72 кг кукурузы для производства 1 кг этанола, тогда как необходимо использовать 3 кг того же зерна для производства 1 кг аммиака с использованием процессов, включающих газификацию и синтез [108]. Поскольку у этанола плотность энергии 25 МДж / кг, а у аммиака только 18,6 МДж / кг, с точки зрения энергии потребление аммиака равно 1.5 хуже этанола. А производство этанола из кукурузы имеет низкую энергетическую эффективность по сравнению с бразильским производством из сахарного тростника. Что касается использования аммиака в качестве энергоносителя, мы знаем, что его производство осуществляется с помощью процесса Габера-Боша (3H 2 + N 2 → 2NH 3 @ 500 ° C и 300 бар) требует 43 МДж / кг [107], уже включая производство водорода и отделение азота от воздуха. Если аммиак сжигается в двигателе внутреннего сгорания с КПД 40%, то общая эффективность преобразования электричества в электроэнергию составит 16%.То же исследование для жидкого водорода (см. Раздел о водороде) показало, что этот КПД составляет 19,5%. Эти примеры показывают, что производство и использование аммиака пока не является ни энергетически, ни экономически целесообразным и потребует разработки более эффективных процессы. В прибрежном ветроэнергетическом проекте по производству аммиака для использования на судах (Zero Emission Energy Distribution at Sea — ZEEDS [109]) планируется гидролиз воды и отделение азота из воздуха с использованием генерируемой ветровой электроэнергии.По оценкам, этот аммиак будет в три раза дороже, чем тяжелая нефть с содержанием серы 3,5%. Еще одно интересное применение аммиака — это прямое использование в топливных элементах [110]), для которых обычно требуется чистый водород.

16. Скипидар

Спирт скипидара или просто скипидара — это жидкость, полученная в результате перегонки сосновой смолы. Традиционно его использовали в качестве растворителя (например, в химчистках), и разные деревья производят немного разный состав скипидара. Скипидар также можно производить прямо из древесины с помощью так называемой деструктивной перегонки, разновидности пиролиза.

Хотя мировое годовое производство смолы сосны невелико и составляет менее тысячи тонн [111], для получения высоких урожаев смолы выращиваются генетически улучшенные деревья [112,113]. Однако только небольшая часть смолы — 20% — может быть преобразована в скипидар [114]. Другим источником скипидара является черный щелок, побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности. Скипидар (C 10 H 16 ) использовался в двигателях внутреннего сгорания с 1824 года, когда Сэмюэл Мори [115] запатентовал атмосферный двигатель. используй это.Но более известное использование скипидара было в послевоенное время Соитиро Хонда (основатель Honda Motor Co), который производил мотоциклы с небольшими излишками для армии двигателями (рис. 13), работающими на скипидаре, которые он продавал сам. после 1946 г. из-за нехватки бензина в послевоенной Японии. скипидар (см. таблицу 3) имеет более высокую теплотворную способность, чем бензин или дизельное топливо, и, поскольку его плотность также выше, его удельная энергия (по объему или массе) выше чем обычное топливо. Кроме того, как его стехиометрический A / F (14.2) ниже, чем у бензина, на самом деле смесь воздух-скипидар имеет больше энергии, чем воздух-бензин, и теоретически должна обеспечивать более высокий крутящий момент и мощность от того же двигателя [116]. Но его RON ниже, чем у бензина, поэтому двигатели требуют меньшего опережения зажигания при добавлении скипидара в бензин. Скипидар также можно добавлять в дизельное топливо, но его низкое цетановое число (от 20 до 25) имеет тенденцию к снижению эффективности двигателя [117] , хотя некоторые авторы [118] сообщают об улучшении эффективности на 1-2%, когда смеси ниже 40%.Его можно использовать в двухтопливном режиме путем фумигации, что позволяет заменять до 75% дизельного топлива с заметным снижением дымообразования [119].

17. Глицерин (или глицерин)

До интенсивного производства биодизеля глицерин был ценным веществом для кремов для кожи, помад и в качестве пищевой добавки. Однако огромное количество биодизеля, производимого во всем мире, привело к значительным излишкам глицерина, и его стоимость резко упала, поскольку для него нет рынка. Для каждой части произведенного биодизеля в процессе переэтерификации производится 10% глицерина.

