Спиртовой двигатель: Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики

Содержание

Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики – Автоцентр.ua

Автоцентр
Сервис
Технологии

Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики

Марка

Модель

Оставьте ваши контактные данные:

По телефону

На почту

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
07
08
09
10
11
12

Часы

Минуты

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Оставьте ваши контактные данные:

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
07
08
09
10
11
12

Часы

Минуты

Прямо сейчас

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Sample Text

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Уточните удобное время для тест-драйва:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
07
ноября
08
ноября
09
ноября
10
ноября
11
ноября
12
ноября
13
ноября
14
ноября
15
ноября
16
ноября
17
ноября
18
ноября
19
ноября

Часы

Минуты

Оберіть мовну версію сайту.
За замовчуванням autocentre.ua відображається українською мовою.

Слава Україні! Героям слава!

Ви будете перенаправлені на українську версію сайту через 10 секунд

Слишком простое и дешевое возобновляемое топливо, ненавидимое «спасителями климата» : alex_rozoff — LiveJournal

Вот как работает обыкновенный простейший двухтактный двигатель на этаноле (точнее на обычном медицинском спирте, т.е. НЕ обезвоженном).

(видео взято с канала Rubuilder)
История вопроса: «Генри Форд разработал и реализовал на знаменитой модели Т двигатель, который с одинаковым успехом могла употреблять этанол, бензин и продукт их слияния. Практически все автомобили эпохи Первой Мировой были запойными, то есть работали на растительном спирте. Но когда нефть серьезно упала в цене и продукты на её основе стали более доступны, чем спирт, это дало толчок для развития бензина как основного вида топлива».
http://autohis.ru/razvitie-topliva.php
Искать топливные и экономические параметры этанола долго не надо: они есть даже в википедии.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Этанол
Там же можно найти данные об удельной теплоте сгорания этанола по сравнению с другими видами топлива
https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельная_теплота_сгорания
Для гурманов: использование концентрированного водного раствора этанола как ракетного топлива в паре с жидким кислородом.
«Горючее (75 % водный раствор этилового спирта) размещалось в переднем баке. Окислитель — жидкий кислород, заправлялся в нижний бак».
https://ru.wikipedia.org/wiki/Фау-2

Энергоемкость этанола: 30 МДж/кг.
Для сравнения у бензина примерно 40 МДж/кг.
При этом:
— «В 1914 г. в России были проведены испытания целого ряда автомобильных двигателей для установления особенностей их работы при замене бензина на спирт. На основе проведенных опытов преподаватель Императорского Московского технологического училища инженер Н. Р. Бриллин сделал 21 декабря 1914 г. доклад в аудитории Политехнического Российского общества, в котором указал на такие положительные факторы при работе двигателей на спирте, как более устойчивая работа и увеличение мощности на 5%. Была также высказана рекомендация о необходимости снабжения карбюратора подогревательным устройством, реализующим для улучшения пусковых качеств спиртовых двигателей тепло выхлопных газов. В заключение своего доклада инженер Н.Р. Бриллин отметил, что перевод эксплуатации автомобилей с бензина на спирт выгоден экономически и легко обеспечивается технически.»
https://forums.drom.ru/general/t1150874587.html
— цена этанола «топливного» качества сейчас ниже даже чем цена сырой нефти.
— этанол сгорает практически полностью, в отличие от бензина, который дает существенное количество продуктов неполного сгорания.
Смотрим разницу

Горение бензина (с канала Electrical life):

Горение этанола (с канала Kobra Science):

Еще для сравнения: предельная энергоемкость литий-ионного аккумулятора: менее 2 МДж/кг.

Откуда получать этанол?
Варианты:
1 — Сбраживанием растительных отходов (метод простой и древний как пирамиды Египта).
2 — Сбраживанием водорослей (это известная тема высокопродуктивных фабрик биомассы).
3 — Прямым каталитическим электрохимическим процессом из воды и углекислого газа.

На п.3. — особое внимание.
«Физики из Национальной лаборатории Оак-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) министерства энергетики США разработали электрохимический процесс, позволяющий превратить углекислый газ — СО2 — в этанол, то есть этиловый спирт. Находка, как признались официальному сайту ORNL сами ученые, во многом оказалась случайной. оманда использовала катализатор, изготовленный из углерода, меди и азота, а также электрический ток, чтобы вызвать сложную химическую реакцию, которая по существу является обратной процессу горения. При нем, как известно, выделяется углекислый газ, а ученые смогли превратить его обратно в топливо.

С помощью нанокатализатора, который содержит множество точек для протекания реакции («наноиглы»), растворенный в воде углекислый газ превращается в этанол, выход именно этого вещества составил в результате эксперимента 63 процента. Хотя обычно этот тип электрохимической реакции приводит к появлению смеси нескольких продуктов, состоящих из водорода, кислорода и углерода в различных сочетаниях.

