Биотопливо_и_периоды_горения_дизельного_топлива

1. Биотопливо и периоды горения дизельного топлива.

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ
МАНУКЯН Т.В
ГРУППА МХ2403

2. Общее понятие Биотоплива

-Биотопливо — это вид топлива,
полученный из биологической
массы(биомассы) — органических
материалов растительного или
животного происхождения.
В отличие от ископаемого
топлива (нефти, газа, угля),
которое формировалось
миллионы лет, биотопливо
производится из
возобновляемого сырья с
коротким циклом
воспроизводства.

3. Классификация биотоплива поколения.Первое поколение.

Первое поколение -Производится из пищевого сырья с использованием
традиционных технологий.
· Этанол (Bioethanol): Получается путем брожения сахаров или гидролиза
крахмала. Заменитель бензина. · Сырье: кукуруза (США), сахарный
тростник (Бразилия), пшеница, сахарная свекла. · Использование: Может
смешиваться с бензином (например, E10 - 10% этанола, E85 - 85%
этанола).
· Биодизель (Biodiesel): Производится путем химической реакции
(переэтерификации) растительных масел или животных жиров.
Заменитель дизельного топлива. · Сырье: рапс (Европа), соя (Америка),
пальмовое масло (Юго-Восточная Азия), отработанные растительные
масла.
· Использование: Может использоваться в чистом виде (B100) или в смеси
с обычным дизелем (B7, B20). Главный недостаток: "Продовольствие vs.
топливо" — конкуренция с пищевым сектором, рост цен на продукты.

4. Второе и третье поколение

2 Второе поколениe -Производится из непищевой биомассы:
сельскохозяйственных и лесных отходов, а также из специальных
непригодных в пищу растений.
· Сырье: солома, древесные опилки, щепа, жмых, быстрорастущие травы
(мискантус), отходы деревообработки. ·
Технологии: Более сложные, включают газификацию и пиролиз для
получения синтетического газа (синтез-газа), а также процессы
ферментативного гидролиза целлюлозы для получения этанола.
· Примеры: · Целлюлозный этанол ·Биометанол, Биодиметилэфир (Bio-DME) ·
Синтетическое дизельное топливо (BTL - Biomass to Liquid)
Главное преимущество: Решает проблему конкуренции с продовольствием и
использует отходы.
3 Третье поколение Сырьем являются водоросли (микро- и макроводоросли). ·
Преимущества: · Очень высокая скорость роста и продуктивность (намного
выше, чем у наземных растений). · Не требуют пахотных земель, могут
выращиваться в замкнутых системах (биореакторах) или в морской воде. ·
Могут накапливать большое количество масла для биодизеля или углеводов
для этанола. ·
Недостаток: Технологии находятся на стадии разработки и
коммерциализации, пока что производство очень дорогое.

5. Четвертое поколение и общее премущество биотоплива.

Четвертое поколение-Это передовые технологии, направленные не только на
углеродную нейтральность, но и на отрицательные выбросы углерода.
Включают: · Улавливание и хранение углерода (CCS) на биотопливных
заводах. · Генно-модифицированные организмы (водоросли, растения) с
максимальной продуктивностью и способностью к секвестрации
(поглощению) углерода. · Производство биотоплива из синтетической
биомассы, созданной с помощью процессов, напрямую улавливающих CO₂ из
воздуха.
Преимущества биотоплива
1. Возобновляемость: Сырье можно выращивать ежегодно, в отличие от
исчерпаемых запасов нефти.
2. Снижение выбросов парниковых газов:vПомогает бороться с изменением
климата.
3.Энергетическая безопасность: Позволяет странам снизить зависимость от
импорта нефти и газа.
4.Биоразлагаемость: Менее опасны для окружающей среды в случае разливов
по сравнению с нефтепродуктами.
5.Развитие сельских регионов: Создает новые рабочие места в сельском
хозяйстве и перерабатывающей промышленности.
6. Использование отходов: Технологии второго поколения позволяют
утилизировать сельскохозяйственные и лесные отходы.

6. Недостатки и краткий итог

Недостатки биотоплива:
1. Конкуренция с продовольствием (для 1-го поколения): Главная этическая и
экономическая проблема.
2. Использование земельных и водных ресурсов: Под посевы могут вырубаться
леса (например, тропические леса под пальмовые плантации), что приводит к
потере биоразнообразия.
3. Высокая стоимость производства: Особенно для биотоплива 2-го и 3-го
поколений, требующих сложных технологий.
4.Энергоемкость производства: Затраты энергии на выращивание,
транспортировку и переработку сырья иногда могут быть сопоставимы с
энергетической ценностью готового топлива.
5.Ограниченность мощностей: Необходима адаптация инфраструктуры АЗС и
автомобилей для использования высоких смесей биотоплива.
Краткий итог
Биотопливо — это важная часть глобального перехода к "зеленой" энергетике,
особенно для тех секторов, где электрификация затруднена (авиация, морской
и грузовой транспорт). Будущее за биотопливом второго и последующих
поколений, которое позволит минимизировать экологические и социальные
издержки и эффективно использовать отходы и специальные культуры.