Хотя глицерин (C 3 H 8 O 3 ) можно сжечь, его атмосферное горение (при температурах ниже 300 ° C) может привести к образованию токсичных соединений, таких как альдегидакролеин. Акролеин образуется при дегидратации глицерина, и это черное и липкое вещество, образующееся при воздействии высокой температуры на растительные масла, такие как отложения на сковороде, и ответственные за их резкий запах. Его связывают с раком легких [120], поэтому следует избегать его выброса.В качестве топлива глицерин очень трудно сжигать в двигателе. Он затвердевает при 18 ° C, поэтому имеет высокую вязкость и должен вводиться горячим (~ 100 ° C), чтобы обеспечить достаточное распыление. Его температура самовоспламенения составляет 390 ° C, поэтому она слишком высока для прямого использования в двигателях с воспламенением от сжатия. Некоторые исследователи смешивали его с дизельным топливом до 20% [121], но всасываемый воздух необходимо было нагреть до 100 ° C, чтобы поддерживать стабильное сгорание. Мощность была немного снижена, а эффективность немного увеличена, тогда как производство NOx и PM было уменьшено, в основном при высокой мощности.Одной из проблем, о которых сообщалось, была сложность производства и поддержания стабильных смесей углеводородов и глицерина. Однако по крайней мере одна компания добилась сжигания прямого глицерина в дизельном двигателе (Aquafuel Research Ltd., Смарден, Кент, Великобритания). Идея состоит в том, чтобы повысить температуру всасывания [122] до уровня, при котором почти любое топливо (даже бензин) сгорит в дизельном двигателе. Таким образом, всасываемый воздух должен быть нагрет (~ 200 ° C), как и топливо (~ 100 ° C), чтобы глицерин горел чисто и эффективно.В гонках Формулы Е используются электромобили, аккумуляторы которых необходимо заряжать в гаражах. Эта компания разработала электрические генераторы, которые будут использоваться разными командами для зарядки автомобильных аккумуляторов. Эти генераторы представляют собой модифицированные дизельные двигатели (Cummins KTA50, 50 л, V16, с турбонаддувом, мощностью более 1 МВт), которые работают на глицерине, поскольку это чистое биотопливо. Каждый генератор может производить 850 кВтэ, чего достаточно для зарядки 40 автомобильных аккумуляторов за 50 мин. Эти генераторы также используются производителями биодизеля, что позволяет им использовать глицерин как побочный продукт для производства электроэнергии на своих заводах.У двигателей падает мощность, потому что плотность всасываемого воздуха уменьшается из-за повышения температуры. Похоже, что высокая температура на впуске достигается за счет уменьшения тепла, отводимого в промежуточном охладителе после турбонагнетателя. О выбросах NOx и PM сообщалось как о «практически устраненных» [122], но эти заявления были опубликованы на сайте компании. В отчете той же компании [123] говорится о 90 ° C в качестве минимальной температуры на входе для обеспечения стабильного горения в помещении. двигатель ХИ с глицерином и 100 ° C для бензина с октановым числом 98.Дизельный двигатель необходимо запускать на дизельном топливе, он может работать только на глицерине после прогрева и должен снова работать на дизельном топливе перед выключением для продувки системы впрыска. По скорости ламинарного пламени глицерин похож на бензин [124].

18. Fage

Существуют различные процессы преобразования глицерина в пригодное для использования топливо, такие как его реакция с диметилсульфатом и / или метанолом (с образованием диметоксиэфира глицерина — [125]), этерификация, ацетилификация или анаэробная ферментация [126].Однако эти процессы протекают медленно и экономически нежизнеспособны. Но можно получить FAGE (глицериновый формальный эфир жирных кислот) в результате реакции между глицерином и другими жирами (растительными или животными). LHV FAGE ниже, чем у биодизеля, но он очень плотный (таблица 3), поэтому его удельная энергия (по объему) аналогична биодизелю. Но его температура кипения составляет почти 300 ° C, а его температура затвердевает при 14 ° C, что делает его очень вязким. Существует другой способ преобразования жиров без производства глицерина [126].Вместо метанола диметоксиметан (DMM) смешивается с жиром в комбинированном процессе переэтерификации-транс-кетализации с получением обычного биодизельного топлива и FAGE метилового эфира жирной кислоты (FAME). В целом процесс можно представить на Рисунке 14).

19. Выводы

В то время, когда будущее использование двигателей внутреннего сгорания и / или ископаемого топлива для автомобильного транспорта ставится под сомнение многими политиками во всем мире, в этом документе представлен обзор различных решений альтернативных видов топлива. которые можно использовать в качестве топлива для двигателей автомобилей будущего экологически безопасным способом.

Существуют некоторые альтернативы комбинированному двигателю внутреннего сгорания — ископаемые виды топлива для приведения в движение транспортных средств, такие как электромобили на аккумуляторных батареях, гибридные автомобили на топливных элементах или просто обычные автомобили, работающие на возобновляемых источниках и / или биотопливе. Последняя альтернатива кажется особенно привлекательной, поскольку жидкое топливо имеет очень высокую плотность энергии и используется в устройствах (двигателях внутреннего сгорания), которые разрабатывались более века. Имея это в виду, авторы обсудили различные предложения по альтернативам ископаемым видам топлива.Похоже, что будущие жидкие топлива по-прежнему будут сжигаться в двигателях внутреннего сгорания, но транспортные средства будут иметь электрическую поддержку (гибриды), а выбросы выхлопных газов, выбросы CO 2 и потребление топлива будут ниже, чем у нынешних ископаемых видов топлива.

Были представлены и обсуждены различные свойства, применения и процессы производства различных альтернативных видов топлива, от более традиционных спиртов и биодизеля до более необычных аммиака или скипидара. Были представлены и обсуждены новые концепции, такие как электротопливо и солнечное топливо.Это будет очень важно в будущем, поскольку земли, используемые для производства биотоплива, будут ограничены и ограничены. Эти возобновляемые виды топлива используют значительно меньше ресурсов земли и воды, чем обычное биотопливо и биотопливо второго поколения, но они по-прежнему имеют огромную проблему энергоэффективности, поскольку для их производства требуется гораздо больше энергии, чем их энергосодержание. Эти виды топлива также могут быть известны как «энергоносители» — концепция, первоначально использовавшаяся для водорода, в то время как они «транспортируют» энергию от того места, где она производится, туда, где она используется.Однако по большей части это все еще делается с чрезвычайно низкой энергоэффективностью.