— Мы пытались сделать первый шаг в предлагаемой реакции, когда вдруг поняли, что катализатор делает всю реакцию самостоятельно, — отметил ведущий автор исследования Адам Рондинон. — На входе мы берем углекислый газ, а на выходе получаем в основном топливо. Это стало сюрпризом, потому что получить этанол из СО2 напрямую с одним катализатором очень сложно.

Новизна примененного катализатора заключается в его структуре, представляющей собой насаженные на углеродные «иглы» наночастицы меди. Ученые сравнили это с 50-нанометровыми молниеотводами, которые концентрируют электрохимическую реактивность на кончике острия. Этот подход позволяет избежать использования дорогостоящих или редких металлов, таких как платина, которые ограничивают экономическую жизнеспособность подобных проектов.
— Используя обычные материалы, но расположив в соответствии с нанотехнологией, мы выяснили, как ограничить побочные реакции и в конечном итоге получить то, что действительно требуется, — пояснил Рондинон.
Ученые уверены, что этот подход может быть применен в промышленных масштабах, в частности, для хранения избытков электричества от ветровых или солнечных электростанций — с помощью сделанного открытия энергию можно будет запасать в виде этанола.»
https://rg.ru/2016/10/13/uchenye-nauchilis-poluchat-spirt-iz-vozduha.html
Исходная публикация на английском:
October 12, 2016 «Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol»
https://www.ornl.gov/news/nano-spike-catalysts-convert-carbon-dioxide-directly-ethanol

Сюрприз!
Оказывается уже 3 года известен метод, позволяющий одним выстрелом убить двух жирных зайцев.
1. Справиться с проблемой нестабильности выхода «зеленых» источников электроэнергии (ВИЭ), которая приводит к огромным экономическим потерям от ветровых и солнечных ферм.
2. Преодолеть тяжелейшие последствия принудительного «зеленого поворота» для мирового автопрома (и для людей — пользователей автомоблией).

Не надо переходить на ужасно дорогие электромобили с громоздкими, тяжелыми и ужасно дорогими аккумуляторами, которые все равно не обеспечивают достойный запас хода, к тому же еще демонстрируют высокую и внезапную пожароопасность.
Про гибридные автомобили (ужасно дорогие и сложные) вообще можно забыть.

Мы берем по сути обычный автомобиль с ДВС и ездим на спирте, полученном из воды и атмосферного углекислого газа.
Кого это не устраивает?..

…Ах да! Это не устраивает «спасителей климата». Слишком просто, слишком дешево.
Не на чем пилить деньги, содранные за борьбу с парниковыми газами.
Такие дела.

Алкоголь: это — журнал Engine Builder

Статья Норма Брандеса и Кейта МакКорда

Нажмите здесь, чтобы прочитать больше

Этанол, или самогонный виски, использовался в качестве топлива или спиртного напитка с середины 15 века. Самый первый запатентованный двигатель внутреннего сгорания был изобретен Сэмюэлем Мори еще в 1826 году и работал на смеси этанола, спирта и скипидара. Перенесемся в 1861 год, когда немецкий изобретатель Николаус Отто, также известный как отец современного четырехтактного двигателя, разработал двигатель внутреннего сгорания, который работал на чистом этиловом спирте с подогревом карбюратора. Почему? Лампный спирт в то время не облагался налогом правительством Германии, и, честно говоря, бензина действительно не было.

Перенеситесь на заре автомобильной эры и познакомьтесь с первым автомобилем с гибким топливом. Генри Форд представил модель T, работающую как на этаноле, так и на бензине. Поскольку в начале 20-го века на самом деле не было заправочных станций, а дистилляция самогона была повсюду, это имело смысл только с точки зрения спроса/предложения. По сути, двигатель внутреннего сгорания действительно был спроектирован и разработан на основе спирта, а не бензина.

Хуч: это больше не только для питья

Бензин, этанол, метанол, пропан, бутан и керосин входят в семейство углеводородов. Проще говоря, углеводород — это химическое вещество, состоящее исключительно из атомов водорода и углерода. Хорошее эмпирическое правило: если это топливо и оно горит, скорее всего, оно относится к семейству углеводородов.

Простые углеводороды, такие как метан, этан, пропан и октан, показаны на ( Рисунок 1 ) и находятся в газообразной форме. По мере того, как мы добавляем больше углеродных цепочек, мы начинаем получать жидкие простые углеводороды.

Продолжая создавать более длинные цепочки, мы переходим от газов к жидкостям и воскообразным телам. Следующим шагом является присоединение атома кислорода к одному из атомов водорода для получения гидроксильной группы. При этом из простого углеводорода получается то, что мы называем простыми спиртами, показанными на (, рис. 2, ). Вы можете продолжать создавать эти цепочки атомов, чтобы получать все более и более сложные спирты.