7. Понятие сгорания в дизельном двигателе

Сгорание в дизельном
двигателе — это процесс
воспламенения и сгорания
топливовоздушной смеси,
которая формируется
непосредственно в
цилиндре в течение очень
короткого времени. Из-за
этого смесеобразование и
сгорание являются
определяющими факторами
для мощности,
экономичности и
экологичности двигателя.

8. Первый и второй период горения

1.Период задержки воспламенения (Фаза подготовки)
· Что происходит: Топливо, впрыснутое в цилиндр в конце такта сжатия, не воспламеняется сразу.
Оно проходит физико-химическую подготовку:
· Физическая подготовка: Распыл топлива на мельчайшие капли, нагрев, испарение и смешение с
горячим воздухом.
· Химическая подготовка: Начало окислительных реакций (предварительное окисление), ведущих к
самовоспламенению.
· Условия: Высокая температура воздуха (500-700°C) и высокое давление (30-50 бар и более).
· Важность: Это самый критичный период. Длительность этой фазы определяет жесткость и
эффективность последующего сгорания. Чем короче задержка воспламенения, тем плавнее и
эффективнее будет работать двигатель.
2.Период быстрого горения (Фаза неконтролируемого горения)
· Что происходит: Воспламеняются те пары топлива, которые успели подготовиться и смешаться с
воздухом за время первой фазы. Так как это происходит почти одновременно по всему объему
камеры сгорания, давление в цилиндре нарастает очень резко.
· Характеристика: Скорость нарастания давления в этой фазе очень высока. Именно этот резкий
скачок давления вызывает характерный "жесткий" стук (цокот) в дизельных двигателях, особенно на
старых моделях или при использовании некачественного топлива.
· Влияние: Чем больше топлива успело испариться за первую фазу, тем более жестким и шумным
будет этот период.

9. Третий и четвертый период

3.Период управляемого горения (Фаза основного горения)
· Что происходит: Горение продолжается, но теперь оно напрямую зависит от скорости подачи
топлива форсункой. Топливо, впрыскиваемое в этот момент, воспламеняется почти сразу после
попадания в цилиндр, так как условия для воспламенения уже созданы.
· Характеристика: Давление в цилиндре нарастает плавно или поддерживается на почти
постоянном уровне (изохорное горение). Это основной рабочий ход, который и создает полезную
работу.
· Цель: Обеспечить максимально полное и эффективное сгорание топлива для получения
высокой мощности и крутящего момента.
4. Период догорания:
· Что происходит: Горение остатков топлива, которое оказалось в зонах с недостатком кислорода,
или которое было впрыснуто на последних стадиях работы форсунки. Этот период продолжается
во время такта расширения (хода поршня вниз).
· Негативные эффекты:
· Снижается КПД двигателя, так как энергия выделяется при уменьшающемся давлении. ·
Происходит перегрев двигателя и выпускных клапанов.
· Повышается образование сажи (твердых углеродистых частиц) и вредных выбросов.
· Высокое давление впрыска ( Common Rail, насос-форсунки ): Топливо распыляется на очень
мелкие капли, что ускоряет его испарение и сокращает период задержки воспламенения.
· Многократный впрыск (pilot, main, post injection):
· Предварительный впрыск (Pilot): Небольшая порция топлива впрыскивается до основной.
· Основной впрыск (Main): Обеспечивает основную мощность.
·Послевпрыск(Post): Небольшая порция топлива, которая помогает дожечь сажу в цилиндре и
повысить температуру выхлопных газов для более эффективной работы сажевого фильтра(DPF).

10. Краткий итог

Краткий итог: Период, Что происходит, Влияние на двигатель:
1. Задержки воспламенения: Испарение и подготовка топлива -
Определяет жесткость последующего сгорания. Чем короче, тем
лучше.
2. Быстрого горения: Взрывное сгорание подготовленной смеси Вызывает шум и вибрации ("дизельный стук").
3. Управляемого горения: Горение топлива по мере впрыска Создает полезную работу (крутящий момент).
4. Догорания: Догорание остатков топлива - Снижает КПД,
повышает температуру и сажеобразование.
Таким образом, вся современная эволюция дизельных
двигателей направлена на укорочение первого периода и
сглаживание второго периода за счет высокоточной
электроники и систем впрыска высокого давления, что делает
двигатель более тихим, мощным и экологичным.