Некоторые из этих видов топлива легко доступны и могут использоваться в двигателях внутреннего сгорания с небольшими модификациями или без них, но другие требуют значительных модификаций и / или доработок двигателя. Однако можно сжигать (в двигателях внутреннего сгорания) неожиданные виды топлива, такие как аммиак или глицерин, которые в настоящее время используются в больших дизельных генераторах для зарядки аккумуляторов автомобилей Формулы E. Кислородсодержащее топливо, например, способно удерживать низкие выбросы твердых частиц из-за отсутствия углерод-углеродных связей.

В то время как синтетическое топливо может легче снизить выбросы загрязняющих веществ до такой степени, что оно может быть изготовлено на заказ, его выбросы парниковых газов в основном будут зависеть от уровня устойчивости его сырья (ископаемого / возобновляемого), источника энергии и того, из какого источника они поступают. разработана и энергоэффективность процесса.

Синтетическое электронное топливо Porsche может сделать автомобили с ДВС такими же чистыми, как электромобили

  • За электромобилями будущее, но автомобили с двигателями внутреннего сгорания не исчезнут в ближайшее время, поэтому синтетическое топливо могло бы стать более экологичным вариантом для подавляющего большинства автомобилей на дорогах сегодня.
  • Электронное топливо, которое тестирует Porsche, использует компоненты CO2 и водорода и производится с использованием возобновляемых источников энергии, что значительно снижает выбросы парниковых газов по сравнению с топливом на основе нефти.
  • Porsche далеко не первый, кто занялся исследованиями синтетического топлива. Audi, Bosch и McLaren уже много лет обсуждают эту технологию и работают над ней.

    В гонке за экологичную мобильность почти каждый автопроизводитель сейчас сосредоточен на электромобилях.Но покупка электромобиля не меняет того факта, что подавляющее большинство продаваемых сегодня автомобилей работают на бензине, и они будут оставаться в дороге в течение долгого времени. Чтобы сделать вождение существующих автомобилей более экологичным, Porsche работает над синтетическим топливом, которое, по ее словам, может сделать двигатель внутреннего сгорания таким же чистым, как и электромобиль.

    Электронное топливо Porsche производится из CO2 и водорода и производится с использованием возобновляемых источников энергии. Конечным результатом является жидкость, которую двигатель будет сжигать так же, как если бы это был бензин, сделанный из сырой нефти, но eFuel можно производить без ущерба для климата, по крайней мере, теоретически.Выступая на недавнем выпуске нового 911 GT3, вице-президент Porsche по автоспорту и автомобилям GT Фрэнк Валлисер сказал, что к 2022 году компания подготовит свою первую небольшую тестовую партию — всего 130 000 литров, или 34 340 галлонов — eFuel. топливо чище, и в нем нет побочных продуктов, и когда мы начнем полное производство, мы ожидаем сокращение выбросов CO2 на 85 процентов », — сообщил Уоллизер британской публикации Evo. «С точки зрения« колодца к колесу »- и вы должны учитывать влияние колодца на колеса всех транспортных средств — это будет тот же уровень CO2, который образуется при производстве и использовании электромобиля.

    Одним из больших преимуществ eFuel является то, что вы можете залить его в стандартный автомобиль с бензиновым двигателем, не внося никаких изменений в двигатель. Porsche eFuel также не предназначен только для дорожных транспортных средств. Новейшая гонка Porsche 911 GT3 Cup автомобиль может работать на синтетическом топливе, которое, по словам Porsche, «значительно снижает выбросы CO2 в условиях гонок».

    «Эта технология особенно важна, потому что двигатель внутреннего сгорания будет продолжать доминировать в автомобильном мире в течение многих лет», — сказал Майкл Штайнер. член исполнительного совета Porche по исследованиям и разработкам, говорится в заявлении в сентябре.«Если вы хотите, чтобы существующий парк эксплуатировался экологически рационально, электронное топливо является фундаментальным компонентом».

    Porsche — не первый автопроизводитель, который каким-либо образом исследовал более чистые виды топлива, заменяющие нефть. Например, Audi произвела свою первую партию электронного дизеля в 2015 году, а Bentley, Mazda и McLaren положительно отзываются о синтетическом топливе. Между тем, Mercedes-Benz занял противоположную позицию: руководитель отдела исследований и разработок Маркус Шефер сообщил британской публикации Autocar в 2020 году, что электронное топливо не является жизнеспособным вариантом и что автопроизводитель сосредоточен исключительно на электрификации.

    Аналогичным образом, E85, безуглеродный нейтральный заменитель бензина, сделанный из 85-процентного этанола на основе кукурузы, продвигался в США с 1990-х годов, с тех пор здесь было продано более 100 E85-совместимых моделей. от Mercedes-Benz CLA250 до Chrysler 300, от Chevrolet Impala до Ram 1500.

    Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Патент США на присадку к топливу для очистки двигателя внутреннего сгорания. Патент (Патент № 10,968,409, выданный 6 апреля 2021 г.)

    ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

    Настоящее изобретение относится к использованию по меньшей мере одного, необязательно алкилированного диариламина в топливе или добавке к топливу для очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя транспортного средства.Дополнительный аспект относится к способу очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания во время работы двигателя путем сжигания топлива, в котором топливо содержит добавку к топливу, содержащую по меньшей мере один, необязательно алкилированный диариламин.

    ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

    Ужесточение во всем мире законодательства о выхлопных газах и требование более низкого расхода топлива привели при разработке двигателей внутреннего сгорания, таких как двигатели транспортных средств, к уменьшению размера двигателя («уменьшение габаритов»), непосредственному впрыску и высокому наддува давления.Изменяющееся в международном масштабе законодательство, технически сложная технология двигателей и все более амбициозные стандарты выхлопных газов означают, что имеющиеся в настоящее время виды топлива больше не удовлетворяют требованиям двигателей транспортных средств. В частности, химические процессы в топливной системе могут привести к появлению грязи, отложений, коксования и образования отложений. Другими факторами, влияющими на повышенное образование отложений и загрязнений в двигателе, являются, например, меняющееся качество топлива, добавление биокомпонентов и повышенное содержание металлов в топливе.Это может привести к увеличению выбросов CO 2 , увеличению расхода, большей подверженности неисправностям двигателя и дорогостоящему ремонту.

    Еще одна проблема современных разработок — это повышенный риск преждевременного воспламенения во время работы двигателя. Предварительное зажигание — это явление самовоспламенения, которое чаще возникает при высокой нагрузке или высоком среднем давлении и в условиях работы на низких оборотах двигателя («предварительное зажигание на низкой скорости, LSPI»). При этом горение начинается до фактической точки воспламенения.

    Следует проводить различие между преждевременным зажиганием и ранее известным явлением детонации. В отличие от детонации, предварительное зажигание происходит независимо от воспламенения, инициированного свечой зажигания. Таким образом, традиционный детонация в двигателях с прямым впрыском происходит после точки зажигания, но в случае предварительного зажигания повышение давления в результате выделения тепла начинается до точки зажигания. Как правило, предварительное зажигание приводит к экстремальным пикам давления и, как результат высокой скорости горения, экстремальным градиентам давления и высокочастотным колебаниям давления.Поэтому возникновение преждевременного зажигания может быстро привести к повреждению двигателя. Последовательности с чередующейся последовательностью горения имеют особенно разрушительный эффект. Потенциал повреждения от преждевременного воспламенения намного выше, чем у других явлений самовоспламенения, таких как детонация, поскольку даже отдельные события могут привести к разрушению двигателя из-за чрезвычайно высоких пиков давления. Это сильно ограничивает производительность современных двигателей.

    Было продемонстрировано, что нет никакой связи между октановым числом или воспламеняющей способностью и тенденцией к преждевременному воспламенению, что подтверждает, что традиционные детонация и преждевременное зажигание являются двумя разными явлениями самовоспламенения (Kalghatgi G.« Перспективы топлива для двигателей внутреннего сгорания » International J of Engine Research 2014, vol. 15 (4) страницы 383-398).

    Факторы, влияющие на преждевременное возгорание, очень сложны, и механизмы инициирования составляют предмет текущих исследований. В частности, в качестве возможных причин преждевременного возгорания обсуждаются оторвавшиеся капли мазута или раскаленные частицы отложений (Lauer T. et al « Modellansatz zur Entstehung von Vorentflammungen » MTZ 01/2014, страницы 64-70; Yasueda, S.и др. « Аномальное возгорание, вызванное смазочным маслом в газовых двигателях с высоким BMEP », MTZ Industrial 3 (2013), страницы 34-39; Данц, К. и др. « Нерегулярное сгорание в двигателях с искровым зажиганием с наддувом — воспламенение до и другие явления », Международный журнал исследований двигателей 11 (2010), стр. 485-498; Zandeh, A. et al. «Фундаментальный подход к исследованию воспламенения до в двигателях с усиленным двигателем », технический документ SAE 2011-01-0340).

    Светящиеся частицы или светящиеся отслоившиеся отложения были идентифицированы как первоначальные инициаторы предварительного воспламенения и последующие инициаторы предварительного воспламенения.Отложения отделяются, в частности, при сильном ударе, и поэтому большое количество отслоившихся отложений или частиц свободно летают в камере сгорания в конце события предварительного воспламенения, что, в свою очередь, может привести к следующему событию предварительного воспламенения в следующих случаях: циклы горения.

    По этой причине отложения в камере сгорания представляют особый интерес. Решающими факторами образования отложений во впускных каналах и в камере сгорания являются состав топлива, моторное масло, конструкция двигателя и условия эксплуатации двигателя.

    Присадки к топливу также оказывают большое влияние на образование отложений. Было показано, что традиционные моющие средства на основе полибутиленамина и полиэфирамина уменьшают отложения во впускных каналах, но могут в то же время увеличивать отложения в камере сгорания (Stepien Z. «» Впускной клапан и камера сгорания образование отложений — факторы, связанные с двигателем и топливом, которые влияет на их рост », NAFTA-GAZ, ROK LXX, № 4/2014; Cheng SS« Влияние условий эксплуатации двигателя и состава топлива на образование отложений в камере сгорания »SAE Paper 2000-01-2025; Kalghatgi ГРАММ.T. «Влияние топлива и присадок на скорость роста отложений в камере сгорания в двигателе с искровым зажиганием » SAE Paper 972841).

    Патент США. US 5,536,280 относится к топливным композициям, содержащим дифениламин. В частности, раскрыто, что добавление дифениламинов приводит к снижению детонации двигателя внутреннего сгорания из-за увеличения октанового числа топлива.

    WO 2015/042337 относится к способу уменьшения вероятности преждевременного воспламенения в двигателе внутреннего сгорания с прямым впрыском, в котором в двигатель подают смазочную композицию, содержащую базовое масло и беззольный антиоксидант.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

    Может возникнуть необходимость уменьшить образование отложений в двигателях внутреннего сгорания, в частности в автомобилях, и очистить двигатель от существующих отложений. В частности, необходимы присадки к топливу, которые очищают двигатель от отложений во время его работы и уменьшают дальнейшее образование отложений. Неожиданно использование по меньшей мере одного, необязательно алкилированного диариламина в топливе или добавке к топливу очищает камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания.

