Дизель и бензин: Дизель или бензин — плюсы и минусы, что лучше?

Дизель или бензин — плюсы и минусы, что лучше?

Тип горючего, используемого для автомобиля, является одним из основных факторов, которые следует учитывать при покупке. У каждого топлива есть свои недостатки и преимущества, требующие тщательного анализа, чтобы разобраться, какой тип агрегатов лучше.

Принцип работы бензиновых и дизельных двигателей

В отличие от мотора, функционирующего на бензине, топливовоздушная смесь не впрыскивается в дизельный механизм. Всасываются воздушные массы, сжатые в камере сгорания, нагретые до +700°C. Затем впрыскиваемое дизельное вещество самовоспламеняется в горячем воздухе. Соответственно, дизель не требует свечей зажигания. В камере сгорания установлена ​​калильная свеча, обеспечивающая необходимую температуру при холодном запуске.
Для плавного сгорания свеча накаливания некоторых двигателей остается включенной в течение некоторого времени после запуска. Оба агрегата имеют четырехтактный принцип работы:

1. Всасывание легких масс. Воздух всасывается через открытый впускной клапан, в котором поршень движется вниз в цилиндре.
2. Сжатый воздух. Впускной и выпускной клапаны перекрываются, поршень движется вверх, сжимает захваченный воздух
3. Зажигание. Впрыскиваемое топливо взрывается. Газ сильно нагревается и расширяется. Эта сила толкает поршень вниз, когда открывается выпускной клапан. Для зажигания мелкораспыленного дизеля достаточно +350°C.
4. Выхлопные газы. Поршень движется вверх, толкая выхлопные газы из камеры сгорания через открытый выпускной клапан. Тепло сжатого воздуха зажигает топливо в дизельном двигателе.

Дизель имеет высокое содержание энергии, поэтому реакция данного топлива с концентрированным воздухом выше. Эта химическая энергия возникает после сгорания в других местах: трение, выхлопные газы и охлаждение.

В чем разница между бензиновыми и дизельными двигателями?

Разница между автомоторами заключаются в следующем:

Работа на бензине	Работа на дизеле
Работает на постоянном объеме	Работает при неизменном натиске
Воздух и бензин смешиваются в карбюраторе до их попадания в цилиндр	Топливо подается в цилиндр с помощью форсунки и смешивается с воздухом внутри цилиндра
Сжимает смесь воздуха и бензина, которая зажигается электрической искрой	Сжимает только заряд воздуха, а зажигание осуществляется теплом сжатия
Значение компрессии низкое	Высокие значения компрессии
Меньшая мощность	Производится больше энергии
Используется в легких авто, требующих меньше энергии	Используются в тяжелых транспортных средствах, требующих мощности
Оптимальный старт	Сложности во время старта
Сжигает топливо с высокой летучестью	Сжигает топливо с низкой летучестью

Дизели не имеют свечи зажигания. Им нужны высокие степени сжатия для создания высоких температур, необходимых для самовозгорания горючей смеси (чем выше параметры возгорания, тем лучше воспламенение). Основное различие между дизелем и бензином заключается в том, как происходит воспламенение.

Особенности эксплуатации

Специфика эксплуатации моторов с четырехтактным принципом работы подразумевает четкого соблюдение требований производителя.
Рекомендации к эксплуатации дизеля:

1. После запуска топливу нужно прогреться перед эксплуатацией. Горячие и холодные детали расширяются с разной скоростью, что может вызвать зазоры, приводящие к утечкам или поломке прокладки.
2. Внимание на цвет. Белый дым является признаком охлаждающей жидкости в камере сгорания или неисправности инжектора, а синий дым — признаком масла в камере сгорания. Если произошли изменения в дыму, важно быстро устранить проблему, прежде чем она приведет к дальнейшим повреждениям.
3. Не позволять перегреваться. Поддержание правильной системы охлаждения жизненно важно для долговечности автомобиля. При модификации мотора отслеживают температуру нагрева, масла, охлаждающей жидкости и выхлопных газов.
4. Использование качественной солярки.
5. Своевременная замена ГРМ.

Внимание нужно уделить системе впрыска солярки, поддерживающей работу насоса и форсунок при безопасной рабочей температуре. Засоренные фильтры ограничивают поток, что приводит к повреждению насосов и форсунок.
Требования к эксплуатации бензиновых моторов:

• Своевременная замена воздушных фильтров. Засоренные фильтры снижают расход топлива и снижают мощность.
• Использование рекомендуемой марки масла.
• Своевременная замена масла.
• Применение дорогих смазочных материалов.

Независимо от того, дизель или бензин установлен в автомобиле, нужно использовать качественные комплектующие и расходные материалы.

Преимущества и недостатки

Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем плавнее он работает, больше мощность, которую он может производить. Чем больше цилиндров у механизма, тем сложнее и механически неэффективнее становится агрегат. Конфигурация цилиндров влияет на производительность, вибрацию обоих типов моторов. Современные дизельные автомобили более экономичны, чем их бензиновые аналоги, примерно на 25-30%. Но расходы на эксплуатацию дизеля превышают бензиновый тип устройств.

Многие современные модели внедорожников оснащены дизельным двигателем с непосредственным впрыском и турбонаддувом. Это обеспечивает гораздо больший крутящий момент, мощность по сравнению с бензиновыми силовыми агрегатами. Это улучшение позволяет автомобилям, работающим на биотопливе, дизеле, иметь легкодоступную мощность на низких оборотах, что объясняет его эффективность использования горючего и простоту вождения. Эти авто имеют больший полезный диапазон скоростей, позволяющий агрессивный стиль вождения. Выброс вредных выхлопных газов ниже у машин с легким типом горючего. Топливная экономичность является плюсом для любителей быстрой езды на мощном транспорте.

Оба типа горючего произведены из нефти. Но длинные углеродные цепочки дизтоплива содержат больше энергии, производят парниковый газ, во время сгорания, поэтому требуются дополнительные затраты на приобретение дорогостоящего сажевого фильтра. Преимуществом бензинового мотора является небольшое отношение мощности к весу, которое описывает отношение веса к максимальной мощности автомобиля.

Долговечность и безопасность двигателя

Автомобили, работающие на бензине, уступают в безопасности, так как этот тип горючего является легковоспламеняющимся веществом. Утечка топлива становится причиной пожара и гибели людей. Транспорт, работающий на солярке или биотопливе, более пожаробезопасен.

Дизтопливные силовые установки имеют более высокий период эксплуатации. При работе такого типа агрегатов происходит дополнительное смазывание элементов, снижающий коэффициент трения металла, удлиняя жизнь цилиндрам.

Шум и экологичность

В то время как дизели нового поколения выделяют более низкие уровни углекислого газа, чем бензиновые, они имеют тенденцию выделять высокие уровни NOx. В застроенных городских районах данные выбросы являются основной причиной загрязнения воздуха на дорогах, особенно среди старых моделей.

Шум мотора, функционирующего на солярке, можно сравнить с грохотом работающего трактора. Впрыск горючего создает гул, превышающий звук аналогичных четырехтактных агрегатов.

Стоимость ремонта

Ремонт дизеля требует немалых затрат, потому что необходимо привлечение автомеханика узкой специализации. Стоимость услуг профильного техника в 2 раза больше, чем при ремонте бензинового агрегата. Цена на запчасти для дизтопливных моторов тоже выше, нередко превышает стоимость капитального ремонта бензинового собрата.

Эксплуатация в зимний период

Моторы, работающие на солярке, трудно заводятся в зимний период. С современными быстродействующими свечами накаливания этот процесс зимой занимает всего несколько секунд. Эксплуатация в холодный период требует применения специализированного топлива. Бензиновые агрегаты неприхотливы и могут эксплуатироваться при низких температурах.

Мощность и потребление топлива

Дизельное топливо сгорает более эффективно, что означает, что водители могут проехать больше пути с дизельным топливом, чем бензином. Однако более высокая стоимость дизтоплива может уравновесить эту эффективность для многих покупателей транспортных средств.

Финансовая сторона вопроса

Дизельное топливо, похожее на сироп по сравнению с водянистым бензином, обладает большей энергией на единицу веса. Несмотря на то, что это горючее стоит дороже, оно содержит необходимое число потенциальной энергии, поэтому требуется меньше дизтоплива для выполнения того же объема работы.
Большинство автовладельцев задумываются, что лучше дизель или бензин.

С точки зрения сравнительных затрат на топливо, в зависимости от разницы в цене, транспортного средства и стиля вождения конечная стоимость использования любого горючего будет примерно одинаковой.

Дизельный мотор окупается на больших грузовиках и габаритных транспортных средствах, потому что сильный крутящий момент помогает при буксировке.

Почему в Европе дизельные двигатели популярны, а в России нет?

В России продажа машин, работающих на дизеле, не превышает 8%, а в Европе 68% авто оснащены дизтопливными агрегатами. Низкое предложение на рынке, высокая цена, отсутствие качественного горючего в РФ является основными причинами слабой популярности данных автомобилей у россиян.

За каким топливом будущее?

Производители автомобилей увеличивают количество моделей дизеля, применяя новые разработки. Современные модели отличаются от первоначальных, агрегаты выделяют меньше токсических веществ. Стоимость ремонтных работ снижается благодаря росту количества профильных специалистов. Бренды транспортных средств учитывают требования покупателей, снижая стоимость на ассортимент дизеля.

что выгоднее? Эксперимент — журнал За рулем

Результат нас удивил.

Материалы по теме

Ответ мы получили с помощью двух Тигуанов — бензинового с мотором 1.4 TSI и дизельного 2.0 TDI, причем кроссоверы одинаковой мощности — 150 л.с., оба полноприводные и оснащены роботизированными коробками передач DSG.

Часто заявленные производителем тягово‑мощностные характеристики не соответствуют реальным. Наш многолетний опыт показывает, что дизельные машины демонстрируют на стендах более высокие показатели относительно «бумажных», а бензиновые — наоборот. Так получилось и на сей раз. Tiguan 1.4 TSI выдал 147,3 л.с. и 236,1 Н·м (по паспорту — 150 л.с. и 250 Н·м), а дизельный 2.0 TDI — 153,5 л.с. и 333 Н·м (заводские данные — 150 л.с. и 320 Н·м). Расхождения вроде бы и небольшие — в рамках погрешности измерений и приличий, но в эксплуатации дизельный вариант в целом оказался шустрее, хотя, возможно, сказалось то, что в машине на «тяжелом» топливе установлен более современный робот (DSG). И хотя в городе на бензиновом кроссовере ездить кажется приятнее, за городом все немного иначе.

Дизельный вариант оказался и менее прожорливым, причем расход мы оценивали методом долива: запаслись канистрами, мерными стаканчиками и терпением. Не было задачи добиться минимального расхода, нужно было выяснить реальный аппетит в равных условиях. Автомобили двигались друг за другом. Предусмотрели всё, включая человеческий фактор: водители менялись машинами на середине каждого отрезка.

Так есть ли экономия?

Материалы по теме

Есть. Опуская подробности, скажем, что с учетом расходов на ТО и топливо на пробеге 100 000 км дизельный Tiguan сэкономил нам 89 164 рубля. Только вот дизельная машина и стоит дороже на добрую сотню тысяч.

Но ведь, оценивая бензиновую и дизельные версии, еще следует учесть техосмотр, транспортный налог, затраты на страховку, топливо и плановые ТО, а также потери при перепродаже машины.

Так что же в конце концов предпочесть, с учетом нюансов? Если вы живете в городе, то дизель вам не особо нужен. Если много ездите за городом, если зимы у вас холодные, если ездите с прицепом… — тогда дизель лучше.

Полная версия материала — «Бензин или дизель? Неожиданный результат».

Фото: «За рулем»

Что создает меньше проблем – бензин или дизель: анализ двигателей

Бензин против дизеля: так какой вариант мотора все же лучше?

Бензиновые двигатели, которые просты по конструкции и легко ремонтируются, уже не выпускаются. Причина этого – ужесточение норм выбросов, что заставляет инженеров использовать все более сложные технические решения.

 

Инжекторы, впрыскивающие насосы, двухмассовые маховики, сажевые фильтры и системы дозирования AdBlue – это список оборудования современных дизельных двигателей, которое часто выходит из строя. В результате покупатели автомобилей все чаще выбирают бензиновые агрегаты, стремясь избежать дорогостоящего ремонта.

 

Смотрите также

 

При этом постулат о том, что дорогостоящая эксплуатация бензинового мотора компенсируется бесперебойной работой, теряет актуальность. Свидетельство тому – увеличивающееся количество поломок и рост затрат на их устранение. Между тем запчасти для дизеля дешевле, и появляется все больше хороших мастерских по ремонту этого типа двигателей.

 

Бензин против дизеля

Неисправности бензиновых форсунок в двигателях с косвенным впрыском бензина случаются редко. Но их устранение обходится недорого владельцу автомобиля. Также нет проблем с бензиновыми инжекторами прямого впрыска, хотя есть исключения – например, BMW с 4-литровым бензиновым агрегатом V-серии или BMW 5 серии, выпущенные после 2009 года.

 

Прямой впрыск бензиновой системы состоит не только из инжекторов. Одним из аварийных и дорогостоящих компонентов является насос высокого давления, который выполняет работу, аналогичную функции впрыскивающего насоса в дизельной системе Common Rail.

Насосы часто выходят из строя в различных моделях автомобилей. Это типичная проблема для нагнетателей Hitachi в двигателе 1.4 TSI, которыми оснащаются моторы Volkswagen. При этом производители регулярно вносят незначительные изменения в компоненты систем впрыска. В некоторых двигателях VW номера запасных частей для одного и того же мотора меняются несколько раз. Поэтому механики стремятся установить последние образцы, чтобы предупредить частые поломки.

 

Самая большая проблема для владельцев бензиновых моторов с прямым впрыском – это нагар на всасывающих клапанах. В результате они выходят из строя чуть ли не каждые 10 000 км пробега.

Симптомы подобной неисправности: проблемы с запуском мотора, особенно непрогретого, увеличение расхода топлива, снижение производительности. При этом нет действенного способа избавиться от нагара иначе как путем разборки двигателя и механической очистки впускного отверстия, клапанов и камер сгорания. Химия (присадки, добавляемые в топливо) помогает только при регулярном использовании – это профилактическая мера, а не способ избавления от проблемы.

 

В дизеле топливные форсунки Common Rail имеют ограниченный эксплуатационный ресурс – они выхаживают не более 250 000 км. Но могут сломаться намного раньше. Неисправность почти никогда не возникает внезапно, мощность двигателя начинает постепенно снижаться; при ускорении обороты растут, но автомобиль разгоняется медленно. Неисправности форсунок появляются раньше в автомобилях, где не меняются топливные фильтры. Поэтому важно своевременно выполнять техническое обслуживание. И тут не всегда стоит руководствоваться рекомендациями производителя.

 

Надежность и ремонтопригодность дизельных систем впрыска определяется моделью. Например, на инжекторах Siemens можно заменить только наконечники, а инжекторы Bosch ремонтируются в очень широком диапазоне.

 

Смотрите также

В большинстве автомобилей, выпущенных после 2008 года, форсунки не регенерируются, а только меняются. Компенсируется это тем, что пьезоэлектрические инжекторы, используемые во многих новых автомобилях, дешевле, чем электромагнитные аналоги. Но они менее долговечны и выдерживают около 150 000-200 000 км.

 

Стремительное развитие технологий

Инженеры вынуждены реагировать на растущие требования с точки зрения расхода топлива и выбросов. Приходится учитывать и неисправности предыдущих версий силовых агрегатов. Эти задачи решаются путем установки двойного впрыска топлива. TSI третьего поколения 1,8/2,0 (Volkswagen) оснащен четырьмя инжекторами с непосредственным впрыском.

Фактически это две независимые системы впрыска, работающие попеременно. Это техническое решение призвано устранить проблему углеродных отложений, уменьшить количество токсинов в выхлопных газах. Но производитель рассматривает этот вариант как временное решение.

 

Сложная система охлаждения

Старые модели автомобилей оснащались обычным водяным насосом с ременным приводом, максимально простым термостатом, одним или двумя датчиками, радиатором, нагревателем и несколькими резиновыми патрубками. Вот и вся система охлаждения. Современный двигатель TSI 1.8/2.0 комплектуется двумя водяными насосами, один с электрическим приводом, а другой – с механическим. Последний интегрирован с датчиками и электромагнитными клапанами, управляется электроникой – она заменяет термостат.

Термостат работает медленно, в то время как двигатель сконструирован так, чтобы быстро прогреваться для уменьшения расхода топлива и выбросов. Из-за этого генерируется большое количество тепловой энергии, которую необходимо отводить. Поэтому термостаты заменили электроникой и дополнительными механическими элементами, которые работают эффективно, пока не сломаются. Подобные технические решения применяются сегодня не только в бензиновых моторах. Владельцам таких агрегатов следует готовить внушительную сумму на ремонт.