Я возьму свой виски чистым, пожалуйста

Любой достойный изготовитель двигателей знает, что когда вы проектируете гоночный двигатель для работы на алкоголе, вы всегда должны учитывать потребность в дополнительном топливе. Это может быть так же просто, как замена жиклеров карбюратора, увеличение размера топливных форсунок или даже изменение конструкции системы подачи топлива на более крупные линии, несколько насосов и т. д. Эти правила не являются фольклором, созданным продавцами топлива и вторичным рынком; все эти правила имеют научное обоснование.

Если вы изучите диаграммы для метанола и этанола и стряхнете пыль со своей старой школьной периодической таблицы, мы можем разбить атомные веса следующим образом: водород = 1, углерод = 12, кислород = 16.

Таким образом, атомный вес молекулы метанола составляет 32 (4 атома водорода, 1 углерод, 1 кислород), а атомный вес этанола составляет 46 (6 атомов водорода, 2 углерода, 1 кислород). То, что происходит во время горения, представляет собой интересный процесс. Атомы ОН, которые были добавлены к основному углеводороду для создания спирта, отрываются и объединяются с другим атомом водорода. Эта комбинация образует h3O, или то, что мы знаем как воду.

Таким образом, в отличие от бензина, побочным продуктом сгорания спирта является вода. Учитывая, что атомный вес воды равен 18, вы можете видеть, что в случае с этанолом 39 процентов молекулы не могут быть сожжены и не способствуют добавленной мощности. Бензин имеет теплотворную способность 20 400 БТЕ, а этанол имеет теплотворную способность 12 800 БТЕ. Это означает, что по сравнению с бензином этанол будет иметь только 60 процентов теплотворной способности бензина.

Почему вы хотите сжигать топливо, которое имеет 60 процентов доступной теплоты бензина и содержит негорючую воду в качестве продукта сгорания? Секрет кроется в скрытой теплоте испарения, температуре самовоспламенения и энергии стехиометрической смеси спиртов.

Все равны

Первый поразительный признак в Таблице 1 заключается в том, что Энергия Стехиометрической Смеси примерно одинакова. По сути, это означает, что когда двигатель настроен на работу с заданной стехиометрической смесью, кубический фут любого из четырех видов топлива будет давать примерно эквивалентную энергию (94,8 против 94,5 против 94,7). Таким образом, объемный КПД каждого из видов топлива на правильно спроектированном двигателе будет одинаковым. Поэтому, как только карбюратор или система впрыска топлива настроены для обеспечения надлежащего соотношения воздух/топливо для топлива, двигатель должен быть готов к работе.

Заглянув внутрь ЭБУ GM с гибким топливом, можно увидеть, что существует только одна таблица объемного КПД, независимо от используемого топлива. Мы уже доказали, что наша энергия при стоичности эквивалентна. Глядя на таблицы заправки с открытым контуром, мы замечаем, что спирту требуется больше заправки при более низких температурах. Однако по мере повышения температуры двигателя для бензина и E85 устанавливается одинаковое соотношение воздух-топливо. Этому способствует то, что оба топлива имеют значение лямбда 1.000 при стоичности. Таким образом, мы можем использовать как узкополосные, так и широкополосные кислородные датчики для контроля и корректировки топлива. Сосредоточение внимания на значениях лямбда, а не на показаниях измерителя соотношения воздух/топливо — это первый шаг к успеху.

GM измеряет процентное содержание этанола в гибком топливе с помощью датчика в системе подачи топлива. На основе выходных данных этого датчика он будет балансировать заправку между двумя таблицами. По мере того, как ощущается больше этанола, подача топлива с открытым контуром будет больше смещаться в сторону таблицы заправки этанолом до точки, когда мы используем несмешанный E85 только из таблицы этанола.

Вскипятить, чтобы охладить

Если вы когда-нибудь ковырялись в двигателях, работающих на спирте и оборудованных карбюраторами, вы, вероятно, замечали, что на холостом ходу впускные направляющие обледенели, особенно если они оснащены распределительным валом с большим перекрытием. Вы, наверное, также заметили, что двигатель работает немного холоднее при работе со спиртом. Что вызывает это? Что ж, вы, вероятно, сталкивались с этим явлением раньше. Нанесите на открытые участки кожи немного воды, затем бензина, а затем спирта. Спирт, когда он испаряется, будет ощущаться самым прохладным, за ним следует бензин, а затем вода. Это все благодаря свойству скрытой теплоты испарения жидкостей.

