ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Антидетонационные характеристики

Поскольку бензин имеет более высокое энергосодержание, чем с ирты, то он по сравнению с ними обладает определенным преимуществом. Шнако следует иметь в виду, что энергосодержание не является критическим!■ раметром. Более важный фактор — эффективность использования топлива, [вторая, как отмечалось выше, в значительной мере зависит от степени сжатия, с порая ограничивается возможностью возникновения детонации. Допустимая. пень сжатия спиртов существенно больше, чем у бензина. Поэтому эффек­тивность спиртов выше, и это компенсирует их относительно низкое энергосо - : ржание. Вместе с тем бензины с хорошими антидетонационными характери - ^ иками (высокое октановое число) не обязательно будут иметь большее удель - рос энергосодержание. И даже наоборот, практика показывает, что с ростом ■ктанового числа оно уменьшается. Поэтому достаточно разумным представля - - .я использование более дешевого бензинового топлива с низким октановым

числом. Но с другой стороны, при использовании такого топлива в продукта', сгорания возможно образование смол и других веществ, негативно воздейстъ; ющих на окружающую среду.

ДЕТОНАЦИЯ

Как уже неоднократно отмечалось, эффективность двигатет: I

растет при увеличении степени сжатия рабочего тела. В двигателях с искровы'1 зажиганием степень сжатия может быть ограничена в зависимости от исполь­зуемого топлива. При достаточно большой степени сжатия в таких двигателя'*; возникает детонация топливной смеси, которая приводит к повышенному износу поршней и уменьшению мощности мотора.

Различие между взрывом и детонацией заключается в скорости процесса. По­рох, например, взрывается только тогда, когда заключен в замкнутое простраг ■ ство. На открытом воздухе он может только гореть. С другой стороны, такое вещество, как трехйодистый азот, будет разлагаться настолько быстро, что дал с на открытом воздухе вызовет сильный шум.

Проще говоря, взрыв внутри цилиндра создает стационарное усилие, дейс­твующее на поршень аналогично усилию, которое создает велосипедист, давя ня педаль ногой. Детонация же аналогична ситуации, когда велосипедист не крути бы педали ногами, а периодически бил бы по ним молотком.

Способность топлива работать при высоких степенях сжатия без детонации определяется по его октановому числу. Говорят, что топливо имеет октанов ■: число Of, если его детонационное поведение соответствует поведению модельное смеси изооктана и я-гептана, содержащей Oj процентов октана.

Каким бы странным это ни казалось, октановое число топлива О^ может бы J больше 100.

Дело в том, что экспериментально октановое число топлива определяете* путем сравнения с изооктаном, к которому добавляется объемная доля L тетри этилсвинца (С2Н5)4РЬ. Тогда октановое число рассчитывается по формуле

107000Z

(1 + 2786Z) + Vl + 5572Z-504000Z2 ‘

Добавление 0,7 % (т. е. доли 0,007) тетраэтилсвинца в изооктан приводит получению топлива с октановым числом 120, которое является характерным д. авиационного бензина.

Следует отметить, что в экспериментах используется изооктан. Дело в тс что и-октан — нормальный или неразветвленный октан — обладает экстремал Н но слабыми антидетонационными свойствами, в то время как изооктан хорои. ч затормаживает детонационные процессы.

Критическая степень сжатия углеволородов (выше которой происходит де­тонация) уменьшается с ростом числа атомов углерода в молекуле. Так, метан меет критическую степень сжатия 13, тогда как «-гептан только 2,2.

Однако у различных изомеров структура молекулы может быть изменена я сопротивление детонации может существенно увеличиться: изоокган имеет кри­тическую степень сжатия 6, а бензол, основной ароматический углеводород, — 15. С учетом этого фактора в бензине вместо свинцовых добавок может содержаться рчл ароматических веществ, увеличивающих его октановое число.

Сравним структуру двух октановых изомеров CgH18: л-октан НННННННН

I I I I I I I I

н-с-с-с-с-с-с-с-с-н

I I I I I I I I

НННННННН

изооктан Н СН3Н СН3 Н

I I I I I

н-с-с-с-с-с-н

I I I I I

н н н сн3 н

Формула показывает, что изооктан представляет собой молекулу пентана, в рой два атома водорода замещены метиловыми радикалами СН3. Две заме - в молекуле проведены на позиции 2 (около второго слева атома углерода) и а замена на позиции 4. Поэтому изооктан представляет собой не что иное, 2.2,4-триметилпентан.

Эффективное октановое число топлива также зависит от условий, в которых работает. Поэтому с одним и тем же топливом могут ассоциироваться не - іько октановых чисел.

Некоторые добавки увеличивают октановое число бензина. Оно может быть шено, например, путем добавления в топливо йода, однако это слишком го. Длительное время в качестве добавки к топливу в некоторых странах - ьзуется тетраэтилсвинец, против которого упорно борются экологи. По­ниє октанового числа сегодня все чаще обеспечивается за счет увеличения камня циклических углеводородов (бензольного ряда). Такое топливо явля - менее канцерогенным, но более дорогим, чем со свинцовыми добавками, оисутствие в бензиновом топливе этанола увеличивает сопротивляемость ации, как это показано на рис. 3.10. Добавление 30 % этанола в бензин ляет увеличить его октановое число с 72 до 84. Октановое число газохола *ъ бензина со спиртом) От может быть рассчитано из октанового числа не­го бензина Og и октанового числа спиртового раствора В:

где х — отношение добавленного объема к исходному объему бензина. В зави­симости от исходного октанового числа бензина, октановое число смеси может быть увеличено до 160. Метанол имеет В= 130, хотя, когда он используется вне смеси, значение В уменьшается до 106. Октановое число газохола можно увели­чить также путем добавления в него циклических углеводородов. В дополнение к этому газохол является экологически более чистым топливом. Хотя вредны: выбросы все же будут иметь место, особенно при использовании метанола.

октановым числом

С 1516 г. Бразилия является мировым лидером по производству сахарного трост­ника. Она имеет прекрасные возможности для производства газохола, поскольку обладает достаточным количеством сырья для производства спирта. В годы, когда мировая цена на сахар была невысокой, значительная часть тростника перерабаты­валась в спирт, доля которого в общем объеме автомобильного топлива в Бразил им достигала примерно 24 %. При высоких ценах на сахар доля спирта в топливном балансе страны снижалась до 5 %. Начиная с 1970 г. в Бразилии было принято решение продавать на бензоколонках чистый спирт для заправки специальных автомобилей, работающих на нем. Это позволило стране частично избавитьс я от необходимости импорта значительного количества продуктов нефтеперера­ботки.

Спирт может служить не ТОЛЬКО добавкой В бензин, НО И полноценным ТОПг ливом. Однако его удельное энергосодержание ниже, чем у бензина (табл. 3.6» В расчете на единицу объема этанол содержит 71 % энергии, юмеюшейся в ос новном компоненте бензина гептане. Тем не менее бразильские машины, ра­ботающие на спирте, имеют расход топлива на километр, практически равный расходу топлива бензиновым двигателем. Это связано с тем, что спиртовые дви­гатели более эффективны из-за высокой степени сжатия рабочей смеси.

Благодаря тому, что спирт имеет свойство хорошо смешиваться с водой, все 'разильские заправочные станции снабжены измерителями плотности для кон­троля качества спирта.