 

Конструктивные дефекты двигателей

В последние годы все больше двигателей страдают от типичных неисправностей узлов привода. Производители обычно говорят о «единичных случаях», в действительности причиной сбоя являются ошибки проектирования или неправильно определенные интервалы обслуживания.

 

Типичные поломки – результат условий эксплуатации, которые не могут быть повторены в условиях заводских испытаний. Обычно дефекты массово проявляются после 3-4 лет эксплуатации и не связаны с пробегом. Автомобиль может пройти 300 000 или 45 000 км – тут важно количество холодных запусков мотора.

Когда речь идет о неправильно установленных интервалах, производители автомобилей утверждают, что вы можете менять масло и фильтры каждые 30 000 км, а инженеры в частном порядке советуют заменять их максимум каждые 15 000 км.

 

В принципе, машина выдержит 100 000-120 000 км при регулярной смене масла, а потом начнутся поломки. Например, двигатели 1.8 TSI, 2.0 TDI, 2.0 N47 BMW могут без особых проблем пройти 300 000 км, но производитель решил сэкономить деньги владельца на покупке масла и фильтров. Однако результат такой философии – большие расходы на ремонт моторов.

 

Реальная ситуация

Бензиновые агрегаты по конструктивной сложности приближаются к дизельным. Они оснащаются большим количеством дополнительного оборудования: системы впрыска, турбины, цепи, сложное охлаждение, дополнительные фильтры. Поэтому некоторые автомобили не проходят и 100 000 км, когда появляются поломки. Наиболее распространенные из них:

 

1. Нагар на впускных клапанах

Он забивает камеры сгорания и препятствует потоку газа в головке. Это проблема только бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива. Образование нагара усиливается по мере износа двигателя, увеличения количества масляных частиц в системе вентиляции картера.

У моторов с непрямым впрыском такой проблемы нет, так как нагар вымывается топливом. У двигателей с прямым впрыском неисправность устраняется только путем механической очистки элементов. Более продвинутые двигатели оснащаются дополнительной системой впрыска, но это обуславливает появление больших механических поломок.

 

2. Система впрыска

Тут в основном проблемы возникают с форсунками. Их стоимость в большинстве случаев невысока, но есть и исключения – высока цена у комплектующих для моторов BMW. В дизелях пьезоэлектрический инжектор выдерживает 150 000-200 000 км пробега, а электромагнитные – около 250 000 км.

Эффективность дизельных инжекторов снижается в процессе эксплуатации. Это приводит к снижению производительности и увеличению расхода топлива. Быстрые отказы всей системы впрыска дизельного топлива являются результатом несвоевременной замены топливного фильтра. При этом большинство инжекторов двигателя, изготовленных после 2008 года, не подлежат регенерации.

 

3. Двухмассовый маховик

Двухмассовые маховики устанавливаются на дизельные и бензиновые автомобили. Но в первом случае они изнашиваются быстрее. Причина этого – не только высокий крутящий момент двигателя и вибрация. Также к износу маховика приводит частый запуск двигателя, езда на низких оборотах. Эксплуатационный ресурс можно сохранить только при стабильном плавном запуске мотора и использовании средних диапазонов частоты вращения двигателя.

 

4. Механические поломки

Сложные и чувствительные к плохому качеству масла механические компоненты современных двигателей часто выходят из строя. Это растрескивание головок, износ шатунов. К ним прибавились поломки системы газораспределения, рециркуляции выхлопных газов. Турбокомпрессоры также ломаются, но реже. Современные бензиновые двигатели выходят из строя так же часто, как дизельные.

 

Перечисленные выше проблемы характерны для моторов THP, которые устанавливаются на автомобили Peugeot, Citroen, BMW. Силовые агрегаты 1.4 TSI, 1.8/2.0 TSI 2-го поколения страдают от слабых поршневых колец и увеличенного расхода масла. Моторы THP (устанавливаются на автомобили группы PSA и BMW) печально известны из-за проблем с системой изменения фаз газораспределения.

Среди дизельных двигателей 2-литровые агрегаты BMW страдают от растяжения цепи ГРМ. Двигатели Subaru отличаются увеличением продольного люфта коленчатого вала. Силовые агрегаты 1.8/2.0 TSI 3-го поколения не радуют владельцев частыми поломками системы охлаждения. Это обусловлено конструктивной сложностью. «Бензин» и дизели ломаются механически. Проблема с синхронизацией привода в двигателе BMW N47 в значительной степени вызвана редкой заменой масла.

Производители позиционируют новые моторы как технически совершенные, поэтому владельцев автомобилей постигает разочарование, когда через 2-3 года эксплуатации они сталкиваются с лавиной поломок. Например, Volkswagen в настоящее время представляет новое поколение двигателей TSI (версия 3B), которые должны работать в цикле Миллера. Но трудно предположить, что этот мотор будет работать без сбоев хотя бы несколько лет.

 

 

5. Сажевые фильтры

В настоящее время сажевые фильтры устанавливаются на дизельные двигатели, но вскоре будут применяться на большинстве бензиновых моторов. Владельцы автомобилей, где нет системы самоочищения сажевых фильтров, самостоятельно решают эту проблему. Зачастую их просто демонтируют на СТО.

 

Смотрите также

 

Сажевые фильтры рассчитаны на 200 000 км пробега. По прохождении этого километража перед владельцем встает дилемма: ремонтировать фильтр или менять. При этом степень износа элемента просто и быстро определяется на СТО. По степени износа можно определить реальный пробег автомобиля.

 

6. Водяные насосы

На современных агрегатах термостат заменен датчиком температуры и электромагнитным клапаном. Эти компоненты часто ломаются.

 

7. Топливные фильтры

Фильтр на дизельном моторе следует менять не реже, чем каждые 20 000 км, а лучше – каждые 15 000 км. На некоторые моторы устанавливаются только оригинальные образцы. Дешевые аналоги ускорят износ элементов силового агрегата.

Если топливный фильтр не меняется при износе, он создает избыточное давление – это негативно влияет на насосное оборудование. Насосы с пьезоэлементами ломаются моментально, если работают без топлива. Это, в свою очередь, приводит к образованию стружки, которая попадает в форсунки, и увеличению стоимости ремонта. Желательно менять топливный фильтр вместе с масляным.

 

Смотрите также

 

8. Турбокомпрессоры: все меньше проблем

В ответ на низкую надежность турбокомпрессоров появилось много мастерских, где устраняют неполадки турбокомпрессоров с изменяемой геометрией лопаток. Для этого используется специальное оборудование и профессиональный инструмент. Стоимость ремонта снижается из-за высокого уровня конкуренции.

 

При этом велик риск попасть к недобросовестным мастерам, которые не ищут неисправность, а меняют агрегат. К тому же такие «специалисты» не вникают в суть проблемы, не выясняют причину повреждения нагнетателя. Так, владелец автомобиля вынужден будет быстро заменить и вновь установленный турбокомпрессор. Частично в формировании негативного мнения о современных бензиновых и дизельных двигателях виновны недобросовестные работники СТО.

 

Помните – нужно устранять причину поломки. В противном случае придется часто выкладывать внушительные суммы на ремонт мотора. Это закончится необходимостью менять силовой агрегат из-за критического износа. Еще одна проблема – использование дешевых комплектующих. Внешне и по характеристикам, зашифрованным в каталожном номере, они похожи на оригиналы, но в действительности не соответствуют техническим допускам.

 

По мнению экспертов

Специалисты отмечают, что сегодня уже практически нет разницы между бензиновыми и дизельными моторами в части эксплуатационной надежности. Нельзя предугадать, какие сюрпризы преподнесет очередной высокотехнологичный агрегат через несколько лет. При этом разработчики не спешат признавать ошибки. Вынуждает к такому шагу лавина типичных неисправностей. Но с ними, как правило, приходится бороться владельцам автомобилей и механикам.

 

Предупредить поломки можно путем своевременного проведения технического обслуживания. Но и тут следует ориентироваться на фактический износ масла, фильтров, а не на рекомендации производителей. Владельцы современных автомобилей с дизельным или бензиновым мотором должны помнить, что от неожиданных проблем они не застрахованы, как нет универсального средства их предотвращения.

Дизель против бензина: какой двигатель лучше

27 ноября 2018 Категория: Полезная информация.

Экономичность и тяговитость против безрассудной порывистости: вечный спор автовладельцев. Пока не наступила эра электрокаров, разбираемся с типами ДВС, их преимуществами и недостатками.

Дизель: плюсы

 топливный расход 

Самая очевидная причина, по которой автовладельцы делают выбор в пользу дизелей — конечно же, их экономичность. Несмотря на тотальный даунсайзинг, бензиновые малолитражки все же не могут похвастаться сопоставимым с дизелями расходом топлива.

 мощность 

При одинаковом объеме мощность дизеля будет ниже, а вот крутящий момент выше — и все из-за особенностей конструкции — топливо сжимается сильнее и сгорает с более эффективным КПД. Мы писали об этом здесь.

 экологичность 

Скандалы с выбросами и «Дизельгейтом» подкосили имидж дизельных ДВС, но факт остается фактом: это по-прежнему самый экологичный из двигателей внутреннего сгорания. Выше в этой иерархии только гибридные установки и, собственно, электромобили.

 долговечность 

Бензиновые моторы переживают болезненный даунсайзинг, который плохо сказывается на их ресурсе. В то время как дизели ориентированы на коммерческий транспорт, а особенности их конструкции просто обязывают использовать прочные долговечные материалы. Отсюда и средняя продолжительность жизни — явно выше, чем у инжекторов.

• О ресурсе дизельных моторов мы писали здесь.
  

 звук 

Любители слышать урчание мотора скорее выберут дизель, чем непривычно тихий бензиновый двигатель.

• О других преимуществах дизельных моторов мы писали здесь.
  

Дизель: минусы

 холодный пуск 

Зимой владельцы бензиновых ДВС ликуют: им не нужно переходить на «зимнее» топливо , строго следить за качеством масла, менять топливный фильтр и думать о покупке предпускового подогревателя. В то время как дизель греется только в движении и остывает быстро — да и просто может не завестись, если владелец халатно подошел к обслуживанию.

О том, как правильно запускать дизель зимой, мы писали здесь

 чувствительность к топливу 

Отечественное топливо несравнимо с европейским. Но если бензин более-менее «переварит» сомнительный АИ-92, то всего одна заправка плохим ДТ может убить форсунки и топливный насос на дизеле. Ну а если эти детали топливной аппаратуры умрут, владельцу придется раскошелиться на дорогостоящий ремонт и замену. Сумма того и другого неприятно удивляет.

 расходы на ТО 

Чтобы дизель жил долго и счастливо, ему просто показано качественное обслуживание. Масла и фильтры нужно менять каждые 5-7 тыс. км, не полагаясь на заверения производителя. Опять же, если выйдет из строя ТНВД и форсунки, решение проблемы окажется дорогостоящим. Зато после замены эти узлы не доставляют владельцу неприятностей ближайшие 100-200 тыс. км.

 задумчивость 

Дизельные агрегаты в большинстве своем все же не предназначены для рейсинга. И вряд ли стоит ожидать от полуторалитрового дизеля, что он будет «рвать» машину с места по аналогии с мало-мальски приличным инжектором.

Бензин: плюсы

 простота конструкции 

Даже продвинутый инжектор устроен на порядок проще, чем современный дизель. Логично — ему же не нужно создавать экстремальное давление топлива. Это, кстати, объясняет, почему массивная топливная аппаратура дизелей по умолчанию не бывает простой и дешевой. Взять хотя бы суперпрочные материалы, из которых она собирается.

 распространенность 

Из-за того, что большинство наших соотечественников перемещаются как раз на инжекторах, ремонтировать бензиновый мотор не составляет труда для сервиса даже посредственного уровня. В то время как специалистов по дизельным ДВС найти сложно даже в крупных городах.

 уверенный старт при любых исходных 

Бензиновому двигателю не страшны перепады температур. Бензин заведется даже с минимальным уровнем топлива и при сомнительно заряженном аккумуляторе. Да и плясать с обслуживанием вокруг него, как в случае с дизелем, не придется.

 стоимость и выбор комплектаций 

На рынке подержанных машин разница цен бензинового и дизельного агрегатов не слишком заметна. То ли дело выбор авто с конвейера: мало того, что в среднем дизельные версии авто заметно дороже, так к ним предлагается только одна комплектацию «по умолчанию», как правило, топовым. Для бензиновых же агрегатов выбор намного шире.

Бензин: минусы

 система зажигания 

В дизеле топливо поджигается за счет экстремального сжатия и температуру в цилиндре. В бензиновых ДВС за поджиг отвечают высоковольтные катушки и свечи зажигания — и они достаточно часто выходят из строя, вынуждая владельцев искать причины и решения возникающих проблем с неустойчивой работой мотора и плавающими оборотами. В общем, система ЭСУД — отдельная головная боль владельцев «бензинок».

 диапазон оборотов 

Инжекторы, не оснащенные турбиной, отдают максимум крутящего момента и мощность только на высоких оборотах. В отличие от дизеля, который придает ускорение чуть ли не с холостых, когда достаточно в автомобиле с МКП просто в момент трогания бросить педаль газа — и машина плавно поедет, без рывков и дерганий.

• Почему дизельные двигатели мощнее бензиновых, мы писали здесь
  

 взрывоопасность 

Современные автомобили не склонны к самовозгоранию, но стоит помнить, как легко воспламеняется бензин. Так что в случае чего, автомобиль с инжектором воспламенится и сгорит быстрее и веселее, чем его дизельный собрат.

 диагностика 

То, что по бензиновым моторам много специалистов — как плюс, так и минус. Любая нестандартная поломка за рамками привычных диагностик — мотор «не едет», «дергается», «троит» — и целый ряд автосервисов готов предложить решения диапазоном от перехода с АИ-92 на АИ-95 до полной замены топливной системы в сборе.

Итого

Бензиновые моторы более распространены, изначально новая машина на бензине стоит дешевле, обслуживать инжекторы в автосервисах проще. И никаких проблем с зимним запуском, шумом и вибрациями. В то же время, бензин — это повышенный расход топлива, периодически выходящая из строя система зажигания, слабый КПД в сочетании с необходимостью постоянно «крутить» мотор и в целом более низкий ресурс по сравнению с дизелями.

Дизельные моторы более экономичны и, как ни странно, экологичны. Они тяговиты, особенно на низких и средних оборотах и обладают большим запасом долговечности. Но если владелец дизеля планирует ездить на нем долго и успешно, ему необходимо тщательно обслуживать мотор, меняя расходники как можно чаще, следить за качеством топлива и готовить дизель к зиме. А также уделять внимание обслуживанию топливной системы — ТНВД и форсункам.

В целом же, все страхи владельцев дизелей объясняются банальной неграмотностью и опытом владения дизельным ДВС после сомнительной эксплуатации предыдущего владельца. Если не откладывать сервисное обслуживание, выбирать хорошие расходники и качественное топливо, дизель прослужит в 1,5-2 раза дольше по сравнению с бензином. 

• 5 мифов о дизельных моторах, которым не стоит верить, найдете здесь 

Топливные насосы, ТНВД для дизельного двигателя найдете в нашем каталоге

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ 

Дизель или бензин? Cпор на вечную тему

Однажды во время обеда два журналиста Onliner.by поспорили, что лучше: бензиновый или дизельный автомобиль? Чудом удалось избежать драки. При этом оба были за бензин! Просто аргументы «за» и «против» дизельных машин у оппонентов были разными. Одного беспокоила экология, другого — большой крутящий момент на низких оборотах. В конце беседы они, как обычно, сказали: «Жаль, что не записывали спор на видео». Спустя пару дней диалог повторили, но в более сдержанных тонах и перед объективом камеры. Что из этого получилось, смотрите в нашем очередном видеоподкасте.

1:26. «Дизельные автомобили практически отсутствуют в доступных сегментах. Навскидку можно вспомнить только Renault Duster с 1,5-литровым мотором. Получается, сегодня почти невозможно купить доступную дизельную машину в салоне. И там цены между дизельным и бензиновым вариантом одной и той же модели не такие значительные. Дизельный Volkswagen Passat 1991 года не будет намного дороже бензинового».

2:41. «Если человек катается преимущественно по маршруту дом — работа — дом, то смысла в дизельной машине не так уж много. Если же ежегодные пробеги крутятся вокруг цифры 50 тысяч километров, то здесь другой разговор. Поэтому большой популярностью дизельные автомобили пользуются у таксистов и заядлых автопутешественников».

4:49. «Зимой многие владельцы дизельных машин в Беларуси жалуются на то, что при температуре минус 20 они не могут завестись утром. И списывают это, как правило, на плохое качество топлива. Но если бы проблема была в топливе, то стали бы поголовно все дизельные автомобили. Такого не происходит».