Физика утверждает, что для превращения жидкости в газ требуется определенное количество тепла. Это дополнительное тепло выражается как значение испарения скрытой теплоты. Этанолу требуется около 250% тепла, чтобы превратиться в газ, а метанолу — около 340% тепла. Таким образом, переход из жидкого состояния в газообразное будет отбирать тепло из камеры сгорания. Мы знаем, что бензин снизит температуру в камере примерно на 40°F, поэтому этанол снизит температуру примерно на 100°F, а метанол снизит ее примерно на 135°F. Таким образом, при этих стехиометрических значениях мы видим значительное падение температуры топливно-воздушной смеси. Это одна из причин, по которой нам нравится использовать дополнительный впрыск спирта в двигателях с наддувом, даже если они работают на бензине.

Закон идеального газа гласит, что по мере снижения температуры воздушно-топливной смеси плотность заряда увеличивается. Кроме того, объемная массовая эффективность также будет увеличиваться, что приведет к увеличению мощности по мере роста значений объемной эффективности нашего двигателя.

Синхронизация (и компрессия) решают все

Теперь у нас есть больше спирта для сжигания и более холодный заряд воздуха, но что насчет поджигания заряда? Одним из ключевых факторов, на который следует обратить внимание в нашей таблице, является самовоспламенение для каждого вида топлива. Спирты имеют значительно более высокие температуры самовоспламенения по сравнению с бензином. Это позволяет спроектировать двигатель с более высокой статической и динамической степенью сжатия. Как вы знаете, это простой способ увеличить мощность и крутящий момент двигателя. Поскольку у нас гораздо более высокие температуры самовоспламенения по сравнению с бензином, нам не нужно так сильно беспокоиться о преждевременном зажигании с повышенными степенями сжатия.

Также обратите внимание на октановые числа. Спирты варьируются от низкого октанового числа 106 до высокого октанового числа 115. В результате мы имеем гораздо более безвредное для детонации топливо по сравнению с бензином. Это позволяет нам запроектировать в двигатель намного больше времени, чем мы могли бы иметь с бензином. С более высокими октановыми числами нам не нужно так беспокоиться о детонации с более высокими значениями времени. Еще одна проблема, с которой мы сталкивались в прошлом, заключалась в том, что увеличенное время обычно означало, что двигатель работал горячее, и нам приходилось проектировать эту проблему, чтобы охлаждать двигатель. Но мы уже знаем, что с нашими значениями испарения скрытой теплоты спирта мы удаляем значительное количество тепла из камеры, поэтому, по сути, спиртовой двигатель не зависит от температуры, на которую влияет увеличение времени.

Наконец, с увеличением степени сжатия мы также получаем больше тепла в камере, что соответствует не только лучшему горению, но и лучшему испарению.

Одним из примеров является то, как GM справилась со своими проблемами синхронизации с гибким топливом, создав «суммирующую» таблицу, в которой они либо добавляли, либо вычитали синхронизацию из базовых таблиц синхронизации бензина. По мере увеличения нагрузки и оборотов синхронизация также увеличивается, достигая своего максимального уровня при пиковом крутящем моменте.

Это не панацея

При более низких температурах спирт в воздушно-топливной смеси возвращается в жидкое состояние и выпадает из смеси. В жидком состоянии спирт очень трудно воспламеняется и начинает процесс горения. Введите E85, который обычно доступен на заправочных станциях по всей стране. Е85 обычно представляет собой смесь 85% этанола и 15% бензина, хотя в зимние месяцы в холодном климате смесь может переходить в смесь 70/30.

Добавление бензина облегчает холодный пуск, так что тепло может попасть в двигатель и легко нагреться до нужной температуры. Вы должны напомнить своему клиенту о возможности зимней смеси 70/30 и соответствующим образом настроить двигатель.

Другим ключевым фактором, вызывающим проблемы с E85, является вода. Введение воды в концентрации всего один процент приведет к разделению бензина и этанола. У большинства новых автомобилей с закрытыми топливными системами проблем не возникнет. Но в открытых топливных системах или в случаях, когда в топливную систему была введена вода, добавление бензола, ацетона и бутилового спирта повысит водостойкость Е85.

Вопросы выбросов

Почему бы не использовать гоночный газ? Ну, во-первых, этилированный гоночный газ довольно быстро выбьет кислородный датчик. Во-вторых, с экологической точки зрения он не очень дружелюбен. Что касается неэтилированного гоночного бензина, то октановое число выше 104 доступно не так уж и много.

Двигатели, работающие на спирте, выделяют углекислый газ (CO2) и воду (h3O). Оба этих побочных продукта чрезвычайно безвредны для окружающей среды и не ядовиты. К сожалению, добиться идеального горения практически невозможно, поэтому в результате также присутствует угарный газ (CO), который является ядовитым и тщательно контролируется EPA. Но топливо на основе спирта приведет к значительному снижению выбросов CO по сравнению с двигателем, работающим на бензине.

