Среди различных спиртов и ихсмесей наибольшее распространение в качестве моторного топлива получили метаноли этанол. Их основными недостатками являются пониженная теплота сгорания,высокая теплота испарения и низкое давление насыщенных паров, но в целом помоторным свойствам этанол лучше метанола.

Высокие антидетонационные качества определяютпреиму­щественное использование спиртов в двигателях внутреннего сгорания спринудительным (искровым) зажиганием. При этом основные мероприятия по переводуавтомобилей на работу на чистых спиртах сводятся к увеличению вместимоститопливного бака (в случае необходимости сохранения беззаправочного пробега),увеличению степени сжатия двигателя до 12—14 с целью полного использованиядетонационной стойкости топ­лива и перерегулировки карбюратора на более высокиеего расходы (в соответствии со стехиометрическим коэффициентом) и большуюстепень обеднения смеси. Низкое давление насыщенных паров и высокая теплотаиспарения спиртов делают практически невозможным запуск карбюраторных двигателейуже при температурах ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спиртыдобавляют 4—6% изопентана или 6—8% диметилового эфира, что обеспечиваетнормальный пуск двигателя при температуре окружающего воздуха от —20 до —25 °С.Для этой же цели спиртовые двигатели оборудуются специальными пусковымиподогревателями. При неустойчивой работе двигателя на повышенных нагрузкахиз-за плохого испарения спиртов требуется дополнительный подогрев топлив­нойсмеси с помощью, например, отработавших газов.

С энергетической точки зрения преимущества спиртов за­ключаются главным образом в высоком к. п. д. рабочегопро­цесса и высокой детонационной стойкости. Величина к. п. д. спиртовогодвигателя выше бензинового во всем диапазоне рабочих смесей, благодаря чемуудельный расход энергии на единицу мощности снижается.

При использованииспиртовых топлив снижается содержа­ние контролируемых вредных компонентовотработавших газов автомобиля. Благодаря низким температурам горения спир­тов наединицу расходуемой энергии и топлива выделяется значительно меньше, чем убензина оксидов азота. Одновременно вследствие улучшения полноты сгоранияспиртовых смесей выбросы СО и СН* также уменьшаются. Выбросы канцерогенныхароматических углеводородов также на порядок ниже, чем при работе двигателя набензине.

Наряду с положительнойэкологической эффективностью использования спиртовых топлив следует отметить итакие не­гативные явления, как повышенные выбросы альдегидов и ис­паренияуглеводородных соединений. Содержание альдегидов растет с увеличениемконцентрации спиртов в топливной смеси. Для метанола характерны выбросыформальдегида, в то время как при сгорании этанола образуется преимущественноацетальдегид. Минимальные выбросы альдегидов соответству­ют стехиометрическомусоставу топливной смеси и возраста­ют при ее обеднении или обогащении. Всреднем выбросы аль­дегидов при работе на спиртах примерно в 2—4 раза выше, чемпри работе двигателя на бензине. Их снижения добивают­ся при добавке к спиртам воды(до 5%) и присадок к топли­ву до 0,8% анилина, подогреве воздуха на входе вдвигатель.

Эксплуатационныесвойства метанольного топлива, и в первую очередь энергетические показатели ипусковые качества, улучшаются при дополнительном вводе высших спиртов и эфиров.Такие топлива получили название смесевых спиртовых топлив. Испытания одной изкомпозиций смесевого топлива показали увеличение мощ­ности двигателя на 4—7% иулучшение топливной экономичности (в сравнении с чистым метанолом)—на 10—15%,при этом содержание в отработавших газах оксидов азота снижа­ется на 25—30% всравнении с работой на бензине.

Главным преимуществом топлив сненефтяными добавками яв­ляется сопоставимость их моторных свойств со свойствамитрадиционных топлив. Добавками могут быть различные со­единения, в частностирассмотренные выше спирты.

