Автомобиль на гибком топливе

Автомобиль на гибком топливе

Многие топливные компании работают над созданием альтернативных видов топлива, а автопроизводители выпускают транспортные средства, которые могут на этом топливе работать. Самым популярным альтернативным топливом в мире является топливо E85, состоящее из 85% этанола и 15% бензина. Автомобиль, который работает на таком топливе, называется Flexible-fuel vehicle (FFV), дословно – транспортное средство на гибком топливе. Почему на гибком топливе? Потому что, конструктивно данные автомобили могут работать как на бензине, так и на смеси бензина с этанолом в пропорции от 5 до 95%. Но оптимальным содержанием этанола является именно 85%, при котором облегчается холодный пуск двигателя и сокращаются выбросы.

Сегодня в мире около 49 миллионов транспортных средств (легковых и грузовых автомобилей, мотоциклов) работают на этаноле, большинство из них находятся в Бразилии, США, Канаде, Швеции. В России автомобили с гибким выбором топлива официально не продаются.

Различные автопроизводители предлагают более ста моделей автомобилей на этаноле. В названии автомобилей они используют производные слова «flex»: FlexPower (Chevrolet), BioFlex (Citroen), Flexifuel (Ford, Volvo), Total Flex (Volkswagen). Автомобиль на гибком топливе отличается от битопливных транспортных средств тем, что этанол и бензин хранятся в одном баке.

Этанолом называется этиловый спирт, который производится из сахаросодержащих растений (кукурузы, сахарного тростника, картофеля) или органических отходов (соломы, опилок и др.). Поэтому другое его название – биоэтанол. Так как этанол является возобновляемым источником энергии, его применение сокращает потребление ископаемого топлива и в этом его основное преимущество.

К другим достоинствам этанола, как моторного топлива, можно отнести невысокую стоимость в сравнении с бензином, низкое содержание серы в отработавших газах, более высокое октановое число. Но и недостатков у этанол-бензиновой смеси тоже достаточно:

• высокая коррозионная активность;
• низкое давление насыщенных паров и связанные с ним проблемы холодного пуска;
• низкая плотность энергии, обуславливающая повышенный расход топлива;
• высокая электрическая проводимость;
• высокие моющие свойства.

В силу перечисленных недостатков обычный бензиновый двигатель не может работать на топливе Е85 без последствий для механической и электрической части. Для эффективной работы на этаноле разрабатываются специальные конструкции двигателей или модифицируются серийные бензиновые двигатели. Как правило, автопроизводители идут по второму пути. Он дешевле. Кроме того, переоборудовать свой автомобиль для работы на этаноле можно в специализированном центре.

Конструктивные элементы и системы, которые изменяются при модификации двигателя:

1. Топливный бак. Изготавливается из антикоррозионных материалов и обеспечивает минимизацию выбросов паров этанола. Заливная горловина оборудуется обратным клапаном и гасителем искрового разряда.
2. Топливный насос. Изготавливается из антикоррозионных материалов и имеет повышенную производительность.
3. Топливная рампа и топливные магистрали. Изготавливается из антикоррозионных материалов. Уплотнения, прокладки и резиновые шланги должны быть совместимы с этанолом.
4. Система впрыска топлива. Топливный насос высокого давления, форсунки впрыска должны пропускать через себя больший объем топлива.
5. Элементы КШМ и ГРМ. Вследствие высокого давления в камере сгорания поршень, коленчатый вал, опоры должны быть рассчитаны на передачу повышенных усилий. Кольца, седла клапанов изготавливаются из износостойкого материала, чтобы компенсировать смывание смазки. Кроме того, все элементы изготавливается из антикоррозионных материалов.
6. Электрические соединения и проводка. Все электрические соединения, контактирующие с этанолом, должны быть изолированы. Электрическая проводка изготавливается из материалов, препятствующих проницаемости и коррозионной активности этанола.
7. Система управления двигателем. В состав системы включен датчик содержания топлива, с помощью которого система автоматически определяет состав топлива и корректирует работу двигателя при изменении содержания этанола в смеси.

