Виктор Балабанов - Автомобильные присадки и добавки

Вопрос. Можно ли заправлять автомобиль чистым биотопливом?

Ответ.Во многих странах на производство и применение биотоплива отводится значительная часть всего используемого в стране автомобильного топлива, для применения которого разработаны специальные адаптеры.

Лидером в этом является Бразилия, которая уже в 2000 году довела содержание этанола в бензинах до 20 % благодаря технологии «Тотал — флекс». Данная технология позволяет непосредственно перед заправкой автомобиля выбирать тип топлива — бензин или спирт. Двигатель адаптируется к виду топлива автоматически, и не важно, в каких соотношениях применяется нефтяной бензин, биоэтанол или их смесь.

В Германии продается специальное устройство « Flex — Тек» для модернизации любого автомобиля в целях использования смеси этанола и бензина (рис. 39). Например, такой системой оборудуются автомобили «Фольксваген», которые поставляются и в Россию.

Рис. 39. Автомобильное устройство «Flex — Тек» для использования смеси этанола и бензина

Для применения биодизеля модернизация двигателя не требуется, но существует ряд ограничений. При отрицательных температурах необходим дополнительный подогрев топлива или применение специальных депрессорных присадок.

Как известно, двигатель внутреннего сгорания имеет достаточно низкий коэффициент полезного действия, который не превышает 30 % для бензиновых и 40 % для дизельных двигателей. При этом мощность двигателя в большой мере зависит от работоспособности системы охлаждения двигателя, в том числе применяемых охлаждающих жидкостей.

В соответствии со статистикой отказов двигателя, система охлаждения находится на четвертом месте по их количеству. Следует отметить, что система охлаждения при работе двигателя внутреннего сгорания поглощает до трети всей энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Например, при сгорании бензина в карбюраторных двигателях на эффективную работу затрачивается только около 25 % выделившегося тепла, на неполноту сгорания 2…5 %, уносится с отработанными газами 40…50 %, а оставшиеся 14…20 % отводятся охлаждающей жидкостью, маслом и излучаются в окружающее пространство. В случае негерметичности и загрязнения системы охлаждения наблюдается перегрев двигателя, который, в свою очередь, приводит к увеличению изнашивания всех трущихся поверхностей. Значительный перегрев двигателя опасен возникновением задиров поршня и стенок цилиндра и, как следствие, заклиниванием двигателя.

Отложения в системе охлаждения препятствуют нормальному теплообмену, блокируют работу клапанов термостата и механизмов регулировки. При высоких температурах снижается экономичность двигателя, увеличиваются износ деталей и вероятность возникновения отказов, снижаются динамичность и мощность.

Для охлаждения ДВС применяются различные охлаждающие жидкости. Когда температура окружающего воздуха стабильно выше 0 °C, возможно применение чистой (дистиллированной) воды. Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью, так как имеет наивысшую теплоемкость (4,19 кДж/кг×°С), имеет небольшую вязкость V 20 = 1 мм 2/с, высокую теплопроводность и теплоту испарения. При этом она не довита, пожаробезопасна и относительно дешева.

Однако применение в качестве охлаждающей жидкости обыкновенной или дистиллированной воды при отрицательных температурах недопустимо из‑за её замерзания при температуре ниже 0 °C со значительным увеличением объема (до 10 %), что приводит к разрушению радиатора, головки блока или патрубков системы охлаждения. В то же время температура кипения воды 100 °C, и стабильно удерживать режимы эксплуатации в таком диапазоне практически невозможно. Использование воды приводит к кавитации, образованию накипи, загрязнению радиатора и внутренних полостей, что существенно снижает теплоотвод и приводит к нарушению теплового режима работы двигателя.

Механизм разрушения поверхности при кавитации заключается в следующем (рис. 40). Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и мгновенно (за ~0,002 с) образуется паровой пузырек ( 1) .

Рис. 40. Взрывное разрушение пузырьков пара в системе охлаждения двигателя при кавитации

Образовавшиеся газопаровые пузырьки размерами до 6 мм в диаметре, перемещаясь вместе с потоком жидкости, попадают в зоны высоких давлений ( 2 и 3) . Пар конденсируется, газы растворяются за время ~0,001 с, и в образующиеся пустоты с огромным ускорением устремляются частицы жидкости, что сопровождается ударным восстановлением равномерности потока ( 4) .

Кавитации подвергаются различные трубопроводы, гильзы цилиндров и другие детали. В результате возникают вибрации, стуки, что в свою очередь приводит к ослаблению крепежных деталей, смятию резьбы, разгерметизации уплотнений и т. д.

В связи с этим чистую воду можно использовать только в каких‑то черезвычайных ситуациях. Автохимической промышленностью выпускаются специальные охлаждающие жидкости — антифризы. Антифриз представляет собой водный раствор моноэтиленгликоля (этиленгликоля, гликоля) в различных концентрациях, обеспечивающий низкотемпературные свойства охлаждающей жидкости. Этиленгликоль в чистом виде — это маслянистая желтовая жидкость без запаха, имеющая температуру кристаллизации —11,5 °C, а температуру кипения +197 °C.

Этиленгликоль это сильный пищевой яд, поэтому после контакта с антифризами необходимо тщательно мыть руки с мылом. Специальных мер по защите кожи и дыхательных путей при работе с ними не требуется, но допускать попадания их внутрь организма не следует.

С водой этиленгликоль образует эвтектический раствор, в котором температура кристаллизации составляющих его отдельных компонентов выше температуры смеси этих компонентов (рис. 41). Это свойство использовано при приготовлении автомобильных антифризов.

Рис. 41. Зависимость температуры замерзания охлаждающей жидкости от содержания моноэтиленгликоля

Выпускают антифризы в готовом к применению виде, а также в виде концентратов. Неразбавленный антифриз не применяется, так как температура его замерзания составляет всего лишь —13 °C. По мере разбавления водой температура замерзания антифриза понижается и достигает минимума (около —65 °C) при соотношении 2:1 (2 части концентрата и 1 часть воды).