5:52. «Есть летнее дизтопливо, зимнее (не путать с арктическим!), межсезонное и арктическое, которое многие знают под торговой маркой „Арктика“. И у всех этих сортов топлива разная предельная температура фильтруемости. У обычного зимнего дизеля это минус 20 градусов».

8:00. «Обычно в октябре-ноябре на заправках происходит замена летнего дизтоплива на зимнее. В это время важно выездить все оставшееся в баке летнее топливо и заправиться желательно „Арктикой“. А потом уже спокойно заправляться зимним дизтопливом. При этом важно еще качественно обслужить автомобиль».

9:24. «Владельцам дизельных машин однозначно живется хуже, чем владельцам бензиновых. Тем, кто хочет просто заливать топливо в машину, раз в 10 тысяч менять масло и больше ни о чем не думать, лучше присмотреть бензиновую модель».

13:10. «Если бы я купил себе дизельный автомобиль и не обслуживал его, меня бы еще беспокоил фактор экологии. Я хочу, чтобы люди относились к другим с уважением. А дизельные моторы — это что-то вредное. То, что портит тебе еще и карму!»

14:00. «Дизельный Volkswagen Passat в свое время стал популярным у нас в том числе из-за того, что у многих людей был выход на „халявное“ топливо. Кроме того, раньше дизельное топливо стоило дешевле бензинового. Многие даже думали, что выгода от владения дизельным автомобилем кроется как раз в ценовой разнице. Хотя главное преимущество моторов на тяжелом топливе — это, конечно, низкий расход. Ну и не забывайте о высоком крутящем моменте на низких оборотах».

17:54. «Современные дизельные моторы на премиальных машинах — это очень крутые агрегаты. Возьмем, например, BMW X5 M50d. Автомобиль едет очень быстро, имеет низкий расход топлива и даже обладает шикарным звуком выхлопной системы. Но бензиновый BMW X5 M все равно круче».

20:03. «Ну вот почему раньше дизельные автомобили были очень популярными в Беларуси и многие везли их из Европы? Да они просто были очень практичными. Но практичными они были лишь тогда. Позже дизельные топливные системы стали сложнее и требовательнее к обслуживанию. И некоторые люди, пригнавшие, например, дизельные Volkswagen Passat B6 из Европы, были неприятно удивлены стоимостью ремонтов этих машин».

22:37. «По официальным данным, в Беларуси 70% топлива, которое продается на заправках, — дизельное. И лишь 30% — бензин. Здесь, конечно, не стоит забывать о коммерческой технике, которая имеет гораздо бóльшие пробеги и ездит преимущественно на дизельном топливе. Но среди этой коммерческой техники — автобусы, небольшие фургоны, которые развозят товары по магазинам. И все это, безусловно, сильно ухудшает экологическую ситуацию в городах».

25:28. «В западноевропейских городах люди стараются сместить время передвижения коммерческой техники по городу на ночь. Чтобы „вредные“ грузовики не стояли в пробках в час пик».

28:17. «Мы просто пока не задумываемся об экологии. Для нас это пока далекая тема, потому что у нас не закрыты куда более важные вопросы — некоторым людям не за что еды купить. Какая здесь экология?»

30:10. «Дизтопливо само по себе опасно тем, что в нем есть частицы размером менее пяти микрон. И им легко проникнуть в наш организм. Если у машины нет системы фильтрации, которая способна задержать эти вредные элементы, то такая машина очень опасна для человека. Поэтому я за современные дизельные автомобили. Но против старых дизелей».

32:57. «Дизельные малолитражки в Европе уходят в историю. Они стоят примерно на 1000 евро дороже аналогичных бензиновых машин и уже не имеют никакого смысла в глазах покупателя. В общем, европейцы постепенно отказываются от дизельных автомобилей. Audi убрала дизельную А1. Porsche перестала делать дизельные модели. Skoda похоронила дизельные Fabia и Rapid. Эту тенденцию уже не остановить».

38:05. «Выбирая между дизельным и бензиновым автомобилем, белорусы в последнюю очередь думают об экологии. И мы, как журналисты, можем лишь говорить об этом и поднимать подобные вопросы».

Ну а тем, кому все же привычнее слушать аудиоподкаст, предлагаем и такую возможность.

Дизельные автомобили на «Автобарахолке» Onliner.by

Читайте и смотрите также:

«Эксперты нас предупреждали, а мы не верили: ну как надоест, это ж новые автомобили»

Auto.Onliner теперь в Telegram! Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. [email protected]

Дизельное топливо и бензин — отличия, достоинства и недостатки

По всему миру каждый год выпуск авто с дизельным двигателем увеличивается примерно на 20 процентов. В первую очередь темпы роста производства дизелей связаны с ежегодным ужесточением основных экологических норм.

Также наблюдается рост цены бензина и переход многих автовладельцев на альтернативные топлива (рапс для изготовления ДТ). Дизельное топливо и бензин отличия между этим горючим в процессе производства.

Отличия производства бензина и ДТ

По техническим и химическим свойствам дизель и бензин имеют ряд отличий, также как по способу производства. Три этапа перегонки ДТ:

• Получение дизельной фракции из сырой нефти путем нагрева.
• Крекинг (расщепление) фракций при разных температурных режимах.
• Гидроочистка дизельного топлива. Из дизтоплива убирают соединения серы, процентное содержание которых в ДТ строго ограничено Российскими и Европейскими нормативами.
• Добавление улучшающих характеристики присадок (морозостойкость, вязкость, текучесть).
• Для зимнего топлива обязателен процесс отделения парафинов.

Модернизация нефтеперерабатывающих предприятий, которая началась с 2013 года, позволяет производить топливо соответствующее самым строгим стандартам ЕС и РФ.

Процесс производства бензина:

• Из сырой нефти путем нагревания также выделяются бензиновые фракции. Таким образом, получают прямогонный бензин, в состав которого входит большое количество серы и ароматических углеводородов.
• Второй этап производства процессом риформинга или же крекинга повышает октановое число и исключает фракции серы и углеводородов.
• В зависимости от вида бензина добавляют присадки, улучшающие параметры топлива.

Компания «ExpressDiesel» предлагает покупателям полный ассортимент всех марок дизельного топлива и бензина от ведущих производителей, прошедших полную модернизацию оборудования.

Почему многие выбирают дизель?

Сейчас многие автолюбители предпочитают покупать автомобили с дизельным мотором, хотя их стоимость на 30 процентов выше, чем моторов на бензине. Почему?

• Экономичность – расход топлива снижается на тридцать процентов.
• Без капремонта дизель проходит до миллиона километров, чего не скажешь о бензиновом движке.
• Цена ДТ на 15 процентов ниже.
• Отсутствие системы зажигания увеличивает надежность.
• Содержание серы в выхлопе минимальное, можно спокойно пересекать границы ЕС.

Но у дизеля есть и недостатки:

• Некачественное топливо приводит к быстрой порче форсунок.
• Техобслуживание стоит дороже.
• Долго греется.
• Зимой требуется только зимнее топливо, иначе движок просто не заводится.
• Обслуживание. Стоит на 15-20% дороже бензинового мотора.

У нас, в компании «ExpressDiesel», можно всегда оптом и в розницу приобрести все виды дизельного топлива, а также бензин популярных марок.

Бензин против Дизеля, стоит ли покупать дизельный автомобиль?

Что лучше, бензин или дизель? Что дает лучшую производительность и расход топлива ? Что может без проблем добраться до Багио? Стоит ли покупать дизельную машину? Это все вопросы, которые нам задают и продолжают слышать наши друзья и специалисты по автомобилям в целом. Учитывая количество автомобилей, которые продаются на наших местных рынках, и множество вариантов выбора между различными типами двигателей, вполне уместно взвесить все за и против каждого из них.Прежде чем мы углубимся в детали, давайте объясним, как работают все движки.

По сути, двигатель внутреннего сгорания работает для преобразования химической энергии, имеющейся в топливе, в механическую энергию. Преобразование происходит в результате серии небольших взрывов или возгораний. Затем поршни перемещаются вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом, и движение вверх и вниз создает движение, необходимое для поворота колес вашего автомобиля.

Основное различие между бензином и дизелем заключается в том, как происходят эти взрывы. В бензиновом двигателе воздух смешивается с топливом, которое затем сжимается поршнями и воспламеняется от искры свечей зажигания. В дизельном двигателе сначала сжимается воздух, а затем впрыскивается топливо. При сжатии воздух нагревается, и смесь воспламеняется.

Бензин Плюсы

Отличительной чертой бензиновых двигателей является то, что они гораздо более совершенны с точки зрения шума двигателя и вибрации в кабине.Бензиновые автомобили также, как правило, немного дешевле, чем их дизельные аналоги, как по начальной цене за автомобиль, так и по общим затратам на техническое обслуживание и эксплуатационные расходы, поскольку у них обычно более длинные интервалы обслуживания. Выбросы бензиновых автомобилей также обычно выше, чем у дизелей, что приводит к меньшему углеродному следу.

Минусы бензина

Вообще говоря, бензиновым автомобилям не хватает крутящего момента и тяги для подъема тяжелых грузов, а также они страдают от худших показателей экономии топлива на насосе по сравнению с их дизельными аналогами.Бензиновые двигатели также требуют капитального ремонта в определенные периоды их срока службы, и это особенно верно, если вы планируете хранить автомобиль в течение десятилетий и пробегать несколько сотен тысяч километров. Кроме того, на Филиппинах бензин немного дороже заправлять на станции по сравнению с дизельным топливом.

Дизель Плюсы

Наиболее очевидным преимуществом использования дизельного топлива является то, что стоимость заправки намного ниже, чем у бензинового двигателя.Вы также получаете лучшую экономию топлива, особенно если вы много ездите по шоссе и продолжаете ездить. Дизельные двигатели также разрабатываются с учетом использования в тяжелых условиях, поэтому капитальный ремонт двигателя является редкостью для срока службы транспортного средства. Показатели крутящего момента и буксировочная способность гораздо важнее на дизельных заводах.

Но стоит ли покупать дизельную машину? Взгляните на минусы ниже.

Дизель Минусы

Следует учитывать регулярное техническое обслуживание дизельных двигателей, так как очистка фильтров и проверка или добавление присадок для очистки выбросов являются нормальным явлением.Когда с вашим дизельным двигателем что-то не так, запасные части также могут быть дорогими. Кроме того, помимо более совершенных брендов премиум-класса с предложениями дизельного топлива, как правило, дизельные двигатели могут быть громче и грохотать больше при использовании. Окружающая среда не слишком благоприятна для дизелей, поскольку эти двигатели производят на больше выбросов и твердых частиц, чем их бензиновые версии.

Статьи по теме

5 самых экономичных хэтчбеков на Филиппинах Премиум или обычное топливо — стоит ли тратить больше? Самые экономичные автомобили на Филиппинах Какой Chevrolet Trailblazer 2019 купить? — Руководство по сравнению вариантов 5 вещей, которые делают Mitsubishi Strada недооцененным грузовиком для вождения

Топливо дизель-бензиновых двигателей и их свойства

1.Введение

Топливо можно разделить на три группы: твердое, жидкое и газообразное. Хотя жидкие углеводороды обычно используются в двигателях внутреннего сгорания, в городском транспорте, где загрязнение воздуха является проблемой, биотопливо, такое как спирты и биодизельное топливо или газообразное топливо, которое представляет собой сжиженный нефтяной газ (СНГ) или природный газ, редко использовалось в качестве топлива. . Важность использования альтернативных видов топлива в двигателях внутреннего сгорания возникает из-за ограниченных ресурсов нефти и уменьшения запасов, роста цен на нефть и возрастающих экологических проблем.Для уменьшения зависимости от нефти особый интерес для исследователей представляют альтернативные виды моторного топлива, такие как растительные масла, биотопливо (спирты, биодизель, биогаз) и сжиженный водородный газ [1, 2].

2. Топливо на углеводородной основе

Топливные соединения, содержащие атомы углерода и водорода в своей основной молекулярной структуре, называются топливами на углеводородной основе. Углеводороды можно разделить на две основные группы: алифатические и ароматические. Алифатические углеводороды делятся на два подкласса: насыщенные и ненасыщенные углеводороды.Атом углерода в углеводороде называется насыщенным, если он связан с четырьмя атомами водорода, и ненасыщенным, если атомы углерода образовали двойные или тройные связи углерод-углерод. Насыщенные углеводороды классифицируются как алканы; непредельные углеводороды классифицируются как алкены или алкины [3, 4]. Углеводороды могут находиться в твердой, жидкой и газовой фазах в зависимости от количества атомов углерода в химической структуре. Обычно углеводороды с 1–4 атомами углерода находятся в газе, 5–19 — в жидкости, а молекулы с 20 и более атомами углерода — в твердой фазе [5].C _n H _m — это общая замкнутая химическая формула жидких углеводородов, используемых в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Однако углеводороды состоят из водорода и углерода, а также небольших количеств O ₂ , H ₂ , S, H ₂ O и некоторых металлов, содержащих производные сырой нефти [2]. На рис. 1 приведена классификация соединений углеводородов.

Рисунок 1.

Классификация углеводородов [3].

2.1 Алканы (парафины)

Алканы — это насыщенные углеводороды с общей замкнутой формулой C _n H _{2n + 2} , также известные в литературе как парафины, которые добавляют суффикс «-an» в конце Латинские углеродные числа.Алканы содержат больше водорода в своей химической структуре по сравнению с другими углеводородами, такое большое количество атомов водорода приводит к более высоким тепловым значениям и более низкой плотности, чем другие углеводороды (620–770 кг / м ³ ). По мере увеличения числа атомов углерода в углеводородной цепи свойства алканов, такие как склонность к самовоспламенению, молекулярная масса, а также точки плавления и кипения, увеличиваются. Каждое увеличение числа атомов углерода в углеводородной цепи вызывает повышение температуры кипения примерно на 20–30 ° C.Алканы нерастворимы в воде, потому что они неполярны. Среди неполярных молекул, таких как углеводороды и инертные газы, есть силы Ван-дер-Ваальса, другими словами, силы лондонской дисперсии. Сила дисперсии представляет собой слабую межмолекулярную силу между всеми молекулами посредством временных диполей, индуцированных в атомах или молекулах. Силы рассеивания обычно выражаются как силы Лондона. Число электронов и площадь поверхности молекул являются наиболее важными факторами, влияющими на величину дисперсионных сил.Эти растягивающие силы напрямую влияют на температуру кипения этих материалов. Алканы могут существовать в форме с прямой, разветвленной и циклической цепью, в зависимости от расположения атомов углерода. Силы Ван-дер-Ваальса более эффективны, чем разветвленные, потому что молекулярные поверхности алканов с прямой цепью больше контактируют друг с другом. Таким образом, температура кипения алканов с прямой цепью, имеющих одинаковую молекулярную массу, выше, чем у алканов с разветвленной цепью. Другими словами, по мере увеличения разветвления температура кипения уменьшается, потому что разветвленная структура делает молекулу более плотной.Однако усиление разветвления привело к сужению площади поверхности молекулы и снижению температуры кипения с уменьшением сил Ван-дер-Ваальса между ней и соседними молекулами. Склонность к воспламенению алканов с прямой цепью обычно выше, чем у алканов с разветвленной цепью, поскольку они легче расщепляются. В отличие от структур с прямой цепью молекул, структуры с разветвленной цепью и кольцами обладают более высокой стойкостью к воспламенению. Следовательно, алканы с прямой цепью более подходят для использования в качестве дизельного топлива, чем в качестве бензинового топлива.Однако изомеры алканов, которые имеют одну и ту же замкнутую формулу, но с разными разветвленными цепями и кольцами, более подходят для использования в качестве топлива для бензиновых двигателей, поскольку они обладают более высокой детонационной стойкостью. Свойство, определяющее, воспламеняется ли топливо самопроизвольно, называется октановым числом. Другими словами, это определяется как сопротивление воспламенению. Топливо с прямой длинной цепью обычно имеет более низкое октановое число, тогда как разветвленные структуры имеют более высокое октановое число. Подводя итог, можно сказать, что октановое число обычно обратно пропорционально длине цепи молекул топлива.Чем короче цепная структура молекул топлива, тем выше октановое число. Октановое число прямо пропорционально компонентам разветвленной боковой цепи. Кроме того, кольцевая молекулярная структура топлива приводит к высоким октановым числам. Алканы присутствуют в твердой, жидкой и газообразной форме в зависимости от их углеродного числа. Углерод с числом 1–4 присутствует в газе, 5–25 — в жидкой форме и более 25 — в твердой форме. Алканы содержат менее 4 атомов углерода в своем природном газе и нефтяных газах, 5–12 атомов в бензине, 12–20 атомов в дизельном топливе и 20–38 атомов в смазочных маслах [1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8].На рис. 2 показана молекулярная структура первых четырех алканов.

Рис. 2.

Молекулярная структура первых четырех алканов [8].