Датчик качества топлива (Ethanol content sensor) емкостного типа установлен в топливной магистрали. При изменении содержания этанола в топливной смеси изменяются сопротивление и диэлектрическая проницаемость топлива, которые фиксируются электродами датчика. На основании сигналов датчика качества топлива блок управления двигателем изменяет продолжительность впрыска топлива и угол опережения зажигания. В системе предусмотрена температурная компенсация.

Что такое этаноловый двигатель

Применение этанола в автомобильных двигателях

Беляев С.В., Давыдков Г.А. (ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ)

Alcohol flexible fuel vehicles, produced commercially today in both the Brazil and USA represent a mature, low-cost technology option for reducing reliance on petroleum transportation fuels.

Увеличение потребления энергоносителей, повышение рисков и стоимости освоения новых месторождений, поиск эффективных альтернативных топлив с каждым годом становится все актуальнее. По прогнозам многих авторитетных международных организаций и исследовательских центров, в недалекой перспективе следует ожидать дальнейшего повышения стоимости барреля нефти.

Решением данной проблемы занимаются многие и давно. И сейчас уже ясно, что наиболее серьезной альтернативой топливам нефтяного происхождения станут так называемые альтернативные топлива — природный и нефтяной газ, которые уже достаточно давно применятся на транспорте и хорошо зарекомендовали себя, как эффективные и экологически чистые топлива. Вместе с тем, в последние годы конкуренцию им стали оказывать биотоплива, получаемые из возобновляемого сырья растительного происхождения — рапса, кукурузы, сахарного тростника и т.п. Среди этих биотоплив особый интерес вызывают спирты. Способствует этому и то, что спирты, прежде всего этанол, при сгорании выделяют значительно меньше экологически вредных веществ, чем нефтяное топливо; для их применения серьезных изменений конструкции ДВС не требуется; технология их получения полностью отработана и по потребительским свойствам они довольно близки к нефтяным топливам. Так, у них примерно на 40% октановое число больше, чем у товарных бензинов, что позволяет повышать степень сжатия ДВС с искровым зажиганием. А это рост (до 5%) мощности и КПД двигателей, что в значительной мере компенсирует основной недостаток того же этанола — вдвое меньшую теплотворную способность [3, 4].

У этанола есть и другие недостатки. Так, высокая скрытая теплота испарения (840кДж/кг) затрудняет холодный пуск двигателя (при температуре 5 ° С и ниже он становится невозможным); относительно высокая электропроводность в сочетании с более высоким содержанием кислорода требует защиты деталей топливной системы от коррозии; низкая вязкость усложняет проблемы смазки топливной аппаратуры и т.д. Однако способы борьбы с недостатками уже найдены. И главный из них — применение этанола не в чистом виде, а в смеси с бензином (такие товарные топлива, состоящие из смеси бензина и этанола, в Европе и США имеют буквенно-числовое обозначение: буква Е и число. Например, Е85 означает, что смесь состоит из 85% этанола и 15% бензина).

Основы научно обоснованной технологии применения этанолобензиновых смесей создала в 1980-х годах фирма «Форд». Занимались такого рода исследованиями и многие другие фирмы. На основании этих исследований было доказано, что автомобильные двигатели могут работать, используя одни и те же компоненты топливной системы (бак, топливопроводы, топливодозирующие элементы), на смеси бензина и спирта в любой пропорции. В последствии на основе микропроцессорной системы управления режимами работы двигателем с применением датчика кислорода (лямбда-зонда) был разработала блок, анализирующий состав поступающей в цилиндры смеси и управляющий ее составом способный работать на любом сочетании спирта и бензина в баке.

Опыт применения этанола, как топлива для ДВС позволил установить, что бензоэтанольные смеси, содержащие до 10% этанола, могут применяться в любом бензиновом ДВС, а смеси, содержащие более 10..15% этанола, требуют внесения не очень больших изменений в топливную систему и систему управления режимами работы двигателя. В частности, автомобили, работающие на таких топливах, должны иметь повышенную антикоррозионную стойкость общих элементов топливной системы (топливный бак, топливопроводы, фильтрующие элементы), а топливодозирующие элементы (форсунки) — способность работать на повышенном давлении и пропускать большее, чем в случае бензина, количество топлива [6].

