Улучшение смазывающих свойств этанольных моторных топлив

tiz_009_zemlia.gif Растущий интерес к альтернативным видам топлива обусловлен тремя существенными соображениями: альтернативне виды топлива дают меньше выбросы, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление; большинство альтернативных видов топлива производится из возобновляемых ресурсов; использование таких топлив позволяет государству повысить энергетическую независимость и безопасность.
        Применение различных кислородсодержащих добавок (спиртов, эфиров) в качестве антидетонаторов имеет ряд преимуществ. Из разнообразных антидетонаторов наиболее эффективными, доступными и экологически чистыми являться спирты, в частности, этиловый спирт. Добавки этанола позволяют в несколько раз занизить количество выбросы оксида углерода и азота, а также канцерогенных соединений. То есть для повышения экологической и энергетической безопасности в Украине актуальна проблема перевода эксплуатации автотранспортных средств на использование этанольного и биодизельного моторных топлив из собственного возобновляемого сырья [1,2 ].
        Однако, альтернативные моторные топлива из биосырья имеют и свои недостатки. Так, из-за низких смазывающих свойств этанольных моторных топлив уменьшается ресурс топливной аппаратуры автомобильных двигателей [3].
        Влияние жидких смазочных материалов на износ фрикционных узлов определяется двумя свойствами:
- способностью предотвращать повреждения контактных поверхностей за счет реализации гидродинамического режима трения,
- способностью минимизировать повреждения при граничном режиме трения.
        Для оценки этих разных свойств смазочного материала используют разные характеристики. Способность смазочного материала обеспечивать гидродинамический режим характеризуется несущей способностью , а уменьшение повреждений поверхности в условиях граничного трения оценивается показателем индекса задира [ 4]. 
        Для прецизионных узлов трения, в частности топливной аппаратуры автомобильных двигателей, любые изменения геометрических и физико-химических характеристик поверхностного слоя в принципе недопустимы. Поэтому несущая способность моторного топлива является наиболее важной характеристикой смазывающих свойств для таких сред.
        Цель данной работы заключалась в определении влияния этанольных моторных топлив на гидродинамическую составляющую трения и возможности повышения несущей способности таких топлив с помощью добавок доступных спиртов.
        В качестве исследуемых сред использовали типовой бензин А-80 (производства Кременчугского НПЗ); абсолютизированный этанол (99,6 % масс.); этанольное моторное топливо Е80 при содержании 80 % этанола и 20 % легких фракций бензина А-80 (изготовлено нами по ТУ У 24.6-14289688-001:2009). 
        Несущую способность топлив оценивали с помощью четырехшарикового трибометра по величине критической нагрузки (ГОСТ 9490-75). Этот показатель представляет максимальное значение осевой нагрузки, до которой не возникает задиров стандартизированных металлических шариков из стали ШХ15 при трении скольжения в исследуемой жидкости. 
        Условия испытаний – частота вращения 1500 мин-1, температура -20 0 С, время испытаний при каждой нагрузке -10 с. При каждой нагрузке проводили не менее 3 –х испытаний.
 

Рисунок 1 – Несущая способность: 1-этанола, 2- смесевого этанольного топлива Е80,
3- бензина А-80, 4- моторного масла ELF 5W40
        На рисунок 1 представлены полученные значения несущей способности этанола (1) и смесевого этанольного топлива Е80 (2) в сравнении с соответствующим параметром для бензина (3). В качестве контрольной точки приведены значения этого параметра для условий трения в штатном моторном масле (4).
        При трении в среде этанола катастрофическое повреждение контактирующих поверхностей (задир) реализуется при нагрузке в 6 раз меньшей, чем при трении в типовом бензине А-80 и в 20 раз меньшей , чем в моторном масле . 
        Помимо снижения ресурса топливной аппаратуры, применение этанольного топлива может негативно сказываться также и на ресурсе цилиндропоршневой группы двигателя. Действительно, как следует из данных представленных на рисунок 2, из всех жидкостей, которые могут попадать в моторное масло при эксплуатации двигателя, этанол наиболее существенно ухудшает противозадирную стойкость пар трения.
        При одинаковом содержании (3 % мас.) в масле воды, бензина и этанола критическая нагрузка до задира снижается соответственно: в 1,1 раза для воды, в 1, 2 раза для бензина и почти в 2 раза для этанола.
 

Рисунок 2 – Ухудшение противозадирных свойств синтетического моторного масла ELF SAE 5W40, содержащего примеси воды и топлив:1- исходное масло , 2- масло + 3 % воды, 3- масло + 3 % бензина А-80, 4- масло + 3 % этанола
        Улучшить смазывающие свойства биоэтанольного моторного топлива можно с помощью добавок других спиртов. 
        В таблице приведены справочные [5,6] физико-химические характеристики ряда доступных спиртов и измеренная нами их несущая способность. Как видно из сопоставления этих данных, корреляции между несущей способностью исследованных спиртов и такими характеристиками, как вязкость и температура кипеня, не наблюдается. В то же время обнаружена корреляция между несущей способностью и плотностью жидкости - чем больше плотность спирта, тем выше его несущая способность.
Таблица 1
Физико-химические характеристики и несущая способность спиртов


               Спирт


Вязкость динамическая, Па .с


Температура кипения,0 С


Плотность, г/см 3


Критическая нагрузка,  Н


Изопропанол


0,024


82,4


0,78


50


Этанол


0,012


78,4


0,79


50


Фенилкарбинол


0,050


205,8


1,05


300


2-фурилкарбинол


0,046


171,0


1,13


500


Глицерин


9,45


290,0


1,29


940

        С учетом полученных результатов, анализа физико-химических показателей, а также доступности в качестве противозадирной добавки в биоэтанольное моторное топливо рационально использовать 2-фурилкарбинол. 

На рисунок 3 показано влияние 2-фурилкарбинола на несущую способность смесевого биоэтанольного топлива в зависимости от концентрации добавки.

Рисунок 3 – Влияние добавки 2-фурилкарбинола на несущую способность смесевого биоэтанольного моторного топлива Е80:1-топливо Е80, 2- топливо Е80+ 5% добавки,3- топливо Е80+ 10 % 2-фурилкарбинола,4-- топливо Е80+ 20 % 2-фурилкарбинола
        Таким образом, введение в состав смесевого биоэтанольного моторного топлива добавки 2-фурилкарбинола в концентрации 5-20 % масс. позволяет существенно (до 2 раз) повысить противозадирные свойства топлива. А это, соответственно, позволит повысить ресурс двигателей при использовании таких топлив. 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кухар В. П., Катализ и нефтехимия, 2007,Вып. 15, 1-14.
2. Ковтун Г.О., Вісник НАН України. 2005. № 2, 19-27.
3. Данилов А.М., Введение в химмотологию, Москва, Техника, 2003.
4. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочное издание./ Под ред. В.М. Школьникова/, Москва, Химия, 1989.
5. Химический энциклопедический словарь.Гл.ред.И.Л.Кнунянц,Москва.Советская энциклопедия,1983.
6. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Ленинград, Химия,1978.

Пилявский В.С, Полункин Е.В., Гайдай О.А. (Украина, Киев)
Улучшение смазывающих свойств этанольных моторных топлив

Збірник матеріалів ІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю
Скачати в форматі pdf:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/2vze/zb_m/0116_zb_m_2VZE.pdf

Оцінка: 
0
No votes yet