Зачем нужны модификации двигателя под биотопливо

Целью этого раздела журнала «Биотопливо для транспорта» является обсуждение модификаций двигателей, которые могут потребоваться для работы на биотопливе в обычных двигателях внутреннего сгорания.

Особое внимание уделяется биодизельному топливу, используемому в двигателе с воспламенением от сжатия, и биоэтанолу, используемому в двигателе с искровым зажиганием.

Октановое число
Октановое число бензинового топлива определяется как мера устойчивости топлива к аномальному сгоранию, известному как «детонация». Чем выше октановое число топлива, тем меньше вероятность того, что двигатель будет подвержен «детонации». «Процесс детонации» вызван неполным сгоранием бензинового топлива в цилиндре двигателя, что вызывает внезапный стук или удар по поршню, который через некоторое время может серьезно повредить двигатель автомобиля. Добавляя в бензин смесь этанола Е10, мы можем повысить октановое число бензинового топлива на два пункта. Поэтому биоэтанол называют «повысителем октанового числа».

Воздушно-топливная смесь
Соотношение смеси воздух/топливо, которое требуется для 100% бензинового топлива для полного сгорания, составляет около 14,6 воздух:1 топливо. Это означает, что для полного сгорания 1 кг неоксигенированного бензина требуется 14,6 кг воздуха.

Топливная смесь этанола E10 обычно имеет содержание кислорода около 3,5% кислорода.Кислород, присутствующий в этаноле, может влиять на соотношение воздуха и топлива, при котором работает двигатель. Поэтому для некоторых автомобильных двигателей обычно необходимо иметь уменьшенное соотношение воздух:топливо, чтобы учесть содержание кислорода, присутствующего в смеси этанола. Соотношение воздух/топливо для VW Golf, работающего на 22% этаноле, составляет 12,7:1, что немного меньше соотношения воздух/топливо 14,6:1, которое используется для обычного топлива.

Этот эффект также применим к биодизельному топливу, поскольку оно также является кислородосодержащим топливом.

Системы управления двигателем, которые установлены в большинстве современных автомобилей, будут электронным образом определять и изменять соотношение смешивания воздуха и топлива, чтобы поддерживать стехиометрическое соотношение при добавлении в двигатель этанольного (оксигенированного) топлива. Для некоторых автомобилей максимальное содержание кислорода, которое можно компенсировать, составляет 3,5% кислорода (топливные смеси на основе этанола E10). Старые автомобили обычно не оснащены системами управления двигателем, вместо этого они работают с обычной топливной карбюраторной системой. Таким образом, топливно-воздушная смесь в карбюраторе должна регулироваться вручную, чтобы компенсировать повышенное содержание кислорода, которое присутствует в топливе с примесью этанола.

Топливные фильтры
Возможно, необходимо чаще менять топливный фильтр автомобиля, поскольку смеси этанола могут разрыхлять твердые отложения, присутствующие в топливных баках и топливопроводах автомобиля.

Холодный запуск
Смеси этанола имеют более высокую скрытую теплоту испарения, чем 100% бензин, и, таким образом, смеси этанола имеют более низкую способность к холодному пуску зимой. Поэтому некоторые автомобили оснащены небольшим бензобаком, содержащим 100% бензина, для запуска автомобиля в холодную погоду.

• Изменения стенок цилиндров, головок цилиндров, клапанов и седел клапанов
• Изменения поршней, поршневых колец, впускных коллекторов и карбюраторов
• Никелирование стальных топливопроводов и топливных баков для предотвращения коррозии этанола E20
• Форсунки с более высоким расходом топлива для компенсации кислородсодержащих свойств этанола.

Гарантия на автомобиль
Владельцы транспортных средств, использующие в своих автомобилях смеси этанола, должны придерживаться рекомендаций отдельных производителей автомобилей. В Великобритании почти все производители транспортных средств указывают, что максимальное содержание этанола в бензине должно составлять не более 5% этанола по объему. В США почти все производители транспортных средств указывают, что максимальное содержание этанола в бензине должно составлять не более 10% этанола по объему. Таким образом, если владелец транспортного средства решит использовать смесь с более высоким содержанием этанола, рекомендованную производителем, гарантия на транспортное средство, как правило, становится недействительной. Большинство производителей транспортных средств также заявляют, что при использовании смесей этанола с более высоким содержанием этанола, чем рекомендуют производители, могут возникнуть проблемы с повреждением транспортных средств и ухудшением управляемости.

Почти все современные дизельные двигатели вполне успешно работают на биодизеле при условии, что биодизель достаточно высокого качества. Вообще говоря, биодизель требует гораздо меньше модификации двигателя, чем биоэтанол.

Резиновые уплотнения
В некоторых старых автомобилях резиновые уплотнения, используемые в топливопроводах, могут потребовать замены на нерезиновые изделия, такие как VITONTM. Это связано с тем, как биодизель реагирует с каучуком. Если используется смесь с низким содержанием топлива (например, 5% биодизеля), то концентрация биодизеля недостаточно высока, чтобы вызвать эту проблему.

Холодный запуск
Холодный пуск иногда может быть проблемой при использовании более высоких смесей. Это связано с тем, что в холодную погоду биодизель густеет больше, чем ископаемое дизельное топливо. Для этого необходимо предусмотреть либо систему подогрева топлива, либо использование биоразлагаемых присадок, снижающих вязкость. Этот эффект является проблемой только для более высоких смесей.

Замена масла
Было замечено, что во время многих полевых испытаний двигатели, работающие на биодизельном топливе, требуют более частой замены масла. Обычно это имело место со смесями выше 20%.Во время проекта ALTENER, в котором два автобуса Mercedes Benz работали на дизельном и биодизельном топливе, было обнаружено, что автобус, работающий на биодизельном топливе, требует замены масла через 12 000 км по сравнению с 21 000 км для автобуса, работающего на ископаемом дизельном топливе. Стоит отметить, однако, что двигатель не пострадал в какой-либо степени.

Время двигателя
Для более высоких смесей производительность двигателя будет улучшена за счет небольшого изменения угла опережения зажигания, на 2 или 3 градуса для 100% смеси. Известно, что использование увеличенного времени впрыска и повышенного давления впрыска снижает выбросы NOx. Стоит отметить, что каталитические нейтрализаторы столь же эффективны в отношении выбросов биодизеля, как и в отношении ископаемого дизельного топлива.