Первопроходцем в области массового применения этанола на автомобильном транспорте стала Бразилия [4, 5]. Конечно, на первых этапах эксплуатации не обошлось без проблем. И главными из них были уже упоминавшиеся три — плохие пуск двигателя и карбюрюзация, а также коррозия элементов топливной системы. Но постепенно с ними справились, и применение спирта приобрело довольно широкие масштабы, сначала это были смеси, содержащие 20..25% этанола, а затем (в 1980-е годы) и чистый спирт. Например, в 1984г. доля продаж автомобилей, предназначенных работать на чистом спирте, составила 94,4%.

Сегодня Бразилия остается крупнейшим производителем топливного этанола. Именно этанол составляет более 20% общего объема топлива, потребляемого в стране и поставляет его за рубеж [1, 5]. Бразильский этанол имеет самую низкую себестоимость в мире. Достаточно сказать, что с гектара плантаций сахарного тростника здесь получают 4–6 тыс. л этанола, а в США «кукурузный» гектар дает всего лишь

Как видим, Бразилия для других стран стала своего рода лабораторией, которая за почти три десятилетия эксплуатации автомобилей на спиртовом топливе решила основные эксплуатационные проблемы и довела автомобильную технику по главным ее характеристикам до уровня, сопоставимого с бензиновыми ДВС.

Правда, у них меньший пробег на одной заправке. Тем не менее, есть все основания утверждать: бензоэтанольные автомобили пользоваться спросом будут не только в Бразилии. Хотя, конечно, это потребует создания соответствующей инфраструктуры и внесения изменений в технологию производства на существующих моторных и автозаводах. Но основным достоинством использования бензоспиртовых автомобилей является то, что топливо для них может выпускать практически любая страна, используя свои внутренние возможности, т.к. в качестве сырья могут быть использована и отходы деревообработки (лесозаготовки) и с/х продукты и отходы с/х производства, отходы пищевой промышленности.

Понятно, что распространение данной технологии будет зависеть от развития сети бензоэтанольных заправочных станций, соотношения стоимости «этанол — бензин» для конечного пользователя и степени ужесточения экологических стандартов в отношении как количественного, так и качественного состава отработавших газов. Однако факты говорят о том, что уже сегодня правительства многих стран (Австралия, Индия, Канада, Китай, США, Таиланд, Швеция, Южная Африка и др.) довольно охотно стимулируют продвижение «смесевых» технологий за счет предоставления субсидий и налоговых льгот производителям. Благодаря этому, например, в США только в 2005 г. более 5 млн автомобилей были оборудованы бензоэтанольными двигателями, а к концу 2006 г. их парк составил уже 6 млн шт. А к 2010 году их обслуживали более 2 тыс. заправочных станций, предлагающих топливо Е85. Процесс перехода на бензоэтанольные технологии продолжается: строятся заводы по производству относительно дешевого топливного этанола, создаются сети заправочных станций, идет обучение персонала, формируется соответствующее общественное мнение и т.д. Есть определенные сдвиги в этом направлении в России. Прежде всего, потому, что для производства топливного спирта в стране имеются достаточно серьезные сырьевая, технологическая и промышленная базы, поскольку он может быть получен из биомассы самого различного происхождения: продуктов сельскохозяйственных производств — таких, как семена масличных культур и культур, богатых сахаром и крахмалом; лигноцеллюлозных продуктов и их отходов; древесной биомассы, не содержащей сахара и крахмала, но состоящей из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, которые могут быть преобразованы в этанол.

Поэтому в 2004 г. и был введен в действие ГОСТ Р 52201 — 2004 на этаноловое моторное топливо (бензанолы). Кроме того, пять нефтеперерабатывающих заводов провели все необходимые исследования и испытания, результаты которых позволяют наладить выпуск бензина АИ-92, содержащего в своем составе 5% этанола, а Госстандарт РФ дал [2] разрешение на его производство и применение.

Нет особых сомнений, что применение этилового спирта, как топлива, поможет решить целый комплекс социально-экономических задач. В том числе такие, как диверсификация энергоносителей; развитие сельского и лесного хозяйства, деревообработки; повышение занятости населения; оздоровление воздушного бассейна крупных городов; увеличение экспорта нефти и газа. Кроме того, как уже упоминалось у нас, практически неисчерпаемы запасы сырья, из которого его можно получать. Он может использоваться в качестве топлива для мобильных транспортных средств, как в чистом виде, так и в качестве добавок к бензинам; его производство можно организовать практически в любой точке страны; он содержит больше энергии, чем требуется для его производства; он — биоразлагающееся вещество и в воде, и в почве.