2.2 Нафтены (циклопарафины)

Другой тип алканов — это циклические структуры, которые имеют общую формулу C _n H _2n . Два атома водорода отсутствуют в нормальных алканах, потому что их структуры имеют циклическую и замкнутую форму. Поскольку количество атомов водорода низкое по сравнению с обычными алканами, они имеют более низкие термические значения, но более высокие плотности (740–790 кг / м ³ ).Циклоалканы трудно разрушить из-за их структуры замкнутого цикла и они имеют более высокую стойкость к воспламенению, чем алканы с прямой цепью. Однако они также подходят для использования как в качестве бензина, так и в качестве дизельного топлива, поскольку имеют более низкую стойкость к воспламенению, чем разветвленные. Тепловые показатели нафтенов ниже, чем у алканов, и выше, чем у ароматических углеводородов [2]. На рис. 3 показана циклическая молекулярная структура циклогексана.

Рисунок 3.

Циклическая молекулярная структура циклогексана [5].

2.3 Алкены (олефины)

Алкены — это ненасыщенные углеводороды, которые имеют двойную связь между атомами углерода, показанную общей формулой C _n H _2n . Олефины с одной двойной связью в молекулярной структуре называются моноолефинами (C _n H _2n ), а олефины с двумя двойными связями называются диолефинами (C _n H _2n-2 ). Название моноолефинов указывается после суффикса «en» или «ilen» в конце числа атомов углерода, в то время как название диолефинов получают путем присоединения суффикса «dien» к корням, показывающим число атомов углерода.Многие изомеры образуются за счет замещения двойных связей алкенов. Тепловые показатели алкенов ниже, чем у алканов, а их плотность составляет от 620 до 820 кг / м ³ из-за того, что отношение атомов углерода к атомам водорода выше в молекулярной структуре алкенов. Алкены обладают высокой стойкостью к возгоранию. Алкены менее устойчивы к окислению, чем алканы, поэтому они могут легко реагировать с кислородом. Таким образом, кислород присоединяется к алкенам и, как следствие, блокирует топливопровод.Алкены содержат двойные связи между атомами углерода, одна из которых сигма ( Â ), а другая — пи ( Â ). По этой причине он разрушается труднее, чем алканы с одинарной сигма-связью. Алкены могут использоваться в качестве топлива для бензиновых двигателей благодаря высокой стойкости к воспламенению. Кроме того, его можно использовать в качестве дизельного топлива за счет повышения температуры самовоспламенения. Наиболее важные свойства алкенов дают реакции присоединения с соединениями H ₂ , X ₂ , HX и H ₂ O.Атомы углерода алкенов не полностью насыщены водородом. Следовательно, алкены легче ассоциировать с такими элементами, как водород, хлор и бром, поскольку они более химически реактивны, чем алканы и нафтены. Благодаря этой реакционной структуре они используются в качестве сырья для получения топлива более высокого качества с помощью таких методов, как гидрирование, полимеризация и алкилирование. Хотя алкены присутствуют в сырой нефти в очень малых количествах, обычно они могут быть получены методами термического и каталитического крекинга, которые представляют собой нагревание или катализатор, посредством разложения крупных молекулярных продуктов.Алкены присутствуют в больших количествах в бензине, полученном этими методами. Высокая стойкость к воспламенению алкенов делает их хорошим бензиновым моторным топливом, но они также могут быть дизельным моторным топливом за счет увеличения склонности к воспламенению [1, 2, 3, 5, 9]. На рис. 4 показана молекулярная структура некоторых алкенов.

Рис. 4.

Молекулярная структура некоторых алкенов [5].

2,4 Алкины (ацетилены)

Алкины представляют собой соединения, имеющие общую замкнутую формулу C _n H _2n-2 и имеющие по крайней мере одну тройную связь (C☰C) между атомами углерода.Алкины являются ненасыщенными углеводородами из-за того, что все атомы углерода не имеют достаточного количества связей с водородом. Кроме того, у алкинов есть суффикс «-в», который добавляется в конце соединения и обозначается в соответствии с числом атомов углерода в самой длинной цепи. Самым простым и известным соединением является ацетилен (C ₂ H ₂ ). Алкины также могут называться производными ацетилена. Алкены более реакционноспособны, чем алканы и нафтены, потому что они ненасыщены. Таким образом, они могут легче реагировать с такими элементами, как водород, хлор и бром, с образованием соединения [3, 5, 9].На рис. 5 представлена ​​молекулярная структура некоторых алкенов.

Рис. 5.

Молекулярная структура некоторых алкинов [5].

2.5 Ароматические соединения (производные бензола)

В конце девятнадцатого века органические соединения были разделены на два класса: алифатические и ароматические. Алифатические соединения означают, что соединения проявляют «липароидное» химическое поведение, в то время как ароматические соединения означают низкое содержание водорода / углерода и «ароматные». Ароматические углеводороды представляют собой ненасыщенные углеводороды, имеющие двойные связи между атомами углерода, которые имеют замкнутую общую формулу C _n H _2n-6 .Ароматические соединения связаны друг с другом ароматическими связями, а не одинарными связями. Другими словами, ароматические углеводороды также называют аренами. Хотя ароматические углеводороды являются ненасыщенными соединениями, они имеют другие химические свойства, чем другие алифатические ненасыщенные соединения. В отличие от алкенов и алкинов, ароматические углеводороды не дают реакции присоединения, которая является характерной реакцией ненасыщенных соединений. Кроме того, ароматические углеводороды проводят реакции замещения, особенно характерные для насыщенных углеводородов. По этим причинам, а ароматические углеводороды более стабильны, чем другие ненасыщенные соединения, ароматические углеводороды были отнесены к отдельному классу углеводородов.Благодаря наличию более чем одного атома углерода с двойной связью и циклической структуры они имеют прочную структуру связей и обладают высокой устойчивостью к воспламенению. Плотность ароматических углеводородов составляет от 800 до 850 кг / м ³ . Более высокая плотность в жидком состоянии приводит к тому, что они имеют высокое содержание энергии на единицу объема, но имеют низкую тепловую ценность на единицу массы. Связи между атомами углерода прочные; ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью. Следовательно, из-за высокого октанового числа ароматических углеводородов они могут быть хорошим бензиновым топливом с добавлением бензина для повышения детонационной стойкости, но они не подходят для использования в качестве топлива для дизельных двигателей из-за их низкого цетанового числа.Самым простым ароматическим соединением является бензол с химической формулой C ₆ H ₆ . Основные структуры других ароматических углеводородов также составляют бензол. Как правило, они могут быть получены искусственно из угля и могут использоваться в качестве добавки к бензину для улучшения детонационной стойкости бензина. Ароматические углеводороды необходимо использовать осторожно, поскольку они канцерогены, вызывают загрязнение выхлопных газов, обладают высокой растворимостью и оказывают коррозионное воздействие на системы подачи топлива [1, 2, 3, 5, 6, 9].На рис. 6 показана молекулярная структура некоторых важных ароматических соединений.

Рис. 6.

Молекулярная структура некоторых ароматических соединений [5].

3. Топливо двигателя внутреннего сгорания

Бензин и дизельное топливо, являющиеся производными сырой нефти, обычно используются в двигателях внутреннего сгорания. Примерная элементная структура средней сырой нефти состоит из 84% углерода, 14% водорода, 1–3% серы и менее 1% азота, атомов кислорода, металлов и солей. Сырая нефть состоит из широкого спектра углеводородных соединений, состоящих из алканов, алкенов, нафтенов и ароматических углеводородов.Это очень маленькие молекулярные структуры, такие как пропан (C ₃ H ₈ ) и бутан (C ₄ H ₁₀ ), но они также могут состоять из смесей различных структур с очень большими молекулами, таких как тяжелые нефти и асфальт. Следовательно, для использования в двигателях внутреннего сгорания сырую нефть необходимо перегонять. В результате тепловой перегонки сырой нефти получаются нефтепродукты, такие как нефтяные газы, топливо для реактивных двигателей, керосин, бензин, дизельное топливо, тяжелое топливо, машинные масла и асфальт.В целом перегонка сырой нефти привела к получению в среднем 30% бензина, 20–40% дизельного топлива и 20% мазута, а тяжелых масел было получено от 10 до 20% [2, 5].

При перегонке сырой нефти получается бензин при температуре от 40 до 200 ° C, а дизельное топливо — при температуре от 200 до 425 ° C. Чтобы использовать эти виды топлива в двигателях, необходимо учитывать некоторые важные физические и химические свойства, такие как удельный вес топлива, структурный компонент, тепловая ценность, точка вспышки и температура сгорания, температура самовоспламенения, давление пара, вязкость топлива, поверхностное натяжение, температура замерзания и хладотекучесть.Удельная масса, плотность топлива уменьшается с увеличением содержания водорода в молекуле. Плотность бензина и дизельного топлива обычно указывается в кг / м ³ при 20 ° C. Номер Американского института нефти (API) — это международная система измерения, которая классифицирует сырую нефть по ее вязкости в соответствии с американскими стандартами. Удельный вес можно определить как отношение веса данного объема данного вещества при 15,15 ° C (60 ° F) к весу воды при том же объеме и температуре.Соотношение между числом API и удельным весом выражается следующим образом [1, 2, 5]:

Удельный вес 15,15 ℃ / 15,15 ℃ = ρобр15,15 ℃ ρводы15,15 ℃ E1

API = 141,5 Удельный вес 15,15 ℃ /15.15℃−131.5E2

В соответствии с номером API сырая нефть делится на три группы: тяжелая, средняя и легкая, и по мере увеличения количества API сырая нефть становится тоньше. Степень API дизельного топлива варьируется от 25 до 45. Вязкость, цвет, основной компонент и определение сырой нефти в соответствии с классом API приведены в Таблице 1 [1, 5].

Dark Visc

Классификация сырой нефти по классу API [5].

В то время как плотность бензина составляет ρ = 700–800 кг / м ³ , она изменяется в пределах ρ = 830–950 кг / м ³ для дизельного топлива. В то время как содержание углерода в алкановом и нафтеновом топливе составляет 86%, для ароматических углеводородов оно составляет около 89%. Помимо атомов углерода и водорода, в бензине и дизельном топливе можно найти серу, асфальт и воду. В частности, сера может вызвать коррозию деталей двигателя, а продукты сгорания серы негативно влияют на окружающую среду.Асфальт прилипает к клапану на поверхностях поршня и вызывает износ. Вода вызывает коррозию и снижает тепловую ценность топлива. Это нежелательные компоненты топлива. Тепловые значения жидкого топлива даны в единицах массы энергии (кДж / кг или ккал / кг), а тепловые значения газовых топлив — в единицах энергии (кДж / л, кДж / м ³ или ккал / м ³ ). Тепловая ценность топлива выражается двумя способами: более низкая и более высокая теплотворная способность. Если в конце измерения вода в топливе находится в парообразном состоянии, это дает более низкую тепловую ценность этого топлива.Когда вода в топливе конденсируется в конце измерения, она передает системе тепло испарения, а измеренное значение дает более высокую теплотворную способность топлива. В результате однофазный пар получается в капсуле калориметра в результате измерения теплового значения, так что измеряется более низкая теплотворная способность. Двойная фаза (фаза жидкость-пар) получается так, что измеряется более высокая теплотворная способность. Когда температура топливовоздушной смеси достаточно высока, топливо начинает воспламеняться само без внешнего воспламенения.Эта температура называется температурой самовоспламенения (SIT) топлива, а время задержки сгорания топлива — задержкой воспламенения (ID). Термины SIT и ID являются важными характеристиками моторных топлив. Значения SIT и ID меняются в зависимости от таких переменных, как температура, давление, плотность, турбулентность, вращение, соотношение воздух-топливо и наличие инертных газов. Самовоспламенение — основное правило процесса сгорания в дизельных двигателях. Желательно, чтобы значение SIT было высоким для бензиновых двигателей и низким для дизельных двигателей.Температура самовоспламенения бензина составляет 550 ° С и выше [1, 2, 4].

В зависимости от типа бензинового или дизельного двигателя требуемые свойства топлива различаются. Наиболее важными свойствами бензиновых топлив являются такие свойства, как летучесть и детонационная стойкость, тогда как дизельные топлива должны обладать такими важными топливными свойствами, как вязкость, поверхностное натяжение и склонность к воспламенению. В бензиновом топливе летучесть и детонационная стойкость являются одними из наиболее важных параметров, влияющих на работу двигателя.Летучесть бензинового топлива влияет на скорость и количество испарения топлива во впускном канале и в цилиндре. Низкая летучесть топлива влияет на формирование достаточного количества воздушно-топливной смеси, но когда она очень летучая, она может препятствовать потоку топлива, создавая пузырьки пара во всасывающем канале при локальном повышении температуры. Когда фронт пламени продвигается во время сгорания, с увеличением температуры и давления внутри цилиндра, он сжимает воздух-топливо, которого фронт пламени еще не может достичь.Таким образом, топливо может составлять еще один фронт горения из-за того, что топливо самопроизвольно достигает температуры воспламенения из-за тепла и излучения. Скорость горения фронтов пламени в этих различных точках может составлять 300–350 м / с, а давление в цилиндрах может возвратно-поступательно достигать 9–12 МПа. При таких высоких значениях скорости и давления фронты пламени гасятся, ударяясь друг о друга или о стенки камеры сгорания. Это демпфирование не только вызывает потерю энергии, но и увеличивает локальную теплопроводность.В результате этого ухудшаются характеристики двигателя. В бензиновых двигателях это явление называется детонацией и является нежелательной ситуацией. Химическая структура топлива существенно влияет на температуру самовоспламенения. Октановое число (ON) определяется как свойство топлива к детонационной стойкости или как хорошо воспламеняется само топливо. Октановое число обратно пропорционально длине цепи молекул топлива. Чем короче длина молекулярной цепи топлива, тем выше октановое число.Однако октановое число прямо пропорционально компоненту с разветвленной боковой цепью. Чем выше разветвленность в цепи молекулы, тем выше октановое число топлива. Другими словами, это вызывает более высокую детонационную стойкость топлива. Как правило, увеличение количества атомов углерода в составе топлива обеспечивает более высокую ударопрочность. Однако октановое число циклических молекул, нафтенов, спиртов и ароматических углеводородов высокое. Для масштабирования октанового числа бензина берутся две реперные точки, которые представляют точки 0–100.Октановое число нормального гептана (C ₇ H ₁₆ ) принято равным 0, а октановое число изооктана (C ₈ H ₁₈ ) принято равным 100. Причина этих двух видов топлива в качестве ориентира можно указать, что оба топливных соединения имеют почти одинаковые значения летучести и температуры кипения. Причина, по которой эти два топлива являются отправной точкой, заключается в том, что оба топливных соединения имеют почти одинаковые значения летучести и температуры кипения. Также доступны такие виды топлива, как спирты и бензолы с октановым числом выше, чем наивысшее октановое число этого показателя.В бензиновых двигателях используются присадки для повышения детонационной стойкости топлива и предотвращения детонации. Два наиболее часто используемых метода определения октанового числа топлива — это метод двигателя и метод исследования. Октановые числа, определенные этими методами, дают значения моторного октанового числа (MON) и исследовательского октанового числа (RON), соответственно. В таблице 2 приведены условия испытаний для определения октанового числа топлива [1, 2, 4, 5].

Класс по API	Определение	Вязкость	Цвет	Состав
0–22,3 °		Heavy	Heavy	22,3–31,3 °	Средний	Средний	Коричневый	Дизель + бензин
31,3–47 °	Легкий	Жидкость	Светло-желтый	Таблица 9
Бензин

детонации

Свойства	RON	MON
Частота вращения двигателя (об / мин)	600	900
Температура всасываемого воздуха (125 ° C)	)	149 (300 ° F)
Температура охлаждающей воды (° C)	100 (212 ° F)	100
Температура масла (° C)	57 (135 ° F)	57
Время зажигания	13 ° KMA (до ВМТ)	13–19 ° KMA (до ВМТ)
Диапазон гвоздей свечи зажигания	0.508 (0,020 дюйма)	0,508
Давление всасываемого воздуха	Атмосферное давление
Соотношение воздух-топливо	Отрегулировано для максимальной детонации
Степень сжатия	Отрегулировано для достижения стандартной

Таблица 2.

Условия испытаний для измерения октанового числа [4].