Высокие антидетонационные свойстваметанола в сочетании с возможностью его производства из ненефтяного сырья позволяютрассматривать этот продукт в качестве перспективного высокооктановогокомпонента автомобильных бензинов, получивших название бензино-метанольныхсмесей. Оптимальная добавка метанола — от 5 до 20%; при таких концентрацияхбензино-спиртовая смесь характеризуется удовлетворительными эксплуатационнымисвойствами и дает заметный экономический эффект. Добавка метанола к бензинуснижает теплоту сгорания топлива и стехиометрический коэффициент при незначительныхизменениях теплоты сгорания топливовоздушной меси. Вследствие изменения стехиометрическиххарактеристик использование 15%-й добавки метанола (смесь М15) в стан­дартнойсистеме питания ведет к обеднению топливовоздушной смеси примерно на 7%. В тоже время при введении метанола повышается октановое число топлива (в среднем на3—8 единиц для 15%-й добавки), что позволяет компенсировать ухудшениеэнергетических показателей за счет повышения степени сжатия. Одновременнометанол улучшает процесс сгорания топлива благодаря образованию радикалов,активизирующих цепные реакции окисления. Исследования горения бензино-метанольныхсмесей в одноцилиндровых двигателях со стандартной и послойной системамисмесеобразования показали, что добавка метанола сокращает период задержкивоспламенения и продолжительность сгорания топлива. При этом теплоотвод из зоныреакции снижается, а предел обеднения смеси расширяется и становитсямаксимальным для чистого метанола.

Особенности эксплуатационныхсвойств метанола проявляются и при его использовании в смеси с бензином.Возрастают, например, эффективный КПД двигателя и его мощность, однакотопливная экономичность при этом ухудшается. По данным, полученным на одноцилиндровой установке, при е=8,6 иn=2000 мин^-1 для смеси М20 (20% метанола) в области к = 1, 0—1, 3 эффективныйКПД повышается примерно на 3%, мощность — на 3—4%, а расход топливаувеличивается на 8—10% [156].

Для холодного запуска двигателяпри высоком содержании метанола в топливной смеси или пониженных температурахиспользуют электроподогрев воздуха или топливовоздушной смеси, частичнуюрециркуляцию горячих отработавших газов, добавки к топливу летучих компонентови другие меры.

Добавки метанола к бензину в целомспособствуют улуч­шению токсических характеристик автомобиля. Например, висследованиях, выполненных на группе из 14 автомобилей с пробегом от 5 до 120тыс. км, добавка 10% метанола изменяла выброс углеводородов как в сторонуповышения на 41%, так и уменьшения на 26%, что в среднем составило 1% увеличе­ния.Выбросы СО и NO_x при этом уменьшились в среднем соответственно на 38 и 8% длявсей группы автомобилей.

Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применениедобавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей иособенно чувствительность их к воде. Различие плотности бензина и метанола ивысокая раство­римость последнего в воде приводят к тому, что попадание даженебольших количеств воды в смесь ведет к ее немедленному расслоению и осаждениюводно-метанольной фазы. Склонность к расслоению усиливается с понижениемтемпературы, увеличением концентрации воды и уменьшением содержанияароматических соединений в бензине. Например, при содержании от 0,2 до 1,0%(об.) воды в топливной смеси температура расслаивания повышается от —20 до +10°С, т. е. такая смесь практически непригодна для эксплуатации. Ниже приведеныпредельные концентрации воды Скр в различных бензино-метанольных смесях:

Для стабилизациибензино-метанольных смесей используют присадки — пропанол, изопропанол,изобутанол и другие спирты. При содержании воды 600 млн^-1 помутнение обычнойсмеси М15 начинается уже при —9°С, при —17°С — смесь расслаивается, а при —20°С наступает практически полная дестабилизация. Добавка 1% изопропаноласнижает температуру расслоения почти на 10°С, а добавка 25% —сохраняет стабильностьсмесей М15 даже с низким содержанием ароматических соединений в бензине практическидо —40°С в широком диапазоне содержания воды.

В связи с высокой стоимостью и ограниченностью производствастабилизаторов бензино-метанольных смесей предложено использовать смесьспиртов, главным образом изобутанола, пропанола и этанола. Такая стабилизирующаяприсадка может быть получена в едином технологическом цикле совместногопроизводства метанола и высших спиртов. Добавка даже небольших количествметанола изменяет фракционный состав топлива. В результате усиливается склонностьк образованию паровых пробок в топливоподающих магистралях, хотя при чистомметаноле это практически исключается из-за его высокой теплотыпарообразования. Согласно расчетам, для 10%-й смеси метанола с бензиномобразование паровых пробок возможно при температурах окружающего воздуха на 8—11°С ниже, чем для базовоготоплива. Корректировка фракционного состава базового топлива возможна путемснижения содержания легких компонентов с учетом последующей добавки метанола.

Коррозионнаяактивность бензино-метанольных смесейзначительно ниже, чем у чистого метанола, однако в ряде случаев существенна исильно зависит от присутствия воды. Например, в смесях с содержанием 10—15%метанола сталь, латунь и медь не корродируют, алюминий же корродирует медленнос изменением цвета.