Литература

1. Swarz A. An Introduction to Fuel Ethanol // Briefimg to the Sao Paulo Sugar Cane Agroindustry Union, Sao Paulo, Brasil, Februery, 2005.

Спирт как топливо

Этанол в качестве топлива для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в 1876 году применял немецкий изобретатель Николаус Отто, а в 1908 году Генри Форд предложил покупателям «жестянку Лиззи» Ford T с двигателем, работающим на этаноле, бензине или их смеси. Биоэтанол.

Этанол, или этиловый спирт, более известен как сырье для изготовления алкогольных напитков. Биоэтанол – это обезвоженный этиловый спирт, изготовленный из биологически возобновляемого сырья. Есть три способа получения этилового спирта: сбраживанием пищевого сырья (переработкой содержащегося в сырье сахара в спирт при помощи дрожжей), гидролизом растительного сырья и гидратацией этилена (синтетический спирт). Энергетическая ценность спирта почти в полтора раза ниже, чем у бензина.

Как получают этанол?
Первый этап — это получение целлюлозы. Например, в древесине ее содержится до 60%, а в бумажных отходах — все 90%. Затем целлюлозу в присутствии катализатора подвергают гидролизу (или «осахариванию»), в результате которого получается техническая глюкоза. После этого глюкозу в присутствии дрожжей (обычных, как в тесте) заставляют бродить. И на выходе образуется этиловый спирт — С2Н5ОН. Как в том анекдоте — «он»! В качестве автомобильного топлива этанол по некоторым параметрам превосходит бензин. В нем гораздо меньше примесей (например, серы), а октановое число по исследовательскому методу достигает 125 единиц. Поэтому этанол иногда используют как высокооктановую добавку — например, «девяносто второй» бензин с десятью процентами этанола становится «девяносто пятым» (схожее горючее, Е-10, используют в Таиланде). Однако теплотворная способность этанола существенно ниже «бензиновой» (21,2 кДж/л против 31,9 кДж/л) — отсюда и более высокий расход топлива. Кроме того, этанол очень гигроскопичен — при контакте с водой он «вымывается» из состава смеси, нарушая ее характеристики.

Опытная станция в Орнскольдсвике вырабатывает этанол из древесины. Опилки из контейнеров (1) поступают в автоклав (2), где подогреваются паром, и оказываются в реакторе (3). В нем опилки «осахариваются», разлагаясь на техническую глюкозу и лигнин. Затем в баке (4) в процессе детоксификации глюкоза лишается примесей и отправляется на брожение в колонны (5), где превращается в этанольное «сусло». Завершает процесс дистилляция, по окончании которой товарный этанол скапливается в баке (6)

Плюсы:
— Запасы сырья разнообразны и практически неограниченны;
— Есть богатый опыт эксплуатации двигателей, работающих на спирте (Бразилия, Австралия);
— Ниже токсичность выхлопных газов;
Минусы:
— Нужно вносить конструктивные изменения в систему питания;
— Мощность двигателя снижается, а расход горючего увеличивается;
— Из-за гигроскопичности спирта могут ухудшаться пусковые свойства двигателя;
— Дорогостоящее производство биоэтанола;

Метанол
Более известен как метиловый (или древесный) спирт. Процесс получения основан на каталитической конверсии углеводородов природного, коксового и других углеводородсодержащих газов с водяным паром. Как самостоятельное горючее и в качестве добавок к бензину применяется редко и только для двигателей спортивных мотоциклов, не рассчитанных на длительную эксплуатацию. В то же время достаточно широко используется как сырье, из которого автомобили на топливных элементах черпают водород.

Плюсы:
— Позволяет решить проблему хранения водорода и извлечения его по мере надобности;
— Запасы сырья практически неограниченны;
— Может использоваться как сырье для производства синтетического бензина;
Минусы:
— Очень токсичен (смертельная доза для человека – 30 миллилитров);
— Вызывает коррозию деталей;

​«Спиртовой» бензин в Украине – достойная альтернатива или обман?