    Варианты осуществления изобретения уменьшают образование отложений в двигателях внутреннего сгорания и очищают двигатель от отложений, в частности, во время работы. Способ очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания во время его работы путем сжигания топлива, в котором топливо содержит присадку, содержащую по меньшей мере один, необязательно алкилированный диариламин.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    Фиг. 1: Примерный испытательный запуск двигателя для определения очищающей способности присадки к топливу согласно настоящему изобретению.

    РИС. 2: Склонность двигателя к предварительному зажиганию с использованием и без использования топливной присадки согласно изобретению в чистой камере сгорания.

    РИС. 3: Склонность двигателя к предварительному воспламенению с использованием и без использования топливной присадки согласно изобретению после цикла карбонизации.

    РИС. 4: изображения камеры сгорания двигателя до и после использования топливной присадки согласно изобретению.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРИРОВАННЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

    Настоящее изобретение неожиданно может показать, что благодаря использованию по меньшей мере одного диариламина, который может быть необязательно алкилирован, в топливе или топливной присадке, камера сгорания внутреннего сгорания двигатель может быть очищен путем сжигания топлива, содержащего присадки, без отрицательного воздействия на характеристики двигателя.Применение согласно изобретению также уменьшает или предотвращает повторное образование отложений. Термин «очистка», используемый в настоящем изобретении, включает, таким образом, как удаление существующих отложений и грязи (так называемый эффект очистки), таких как карбонизация и покрытия, так и предотвращение или предотвращение появления новых отложений и грязь (так называемый эффект поддержания чистоты).

    Очистка камеры сгорания согласно изобретению включает, в частности, очистку поверхности поршня и / или очистку форсунки двигателя внутреннего сгорания.Таким образом, очистка происходит во время сгорания топлива, которое содержит по меньшей мере одну топливную присадку, содержащую диариламин.

    Использование в соответствии с изобретением по меньшей мере одного диариламина в топливе или добавке к топливу не только очищает двигатель внутреннего сгорания от отложений, но в то же время снижает возможность предварительного воспламенения топлива. Таким образом, двигатель может быть защищен от повреждений, и, таким образом, максимальный срок службы двигателя может быть увеличен, а его рабочие характеристики могут сохраняться в течение длительного времени.

    Двигатель внутреннего сгорания включает, в частности, двигатели автомобилей и самолетов, предпочтительно двигатели автомобилей, но не ограничивается ими. В качестве альтернативы двигатель внутреннего сгорания также может быть двигателем внутреннего сгорания, обычно используемым в промышленных и сельскохозяйственных машинах, системах и устройствах, таких как двигатель газонокосилки. В предпочтительном варианте осуществления двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель транспортного средства, в частности бензиновый двигатель.

    Топливо, в частности, представляет собой топливо, обычно используемое в вышеупомянутых двигателях внутреннего сгорания, предпочтительно бензиновое топливо, такое как коммерчески доступный обычный или супербензин.Диариламин может быть добавлен непосредственно в топливо или содержаться в топливной присадке, в частности, в комбинации с другими присадками.

    Диариламин для использования согласно настоящему изобретению включает, в частности, по меньшей мере один диариламин в соответствии с общей формулой


    , где R 1 — R 7 независимо друг от друга выбраны из водорода, C 1-14 алкил, C 2-14 алкенил или C 5-12 арил. Такие диариламины описаны, например, в WO 2015/042337, на которую дается ссылка в полном объеме.

    Термин «алкил» включает в этом случае неароматические углеводороды. Алкильная группа может быть линейной, разветвленной или циклической («циклоалкил»). Алкильная группа включает, в частности, группы из C 1-10 алкила, предпочтительно C 1-6 алкила, особенно предпочтительно C 1-4 алкила. Алкильная группа, в частности, может быть выбрана из метила, этила, пропила, изопропила, н-бутила, изобутила, втор-бутила и трет-бутила, пентила, 2-метилбутила, 3-метилбутила, 3,3-диметилпропила, гексила, 2-метилпентил, 3,3-диметилбутил и 2,3-диметилбутил.Алкильные группы также могут быть замещенными или незамещенными. Алкильные группы также могут содержать один или несколько гетероатомов («гетероалкил»). В гетероалкильной группе один или несколько атомов C заменены гетероатомом, например азотом, кислородом, серой и фосфором.

    Термин «алкенил» относится к ненасыщенной алкильной группе, которая содержит по меньшей мере одну двойную связь C-C, которая не является частью ароматической группы. Алкенильная группа также может быть линейной, разветвленной или циклической («циклоалкенил»). Алкильная группа включает, в частности, C 2-10 алкенил, предпочтительно C 2-6 алкенил, особенно предпочтительно C 2-4 алкенил.Алкенильная группа, в частности, может быть выбрана из -C (CH 3 ) = CH 2 , -CH = CH 2 , -CH = C (CH 2 CH 3 ) 2 , — CH = CHCH 3 , -C (CH 3 ) = CHCH 3 . Алкенильные группы также могут быть замещенными или незамещенными. Алкенильные группы также могут содержать один или несколько гетероатомов.

    «Циклоалк (ен) ильная группа» относится к моноциклической или полициклической алк (ен) ильной группе, которая не является ароматической и содержит по меньшей мере три атома углерода.Типичные циклоалк (ен) ильные группы включают, в частности, циклопропил, циклобутил, циклопент (ен) ил и циклогекс (ен) ил, циклогепт (ен) ил и циклоокт (ен) ил. Циклоалк (ен) ильные группы могут быть замещенными или незамещенными.