За рубежомв карбюраторных двигателях практическое применение получили смеси 10—20%этанола с нефтяными бензинами, получившие название «газохол». Согласно стандартуASTM, разработанному национальной комиссией по спиртовым топливам США, газохолс 10% этанола характеризуется следующими показателями: плотность 730—760кг/м³, температурные пределы выкипания 25—210°С, теплота сгорания 41,9МДж/кг, теплота испарения 465 кДж/кг, давление наcыщенных паров (38°С) 55—110кПа, вязкость (—40°С) 0,6 мм²/c, стехиометрический коэффициент 14. Такимобразом, по большинству показателей газохол соответствует автомо­бильнымбензинам.

При использовании обводненного этанола в условияхпониженных температур окружающей среды для предотвращения расслоения в смесьнеобходимо вводить стабилизаторы, в качестве которых используют пропанол,втор-пропанол, изобутанол и др. Так, добавка 2,5—3,0% изобутанола обеспечиваетустойчивость смеси этанола, содержащего 5% воды, с бензином при температуре до—20°С.

Наибольшее распространение газохолв Бразилии, где с 1975 г. осуществляется правительственная программаиспользования возобновляемых источников растительного сырья для производстваэтанола и его употребления в качестве автомобильного топлива. Числоавтомобилей, работающих в этой стране на этаноле и газохоле, составляло в1980г. 2411 и 775 тыс. шт. соответственно. К 2000 г. из прогнозируемого паркалегковых автомобилей Бразилии в 19—24 млн. ед. на спиртовых топливах должноэксплуатироваться от 11 до 14 млн.. В США на 1000 колонках в 20 штатах автомобилизаправляются газохолом, содержащим 10—20% этанола.

В странах Европы с ограниченнымивозможностями производства этанола и его высокой стоимостью больший интереспроявляется к использованию добавок метанола. Наибольшее использование метанолав качестве моторного топлива и его компонентов получило в ФРГ. В рамкахтрехлетней федеральной программы исследований альтернативных источников энергиив период 1979—1982 гг. в ФРГ эксплуатировались свыше 1000 автомобилей наальтернативных топливах, преимущественно метаноле и бензино-метанольных смесях.Для работы на смеси М15 было переоборудовано 850 автомобилей, на смесиМ100—120 автомобилей и 100 автомобилей на дизельном топливе с добавкойметанола. Смесь М100 на 95% состоит из метанола, в остальные 5% входят легкиебензиновые фракции (чаще изопентан), необходимые для облегчения пуска двигателя.Для зимней эксплуатации содержание бензиновых фракций увеличивается до 8—9%,при этом содержание воды в смеси допускается не более 1%.

В смесиМ15 из 85% бензиновых фракций содержится не менее 45% ароматическихуглеводородов; содержание тетраэтилсвинца в смеси не превышает 0,15 г/кг, аводы — в пределах 0,10% (практически 0,05—0,06%). Смесь М15 содержит такжеантикоррозионные присадки.

В ряде стран в качестве добавки,расширяющей ресурсы высокооктановых бензинов, используют метил-трет-бутиловыйэфир (МТБЭ). Антидетонационная эффективность его по сравнению с алкилбензином в3—4 раза выше, благодаря чему с помощью эфира можно получить широкий ассортиментнеэтилированных высокооктановых бензинов. Метил-трет-бутиловый эфир характеризуетсяследующими показателями: плотность 740 — 750 кг/м³, температуракипения 48 — 55°С, давление насыщенных паров (25°С) 32,2 кПа, теплота сгорания35,2 МДж/кг, октановое число 95—110 (моторный метод) и 115—135 (исследовательскийметод). Наибольшую антидетонационную эффективность эфир проявляет в составебензинов прямой перегонки и каталитического риформинга обычного режима.

Отечественные бензины А-76 и Аи-92с добавками 8 и 11% метил-трет-бутилового эфира соответственно удовлетворяюттребованиям ГОСТ 2084—77 по всем показателям и по комплексу методовквалификационной оценки показали лучшие эксплуатационные свойства. Бензины сдобавками эфира характеризуются хорошими пусковыми качествами и при пониженныхоборотах двигателя имеют более высокие фактические октановые числа по сравнениюс товарными бензинами.

Топливная экономичность имощностные показатели двигателя при работе на бензинах с эфиром находятся науровне товарного бензина. Токсичность отработавших газов при этом несколькоснижается, в основном за счет уменьшения выбросов оксида углерода. Изменений инарушений в состоянии и работе систем двигателя при использовании бензинов сэфиром не наблюдается.