Особенности рабочего цикла при работе двигателя на бензаноле

На основании ранее проведенных исследований по обеспечению фазовой стабильности, детонационной стойкости и формированию фракционного состава изготовлены два образца бенза-нолов [1, 2]. Бензанол летний (БЛ) предназначен для эксплуатации двигателей при температурах окружающей среды выше минус 8 ºС, а бензанол зимний (БЗ) – при температурах выше минус 40 ºС. Топливо БЛ состоит, по массе из прямогонной бензиновой фракции – 84%, этанола (с содержанием воды 4,8 %) – 12,5%, изопропанола (с содержанием воды 3,5 %) – 3,5%. Топливо БЗ – из прямогонной бензиновой фракции – 80%, этанола (с содержанием воды 4,8%) – 10%; изопропанола (с содержанием воды 3,5%) – 10%. Октановое число по моторному методу бензиновой фракции – 72, бензанола летнего – 78,1, зимнего – 79, серийного бензина А-76 – 76. Спиртовые компоненты повышают детонационную стойкость бензиновой фракции на 6…7 пунктов по моторному методу. Этанол и изопропанол являются эффективными антидетонационными добавками.

Спиртовые компоненты оказывают большое влияние на важнейшую характеристику топлива – фракционных состав, характеризующий вместе с давлением насыщенных паров его испаряемость. На рис. 1 приведены характеристики фракционной разгонки бензиновой фракции, бензина А-76, летнего БЛ и зимнего БЗ   бензанолов,   полученных

—•--бензанол зимний; —о— - бензиновая фракция;

—и--бензанол летний; —д— - бензин А-76.

Рис. 1. Характеристики фракционной разгонки

стандартным методом. Оксигенаты существенно снижают температуры выкипания 10% и 50% топлива и оказывают малое влияние на температуры начала и конца кипения. Следовательно, бензанолы должны положительно влиять на приемистость двигателя.  Оксигенаты снижают давление насыщенных паров топлива. Этот показатель качества для бензиновой фракции – 44 900

Па (337 мм рт. ст.), для БЛ – 16 100 Па (121 мм рт. ст.), для БЗ – 8700 Па (65 мм рт. ст.). Снижение давления насыщенных паров улучшает стабильность топливоподачи, снижает потери топли- ва при хранении и эксплуатации, но не смотря на снижение температуры выкипания 10% топли- ва, может оказывать отрицательное влияние на карбюрационные и пусковые свойства топлива.

Исследования, проведенные на серийном четырехтактном, четырехцилиндровом двигателе с внешним смесеобразованием ЗМЗ-2401 (4Ч 9,2/9,2). У этого двигателя расположение цилиндров – вертикальное, рядное, рабочий объем – 2,445 дм3, диаметр цилиндра – 92 мм, ход поршня – 92 мм, степень сжатия – 7,64, максимальная частота вращения коленчатого вала – 4500 мин–1, максимальная мощность – 62 кВт (85 л.с.), максимальный крутящий момент – 172 Нм при 2200– 2400 мин–1, требуемое топливо – бензин А-76.

Для оценки работы двигателя на бензине А-76 и бензаноле летнем (БЛ) снимались внешние скоростные характеристики (рис. 2). Определялись мощность Nе после коробки передач, часовой расход топлива GТ, удельный эффективный расход топлива gе, температура рабочей смеси во впускном коллекторе tвп.

Нагрузка двигателя обеспечивалась обкаточно-тормозным стендом КИ-2118 и измерялась маятниковым силоизмерителем. Тормозной стенд соединен с двигателем через коробку передач (КПП). Частота вращения коленчатого вала контролировалась электронным частотомером ЧЗ-33, а частота вращения ротора тормозного стенда – электронным тахометром ТЦ-3М. Расход топлива замерялся индикатором расхода АИР-50; температура отработавших газов хромель-алюмелевой (ХА) термопарой и потенциометром КВП1-519; температура во впускном коллекторе – хромель-копелевой (ХК) термопарой и потенциометром КСП1-001. Уровень дето-

Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя 4Ч 9,2/9,2

нации замерялся в четвертом цилиндре комплектом детонометра ДП–60 с магнитно- стрикционным датчиком, установленного в камере сгорания.

Внешние скоростные характеристики (см. рис. 2) при работе на топливах А-76 и БЛ снимались в диапазоне частоты вращения коленчатого вала 1800–3000 мин–1, при полностью открытых дроссельных заслонках карбюратора и включенной прямой передаче.

В исследованном диапазоне мощность двигателя при работе на топливах А-76 и летнем бен-заноле БЛ практически совпадает, но наблюдается тенденция к ее увеличению на 0,5–1,0 кВт при использовании бензанола, несмотря на его меньшую теплоту сгорания. Это обстоятельство свидетельствует о более эффективном сгорании бензанола по сравнению с товарным углеводородным топливом.

Часовой расход бензанола на 0,1–0,2 кг/ч меньше, чем бензина А-76, что объясняется повышенной вязкостью бензанола, влияющей на его расход через жиклеры карбюратора. Снижение часового расхода в сочетании с лучшей эффективностью его сгорания обеспечило и снижение удельного эффективного расхода бензанола на 3–5 г/кВт ⋅ ч. Таким образом, экономичность двигателя несколько улучшилась.

Температура топливно-воздушной смеси во впускном коллекторе при работе на бензаноле снизилась на 5–7 ºС, что объясняется повышенной теплотой парообразования спиртовых компо-

Лаврик А.Н. Богданов С.Н. Теребов А.С.

Особенности рабочего цикла при работе двигателя на бензаноле

нентов. При пуске холодного двигателя это не желательный эффект, а при форсировании двигателя по среднему эффективному давлению – положительный.

Температура отработавших газов при работе на бензаноле, во всем исследованном диапазоне, на 10–20 ºС выше, чем на бензине А-76. На бензаноле двигатель работает на более бедной смеси по сравнению с бензином А-76 за счет снижения часового расхода топлива и увеличения расхода воздуха вызванного снижением его температуры во впускном коллекторе. Это, вероятно, повлияло на снижение потерь теплоты в систему охлаждения и на температуру отработавших газов.

При использовании зимнего бензанола показатели рабочего цикла близки по величине к показателям летнего, о чем свидетельствуют данные таблицы для режимов максимального крутящего момента (n=2400 мин–1) и максимальной мощности (n=4500 мин–1). Режим максимальной мощности снимается при включенной второй передаче в КПП (i=2,26), так как вращения ротора нагрузочного стенда ограничена величиной 3000 мин–1.

При работе на бензанолах двигатель легко пускался, сразу останавливался при выключении зажигания, в стендовых условиях работал устойчиво, с хорошей приемистостью. Показания детонометра не выявляли детонационного сгорания бензанолов.

Таблица

Топливо	n=2400 мин–1				n=4500 мин–1
	P е	g е	t г	t вп	P е	g е	t г	t вп
	МПа	г/кВт∙ч	ºС	ºС	МПа	г/кВт∙ч	ºС	ºС
А-76	0,758	325	760	30	0,511	352	902	22
БЛ	0,765	320	775	25	0,515	344	915	17
БЗ	0,758	323	775	24	0,513	344	915	15

Результаты исследований позволяют сделать вывод, что при использовании бензонолов с содержанием до 20% кислородосодержащих компонентов обеспечиваются удовлетворительные мощностные и экономические показатели рабочего цикла без изменения конструктивных и регулировочных параметров двигателя.