    Термин «арил» относится к группе с ароматической структурой и включает, в частности, плоские кольца с делокализованной [пи] электронной системой, содержащей 4n + 2 [пи] электронов, где n — целое число. Арильная группа может содержать 5, 6, 7, 8, 9 или более девяти атомов углерода, которые также могут быть замещенными и / или содержать гетероатомы («гетероарил»).Арильные группы и гетероарильные группы могут быть моноциклическими или гетероциклическими. Примеры арильных групп включают фенил, бифенил, нафтил, бинафтил, пиренил, фенантрил, антраценил, флуоренил и инденил. Примеры гетероарильных групп включают пирролил, имидазолил, фурил, тиенил, оксазолил, тиазолил, тетразолил, пиридил, триазолил, индолил, изоиндолил, бензофуранил, дипензофуранил, бензотиенил и бензимидазолил.

    В предпочтительном варианте две группы из RI. с R 6 на соседнем атоме С вместе образуют 5-, 6- или 7-членное кольцо.Например, R 1 и R 2 , R 1 и R 5 , R 2 и R 5 и / или два из R 4 , R 5 и R 6 образуют 5-, 6- или 7-членное кольцо.

    Также предпочтительно, чтобы R 1 и R 2 вместе образовывали 5- или 6-членное кольцо, от R 3 до R 6 независимо друг от друга выбираются из водорода и C 1 -6 алкил и R 7 означает водород.

    Особенно предпочтительно по меньшей мере один диариламин представляет собой дифениламин. Предпочтительно моно- и диалкилированные дифениламины, такие как 4-трет-бутилдифениламин, 4,4′-ди-трет-бутилдифениламин, 4-трет-октилдифениламин, 4,4′-ди-трет-октилдифениламин, 4,4′-ди- Используют октилдифениламин или 4,4′-ди- (1-фенилэтил) дифениламин и их смеси. Другие обычные дифениламины включают один или несколько из октил-, диоктил-, нонил-, динонил-, децил и дидецилдифениламина. Еще один предпочтительный дифениламин представляет собой стиролдифениламин.

    Концентрация по меньшей мере одного диариламина в топливе обычно составляет от 0,001 до 5 мас.%, Предпочтительно от 0,005 до 2 мас.%, Особенно предпочтительно от 0,01 до 0,2 мас.% По отношению к общей массе топлива.

    В предпочтительном варианте топливо или топливная присадка также содержит один или несколько полиэфираминов. Полиэфирамины, обычно используемые в бензиновых двигателях, представляют собой, например, полиэфирамины, раскрытые в DE 37 32 908 А1, на которые дается ссылка в полном объеме.

    Предпочтительный полиэфирамин может быть представлен формулой R (OCH 2 CH (R 1 )) n A, где R выбран из C 1-14 алкила, R 1 выбран из водород и C 1-14 алкил, и n может быть числом от 2-40.Предпочтительные алкильные группы такие, как определено выше для диариламина. A, в частности, выбран из группы, состоящей из -OCH 2 CH 2 NR 2 R 2 , OCH 2 CH 2 NR 3 (CH 2 ) m OR 4 или —NR 5 R 5 , где R 2 , R 3 , R 4 и R 5 могут независимо быть водородом, C 1-14 алкилом или C 1-14 алкенил, а m может быть числом от 2 до 12.Предпочтительным полиэфирамином является поли-1,2-бутиленоксид-3-аминопропил-C 11-14 -изоалкиловый эфир. Полиэфирамин обычно имеет среднюю молекулярную массу (M w ) 500-3000, как определено с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC).

    Топливо содержит полиэфирамин или смесь полиэфираминов обычно в количестве от 10 до 700 частей на миллион, предпочтительно от 20 до 400 частей на миллион, особенно от 50 до 200 частей на миллион. Весовое отношение диариламина к полиэфирамину в топливе или в топливной присадке обычно составляет от 1: 1 до 30: 1, предпочтительно от 3: 1 до 16: 1.В этих диапазонах количества и соотношении использование полиэфирамина может дополнительно повысить эффективность очистки диариламина, в то же время снижая вероятность преждевременного воспламенения, в то время как более высокие количества полиэфирамина могут ухудшить эффективность очистки и возможность преждевременного воспламенения. по сравнению с топливом без присадок.

    Помимо диариламина, используемого согласно изобретению, и необязательного полиэфирамина, топливо или присадка к топливу может также содержать другие обычные добавки, такие как ингибиторы коррозии, стабилизаторы, антиоксиданты или детергенты.Дополнительные необязательные добавки включают модификаторы трения, присадки, улучшающие смазывающую способность, усилители октанового числа для бензинового топлива и усилители цетанового числа для дизельного топлива, а также красители.

    Ингибиторы коррозии обычно представляют собой аммониевые соли органических карбоновых кислот, карбоновых кислот или ангидридов карбоновых кислот, которые имеют тенденцию образовывать пленки из-за соответствующей структуры исходных соединений. Ингибиторы коррозии также часто содержат амины для снижения pH. Гетероциклические ароматические углеводороды обычно используются для защиты от коррозии цветных металлов.

    Антиоксидантами или стабилизаторами могут быть, в частности, амины, такие как пара-фенилендиамин, дициклогексиламин, морфолин или производные этих аминов. Типичными фенольными антиоксидантами являются стерически затрудненные фенолы, такие как 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол или C7-C9-разветвленный алкил- [3- (3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил) пропионат.