Поскольку температура воздуха на входе при использовании метода MON выше, чем при использовании метода RON, температура дожигания достигает более высоких значений.Таким образом, топливо самовозгорается и стучит. Следовательно, октановое число, полученное методом MON, ниже, чем октановое число, полученное методом RON, потому что он работает при более низких степенях сжатия в методе MON. Разница в значениях между этими двумя методами определения октанового числа называется чувствительностью к топливу (FS). Когда число чувствительности к топливу составляет от 0 до 10, указывается, что детонационная характеристика топлива не зависит от геометрии двигателя, а если она выше этих значений, детонационная характеристика топлива в значительной степени зависит от сгорания. геометрия камеры двигателя.YD рассчитывается как в формуле. (3):

FS = RON − MONE3

Геометрия камеры сгорания, турбулентность, температура и инертные газы — это параметры, которые влияют на октановое число. Октановое число сильно зависит от скорости пламени в воздушно-топливной смеси. По мере увеличения скорости пламени воздушно-топливная смесь выше температуры самовоспламенения немедленно горит во время задержки воспламенения. Таким образом, существует прямая корреляция между скоростью пламени и октановым числом, поскольку скорость пламени позволяет топливу вытекать без детонации.Спирты имеют высокую скорость пламени, поэтому их октановое число высокое. Период ID не зависит от физических свойств топлива, таких как плотность и вязкость в горячем двигателе в установившемся режиме. Это сильно зависит от компонентов химического состава топлива. Поэтому для увеличения октанового числа топлива добавляют такие добавки, как спирты или органические соединения марганца [4, 5]. Можно работать с более высокими степенями сжатия, увеличив октановое число топлива. Таким образом, высокая степень сжатия увеличивает мощность двигателя и обеспечивает экономию топлива [10].

Дизельное топливо делится на две основные категории: легкое дизельное топливо и тяжелое дизельное топливо. Химическая формула легкого дизельного топлива составляет примерно C _12,3 H _22,2 , в то время как тяжелое дизельное топливо рассматривается как C _14,06 H _24,8 . Молярная масса легкого и тяжелого дизеля составляет приблизительно 170 и 200 г / моль соответственно. Вязкость, поверхностное натяжение и склонность топлива к воспламенению являются важными параметрами свойств дизельного топлива. Легкое дизельное топливо имеет более низкую вязкость и требует меньшего количества прокачки.Так как низкая вязкость также снижает поверхностное натяжение топлива, топливо имеет меньший диаметр капель во время распыления. В отличие от бензиновых двигателей в дизельных двигателях желательно иметь высокую склонность к воспламенению, поскольку сгорание в дизельных двигателях основано на самовозгорании топливовоздушной смеси. На этом этапе цетановое число, которое является мерой воспламеняемости топлива, становится характеристикой топлива. Другими словами, это величина, которая количественно определяет период задержки зажигания.Гексадекан (C ₁₆ H ₃₄ ), топливо с прямой цепью алкановой группы, считается наивысшей точкой отсчета цетанового числа, которое является мерой склонности к воспламенению. Другой контрольной точкой является цетановое число 15 для гептаметилнонана (HMN) C ₁₂ H ₃₄ , или самая низкая контрольная точка была принята за ноль как значение цетанового числа для альфа-метилнафталина C ₁₁ H ₁₀ топлива. Прежде всего, топливо с неизвестным цетановым числом перерабатывается в двигателе с регулируемой степенью сжатия.Затем проводится испытание двигателя до той степени сжатия, при которой начинается первый детонация, для определения степени сжатия топлива. Затем смесь этих двух эталонных топлив в различных соотношениях испытывается при заданной степени сжатия, и эталонные топлива смешиваются до тех пор, пока не начнется детонация. Процентное содержание гексадекана в момент детонации в топливной смеси гептаметилнонана или альфа-метилнафталина дает нам цетановое число измеренного топлива. Было разработано несколько эмпирических уравнений с использованием физических свойств топлива, поскольку испытания двигателя очень трудоемки и дороги при определении цетанового числа.Эти методы, которые измеряют склонность топлива к воспламенению, называются цетановым индексом, анилиновой точкой или дизельным индексом. Анилин — это ароматическое соединение, которое очень легко смешивается с соединениями своей группы даже при низких температурах, тогда как с алканами (парафинами) сложнее образовывать смеси. Следовательно, гексадекан (C ₁₆ H ₃₄ ), который является алкановой группой и имеет высокую склонность к воспламенению, имеет высокую температуру смешения с анилином. Смесь образца топлива с таким же количеством анилина нагревают для определения дизельного индекса.Затем весь анилин растворяется в топливе. После этого смесь охлаждают, чтобы анилин отделился от топлива. Эта температура, при которой анилин отделяется от топлива, называется анилиновой точкой. Индекс дизельного топлива рассчитывается с анилиновой точкой и классом API, указанными в формуле. (4):

Индекс дизельного топлива = точка анилина ° F × APIat60 ° F100E4

Чем выше значение индекса дизельного топлива, тем больше в топливе алкана (в парафиновой структуре) и у него более высокая склонность к воспламенению.Повышенная летучесть дизельного топлива вызывает ускорение испарения топлива и снижение вязкости. Это обычно нежелательно, поскольку топливо вызывает снижение цетанового числа [1, 2, 4].

Некоторые виды топлива, обычно используемые в двигателях, представлены в Таблице 3. Некоторые важные свойства топлива, такие как замкнутые формулы, молярная масса, более низкая и более высокая теплотворная способность, стехиометрические отношения воздух / топливо и топливо / воздух, температура испарения. указаны моторное октановое число (MON), октановое число по исследовательскому методу (RON) и цетановое число.

8204 C 900 H ₁₅ 0,069

Топливо	Замкнутая формула	Молярная масса	Теплотворная способность		Стехиометрическая температура		кл.
			HHV (кДж / кг)	LHV (кДж / кг)	(A / F) s	(F / A) s		MON	RON
Бензин	111	47,300	43,000	14.6	0,068	80–91	92–99	307	—
Легкое дизельное топливо	C 12,3 H 22,2	170	44,800 42,500	—	—	270	40–55
Тяжелое дизельное топливо	C 14,6 H 24,8	200	43,800	41,400 14205	.5	0,069	—	—	230	35–50
Изооктан	C 8 H 18	114	47,810		100	100	290	—
Гептан	C 7 H 16	100	48,070	44,560	15,2	0.066	0	0	316	—
Цетан	C 16 H 34	226	47,280	43,980	15204 9020 0,04			292	100
Гептаметилнонан	C 12 H 34	178	—	—	15	0,063	—	Альфа-метилнафталин	C 11 H 10	142	—	—	13.1	0,076	—	—	—	0
Изодекан	C 10 H 22	142	47,590			44205	47,590		44,200	113	—	—

Таблица 3.

Обычные топлива и их свойства [4].

Цетановый индекс можно рассчитать по формуле. (5) что показано перегонкой топлива.Он рассчитывается на основе температур и плотности испарившегося топлива при объемных соотношениях 10, 50 и 90% путем перегонки топлива:

SI = 45,2 + 0,0892T10-215 + 0,131T50-260 + 0,523T90-310 + 0.901BT50−260−0.420BT90−310 + 0.00049T10−2152−0.00049T90−3102 + 107B + 60B2E5

Значения T ₁₀ , T ₅₀ и T ₉₀ — это температуры, при которых топливо испаряется в объемных соотношениях 10, 50 и 90% соответственно. B = −exp [−3500 ( ρ — 850)] — 1, где ρ = плотность в кг / м ³ при 15 ° C.Эта формула относится к количеству цетана, если в топливо не добавлены повышающие цетановое число присадки. В противном случае цетановое число легированного топлива можно измерить с помощью экспериментальных испытаний двигателя. Другой метод, используемый для расчета цетанового индекса, — это эмпирическое уравнение, приведенное в формуле. (6), которая рассчитывается с использованием некоторых физических свойств топлива [5]:

SI = −420,34 + 0,016G2 + 0,192Glog10Tgn + 65.01log10Tgn2−0,0001809Tgn2E6

, где G = (141,5 / S _г ) −131.5 — степень топлива по API. S _g и T _gn — относительная температура кипения в ° F и относительная плотность, соответственно.

Полуэмпирическое выражение, которое прогнозирует продолжительность ID на основе цетанового числа и других рабочих параметров, выглядит следующим образом:

ID = 0,36 + 0,22UpexpEA1 / RuTemεk − 1−1 / 17.19021.2 / Pemεk − 12.40.63E7

ID (° CA) — время в угле поворота коленчатого вала, EA = (618,840) / (цетановое число + 25) энергия активации, Ru = 8.314 кДж / кмоль K универсальная газовая постоянная, T _em и P _em температура в начале времени сжатия, соответственно, (K) и давление (бар), ε = степень сжатия и k = cp / cv = 1,4 — значения, используемые при анализе стандартного цикла воздуха. ID рассчитывается по формуле, приведенной в формуле. (8). Оно выражается в миллисекундах для двигателя при n об / мин [4]: ​​

IDms = DºCA / 0,006nE8

Низкое цетановое число дизельных двигателей приводит к увеличению времени ID, что, в свою очередь, сокращает время, необходимое для сгорания и CA.Увеличение времени TG приводит к накоплению большего количества топлива в камере сгорания, чем требуется. Таким образом, этот избыток топлива вызывает внезапное повышение высокого давления в начале сгорания. Это резкое повышение давления вызывает механические напряжения и тяжелую работу двигателя, известную как детонация дизельного двигателя [2, 4].

Вкратце, цетановое число и октановое число относятся к самовозгоранию топлива. Более высокое цетановое число указывает на то, что дизельное топливо быстро и быстро сгорает.Высокое октановое число определяет устойчивость бензина к внезапному возгоранию. Обычно, если цетановое число высокое, октановое число низкое. Между этими двумя свойствами существует обратная зависимость, поэтому цетановое число низкое, если октановое число высокое [5].

4. Природный газ и сжиженный нефтяной газ (LPG)

Природный газ — это газовая смесь, содержащая метан, этан, пропан, пентан и гексан в более легких количествах, чем воздух, без цвета, запаха и вкуса. Однако он содержит небольшое количество (0–0.5% по объему) диоксида углерода, азота, гелия и газообразного сероводорода. Как правило, этот газовый состав содержит около 70–90% метана, 0–20% этана и немного меньше пропана, чем этан. Природный газ, используемый на рынке, очищается и отделяется от других газов и используется как почти чистый метан (CH ₄ ) [5]. Природный газ можно хранить в виде сжатого природного газа (КПГ) при высоком давлении, например 16–25 МПа, или сжиженного природного газа при низких давлениях, например 70–210 кПа, и при очень низких температурах, например, -160 ° C.С помощью этих методов можно хранить природный газ и обычно использовать его в качестве сжатого природного газа (КПГ) в двигателях внутреннего сгорания с системой одноточечного распыления. Система одноточечного распыления позволяет наиболее эффективно использовать природный газ, поскольку обеспечивает более длительное время перемешивания, чем требуется для природного газа [4]. В таблице 4 показаны соединения, образующие природный газ, и точки кипения.

Состав	Точка кипения (° C)	Состав	Точка кипения (° C)
Метан	−161.6	Изопентан	28
Этан	−88,6	н-пентан	36,1
Пропан	−42,1	Гексан				Гексан	Гептан	98,4
н-Бутан	−0,5

Таблица 4.

Соединения и точки кипения в природном газе [5].

Существуют двухтопливные дизельные двигатели, в которых природный газ и дизельное топливо работают вместе.Природный газ подается в камеру сгорания примерно со скоростью звука. Это приводит к высокой турбулентности и высокой скорости пламени. Природный газ имеет более низкие температуры сгорания, чем дизельное топливо, и при более позднем распылении температура в камере сгорания может быть дополнительно снижена. Снижение температуры камеры сгорания значительно снижает образование NO _x . Однако низкое содержание углерода в природном газе приводит к меньшим выбросам CO ₂ и гораздо меньшему количеству твердых частиц [4].

Газовые двигатели на самосвале, преобразующие метан в энергию, являются одним из наиболее распространенных применений природного газа. Газы, образующиеся на свалках, обычно содержат от 45 до 65% метана. Помимо метана, эти свалочные газы содержат сильно загрязняющие газы различного качества, такие как фтор, хлор, кремний и твердые частицы. В двигателях должны использоваться специальные материалы для поршней и клапанов, особенно из-за коррозионного и абразивного воздействия этих газов. Тепловая ценность природного газа составляет 33.4 и 40,9 МДж / м ³ . CO ₂ , H ₂ O и 891 кДж энергии получают, когда 1 моль газообразного метана полностью сгорает. Уравнение горения 1 моля метана описано в уравнении. (9) следующим образом:

Ch5g + 2O2g → CO2g + 2h3Ol + 891kJE9

Высокая скорость пламени и октановое число 120 природного газа позволяют природному газу работать с высокими степенями сжатия. Это гарантирует, что природный газ является хорошим топливом для бензиновых двигателей. Кроме того, у природного газа низкие выбросы выхлопных газов.Кроме того, наиболее важным преимуществом топлива из природного газа является то, что природный газ можно добывать из такого источника, как уголь, запасы которого по всему миру огромны. Однако, поскольку низкоэнергетическая емкость природного газа находится в форме газа, его низкий объемный КПД приводит к снижению производительности двигателя. Недостатки этого топлива в том, что для природного газа необходимы резервуары для хранения топлива под высоким давлением; дозаправка требует времени и имеет переменные компоненты топлива в составе природного газа [4].В таблице 5 представлены свойства природного газа и его сравнение с другими видами топлива в виде тепловых значений.

Свойства	Природный газ	Виды топлива	Теплотворная способность (ккал / кг)
Объем по составу (%)	95–98	дизельное топливо масло	10,200
Молярный вес (кг / моль)	16,04	1 кг нет: шесть жидкое топливо	9200
Плотность (кг / м 3 )	0.82	1 кг СУГ	11000
Тепловая ценность (МДж / м 3 )	36,14	1 кг импортный бурый уголь	4700/6500
Максимальная скорость пламени (м / с)	0,39	1 м 3 природный газ	8250

Таблица 5.

Свойства природного газа и его сравнение с другими видами топлива [11].

СНГ, сжиженный нефтяной газ, производится как побочный продукт в процессах производства природного газа или при перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах.Как правило, он содержит 90% пропана, 2,5% бутана и небольшое количество этана и пропилена с тяжелыми углеводородами. Эти газовые соотношения пропана и бутана в СНГ могут варьироваться в зависимости от регионов и областей использования [5]. В последние годы смеси пропана и бутана в различных соотношениях (80% пропана / 20% бутана, 70% пропана / 30% бутана, 50% пропана / 0% бутана) были испытаны в качестве топлива для транспортных средств. Сжиженный нефтяной газ, используемый в Турции, состоял на 30% из пропана и на 70% из бутана. LPG является наиболее предпочтительным видом топлива после бензина и дизельного топлива, поскольку LPG намного легче хранить и транспортировать, чем природный газ [1, 4].

СУГ — это нетоксичный и легко воспламеняющийся газ без цвета, запаха и запаха. LPG представляет собой смесь газа пропана и бутана, который является газом при нормальном давлении и температуре. Однако СНГ — это жидкость при умеренном давлении. Кроме того, он в два раза тяжелее воздуха и вдвое тяжелее воды. Таким образом, в случае протечки сжиженный нефтяной газ течет на пол. LPG в жидком состоянии расширяется примерно в 273 раза по сравнению с объемом жидкости. Это называется внезапным расширением и охлаждением резкого перепада температуры с очень быстрым испарением жидкого топлива, когда оно переходит в газообразное состояние.Так как это может вызвать холодные ожоги, нельзя прикасаться к газу голыми руками. Хотя сжиженный нефтяной газ — некоррозионный газ, он может плавить краску и масло, а также раздувать материалы из натурального каучука, что приводит к потере их свойств. Поэтому использование материалов, совместимых со сжиженным нефтяным газом, в автогазовых системах, работающих на сжиженном нефтяном газе, очень важно для безопасности [1, 5]. Система LPG широко используется в бензиновых автомобилях. В связи с этим сравнение физических и химических свойств газов пропана и бутана, которые являются компонентами СНГ и бензинового топлива, приведено в таблице 6.

Таблица

Свойства СУГ и бензина [1].

Стоит ли покупать машину, работающую на бензине или дизеле?

Тип топлива, которое использует автомобиль, является одним из основных факторов, которые следует учитывать при покупке автомобиля.У каждого есть свои плюсы и минусы, которые следует тщательно проанализировать, прежде чем покупать подходящую модель или вариант для вашего образа жизни. Ниже приводится подробное сравнение, если вам следует купить автомобиль, работающий на бензиновом или дизельном двигателе.

На протяжении большей части этого обзора мы рассмотрим различные аспекты каждого двигателя, особенно его стоимость владения, обслуживания, эффективности и производительности. Поскольку некоторые модели автомобилей предлагают как бензиновые, так и дизельные варианты, это руководство может помочь вам решить, какой агрегат подойдет для повседневного вождения.

Разница между бензином и дизельным топливом

© ezibaco.vacau.com

Теоретически дизельный и бензиновый двигатели схожи, поскольку оба являются двигателями внутреннего сгорания , которые преобразуют химическую энергию топлива в механическую энергию. Когда сжигаются оба вида топлива, выделяемая ими энергия перемещает поршни вверх и вниз внутри цилиндров. Это поступательное движение затем преобразуется во вращательное движение через коленчатый вал и поворачивает колеса автомобиля вперед.