Согласно исследованиям Агентства по охране окружающей среды при использовании этанола вместо бензина:

Выбросы моноксида углерода (CO) снижены на 25–30 %

Выбросы оксидов азота (NOx) снижены на 20 %

Выбросы летучих органических соединений ( ЛОС) снижен на 30 %

Выбросы вызывающих рак бензола и бутадиена снижены на

более чем на 50 %

Значительно снижено содержание диоксида серы (SO2) и твердых частиц

Материя (PM)

Проведены испытания EPA показали незначительные различия в указанных выше процентах при сравнении этанола (Е100) и смешанной смеси этанол/бензин (Е85).

Этанол также безопасен для датчиков выбросов. Стандартные датчики кислорода в выхлопных газах с подогревом будут работать в узкополосном или широкополосном режимах для проверки стехиометрических значений отработавших газов в выхлопных трубах. Поэтому при тюнинге автомобиля на этаноле не требуется никаких дополнительных датчиков ни в машине, ни на динамометре.

Адаптация к E85

Наш первый пример — обновленный двигатель GM Gen III. Головки блока цилиндров, распределительный вал и кованая нижняя часть были собраны с расчетом на переваривание примерно 200-250 л.с. закиси азота. Проблема заключалась в том, что в то время как только на двигателе, насосный газ не был проблемой, в то время как на закиси азота требовался отдельный топливный элемент, предназначенный для закиси азота и заполненный гоночным газом C16. Идея заключалась в том, чтобы перейти на спирт, чтобы избавиться от этого дорогостоящего дополнительного топливного элемента. Поскольку этот двигатель был разработан для работы на откачиваемом газе, статическая компрессия оставалась довольно низкой для двигателя третьего поколения и составляла 11,3: 1. Распределительный вал был настроен для использования закиси азота, поэтому он сильно снижает компрессию, обеспечивая очень низкое значение динамической компрессии 8,2: 1.

Этот двигатель не был хорошим кандидатом для запуска E85 только на двигателе, но с размером закиси азота мы вырвались вперед. Чтобы провести справедливое сравнение, мы переключились на комплект форсунок на 60 фунтов в час, привязали машину к динамометрическому стенду Dynojet и начали настройку. Сначала мы сделали Е85, затем слили бак и заправили бензин с октановым числом 92.

Наш последовательный тест (после настройки) показал увеличение как мощности, так и крутящего момента, хотя это увеличение не было значительным. Отсутствие прироста объяснялось в основном низкими коэффициентами статического и динамического сжатия.

Проектирование двигателя с учетом спирта

При проектировании двигателя с нуля, зная, что он будет работать на спирте, вы можете воспользоваться компрессией и температурой. В этом исследовании большой блок двигателя Chevrolet объемом 532 куб. см был переведен на систему впрыска топлива и настроен для работы исключительно на спирте (метаноле или этаноле). Статическое сжатие было настроено на 12,5:1, а динамическое — на 9,3:1. Из-за более высокой степени сжатия мы не смогли использовать насосный газ для наших испытаний, но мы использовали этилированный гоночный бензин с октановым числом 106. Мы смогли добиться значительно большей мощности благодаря правильно спроектированному и настроенному двигателю E85!

Об авторах: Норм Брандес владеет и управляет компанией Westech Automotive, Inc., механической мастерской и предприятием по ремонту автомобилей, расположенным в Силвер-Лейк, штат Висконсин. Он как волшебник в повышении производительности при сохранении транспортных средств в соответствии со стандартами выбросов. Кит МакКорд является президентом McCord Consulting Group в Сент-Луисе, штат Миссури. Он является «наемным стрелком» для различных OEM-компаний и компаний, занимающихся послепродажным обслуживанием, для разработки продуктов, деталей, кода ЧПУ и улучшения процессов. Кит также пишет специальные ECM для автомобилей GM и Ford.

Спирт как моторное топливо

Прежде чем вы начнете переводить двигатель вашего автомобиля или грузовика на использование спирта, важно, чтобы вы поняли свойства и различия между двумя видами топлива.

Бензин представляет собой сложную смесь углеводородов… веществ, состоящих только из атомов водорода и углерода. Эти углеводороды могут появляться во всех формах (в виде газа, жидкости или твердого тела), но для наших целей нас интересует топливо в его жидком состоянии.

Для получения различных видов углеводородного топлива промышленность просто перерабатывает сырую нефть (полученную много миллионов лет назад в результате геологических и биологических циклов) и выделяет желаемый продукт при определенной температуре и давлении. Отсюда более легкие газообразные виды топлива, такие как бутан, пропан и этан… жидкости, подобные октану, пентану и гексану… более тяжелые маслянистые жидкости, такие как керосин и мазут… и т. д. путь вниз через воски и, наконец, твердые вещества.