    Топливо может также содержать амиды и имиды ангидрида полиизобутилен янтарной кислоты, полибутенамина, полибутенполиамина и длинноцепочечных карбонамидов и карбонимидов в качестве моющих средств для карбюраторов, форсунок и клапанов (так называемые «добавки для контроля отложений»).

    Модификаторы трения включают, в частности, моноолеаты глицерина. Добавки, улучшающие смазывающую способность, предпочтительно представляют собой жирные кислоты, сложные эфиры жирных кислот и амиды жирных кислот. Обычные усилители октанового числа включают, в частности, органические соединения, такие как метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), этил-трет-бутиловый эфир (ETBE), N-метиланилин и металлоорганические соединения, такие как ферроцен или метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца (MMT). Типичным усилителем цетанового числа является, например, 2-этилгексилнитрат.

    В качестве масел-носителей для концентратов добавок, используемых в соответствии с изобретением, могут использоваться минеральные масла, а также блестящие базовые масла и синтетические масла, такие как полиальфаолефин, сложный эфир тримеллитовой кислоты или простой полиэфир.

    Время добавления топливной присадки в топливо не имеет никаких ограничений. Обычно топливная присадка может использоваться в подходящей дозе как так называемая «упаковка для нефтепереработки», в которой топливная присадка добавляется в топливо перед коммерческой реализацией, так и как так называемая «упаковка для вторичного рынка. ”, В котором добавка к топливу обычно не добавляется к топливу незадолго до его сгорания, например незадолго до или после заправки автомобиля.

    В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к способу очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания путем сжигания топлива, при этом топливо содержит добавку к топливу, содержащую по меньшей мере один диариламин, которые можно алкилировать. Что касается предпочтительных вариантов осуществления способа согласно изобретению, сделана ссылка на варианты осуществления, описанные ранее для использования согласно изобретению по меньшей мере одного диариламина.

    ПРИМЕРЫ

    Настоящее изобретение более подробно поясняется следующими примерами.

    Были использованы следующие присадки к топливу:

    Диариламин: смесь продукта реакции дифениламина и 2,4,4-триметилпентена. Полиэфирамин: поли-1,2-бутиленоксид-3-аминопропил-C11-14-изоалкиловый эфир (Mw: 2500).

    Конечная концентрация производного дифениламина в топливе составила 0,14 мас.%.

    Влияние тенденции к преждевременному воспламенению и эффективность очистки при использовании топлива определяли в соответствии со следующими примерами (варианты присадок).В качестве сравнительного примера использовалось топливо без присадок.

    Пример 1: Вариант добавки 1) 1400 ppm производного дифениламина + 100 ppm полиэфирамина Пример 2: вариант добавки 2) 1400 ppm производного дифениламина Пример 3: вариант добавки 3) 1400 ppm производное дифениламина + 500 ppm полиэфирамина Пример 1: Топливо без присадки Пробный запуск двигателя

    Пробный запуск двигателя был проведен на 2-литровом двигателе с непосредственным впрыском с турбонаддувом и индикаторной головкой.

    В качестве тестового топлива использовалось некачественное топливо, рекомендованное Daimler AG. На первом этапе цикл очистки проводился с использованием топлива E5 RON95. Этот цикл очистки предназначен для полной очистки камеры сгорания и достижения «нулевого состояния».

    Затем выполняются предварительные испытания на выносливость (PIER clean) с испытательным топливом без присадок и с испытательным топливом, в которое была добавлена ​​проверяемая присадка, и количество событий до воспламенения регистрируется с помощью датчики давления на каждый баллон.Длительный прогон перед зажиганием состоял из нескольких последовательных аналогичных циклов. Один цикл длился 20 минут, из которых 15 минут были при работе с полной нагрузкой в ​​условиях, типичных для предварительного зажигания, т. Е. Частота вращения двигателя <2000 об / мин и полностью открытая дроссельная заслонка, и 5 минут были при частичной нагрузке с такими же оборотами двигателя и практически дроссельной заслонкой. закрыто. В каждом случае было выполнено 3 цикла в течение часа. Этот тестовый запуск был предназначен для демонстрации влияния добавки на количество случаев предварительного воспламенения в чистой камере сгорания по сравнению с топливом без добавок.

    На третьем этапе снова была проведена очистка топливом E5 с октановым числом 95 для восстановления нулевого состояния. Это «нулевое состояние» было зарегистрировано эндоскопически, а затем сравнено с другими тестами.

    Затем был проведен 36-часовой цикл выдержки при карбонизации (CER). С помощью этого продолжительного пробега моделируется типичный городской цикл, в котором температура охлаждающей жидкости ограничена до 70 ° C, чтобы нарастить карбонизацию в камере сгорания воспроизводимым образом. Этот пробег на устойчивость к карбонизации был проведен с использованием испытательного топлива с присадками и с использованием топлива без присадок в качестве эталона.Степень загрязнения оценивали визуально с помощью эндоскопа и сравнивали с изображениями перед испытанием на устойчивость к карбонизации. Были обследованы камера сгорания, поверхность поршня и наконечник форсунки.

    Затем был проведен еще один длительный прогон перед воспламенением (карбонизация PIER) для определения количества событий предварительного зажигания с карбонизированной камерой сгорания.

    Замена масла производилась перед каждым пробегом перед зажиганием, чтобы исключить какое-либо влияние моторного масла.