Однако основное отличие заключается в процессе впрыска, когда в большинстве двигателей используется карбюратор или впрыск через порт.Дизельные варианты используют прямой впрыск топлива, в то время как большинство автомобилей с бензиновым двигателем используют более окольный маршрут.

Преимущества дизельного двигателя

© www.sgpetch.co.uk

Сегодняшние автомобили с дизельным двигателем более экономичны, чем их бензиновые аналоги, примерно на 25–30 процентов. В качестве топлива дизельное топливо (даже самое премиальное) примерно на 20 процентов дешевле, чем самое дешевое неэтилированное топливо.

Многие современные модели внедорожников и пикапов на Филиппинах имеют дизельные двигатели с непосредственным впрыском Common Rail и турбонаддувом.Это, в свою очередь, предлагает гораздо больший крутящий момент и мощность по сравнению с бензиновыми силовыми агрегатами. Это усовершенствование позволяет автомобилям, работающим на дизельном топливе, иметь легко доступную мощность при низких оборотах, что объясняет его топливную экономичность и простоту вождения.

Недостатки дизельного двигателя

© www.carbuyer.co.uk

Несмотря на то, что автомобильная промышленность более активно переходит на дизельное топливо, у нее также есть свои подводные камни. Во-первых, он издает много шума, хотя в последние годы производитель сделал его тише.Дизельные двигатели (особенно CRDi) также очень чувствительны к низкому качеству топлива. Заливка грязной партии дизельного топлива может серьезно повредить его топливную систему и стоить вам больших затрат на ремонт.

Дизельные двигатели также нуждаются в присадках и специальных смазочных материалах для поддержания нормальной работы , поскольку в стране низкое качество дизельного топлива. Кроме того, стоимость обслуживания бензиновых двигателей составляет треть от стоимости обслуживания дизельного двигателя.

Что касается выбросов, современные дизельные двигатели чище, чем когда-либо прежде, благодаря таким требованиям соответствия, как Euro 4 и 5.Имея это в виду, опыт вождения, который вы получите от сегодняшних автомобилей с дизельным двигателем, практически идентичен тому, который вы получите от варианта с газовым двигателем.

Преимущества бензинового двигателя

© www.funnymalaysia.net

Большинство небольших автомобилей работают на бензине, поскольку он дешевле дизельных силовых агрегатов. Возьмем, к примеру, Toyota Innova , один из самых продаваемых автомобилей в стране. Его базовый бензиновый вариант (2,0 Дж M / T) в настоящее время привязан к 832000 песо, а его дизельный вариант (2.5 J M / T) стоит 887000 песо. Это разница в 55 000 песо.

Кроме того, бензиновые двигатели дешевле в обслуживании и ремонте из-за качества топлива. Этот тип топлива также чище с точки зрения углеродного следа, который он оставляет.

Недостатки бензинового двигателя

© www.carsguide.com.au

Классические газовые двигатели (без турбонагнетателя и компрессора) обычно имеют меньший крутящий момент, что означает меньшую тяговую мощность и меньшую топливную экономичность .В среднем автомобили с бензиновым двигателем имеют более короткий срок службы от 120 000 до 150 000 миль, прежде чем они потребуют капитального ремонта; сравните это с 450 000 — 500 000 миль для дизельных трансмиссий. Еще одна проблема для бензина — его более высокая цена, которая в долгосрочной перспективе может легко свести на нет экономию, которую вы сэкономили, не покупая дизельную модель.

Сравнение стоимости бензина и дизельного топлива

© www.afroautos.com

В этом разделе мы проведем более глубокое сравнение цен, связанных с владением дизельным или бензиновым двигателем с Toyota Innova 2.0 литровый бензин и 2,5 литра дизельное топливо являются нашим примером. Однако учтите, что другие модели могут дать другой результат и другой вывод.

По данным Toyota, 2,5-литровый дизельный вариант Innova развивает мощность 100 лошадиных сил при 3600 об / мин и 200 Нм крутящего момента при 1400–3200 об / мин, а 2,0-литровый бензиновый вариант выдает 134 лошадиных силы при 5600 об / мин и 184 Нм. крутящего момента при 4000 об / мин.

Стоимость топлива в течение первых трех лет

© pinasacademy.com

В среднем автомобиль проезжает более 48 000 километров за первые три года.Дизельный вариант Innova имеет экономию топлива 12 км / л, а бензиновый — 9 км / л, как в городских условиях движения. Цена на дизельное топливо сегодня колеблется от 27,43 до 38,05 песо за литр в Метро Манила, а цена на бензин составляет от 37,52 до 50,22 песо за литр.

Если предположить среднюю цену P30 для дизельного топлива и P40 для бензина за эти три года, умноженную на средний пробег автомобиля (деленный на топливную экономичность каждого двигателя), получим трехлетние расходы на топливо в размере 120 000 песо за дизель и P213,333 для бензина.Это разница в 93 333 песо, поскольку дизельное топливо более экономично.

Стоимость при перепродаже

Для определения стоимости при перепродаже мы просмотрели базу данных Кармуди и отыскали Toyota Innova трехлетней давности и старше, которая сейчас продается. Поиск показал, что базовый вариант с дизельным двигателем может стоить в среднем 650 000 песо, а вариант с базовым бензином стоит около 550 000 песо. Однако эта цифра все равно будет зависеть от общего состояния устройства и выполненной настройки.Однако вы можете ясно заметить, что существует расхождение в размере 100 000 песо в стоимости при перепродаже двух вариантов топлива.

Заключение

В целом, у обоих двигателей есть свои сильные и слабые стороны. Как правило, если вы собираетесь использовать свой автомобиль для длительных пробегов, выбирайте для дизельного топлива, поскольку он оказывается более эффективным по стоимости топлива и имеет более высокую стоимость при перепродаже. Однако учтите, что в случае повреждения ремонт двигателя может легко оставить дыру в вашем кармане.

Если вы планируете сменить автомобиль в краткосрочной перспективе, выбирайте бензиновый вариант, так как его дешевле владеть и обслуживать.Если вы также стремитесь к скорости на шоссе, газ — лучший вариант.

Обновлено Уилбертом Таном 11 июля 2020 г.

Frontiers | Преимущества и недостатки дизельных одно- и двухтопливных двигателей

Введение

Обедненная смесь с воспламенением от сжатия (CI) и прямым впрыском (DI) является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010). Он производит выбросы оксидов азота и твердых частиц (ТЧ) из двигателя, которые нуждаются в последующей обработке, чтобы соответствовать чрезвычайно низким пределам, установленным для транспортных средств (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007), несмотря на то, что качество воздуха невысокое. не только под влиянием транспортных выбросов, но и из многих других источников.Одних только стратегий сжигания (Khair and Majewski, 2006) было недостаточно для достижения порогового значения выбросов, и требовались специальные катализаторы сжигания обедненной смеси, особенно для NOx, в дополнение к фильтрам твердых частиц в выхлопных газах. Несмотря на свой экономический успех, дизельные двигатели столкнулись с ужесточением законодательства по выбросам во всем мире (Knecht, 2008; Zhao, 2009) ценой постепенного отказа от технологии, нацеленной на нереалистичные минимальные дополнительные улучшения.

У дизеля есть как все плюсы, так и минусы.Его эффективность преобразования топлива при полной и частичной нагрузке превышает эффективность стехиометрических ДВС с искровым зажиганием (SI), как с прямым впрыском, так и с впрыском топлива (PFI). CIDI ICE имеют пиковый КПД около 50% и КПД выше 40% на большинстве скоростей и нагрузок. Напротив, у SI ICE пиковый КПД составляет около 30%, и этот КПД резко снижается за счет снижения нагрузки. CI ICE поставляют механическую энергию по запросу с эффективностью преобразования топлива, которая также выше, чем эффективность электростанций на сжигании топлива, производящих электричество.По данным EIA (2018), в 2017 году в США угольные парогенераторы работали со средней эффективностью 33,98%. Парогенераторы на нефтяном и природном газе работают примерно с одинаковым КПД — 33,45 и 32,96%. Газотурбинные генераторы работают с пониженным КПД на 25,29% для нефти и 30,53% для природного газа. КПД генераторов с двигателями внутреннего сгорания выше, чем у газовых турбин и парогенераторов: 33,12% для нефти и 37,41% для природного газа. Только парогазовые генераторы, не работающие на нефти, имеют КПД 34.78%, но с природным газом, который имеет КПД 44,61%, превосходят генераторы внутреннего сгорания.

При сравнении электрической мобильности двигатели CIDI ICE по-прежнему имеют бесспорные преимущества для транспортных приложений (Boretti, 2018). Однако CIDI ICE страдает от плохой репутации, что ставит под угрозу его потенциал. Дизельные двигатели CIDI ICE в недавнем прошлом не смогли обеспечить удельные выбросы NOx для сертификационных циклов холодного пуска во время прогретых реальных графиков движения, которые сильно отличались от сертификационных циклов (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019).Этот досадный случай был разыграен против CIDI ICE, чтобы создать впечатление, что этот двигатель экологически вреден для выбросов загрязняющих веществ, хотя это не так.

Большие выбросы NOx двигателей CIDI ICE являются результатом большого образования NOx в цилиндрах, работающих в условиях избыточного обедненного воздуха стехиометрии, в сочетании с неправильной работой системы последующей обработки. Катализатор сжигания обедненной смеси в ДВС CIDI менее развит, чем трехкомпонентный каталитический преобразователь (TWC) стехиометрических ДВС SI (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010; Reşitoglu et al., 2015). Кроме того, не учитывалась длительная разминка при эксплуатации (Boretti and Lappas, 2019). Кроме того, некоторые производители, применяющие впрыскивание мочевины в доочистку, решили вводить меньше мочевины, чем необходимо, когда это не строго требуется сертификацией выбросов. Точно так же некоторые производители также сосредоточились на вопросах управляемости и экономии топлива, а не на выбросах, когда их строго не спрашивали, вдали от условий эксплуатации, вызывающих озабоченность при сертификации выбросов. Таким образом, несоблюдение требований по выбросам NOx в случайно выбранных условиях не было фундаментальным недостатком двигателей CIDI ICE в целом, а только конкретных продуктов, разработанных с учетом нормативов выбросов и требований рынка в конкретное время.Противники двигателей CIDI ICE не считают, что эти двигатели оснащены уловителями твердых частиц с почти идеальной эффективностью, и циркуляция автомобилей, оснащенных этими двигателями, в сильно загрязненных районах приводит к лучшим условиям для выхлопной трубы, чем условия впуска, для твердых частиц, что способствует для очистки воздуха.

Настоящая статья представляет собой объективный обзор плюсов и минусов экономичного сжигания, CIDI ICE, которые намного лучше, чем предполагалось. Поскольку ДВС, безусловно, потребуется в ближайшие десятилетия, дальнейшие улучшения сжигания обедненной смеси CIDI ICE будут полезны для экономики и окружающей среды.Помимо дизельных двигателей CIDI ICE, в этой работе также рассматриваются двухтопливные двигатели, работающие на дизельном СПГ (Goudie et al., 2004; Osorio-Tejada et al., 2015; Laughlin and Burnham, 2016), дизель-CNG (Maji et al. , 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизель-СНГ (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015). Работа с небольшим количеством дизельного топлива и гораздо большим (с точки зрения энергии) количеством гораздо более легкого углеводородного топлива с пониженным содержанием углерода до водорода позволяет еще больше снизить выбросы ТЧ из двигателя вне двигателя, а также CO _{. 2} выбросов и освобождение от компромисса PM-NOx, влияющего на стратегии впрыска только дизельного топлива, также снижает выбросы NOx из двигателя.Также рассмотрены тенденции развития двухтопливных двигателей CIDI ICE.

Использование биодизеля для производства низкоуглеродного дизельного топлива с использованием однотопливного подхода, безусловно, является еще одним вариантом сокращения выбросов CO ₂ . Хотя эта возможность не влияет на выбросы загрязняющих веществ, производство биотоплива в целом растет, но не ожидаемыми темпами (IEA, 2019), и вопрос о соотношении продуктов питания и топлива (Ayre, 2007; Kingsbury, 2007; Inderwildi and King, 2009) также может иметь негативный вес в мире с прогнозируемым неизбежным водным и продовольственным кризисом (United Nations, 2019).Кроме того, преимущества биотоплива перед LCA являются давними и противоречивыми дискуссиями в литературе (McKone et al., 2011).

Существует возможность выбросов метана от двухтопливных дизельных двигателей, работающих на природном газе (Camuzeaux et al., 2015). Поскольку метан является мощным парниковым газом, этот аспект следует должным образом учитывать при сокращении выбросов парниковых газов. Существует не только возможность утечки метана из транспортных средств, оснащенных двухтопливными дизельными двигателями, работающими на СПГ. Также существуют выбросы метана при добыче нефти и газа.Помимо выбросов метана при добыче природного газа, существуют выбросы электроэнергии, связанные с эксплуатацией завода по производству СПГ. Хотя СПГ (и КПГ), безусловно, будет иметь преимущества по сравнению с дизельным топливом, это преимущество может быть меньше, чем то, что можно было бы вывести из отношения C-H топлива. Безусловно, существует проблема сокращения выбросов метана, связанных с производством, транспортировкой и сжижением природного газа (Ravikumar, 2018).

Наконец, хотя фумигация природным газом для двухтопливных дизельных двигателей широко используется, поскольку она намного проще и может быть достигнута с помощью низкотехнологичных преобразований, и, таким образом, большинство транспортных средств используют этот подход, дизельные двигатели переведены на дизельное топливо и фумигационный природный газ страдают от значительного снижения эффективности преобразования топлива по сравнению соригинальный дизель, как при полной, так и при частичной нагрузке, с пониженной мощностью и плотностью крутящего момента. Если природный газ смешивается (окуривается) с всасываемым воздухом перед подачей в цилиндр, а дизельное топливо используется в качестве источника воспламенения, количество вводимого природного газа ограничивается возможностью детонации предварительно смешанной смеси. Кроме того, нагрузка обычно регулируется дросселированием впуска, как в обычных бензиновых двигателях, а не количеством впрыскиваемого топлива, как в дизельном двигателе.Поскольку цель состоит в том, чтобы обеспечить равные или лучшие характеристики (мощность, крутящий момент, переходный режим) и выбросы новейшего дизельного топлива с двухтопливной конструкцией, эта двухтопливная конструкция должна предусматривать прямой впрыск дизельного и газообразного топлива.

Происхождение плохой репутации дизеля

Плохая репутация дизеля и двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в целом является результатом действий Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB), а также Агентства по охране окружающей среды США (EPA) (Parker , 2019), а с « Diesel-gate » — всего лишь один шаг.

В те времена водородная экономика была более вероятной моделью будущего для транспорта, лучше, чем любая другая альтернатива, учитывая непостоянство производства энергии ветра и солнца (Crabtree et al., 2004; Muradov and Veziroglu, 2005; Marbán and Valdés- Солис, 2007). Предполагалось, что в автомобилях будут использоваться ДВС, работающие на возобновляемом водороде (H ₂ -ICE), со всем, кроме кардинальных изменений, которые требовались в технологии двигателей, но усилия в основном были направлены на хранение и распространение.Примерно в те же дни была популярна идея экономики метанола, когда метанол, полученный с использованием возобновляемого водорода и CO ₂ , улавливаемого на угольных электростанциях, был прямой заменой традиционного бензинового топлива (Olah, 2004 , 2005). H ₂ -ICE стал историей после того, как CARB рассмотрел BMW Hydrogen 7, первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который был доставлен на рынок и не мог квалифицироваться как автомобиль с нулевым уровнем выбросов (CO ₂ ). В 2005 году BMW предложила автомобиль Hydrogen 7 как автомобиль с нулевым уровнем выбросов.Горящий водород, в выхлопной трубе был в основном водяной пар и абсолютно не выделялся CO ₂ , но Агентство по охране окружающей среды США не согласилось с нулевым уровнем выбросов CO ₂ (Nica, 2016). Агентство по охране окружающей среды США заявило, что у транспортного средства все еще был ДВС, с возможностью того, что масло, используемое для смазки, могло попасть в цилиндр, образуя CO ₂ . Тот факт, что общий расход масла составлял ничтожно малые 0,04 л масла на 1000 км, не учитывался. Из-за неофициальных обсуждений BMW отказалась от исследования водородных ДВС.Все остальные производители оригинального оборудования после этого прекратили свои исследования и разработки.

