Растительные масла не только пользуются спросом как продукты питания, но и как заменитель дизельного топлива. Дело в том, что в дизельном двигателе масла также как и солярка благополучно сгорают при распылении в цилиндр двигателя через топливную форсунку. На современном этапе такие масла называются биотопливами. Работа на таких маслах возможна и существенно влияет на токсичность отработавших газов двигателя, но только ли?
На самом деле аспектов использования растительных масел в качестве топлива очень много, так как они отличаются по свойствам от дизельного топлива и между собой, и чтобы двигатель работал полноценно иногда необходимо применять ряд мероприятий. Обычно это выявляется в ходе экспериментов при работе двигателя на различных маслах, в том числе и на смесях масел и дизельного топлива, по этому поводу была масса исследований. Чаще всего в качестве топлива используется рапсовое масло, получившее наибольшую популярность, но кроме него существует большое количество масел растительного происхождения, поэтому с целью расширения области исследований не стоит останавливаться лишь на нём.
Существует ещё группа масел тропического происхождения, производимых странами с тёплыми климатическими условиями. К таким относятся пальмовое и арахисовое масло. Особенно выгодно использование пальмового масла в странах-производителях, таких как Малайзия и Индонезия, а для арахисового масла основными производителями являются Китай, Индия, страны Африки, в том числе и Нигерия, которая захватывает большую долю продукции этой сельскохозяйственной культуры. Рассматривая объёмы производства масел растительного происхождения было установлено, что самые большие темпы производства обеспечиваются для пальмового и соевого масел. Это открывает возможность для их использования в качестве топлива для дизелей.
Однако, сразу следует отметить что в РФ использование таких масел пока не выгодно и носит по большей части экспериментальный характер чем практический. Дело в том что на текущий момент розничные цены этих масел довольно большие. Для пальмового масла средняя цена порядка 500 руб/литр, а для арахисового - 700 руб/литр. По сравнению с ценами на дизельное топливо находящихся в диапазоне 60-70 руб/литр это значительная разница, практически 9-10 раз. Поэтому даже не смотря на красивые картинки масел с плодами масличной пальмы и арахисом их применение в перспективе ограничивается только тёплыми регионами. Но на самом деле биржевые цены ниже, если их посмотреть за 2023 год, то в среднем ценник на арахисовое масло составляет 140 руб/кг, а на пальмовое 80 руб/кг, что приближает шансы использования этих масел в качестве топлива.
Есть ещё и другая проблема, связанная со свойствами данных масел. Что касается арахисового масла (АМ), то оно отличается от солярки по плотности и вязкости, а также по химическому составу, это можно посмотреть в таблице исходя из собранных данных. Более вязкое и плотное масло требует другой настройки топливной аппаратуры, которая уже рассчитана на параметры дизельного топлива (ДТ), значит заливая чистое масло есть риск некорректной работы ДВС. Дело в том, что системы топливной аппаратуры имеют определённые утечки, это норма, и при подачи чистого ДТ они учитываются текущими настройками топливной аппаратуры, изменяя такие параметры как вязкость и плотность утечки безусловно изменятся, а значит уже другое количество топлива попадёт в камеру сгорания при впрыске топливной форсункой.
Эту проблему можно решить использованием не чистого арахисового масла, а его смесью с ДТ. Но даже при смешивании ДТ и АМ в пропорциях 1:1 видно что свойства значительно отличаются от ДТ. Для этого в смесь можно добавить керосин, он обладает низкой вязкостью и плотностью, что хорошо компенсирует смесь АМ и ДТ вместе с керосином при составе АМ - 40%, ДТ - 30% и керосин - 30%.
Что же касается пальмового масла (ПМ), его свойства и характеристики также были рассмотрены и приведены в таблице. Ситуация с ним аналогична, за исключением более высокой вязкости относительно АМ, следовательно большую долю ПМ можно добавлять в смесь с ДТ.
Как показывают опыты, даже при подачи чистого АМ и ПМ в топливную систему двигатель работает стабильно, мощность снижается на 10-15% максимум. Снижение мощности, кроме прочего может быть связано с более низкой теплотой сгорания масел, чем у ДТ, 37 МДж/кг по сравнению с 42,5 МДж/кг. Однако при этом в пределах 20% снижаются выбросы сажи в отработавших газах и оксидов азота NOx, но наблюдается небольшое повышение продуктов неполного сгорания таких как монооксид углерода и углеводородные соединения. Испытания проводились в одних и тех же лабораторных условиях на двигателе Д-21.
Следует отметить что немаловажное значение имеет повышенное содержание кислорода в самих маслах, что улучшает их полноту сгорания по сравнению с ДТ, где кислорода практически нет. У масел также отличается цетановое число от ДТ, это говорит о том что период задержки воспламенения будет другой, что также повлияет на параметры работы двигателя. Тем не менее, при значительных снижениях цетанового числа, как в случае с АМ допускается добавка вспомогательных веществ, повышающих задержку воспламенения до уровня ДТ, например, с помощью добавки 0,5-1% перекиси водорода в топливо.
Важным фактором, особенно в холодных регионах также является температура помутнения масел, для АМ она составляет примерно 3,3 С, а для ПМ 20 С. Это говорит о том, что пальмовое масло при 20 градусах ужа начнёт превращаться в твёрдое вещество, а в таких условиях нельзя его использовать в топливной системе ДВС без каких-либо систем подогрева.
В целом масла - это неплохие замены дизельному топливу в будущем, при постоянном росте цен на ДТ и с учётом того, что растительные масла являются возобновляемым ресурсом, их использование открывает направление для будущего развития тепловых двигателей внутреннего сгорания.