    Испытательный запуск двигателя для определения очищающей способности присадки к топливу согласно настоящему изобретению, как описано выше, схематично показан на фиг. 1.

    Определение тенденции к предварительному воспламенению с чистой камерой сгорания

    Количество событий предварительного воспламенения с чистой камерой сгорания показано на фиг. 2. Было обнаружено, что количество случаев преждевременного воспламенения было равно нулю при чистой камере сгорания в первом цикле с добавкой из примеров 1 и 2 и с топливом без добавок, и только увеличивалось во втором цикле со всеми добавками.С добавкой из Примера 3 было подсчитано два события предварительного воспламенения во время второго измерения в первом цикле. После трех циклов было зарегистрировано одно событие предварительного воспламенения с топливом без добавок (сравнительный пример), одиннадцать с добавкой из примера 1, четыре с добавкой из примера 2 и до пятнадцати событий с добавкой из примера 3. Чем выше доля полиэфирамина была, тем больше было зарегистрировано случаев преждевременного воспламенения, особенно в первом цикле. Однако в чистой камере сгорания со всеми присадками произошел рост событий по сравнению с топливом без присадок.То есть полиэфирамин имеет более высокую склонность к предварительному воспламенению, чем дифениламин.

    Определение чистоты камеры сгорания

    Эндоскопические изображения камеры сгорания до и после испытания на длительную карбонизацию (CER 36 ч) показали, что при использовании добавок, содержащих дифениламин, в камере сгорания образовывалось меньше отложений, чем без добавки. Добавки примеров 1 и 2 оказались сопоставимыми; в Примере 3 с наибольшей долей полиэфирамина наблюдали больше отложений.

    Сравнение наконечников форсунок показало, что, в частности, добавка из Примера 1 позволила уменьшить отложения на форсунках.

    Определение тенденции к преждевременному воспламенению после карбонизации

    Во втором длительном прогоне до воспламенения (PIER карбонизация через 36 ч CER) значительное уменьшение количества случаев предварительного воспламенения наблюдалось с добавкой из примеров 1 и 2 (фиг. 3). Число случаев преждевременного воспламенения было воспроизводимо уменьшено вдвое по сравнению с испытательным топливом без добавок.Это уменьшение вдвое подтверждает очищающий эффект двух добавок. Здесь был обнаружен эффект сохранения чистоты. Добавка из Примера 3 вызвала увеличение числа случаев предварительного воспламенения, так как эффект очистки также меньше, и, следовательно, отрицательное влияние на предварительное зажигание больше не может быть компенсировано очисткой.

    Таким образом, в настоящем изобретении неожиданно было обнаружено, что за счет очистки или уменьшения отложений в камере сгорания автомобильного двигателя также снижается тенденция к предварительному воспламенению.Использование производных дифениламина в соответствии с изобретением приводит к высокой эффективности очистки от отложений в камере сгорания, не влияя на характеристики двигателя. Общее негативное влияние присадок на преждевременное зажигание компенсируется очисткой, и наоборот. При использовании в определенном массовом соотношении с дифениламином или производным дифениламина полиэфирамины могут дополнительно повысить их очищающую способность в отношении отложений в инжекторе. В частности, можно было продемонстрировать, что добавка из Примера 1 с низким содержанием полиэфирамина, составляющим 100 ч. / Млн, обеспечивает лучшую очистку инжекторов, чем чистый дифениламин (Пример 2).Однако при высокой доле полиэфирамина как отложения на форсунках, так и отложения в камере сгорания увеличиваются, как показывают результаты с добавкой из Примера 3. В этом случае очистки недостаточно для компенсации отрицательного эффекта. на предварительном зажигании.

    Хотя с помощью вышеописанных примеров можно было показать, что использование производных дифениламина в соответствии с изобретением приводит к высокой очищающей способности, совместное использование производных дифениламина и полиэфирамина, как описано выше, является предпочтительным, поскольку это позволяет комбинировать хорошего очищающего эффекта в камере сгорания и на форсунках с одновременным уменьшением преждевременного зажигания.

    Пример 4

    Для Примера 4 использовалась следующая присадка к топливу (вариант присадки 4):

    Диариламин: Стиренированный дифениламин

    Полиэфирамин: Поли-1,2-бутиленоксид-3-аминопропил-C11-14-изоалкил эфир (Mw: 2500).

    Конечная концентрация производного дифениламина в топливе составляла 1600 ppm, полиэфирамина 100 ppm.

    Очищающая способность варианта присадки 4 была испытана на автомобиле после езды с топливом, содержащим присадки.

    Выполнение теста

    Практическое испытание на очистку проводилось на 4-цилиндровом двигателе TSI объемом 1,2 л с прямым впрыском Volkswagen VW Polo. Первоначальное показание одометра составляло 40 986 км. Автомобиль эксплуатировался на коммерчески доступном топливе E5 с октановым числом 95, к которому был добавлен вариант присадки 4 в соответствующей концентрации. Камера сгорания транспортного средства была эндоскопически оценена и задокументирована перед началом испытания (фиг. 4 a : изображения камеры сгорания перед практическим испытанием, для примера, один цилиндр).После пробега 764 км со смешанным профилем вождения (город, пересеченная местность, автомагистраль) с топливом, содержащим присадки, камера сгорания снова была исследована эндоскопически.

    Определение очистки камеры сгорания

    Эндоскопические изображения показывают, что уменьшение количества отложений может быть установлено на головке поршня во всех цилиндрах.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.