Бензин, каким мы его знаем, представляет собой комбинацию октана, бензола, толуола, различных других ароматических соединений, тетраэтилсвинца, детергентов… и соединений серы, фосфора и бора. Из-за этой сложной смеси ингредиентов, а также из-за того, что нефтеперерабатывающие заводы меняют смесь в соответствии с климатом, сезонными изменениями и высотой над уровнем моря, трудно выбрать «репрезентативный» образец бензина для целей сравнения. Тем не менее, цифры, приведенные в таблице «Свойства бензина, этанола и метанола» ниже, довольно типичны для среднего автомобильного бензина, прошедшего высокие испытания. [Таблица не включена.]

Алкоголь, с другой стороны, должен быть произведен… в нашем случае с помощью процессов ферментации и дистилляции. Из-за шагов, связанных с его производством, производство спирта всегда было дороже, чем бензин. Но теперь, когда запасы сырой нефти истощаются, цены на бензин стремительно растут… и вскоре сам бензин, вероятно, придется производить синтетическим путем, что обойдётся гораздо дороже, поскольку процесс производства намного сложнее, чем процесс производства спирта.

Спиртовые соединения также являются углеводородами… но в спирте один из атомов водорода заменен гидроксильным радикалом (отсюда и символ ОН), который представляет собой атом кислорода, связанный с атомом водорода. Спирты тоже бывают разных форм и имеют разный уровень сложности, но нас в основном интересует этанол (спирт, полученный из зерна) и — мимоходом — метанол (спирт, полученный из древесины или целлюлозы).

Эти два спирта являются единственным практичным спиртовым топливом… и из этих двух этанол экономически более целесообразен в небольших масштабах. (Сырье, используемое для производства метанола — древесная щепа, мусор или целлюлоза — относительно недорогое, но производственный процесс, необходимый для производства метилового спирта, экономичен только на промышленном уровне. )

На первый взгляд разница между алкоголем и бензином может показаться относительно незначительной: спирт содержит кислород, а бензин — нет. Однако в действительности различия гораздо сложнее. Кроме того, при сжатии — как в случае с камерой сгорания двигателя — все становится еще сложнее… но мы подробнее остановимся на этих моментах позже.

Несмотря на неотъемлемые различия между бензином и спиртом, факт заключается в том, что спирты являются идеальным моторным топливом. Первый практичный двигатель внутреннего сгорания, запатентованный Николаусом Отто в 1877 г., работал на спирте (бензин еще не был «открыт»), а модель А «Форд», выпускавшаяся из 1928 по 1931 год, был разработан для сжигания различных видов топлива, одним из которых был спирт. Кроме того, грузовики Studebaker, построенные на экспорт в 1930-х годах (и различные отечественные тракторы, продаваемые как в США, так и за рубежом), предлагались с бензиновыми или спиртовыми топливными системами. (Действительно, в начале «автомобильной эры» алкоголь был так же распространен, как и ископаемое топливо, если не больше, чем ископаемое топливо. Но со временем нефтяная промышленность, организованная и, следовательно, более мощная, чем часто производители алкоголя на фермах — успешно лоббировали оптовую продажу «высококачественного» бензинового топлива.Как ни странно, в районах, где нефть приходилось исключительно импортировать, или во время войны, когда запасы бензина были нормированы, алкоголь внезапно стал отличным мотором. снова топливо… и рекламировался как таковой дистрибьюторами бензина, которые его продавали!)

Как бы то ни было, у спирта есть характеристики, которые делают его естественным моторным топливом: [1] Он имеет высокое октановое число, что предотвращает детонацию (детонацию) двигателя под нагрузкой, [2] он сгорает чисто… на самом деле настолько чистым, что не только резко сокращаются вредные выбросы, но и внутренние части двигателя очищаются от нагара и смолистых отложений … которые, конечно, не накапливаются, пока в качестве топлива используется спирт, [3] двигатель, работающий на спирте, имеет тенденцию работать при более низкой температуре, чем его бензиновый аналог, что продлевает срок службы двигателя и снижает вероятность перегрева. 0005

Теперь мы можем подробно рассказать, как эти и другие характеристики спирта влияют на работу двигателя.

ОКТАНОВОЕ ПОКАЗАНИЕ

На самом деле, когда речь идет о спиртовом топливе, слово «октан» не применяется, поскольку октан (в чистом виде) представляет собой просто углеводород в бензине, которому присваивается числовое значение 100 в целях оценки топлива. Октановое число автомобильного топлива на самом деле является показателем способности топлива противостоять преждевременной детонации в камере сгорания. (Преждевременная детонация, или детонация в двигателе, происходит, когда топливно-воздушная смесь самовоспламеняется ближе к концу такта сжатия из-за сильного нагрева и давления в камере сгорания. Поскольку свеча зажигания должна воспламенять смесь чуть позже точка в цикле двигателя, преждевременное зажигание нежелательно и может фактически повредить или даже вывести из строя двигатель.)