Что касается негативного отношения CARB и Агентства по охране окружающей среды США к ДВС в целом, в 2011 году BMW предложила в качестве концептуального автомобиля аккумуляторно-электрический i3 с возможностью расширения запаса хода (Ramsbrock et al., 2013; Scott and Burton, 2013). . Расширитель запаса хода представлял собой небольшой бензиновый ДВС, приводивший в действие генератор для подзарядки аккумулятора. Внедрение расширителя диапазона позволило увеличить запас хода автомобиля и снизить стоимость, вес и объем аккумуляторной батареи, что является серьезной проблемой для экономики и окружающей среды.Поскольку производство планируется начать только в 2013 году, CARB сразу же поспешил установить правила, предотвращающие оптимизацию этой концепции, выпустив в 2012 году (CARB, 2012) чрезмерно долгое постановление, предписывающее, что расширитель диапазона должен использоваться только для достижения ближайшей подзарядки. точка. В промежутке между другими требованиями CARB запросил у транспортного средства с расширителем запаса хода номинальную дальность полета не менее 75 миль, дальность действия меньше или равную дальности действия батареи от вспомогательной силовой установки, и, наконец, чтобы Вспомогательная силовая установка не должна включаться, пока не разрядится аккумулятор.В результате всех этих ограничений BMW изо всех сил пыталась сделать расширитель диапазона конкурентоспособным, и в конечном итоге они недавно прекратили производство i3 с расширителем диапазона (Autocar, 2018).

Эти два события помогают объяснить « diesel-gate » 2015 года и последующий « дизельфобия ». Дизельный двигатель был популярен (для легковых автомобилей) в основном в Европе, и ЕС продвигал дизельные автомобили для решения проблем изменения климата. В то время было ясно, что преждевременный переход к электромобильности мог обернуться экономической и экологической катастрофой.Таким образом, концерн Volkswagen стал мишенью скандала « дизельные ворота ». Дизельные ДВС обеспечивали низкие выбросы CO ₂ , конкурируя с аккумуляторными электромобилями при анализе жизненного цикла, при этом выделяя меньше, чем предписано, загрязняющих веществ в ходе испытаний, предписанных в то время. Легковые автомобили тестировались на соответствие правилам выбросов в течение заданного цикла, в лаборатории, в повторяемых условиях с надлежащим оборудованием. Международный совет по чистому транспорту (ICCT) организовал случайную езду по дорогам на различных дизельных транспортных средствах и измерения загрязняющих веществ с помощью PEM.Они обнаружили, что автомобили, оптимизированные для производства низких удельных (на км) выбросов CO ₂ и выбросов загрязняющих веществ в определенных условиях, не смогли обеспечить такие же удельные выбросы при всех других условиях, как это было логично. EPA выпустило уведомление о нарушении в отношении Volkswagen, что привело к огромному штрафу в следующих судебных исках. « Diesel-gate » обошлась VW более чем в 29 миллиардов долларов в виде штрафов, компенсаций и обратных закупок, в основном в США (физ.орг, 2018). Часть миллиарда долларов Volkswagen была направлена ​​на поддержку мобильности электромобилей с аккумуляторными батареями, финансирование инфраструктуры подзарядки электромобилей в Соединенных Штатах отдельными поставщиками (O’Boyle, 2018). Затем « Diesel-gate » был использован для определения конца мобильности на базе ICE (Raftery, 2018; Taylor, 2018).

Предполагаемый избыточный выброс NOx транспортными средствами, оснащенными дизельными ДВС CIDI, которые начинались с « Diesel Gate », по-прежнему популярны, хотя и не соответствуют действительности (Chossière et al., 2018) утверждает, что дизельные автомобили вызвали в 2015 году 2700 преждевременных смертей только в Европе из-за их выбросов NOx «на сверх ». Эта работа не является объективной при анализе выбросов дизельного двигателя. Неверно утверждать, что дизельные автомобили в ЕС выбрасывают на дороге гораздо больше NOx, чем нормативные ограничения. Как было написано ранее, правила выбросов регулируют выбросы загрязняющих веществ в конкретных условиях лабораторных испытаний, а не во всех других возможных условиях.Неразумно ожидать определенной экономии топлива и выбросов регулируемых загрязнителей и углекислого газа, которые не зависят от конкретного испытания. Чтобы иметь выбросы « превышение », сначала необходимо установить предел для конкретного приложения, а затем — показатель «превышение » при определенных условиях. Заявление о преждевременной смертности, вызванной избыточными выбросами NOx от дизельных транспортных средств, основано на завышенной разнице выбросов NOx, предполагая, что выбросы намного хуже, чем фактические, и сравнивая этот выброс с невероятной эталонной ситуацией, близкой к нулю.Заявление также основано на завышении количества смертей в этой разностной эмиссии. Эти два предположения не подтверждаются доказанными данными.

Поскольку более современные дизельные автомобили заменили еще более загрязняющие автомобили, единственное возможное объективное утверждение, которое можно сделать о выбросах старых и новых дизельных автомобилей в Европе, основанное на неоспоримых доказательствах, основано только на правилах рассмотрения жалоб на выбросы время их регистрации. Поскольку правила выбросов стали все более ограничительными, хотя и подтверждено только лабораторными сертификационными испытаниями, как показано в таблице 1, неверно предполагать, что дизельные ДВС CIDI выделяют больше NOx, чем раньше.В то время как дизельные пассажирские автомобили, соответствующие требованиям Euro 6, должны были выделять менее 0,08 г / км NOx при выполнении лабораторных испытаний NEDC, дизельные автомобили, соответствующие стандартам Euro 5–3, в противном случае могли выделять 0,18, 0,25 и 0,50 г / км на тот же тест, и дизельные автомобили, соответствующие стандартам Euro 1 и 2, должны были подтвердить только пороговые значения выбросов 0,7-0,9 и 0,97 г / км в одном и том же тесте. Нет никаких измерений, подтверждающих, что старые дизельные автомобили, соответствующие предыдущим правилам Евро, были более экологически чистыми по всем критериям загрязнения, включая NOx, во время реального вождения, чем новейшие дизельные автомобили.Кроме того, характеристики выбросов обычно ухудшаются с возрастом, а отсутствие технического обслуживания может еще больше усугубить ситуацию. Это утверждает, что Chossière et al. (2018) непоследовательно.

Таблица 1 . Нормы выбросов Евросоюза для легковых автомобилей (категория М) положительного (бензин) и компрессионного (дизельного) исполнения.

Преимущества и недостатки двигателя CIDI с экономным расходом топлива

Основным преимуществом сжигания обедненной смеси, CIDI ICE является эффективность преобразования топлива, которая намного выше, чем у стехиометрических, SI ICE, как при полной нагрузке, так и, более того, при частичной нагрузке (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Чёке, 2010).В то время как у легковых автомобилей с обедненной топливной смесью CIDI ICE на дизельном топливе пиковая эффективность преобразования топлива составляет около 45%, пиковая эффективность легковых автомобилей со стехиометрическими двигателями SI ICE, работающими на бензине, составляет всего около 35%. Снижение нагрузки за счет количества впрыскиваемого топлива, эффективности преобразования топлива при сжигании обедненной смеси, CIDI ICE является высоким в большей части диапазона нагрузок. И наоборот, при уменьшении нагрузки, дросселируя впуск, эффективность преобразования топлива стехиометрического SI ICE резко ухудшается при уменьшении нагрузки.Это дает возможность легковым автомобилям, оборудованным системой сжигания обедненной смеси CIDI ICE, потреблять гораздо меньше топлива и, следовательно, выделять гораздо меньше CO ₂ во время ездовых циклов (Schipper et al., 2002; Zervas et al., 2006; Johnson , 2009; Zhao, 2009; Mollenhauer, Tschöke, 2010; Boretti, 2017, 2018; Boretti, Lappas, 2019).

Бедное сжигание после обработки в целом (дизельные ДВС CIDI изначально работают на обедненной смеси, за исключением случаев экстремального использования рециркуляции выхлопных газов, EGR), однако, гораздо менее эффективны, чем стехиометрическая после обработки преобразователями TWC бензиновых ДВС SI (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007).Следовательно, выбросы регулируемых загрязняющих веществ, в частности NOx, в течение рабочих циклов, которые в значительной степени отклоняются от сертификационных циклов, являются намного более продолжительными и требуют, чтобы двигатель работал в значительной степени полностью прогретым, гораздо больше в ДВС, работающем на обедненной смеси, чем стехиометрические ДВС. Кроме того, двигатели CIDI ICE, работающие на обедненной смеси, содержат твердые частицы, что является обычным недостатком, даже в меньшей степени, двигателей с прямым впрыском, включая SI DI ICE. ТЧ возникают, когда закачиваемая жидкость, еще жидкая, взаимодействует с пламенем, образуя сажу.Сажа образуется в богатых топливом областях камеры сгорания (Hiroyasu and Kadota, 1976; Smith, 1981; Neeft et al., 1997). Постное сжигание, CIDI ICE, таким образом, нуждаются в ловушках для частиц (Neeft et al., 1996; Saracco et al., 2000; Ambrogio et al., 2001; Mohr et al., 2006). Это, однако, также является возможностью, поскольку циркуляция в областях с фоновыми частицами может обеспечить лучшее качество воздуха в выхлопной трубе, чем во впускной. Эти двигатели, как правило, с турбонаддувом, являются более дорогими, что еще больше снижает эффективность двигателей CIDI ICE, работающих на обедненной смеси.Двухтопливная работа с LPG, CNG или LNG не имеет никаких недостатков с точки зрения регулируемых загрязняющих веществ или CO ₂ , а дает только преимущества.

Эффективность преобразования топлива

Без нацеливания на рекуперацию отработанного тепла (WHR) дизельные двигатели CIDI ICE доказали свою способность достигать максимальной эффективности преобразования топлива около 50%, обеспечивая при этом чрезвычайно высокое среднее эффективное давление в тормозах в гонках на выносливость (Boretti and Ordys, 2018). Благодаря высокому давлению, высокой степени распыления, высокой скорости потока и быстродействующим форсункам, несколько стратегий впрыска позволяют контролировать процессы сгорания, происходящие в объеме камеры сгорания, для наилучшего компромисса между работой давления, повышением давления и пиковое давление.

В то время как системы рекуперации отработанного тепла (WHR), безусловно, могут улучшить стационарную эффективность преобразования топлива в дизельных двигателях (Teng et al., 2007, 2011; Teng and Regner, 2009; Park et al., 2011; Wang et al., 2014; Yu et al., 2016; Shi et al., 2018), переходные процессы при холодном пуске — это ахиллова пята традиционных WHR. Кроме того, WHR увеличивают вес, тепловую инерцию, проблемы с упаковкой и сложность. Инновационные концепции WHR, использующие контур охлаждающей жидкости в качестве подогревателя модифицированного « turbo steamer » (Freymann et al., 2008, 2012) без использования двойного контура, требуют значительных исследований и разработок.

Результаты, достигнутые Audi в гонках на выносливость (Audi, 2014) менее чем за десять лет разработок, имеют большое значение. С 2006 по 2008 год Audi использовала двигатель V12 TDI в Audi R10 TDI. Двигатель объемом 5,5 л развивал крутящий момент 1100 Нм. На номинальной скорости очень тихий твин-турбо выдавал около 480 кВт. В 2009 и 2010 годах Audi перешла на V10 TDI в Audi R15 TDI. Он был короче и легче двенадцатицилиндрового.Рабочий объем 5,5 л был распределен на два цилиндра меньше. Двигатель имел примерно 440 кВт и крутящий момент более 1050 Нм. Верхний BMEP превышал 24 бара. Затем, с 2011 по 2013 год, Audi перешла на V6 TDI в Audi R18 TDI, R18 ultra и R18 e-Tron Quattro. Уменьшение объема двигателя позволило довести рабочий объем двигателя до 3,7 л. Легкий и компактный двигатель V6 TDI выдавал более 397 кВт и крутящий момент более 900 Нм. Система Common Rail создавала давление до 2600 бар. Верхний BMEP превышал 30 бар.

Когда основное внимание уделялось экономии топлива, в 2014 году двигатель V6 TDI в Audi R18 e-Tron Quattro был оснащен модернизированным V6 TDI с рабочим объемом 4,0 л. Максимальная мощность составляла 395 кВт, а максимальный крутящий момент превышал 800 Нм. Давление закачки составило более 2800 бар. Расход топлива снизился более чем на 25% по сравнению с 3,7-литровым двигателем. Последняя (2016 год) выходная мощность 4-литрового двигателя составляла 410 кВт, что соответствовало 870 Нм крутящего момента при максимальной скорости 4500 об / мин.Это преобразовалось в BMEP 27,3 бар в рабочей точке максимальной скорости / максимальной мощности. Последние двигатели имели ограниченный расход топлива, так что для системы рекуперации энергии (ERS) 6 МДж для торможения максимальный расход топлива составлял 71,4 кг / ч. Для дизельного топлива 43,4 МДж / кг нижней теплотворной способности (LHV) мощность потока топлива составила 860,8 кВт. Таким образом, максимальная мощность была получена с пиковым КПД торможения η = 0,475, что намного больше, чем максимальный КПД многих серийных высокоскоростных дизельных двигателей, которые могут работать, вплоть до максимального КПД η = 0.45 при более низких оборотах двигателя.

Согласно расчетам, максимальный крутящий момент, а также максимальная эффективность торможения были получены при скоростях <4500 об / мин, что является технологическим пределом диффузионного горения (Boretti and Ordys, 2018). Из-за постоянного времени, необходимого для испарения топлива и смешивания с воздухом, фаза диффузионного сгорания имеет продолжительность в градусах угла поворота коленчатого вала, которая увеличивается с частотой вращения двигателя. Таким образом, на скоростях выше 4500 об / мин продолжительность фазы сгорания обычно становится чрезмерной, и гораздо лучшая мощность получается на более низких скоростях.Максимальный крутящий момент, скорее всего, превышал 916 Нм, что соответствует BMEP 29 бар. Пиковая эффективность преобразования топлива с большой вероятностью приближалась к η = 0,50. Дальнейшее развитие гонок было в пределах легкой досягаемости, в то время как деятельность была остановлена ​​после « diesel-gate ». Более высокое давление впрыска и более совершенный турбонаддув, такой как современный F1 e-turbo, или супер турбонаддув (Boretti and Castelletto, 2018; Boretti and Ordys, 2018), могли бы быть полезны для обычных серийных дизельных двигателей для легковых автомобилей.

Лабораторные испытания выбросов

Прошлая сертификация выбросов, которая проводилась производителями оригинального оборудования (OEM) и не подвергалась независимым испытаниям, содержала неточности в тестах и ​​неадекватность цикла сертификации (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Короткий, сильно стилизованный новый европейский ездовой цикл (NEDC) был чрезвычайно далек от реальных условий вождения, в которых живут европейские пассажиры. Поскольку OEM-производители были вынуждены более двух десятилетий сосредоточить свои RandD на производстве двигателей, соответствующих требованиям и экономичных в течение этого цикла, из-за ухудшения состояния из-за холодного запуска, другие возможные применения не регулировались и оставались на усмотрение OEM.Неточности (и осторожность) в способе проведения испытаний привели к множеству несоответствий, начиная с большого разброса выбросов углекислого газа (CO ₂ ) для потребления теоретически одного и того же литра топлива (Boretti and Lappas, 2019). Новый согласованный во всем мире цикл испытаний легких транспортных средств (WLTC), который недавно заменил NEDC из-за « дизельных ворот » (Chossière et al., 2018), лучше, поскольку он немного длиннее. Тем не менее, это по-прежнему связано с условиями вождения, отличными от тех, которые используются в часы пик в густонаселенных районах (Boretti and Lappas, 2019).

С исторической точки зрения, правила выбросов становятся все жестче и жестче год за годом, но заявлено, что они измеряются только в ходе предписанных лабораторных испытаний. В таблице 1 представлены нормы выбросов Европейского Союза (ЕС) для легковых автомобилей (категория M) с принудительным (бензин) и компрессионным (дизель) воспламенением. Несгоревшие углеводороды (HC) + NOx были предписаны для бензина и дизельного топлива только стандартами Euro 1 и 2. Выбросы были проверены через NEDC с использованием лабораторной процедуры динамометрического стенда.На протяжении многих лет от OEM-производителя требовалось производить автомобили, выбрасывающие меньше регулируемого загрязнителя в течение определенного цикла сертификации во время лабораторных испытаний. Реальное вождение было нематериальным понятием, не переведенным ни в одно конкретное законодательное требование. Снижение предельных значений выбросов NOx и PM в стандартах Euro 5 и 6 привело к резкому увеличению затрат на последующую обработку и к увеличению, а не снижению расхода топлива, иногда с проблемами управляемости.Еще раз важно понимать компромисс между экономией топлива и выбросами загрязняющих веществ и осознавать, что чрезмерные запросы по одному критерию могут привести к невозможности удовлетворить другие критерии.