На данный момент подобное топливо экспертам удалось обнаружить только в четырех сетях – БРСМ-Нафта, Авиас, Моttо и региональной сети BVS. Результаты оказались не радужными – половина образцов оказались не «спиртовым» топливом, а какой-то смесью.

Сколько спирта?
Многие автомобилисты с недоверием относятся к биотопливу, мол, спирт – «это же вода». Этот расхожий стереотип не совсем соответствует действительности. В бензин добавляют не пищевой спирт, который с удовольствием «расходуют» наши организмы, а неочищенный, с большим количеством сивушных масел, обезвоженный и денатурированный бензином. «Это специальный технический спирт. Если топливо сделано по всем нормам и отвечает нормативам ДСТУ, этим топливом можно заправлять любой автомобиль и не беспокоиться, что он может сломаться», — говорит директор Института потребительских экспертиз Юрий Чорнобривец.

Лабораторные испытания начались с главного — с определения объемной доли спиртов, величина которой и обуславливает основные свойства спиртового топлива. Надо отметить, что спиртовое топливо делится на две категории — автобензин с содержанием биоэтанола не менее 30% относится к альтернативным топливам, если биоэтанола менее 30% — не являются альтернативным, а относятся к спиртовым по маркам Е5, Е7, Е10 (согласно Техническому регламенту) и эти марки бензинов нельзя путать с альтернативными топливами – они выпускаются по разным нормативным документам!

По итогам лабораторных испытаний, только образец, приобретённый на АЗК БРСМ-Нафта оказался альтернативными, с содержанием этанола 30,7 процента. Менее 30 процентов выявлено в образце Моttо, а в образцах с заправок Авиас и BVS этанола и вовсе почти не оказалось! Из чего же сделаны эти смеси, показали дальнейшее изучение состава.

Проверка октана
Обычно у альтернативных топлив присутствует изрядный запас по этому параметру. В этот раз этот показатель оказался высоким не у всех, хотя и нарушений не было обнаружено.

Этот показатель характеризует стойкость топлива к детонации — преждевременному сгоранию бензина в камере сгорания. Детонация вредна для мотора не только повышенным расходом топлива и снижением мощности, но и преждевременным износом двигателя из-за лишних нагрузок. Октановое число измеряли по исследовательскому методу. Самый высокий запас прочности оказался у топлива А-95Е Premium+ от сети БРСМ-нафта — 98 единиц! А вот Авиас и BVS ограничились попаданием в норматив — 95,7 и 95 единиц соответственно.

«При сгорании топлива выделяется избыточная энергия, когда сжигается бензин энергия переходит в тепловую энергию. КПД двигателя падает. Когда сжигается этанол, температура ниже и КПД двигателя увеличивается. Даже сокращается расход топлива. Так работают современные двигатели. Если мы поездим на европейских и американских двигателях увидим, что сама технология уже обязывает нас использовать такое топливо», — прокомментировал Евгений Лукашевич, основатель ЧОА «Украинская технологическая компания».

Бензол и ароматика
Как известно, бензол и ароматические углеводороды это вещества, которые могут нанести вред топливной системе и привести к ее преждевременному износу. Кроме того, не испаряясь целиком, бензол смывает масляную пленку в моторе, что приводит к повышенному износу цилиндров двигателя. Ну и конечно, они наносят вред окружающей среде.

Однако без ароматических углеводородов невозможно производить качественный бензин, поскольку ароматика — это процессы вторичной переработки нефти, которые дают высокооктановый компонент. Отрицательные стороны, это негативное влияние на окружающую среду, поэтому содержание этих компонентов ограничивают в нормативных документах. В альтернативных бензинах за счёт 30-процентного содержания биоэтанола, содержание ароматических углеводородов можно сократить, так как спирт имеет большое октановое число. «Первое преимущество альтернативного топлива — энергетическая безопасность. Второе — здоровье людей. Добавление этанола в бензин повышает качество топлива с точки зрения выхлопа продуктов, сокращается выброс диоксинов и канцерогенов. Третье — при производстве биоэтанола производятся корма, это продовольственная безопасность. Четвертая — перспективы наращивания производства сырья: кукурузы, пшеницы, буряка», — говорит Евгений Лукашевич, эксперт топливного рынка.