Поскольку высокая степень сжатия в двигателе приводит к большей мощности на такт, большей эффективности и лучшей экономичности, легко понять, почему особенно желательно топливо, устойчивое к преждевременному воспламенению даже в условиях высокой степени сжатия. .. и спирт , в среднем примерно на 16 пунктов выше по исследовательской шкале октанового числа, чем у премиального бензина.

ТЕПЛОИЗМЕРЕНИЕ

Теплотворная способность топлива является мерой того, сколько энергии мы можем получить от него на единицу, будь то фунты или галлоны. При сравнении спирта с бензином с помощью этой «мерной линейки» становится очевидным, что этанол содержит только около 63% энергии бензина… в основном из-за присутствия кислорода в структуре спирта. Но поскольку спирт претерпевает различные изменения при испарении и сжатии в двигателе, прямая теплотворная способность этанола не так важна, когда он используется в качестве моторного топлива.

Тот факт, что в структуре спирта присутствует кислород, также означает, что это топливо, естественно, будет «более бедным» по сравнению с бензиновым топливом без внесения каких-либо изменений в форсунки карбюратора. Это одна из причин, по которой мы должны обогащать топливно-воздушную смесь (добавлять больше топлива) при сжигании спирта за счет увеличения размера форсунок, о чем мы поговорим далее в другом разделе.

НЕСТАБИЛЬНОСТЬ

Летучесть топлива относится к его способности испаряться. Это важный фактор, потому что, если испарение не происходит быстро, топливо не может быть равномерно смешано с воздухом и не имеет большого значения для двигателя. Некоторые вещества с высокой летучестью не могут быть легко использованы в качестве моторного топлива… а другие, имеющие превосходную теплотворную способность, недостаточно летучи для использования в двигателе (например, смолы и парафины).

Еще один момент, о котором следует помнить, это то, что очень летучее топливо потенциально опасно из-за возможности взрыва от тепла или искр. Это одна из причин, по которой спирт с более высокой температурой воспламенения, чем у бензина, является гораздо более безопасным автомобильным топливом… особенно если учесть, что топливный бак среднего автомобиля действительно весьма уязвим.

СКРЫТАЯ ТЕПЛОТА ИСПАРЕНИЯ

Скрытая теплота парообразования — это явление, в результате которого двигатель, работающий на спирте, работает холоднее, чем его аналог, работающий на бензине. Когда вещество вот-вот претерпит изменение формы (в данном случае из жидкости в пар), оно должно поглотить определенное количество дополнительного тепла из своего окружения, чтобы изменение произошло. Поскольку спирт должен поглощать примерно в 2-1/2 раза больше тепла, чем бензин, а тепло, естественно, берется из блока цилиндров, двигатель должен работать при гораздо более низкой температуре… теоретически, то есть.

На самом деле происходит то, что смесь спирта с воздухом не успевает поглотить все тепло, которое она могла бы поглотить во время своего короткого путешествия через коллектор двигателя. Таким образом, вместо того, чтобы работать на спирте в 2-1/2 раза холоднее, чем на бензине (что, кстати, было бы нежелательно… поскольку для эффективной работы двигатель должен сохранять определенное количество тепла), двигатель работает при температурах чуть ниже — примерно на 20-40 градусов по Фаренгейту ниже, в зависимости от конкретного двигателя при использовании спиртового топлива.

ВЫБРОСЫ

При сгорании бензина в двигателе образуется окись углерода и другие ядовитые пары… в основном из-за того, что топливо никогда не сгорает полностью, а также из-за того, что оно подвергается воздействию экстремальных температур и давлений. Кроме того, как мы упоминали ранее, бензин представляет собой сложную смесь многих веществ… и некоторые из этих веществ — свинец, сера и другие вредные вещества. Они также усиливают загрязняющее воздействие выхлопных газов двигателя.

Спирт, напротив, горит намного чище. Хотя он тоже никогда не сгорает полностью, объем вредных паров в двигателе, работающем на спирте, резко снижается… потому что спирт в своей структуре содержит кислород (что означает более полное сгорание), но не содержит всех остальных загрязняющих веществ. необходимы в качестве присадок к бензину.

В целях сравнения, исследователи МАТЕРИ провели тесты на такси Chevrolet 1978 года выпуска… которое, работающее в Нью-Йорке, подвергалось одному из самых строгих в стране мер по контролю за загрязнением окружающей среды. (Для того, чтобы такси получили лицензию, они должны пройти четыре запланированных теста Агентства по охране окружающей среды в год на выбросы угарного газа и углеводородов.) Естественно, такси, которое тестировала команда МАТЕРИ, было намного менее загрязняющим окружающую среду, чем средний американский автомобиль, но даже в идеальном состоянии он просто «прошел» тесты с использованием бензина … зарегистрировав почти 1-1 / 2% CO и содержание выхлопных газов 200 частей на миллион HC (оба только ниже установленного законом предела).