Спиртовые бензины производятся по ТУ, поэтому производитель сам определяет граничные количества этих веществ, например, того же бензола. Поэтому оценивали по фактическому содержанию, с оглядкой на ДСТУ для улучшенного «девяносто пятого», который не допускает содержание бензола больше 1%. Практическое отсутствие этого вредного вещества (0,23%) оказалось в образце БРСМ-нафта. Отличный результат! А вот у коллег не все так радужно. У Авиас содержание бензола 1,2 %, что превышает требования ДСТУ, а у BVS и вовсе 2,6 %. Такое количество уже может нанести серьезный вред двигателю.

Коррозия не пройдет
Одним из самых важных эксплуатационных показателей спиртового топлива является коррозионная активность. Дело в том, что спирт является сильным растворителем и разъедает резиновые и пластиковые детали топливной системы. Чтобы этого избежать, в состав биотоплива нужно вводить специальную присадку, повышающую значение кислотного параметра pH. В целом, этот показатель должен быть от 6 до 9 единиц. Все участники справились с этим тестом, а самое высокое значение (7,4 единицы) было обнаружено в пробе топлива А-95Е Premium+ от сети БРСМ-нафта. Такие показатели говорят о том, что по своим антикоррозионным свойствам спиртовой бензин практически не отличается от обычного бензина и является безвредным для резинотехнических деталей двигателя.

Объёмная часть эфиров
После того, как в лаборатории определили, что два образца (Авиас и BVS), не являются «спиртовыми», был проверен уровень содержания эфиров, кислородсодержащих присадок. Анализ показал, что топливо из этих двух сетей состоит из соответственно 15 и 20,6 процентов этого компонента. Добавление такого количества кислородсодержащих компонентов приводит к ухудшению теплотворной способности топлива, что приведет в конечном итоге к замедленной динамике авто и большему расходу топлива.

Итоги и мировой опыт
Результаты показали, что заправляться «спиртовым» или «альтернативным» бензином без риска для собственного автомобиля можно и нужно. Важно внимательно подходить к выбору продавцов такого топлива. Ведь производят его самостоятельно, и понять, из чего оно состоит, можно только лабораторным путём. Если же надежный продавец найден, за качество бензина, расход топлива и состояние автомобиля можно не беспокоиться.

«Спиртовой бензин, как известно, имеет определенные моющие свойства. С первыми заморозками у меня этой проблемы словно не бывало: никаких дабл стартов, всё в порядке. Лёгкий всегда надёжный пуск даже в морозную погоду, лёгкая нормальная работа двигателя. На сервисе смотрели свечи, состояние фильтров — всё гораздо лучше, чем при использовании обычного бензина», — рассказывает автоэксперт, замредактора журнала «За рулём» Ярослав Масковка, который уже 3 года заправляется «спиртовым бензином».

Раз у альтернативного топлива столько преимуществ, почему оно до сих пор не стало лидером продаж в Украине? Эксперты называют несколько причин: не все водители о нём знают, не во всех розничных сетях его можно купить. Кроме того, биоэтанол в нашей стране стал страшилкой и окутан мифами. А пока на украинском рынке продолжают дебаты о том, вреден ли он или полезен, мир давно ушёл вперёд. В Бразилии 50% авто ездят на чистом биоэтаноле, остальные — имеют 27%. Вся Европа добавляет уже добавляет в бензин 10% спирта и намерена увеличить содержание до 14% в 2030 году. Китай остановил дотации в производство электрокаров и закупил у Украины 6 млн тонн кукурузы для собственного производства биоэтанола. Для этих целей в КНР построили самый большой в мире биоэтанольный завод в мире. Страна третья после США и Бразилии по объемам производства и потребления биоэтанола.

«Только в Украине эта история интенсивно блокируется фейками и разными глупостями о том, что биоэтанол это плохо. 85% европейского бензина — бензин с добавлением биоэтанола. Бразильцы ещё в 1976 году, когда все двигатели были на карбюраторах, ввели обязательное добавление 11%. Как результат с 1976 по 2000 годы только на импорте нефти они сэкономили больше 90 млрд долларов. Для Украины это золотое дно», — говорит Тарас Николаенко, исполнительный директор Украинской ассоциации производителей биоэтанола.

Купить машину на автопродаже? Автобазар Украины.