Однако со спиртовым топливом результаты испытаний значительно улучшились. Даже после того, как с двигателя были удалены все средства контроля загрязнения (за исключением клапана PCV), в кабине было зарегистрировано всего 0,08% CO и только 25 частей на миллион HC … что эквивалентно уменьшению CO на 95% и уменьшению HC на 87,5%, или в целом примерно на 92% чище!

СМЕСЬ АЛКОГОЛЯ/ВОДЫ

Как мы все знаем (некоторые из нас по собственному опыту), вода и бензин несовместимы. Бензин стремится всплыть на поверхность смеси, а вода оседает под ней. В топливном баке автомобиля это может иметь катастрофические последствия, особенно в зимний период.

Спирт, однако, хорошо смешивается с водой: частицы воды равномерно распределяются в смеси. В результате не только решается проблема зимнего замерзания, но и отпадает необходимость в чистом спирте для топливных целей. Это очень важно для мелкомасштабного производителя спиртового топлива, поскольку непромышленные перегонные кубы, как правило, не способны производить спирт с крепостью более 192 (чистота 96%).

Что касается его использования в двигателе, то исследователи MOTHER добились отличных результатов с различной крепостью спирта, от 160 до безводного (200). Дополнительная вода, добавленная сверх предела 20%, заставляет двигатель колебаться и работать на холостом ходу… следовательно, эта практика не рекомендуется. В качестве дополнительного преимущества вода в топливе помогает очищать и «смазывать» внутренние части двигателя, включая седла клапанов, поверхности головки поршня и камеру сгорания.

ЭКОНОМИКА ДВИГАТЕЛЯ

Экономия топлива двигателем прямо пропорциональна тому, насколько богата топливно-воздушная смесь… и это, конечно же, зависит от того, насколько велик главный жиклер в карбюраторе. Для спирта требуется более богатая топливно-воздушная смесь, чем для бензина (9 к 1, а не 15 к 1), но эта разница не пропорционально отражается на экономичности… отчасти из-за того, что спирт имеет более высокое «октановое число» и может использоваться более эффективно.

Экспериментируя с размерами отверстий (диаметрами) главного жиклера карбюратора, можно достичь золотой середины между мощностью и экономичностью в стандартном автомобильном двигателе, использующем спирт. Ссылаясь на приведенную ниже диаграмму «Экономия», вы увидите, что увеличение диаметра жиклера на 40% по сравнению со стандартным размером жиклера в грузовике МАТЕРИ привело к потере всего 12% общей экономии топлива… по сравнению со сжиганием бензина. и с использованием штатной струи (в обоих случаях грузовик был полностью загружен).

При поэтапном уменьшении размера жиклера — до 19% больше исходного — было потеряно всего около 5% по сравнению с незагруженным грузовиком на бензине и его нормальным впрыском. Когда этот тест был проведен для сравнения обоих видов топлива в полностью загруженном автомобиле, версия со спиртовым двигателем фактически показала увеличение пробега… на колоссальные 16%. Это связано с тем, что автомобиль, работающий на спирте, — отчасти из-за высокого «октанового числа» топлива — будет сохранять свою экономичность даже при экстремальных нагрузках, в отличие от большинства автомобилей с бензиновым двигателем. Цифры, приведенные выше, были записаны, когда 1/2-тонный пикап МАТЕРИ тянул более 2200 фунтов … и лишь немного улучшились, когда груз был снят. Для сравнения, когда груз был снят с грузовика в его бензиновом режиме, пробег значительно увеличился … как показано на диаграмме.

Следует также отметить, что увеличение степени сжатия двигателя значительно улучшит расход спирта. .. до такой степени, что любое транспортное средство с грузом или без груза должно быть равно или лучше расхода топлива на бензине.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатель, работающий на спирте, — при правильном преобразовании — будет иметь производительность, эквивалентную, если не превышающую, такую же силовую установку, работающую на бензине. Это связано с тем, что алкоголь имеет более высокое «октановое число» (следовательно, время может быть немного сдвинуто вперед), и он может выдерживать гораздо большие степени сжатия.

Даже без изменения степени сжатия спиртовой двигатель с довольно низкой степенью сжатия (у МАТЕРИ коэффициент сжатия 8,5:1) по-прежнему не уступает бензиновому аналогу. И, если синхронизация безопасно опережает предел «детонации», диапазон крутящего момента значительно расширяется, что позволяет автомобилю исключительно хорошо тянуть под нагрузкой … на самом деле, в таких условиях он работает намного лучше, чем бензиновая версия. !

Алкогольное топливо Матери-Земли

Глава 1
Знакомство с фермерским топливом.