Выбросы от вождения в реальном мире

Только недавно Европейский Союз (ЕС) ввел тесты на выбросы выхлопных газов в реальных условиях движения (RDE). Выбросы от дорожных транспортных средств теперь измеряются с помощью портативных анализаторов выбросов (PEM). Тест RDE должен длиться 90–120 минут и включать один городской (<60 км / ч), один сельский (60–90 км / ч) и один автомагистральный (> 90 км / ч) сегмент равного веса, покрывающий расстояние не менее 16 км.В пределах выбросов RDE затем используются коэффициенты соответствия, относящиеся к лабораторным испытаниям на динамометрическом стенде. Что касается NOx, коэффициент соответствия составляет 2,1 с сентября 2017 года для новых моделей и с сентября 2019 года для всех новых автомобилей. Остальные факторы соответствия еще предстоит определить. Хотя тест RDE по-прежнему не является репрезентативным для реального вождения в густонаселенных районах, он неточный, субъективный, невоспроизводимый и еще не определяющий (Boretti and Lappas, 2019), это, безусловно, шаг вперед.

Реальные данные по австралийским выбросам от вождения автомобилей до введения новых правил предложены ABMARC (ABMARC, 2017). В отчете, подготовленном для Австралийской автомобильной ассоциации, представлены результаты испытаний на выбросы и расход топлива 30 различных легковых и легких коммерческих автомобилей, измеренные с помощью PEMS на австралийских дорогах. Большинство автомобилей соответствовали стандартам Евро 4, 5 и 6, а один из них соответствовал стандартам Евро 2. Реальный расход топлива протестированных автомобилей по сравнению с результатами цикла сертификации был в среднем на 23% выше, на 21% выше для автомобилей с дизельным двигателем, с 4% ниже до 59% выше и на 24% выше для автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 3% ниже до 55% выше.У одного транспортного средства, работающего на сжиженном нефтяном газе, реальный расход топлива на 27% выше, чем результат цикла сертификации. Один подключаемый к сети гибридный автомобиль имел реальный расход топлива на 166% выше, чем результат цикла сертификации с полным состоянием заряда, и на 337% выше при тестировании с низким уровнем заряда. Показатели расхода топлива для автомобилей с дизельными сажевыми фильтрами включают поправочный коэффициент, учитывающий регенерацию фильтра.

Таким образом, расхождения между лабораторными испытаниями и реальным вождением были разными не только для автомобилей, оснащенных дизельными ДВС CIDI, но и для автомобилей с бензиновыми ДВС SI, а также с традиционными и гибридными силовыми агрегатами.Однако основным отличием были выбросы NOx дизельных двигателей CIDI. В последних правилах ЕВРО автомобили должны соответствовать все более строгим стандартам выбросов регулируемых загрязняющих веществ, а также сокращать выбросы CO ₂ . Поскольку эти требования противоречили друг другу и их трудно было удовлетворить, несоответствие между реальным расходом топлива и результатами цикла сертификации увеличивается с увеличением стандарта. Автомобили, соответствующие стандарту Euro 6, имеют наибольшее расхождение между реальными результатами и результатами цикла сертификации.

Что касается выбросов, то у 13 транспортных средств превышены удельные выбросы NOx, предписанные для цикла сертификации. Из этих 13 автомобилей 11 были дизельными. Только 1 из 12 автомобилей с дизельным двигателем произвел выброс NOx в пределах цикла сертификации. Пять автомобилей с бензиновым двигателем превысили лимит CO, установленный в сертификационном цикле. Только 1 автомобиль с дизельным двигателем превысил предел PM цикла сертификации. В среднем выбросы NOx и PM у автомобилей с дизельным двигателем были в 24 и 26 раз выше, чем у автомобилей с бензиновым двигателем, а выбросы CO у автомобилей с дизельным двигателем были в 10 раз ниже, чем у автомобилей с бензиновым двигателем.Транспортные средства с дизельным двигателем превысили предел NOx сертификационного цикла на 370%, а автомобили с бензиновым двигателем выбросили 43% от предельного значения NOx сертификационного цикла. Автомобили с бензиновым двигателем выбрасывают 95% предельного количества CO, установленного в сертификационном цикле. Автомобили с дизельным двигателем выбрасывают 20% от предельного количества CO, установленного в сертификационном цикле. Что касается ТЧ, то выбросы дизельных автомобилей составили 43% от предельного количества ТЧ сертификационного цикла, а от автомобилей с двумя бензиновыми бензиновыми двигателями с прямым впрыском (GDI) — 26% от предельного количества ТЧ цикла сертификации.Что касается выбросов NOx от двигателей с обедненной горючей смесью, измеренные результаты были лучше, чем заявленные во время « Diesel Gate » или заявленные в таких работах, как (Chossière et al., 2018).

Новые правила были введены после « дизельных ворот », а дизельные двигатели CIDI были улучшены. Европейские реальные данные по выбросам от вождения транспортных средств после введения новых правил представлены ACEA (2018a). В ходе правильно проведенной экспериментальной кампании, в повторяемых условиях, с надлежащим оборудованием и с применением научного метода, Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) недавно показала, что все 270 протестированных автомобилей с дизельным двигателем были ниже пределов выбросов, установленных недавно. тесты по вождению в реальных условиях (RDE), как общие, так и городские.Ни один из транспортных средств не превышал установленный в настоящее время удельный выброс NOx в 165 мг / км (ACEA, 2018a), рис. 1. Подробные результаты утверждения типа для 270 типов дизельных транспортных средств, соответствующих требованиям RDE, доступны в ACEA (2018b). . Результаты RDE для отдельных автомобилей можно найти на (ACEA, 2018c).

Новые данные, опубликованные ACEA, недвусмысленно свидетельствуют о том, что дизельные автомобили последнего поколения выделяют низкие выбросы загрязняющих веществ на дорогах и являются экономичными. Испытания проводились в реальных условиях вождения водителями различных национальных органов по сертификации.270 новых типов дизельных автомобилей, сертифицированных по последнему стандарту Euro 6d-TEMP, были представлены на европейском рынке за последний год. Все эти автомобили с дизельным двигателем показали очень хорошие результаты ниже порогового значения NOx теста RDE, которое теперь применяется ко всем новым типам автомобилей с сентября 2017 года. У большинства этих автомобилей выбросы NOx значительно ниже более строгого порога, который будет обязательным с января 2020 года. test гарантирует, что уровни выбросов загрязняющих веществ, измеренные во время нового лабораторного испытания WLTP, будут подтверждены на дороге.Каждый протестированный автомобиль представляет собой « семейство », состоящее из аналогичных автомобилей разных вариантов. Эта деятельность доказывает, что дизельные автомобили, доступные сейчас на рынке, имеют низкий уровень выбросов в любом приемлемом состоянии. Немецкий автомобильный клуб (ADAC) недавно подсчитал, что на 30 октября 2018 года было доступно 1206 различных автомобилей, совместимых с RDE, как с бензиновым, так и с дизельным двигателем (ADAC, 2018a). Следовательно, дизельные ДВС CIDI не заслуживают плохой репутации, которую они получили из-за « дизельных ворот », что является скорее политическим, чем технологическим вопросом.

Современные дизельные автомобили, поддерживаемые политикой обновления парка и в сочетании с альтернативными силовыми агрегатами, могут сыграть важную роль в содействии городам в достижении целей по качеству воздуха при одновременном повышении топливной эффективности и сокращении выбросов CO ₂ в краткосрочной и среднесрочной перспективе . Недавние дорожные испытания, проведенные ADAC (2018b), показали, что новейшие автомобили с дизельным двигателем выбрасывают в среднем на 85% меньше NOx, чем автомобили стандарта Euro 5, а наиболее эффективные дизельные автомобили стандарта Euro 6, соответствующие требованиям RDE, выделяют на 95–99% меньше NOx по сравнению с автомобилями Euro 5.Каждый протестированный автомобиль выделяет меньше лимитов для каждого регулируемого загрязнителя. Эти автомобили также обеспечивают исключительную экономию топлива. Кроме того, есть возможность производить еще меньше CO ₂ и менее регулируемых загрязняющих веществ, переходя на двухтопливное дизельное топливо — СПГ, КПГ или СНГ.

PM Преимущества дизельных автомобилей

Дизельные двигатели не являются мишенью из-за того, что транспортный сектор вносит свой вклад в общее качество воздуха. Однако, поскольку качество воздуха во многих частях мира оставляет желать лучшего, а дизельные фильтры твердых частиц могут помочь улучшить качество воздуха, аргумент PM может фактически быть использован в пользу мобильности на основе дизельного топлива, а также против альтернатив, таких как электрические мобильность.Хотя неверно утверждать, что более современные автомобили с дизельным двигателем выделяют « излишков » NOx и ухудшают качество воздуха, более современные автомобили с дизельным двигателем способствуют очистке воздуха загрязненных территорий, например, от твердых частиц. Согласно Таблице 1, старые дизельные автомобили были произведены в соответствии с гораздо менее строгими правилами PM. Загрязнители воздуха выбрасываются из многих естественных и антропогенных источников, последние включают сжигание ископаемого топлива в электроэнергетике, промышленности, домашнем хозяйстве, транспорте, промышленных процессах, использовании растворителей, сельском хозяйстве и переработке отходов.Следовательно, наличие транспортных средств с выбросами ТЧ из выхлопной трубы потенциально ниже, чем на впуске, — это возможность очистить воздух.

Экологический табачный дым (ETS) вызывает загрязнение помещений мелкими ТЧ, превышающими допустимые пределы для транспортных средств. Данные, сравнивающие выбросы ТЧ от ETS и автомобиля с дизельным двигателем Euro 3, показывают, что концентрации ТЧ в помещении в 10 раз превышают выбросы от двигателя с дизельным двигателем Euro 3 на холостом ходу (Invernizzi et al., 2004). Пределы PM были радикально улучшены для Euro 4, 5 и 6, если быть точным, в 10 раз.Исследование Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Martuzzi et al., 2006) показывает значительное воздействие PM ₁₀ на здоровье городского населения 13 крупных итальянских городов, оцениваемое как 8 220 смертей в год, что связано с концентрациями PM ₁₀ выше 20 мкг / м. Это 9% смертности от всех причин (без учета несчастных случаев) среди населения старше 30 лет. Эти уровни PM ₁₀ не являются результатом использования новейших автомобилей с чистым дизельным двигателем.

Эффективность дизельных сажевых фильтров (DPF) относительно сложна (Fiebig et al., 2014). Новейшие технологии DPF более эффективны для больших размеров, в то время как менее эффективны или даже отрицательны для меньших нанометрических размеров. Мониторинг часто ограничивается PM ₁₀ — частицами диаметром 10 микрометров или PM _2.5 — частицами диаметром 2,5 микрометра. DPF может улавливать от 30% до более 95% микрометрических PM (Barone et al., 2010). При оптимальном сажевом фильтре выбросы ТЧ могут быть уменьшены до 0,001 г / км или менее (Fiebig et al., 2014), что в 5 раз меньше нынешнего уровня 0.005 of Euro 6. Хотя эта мера массы не учитывает загрязнение субмикрометрическими и нанометровыми частицами, в настоящее время нет контроля над этим типом загрязнителя из любого источника.

Если новые автомобили с дизельным двигателем не выбрасывают больше NOx, чем старые автомобили с дизельным двигателем, они, безусловно, выбрасывают гораздо меньше ТЧ и, возможно, при некоторых обстоятельствах способны очищать воздух от ТЧ, производимых из других источников, которые не являются адекватным направлением деятельности директивных органов. . Случай Гонконга, который не является худшим на Земле, описан в Haas (2017).Помимо местных выбросов из различных источников, в том числе от легковых автомобилей, в Гонконг есть значительное количество загрязняющих веществ, привезенных из материкового Китая. Хотя данные о загрязнителях в Китае ограничены, хорошо известно, что Гонконг сталкивается с серьезными проблемами со здоровьем, связанными с загрязнением воздуха, в основном импортируемым с материка. Загрязнение воздуха в Гонконге не так ужасно, как в Китае или Индии, где токсичное облако, получившее название « airpocalypse », часто покрывает значительную часть этих стран, но это все еще один хороший пример того, что более современные дизельные автомобили заменяют на дорога старые автомобили оказывают положительное влияние.

Из множества типов аэрозольных частиц, циркулирующих в атмосфере, одним из самых разрушительных является PM _2,5 . Во многих областях Китая и Индии уровни PM _2,5 и PM ₁₀ намного превышают рекомендованные ВОЗ, рисунок 2. Рекомендации ВОЗ (среднегодовые): PM _2,5 из 10 мкг / м ³ и PM ₁₀ из 20 мкг / м ³ . Во всем мире средний уровень загрязнения окружающего воздуха колеблется от <10 до более 100 мкг / м ³ для PM _2.5 , и от <10 до более 200 мкг / м ³ , для PM ₁₀ . Случаи плохого качества воздуха широко распространены не только в Китае и Индии. Тем не менее, промышленный центр южного побережья Китая является одним из районов с наиболее высоким уровнем загрязнения, как Пекин и Дели. В то время как Пекинский « airpocalypse » подавляется решительными мерами, в основном направленными на использование угля, но также ограничивающими движение любого транспортного средства (South China Morning Post, 2018), « airpocalypse » Дели достигает нового чрезвычайно высокий, также благодаря « выжиганию стерни » из окрестностей (Indiatimes, 2018).

Рисунок 2 . Карта PM _2,5 для Азии осенью 2018 года в режиме почти реального времени. Показаны только области, покрытые станциями. Изображение с Земли Беркли, www.berkeleyearth.org.

Качество воздуха в Гонконге не самое лучшее (Haas, 2017). Уровни загрязнителей превышают стандарты ВОЗ более 15 лет. На пиках они более чем в пять раз превышают допустимые уровни. Выбросы от транспортных средств и судов являются одними из крупнейших местных источников загрязнения.Свою роль играют и электростанции, которые почти полностью зависят от ископаемого топлива, в основном угля. Однако около 60-70% PM поступает из материкового Китая. Этот поток чрезвычайно актуален, особенно зимой, когда импортируемый PM составляет около 77% от общего количества. В последние годы резко возросли масштабы астмы и бронхиальных инфекций. Только в Гонконге было зарегистрировано более 1600 фактов, а не гипотетических, как у Chossière et al. (2018), преждевременная смерть в 2016 году только из-за загрязнения воздуха (Haas, 2017).

В дополнение к улучшенным стандартам топлива и расширению использования электромобилей, значительное распространение последних дизельных транспортных средств, оборудованных уловителями твердых частиц, может еще больше способствовать улучшению качества воздуха в городе, которое по-прежнему не соответствует ни одному руководству ВОЗ.Что касается возможности использовать электромобили, заряжаемые электростанциями, работающими на горючем топливе, электромобили могут фактически способствовать загрязнению ТЧ. Согласно Hodan and Barnard (2004), наибольший источник PM _2,5 из антропогенных источников — это износ шин и дорожного покрытия. Поскольку электромобили тяжелее и имеют более высокий крутящий момент, чем автомобили на базе ДВС, они производят намного больше PM _2,5 . Следовательно, увеличение количества электромобилей сделает Гонконг еще более грязным из-за PM _2.5 , и они не могут сжигать ТЧ, произведенные из других источников, например дизельный ДВС CIDI, оснащенный уловителем твердых частиц.

Как показано на Рисунке 1 и в Таблице 1, автомобили, оснащенные новейшими двигателями ХИ, не производят избыточных NOx, а из Рисунков 2, 3 видно, что во многих регионах мира концентрация ТЧ в воздухе намного выше, чем можно найти. в выхлопной трубе автомобилей, оснащенных новейшими дизельными двигателями CIDI, Таблица 1 и NO ₂ концентрации также довольно велики. Двухтопливный режим работы на СПГ, КПГ или СНГ с неизменным в остальном транспортным средством, в котором установлен сажевый фильтр, может еще больше способствовать очистке окружающего воздуха от твердых частиц.

Рисунок 3 . Среднемесячные концентрации для Китая в январе 2015 г.: PM _2,5 , вверху, и NO ₂ , внизу. Изображения с Земли Беркли, www.berkeleyearth.org.

Преимущества двухтопливного дизельного топлива — СПГ / СНГ / КПГ

Современные технологии

Дизель-СПГ (Goudie et al., 2004; Osorio-Tejada et al., 2015; Laughlin and Burnham, 2016), дизельное топливо-СПГ (Maji et al., 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизельное топливо-СНГ (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015) обеспечивают эффективность преобразования дизельного топлива и удельную мощность при одновременном снижении выбросов как регулируемых загрязняющих веществ (PM, NOx), так и CO ₂ . СПГ может использоваться в большегрузных автомобилях благодаря криогенному хранению. LPG (и CNG) может быть предпочтительнее в легковых автомобилях и легких транспортных средствах.

Дизельные двигатели по-прежнему выделяют значительное количество диоксида углерода (CO ₂ ) и выбросы твердых частиц (ТЧ) из двигателя из-за диффузионного сгорания тяжелых углеводородов, высокого отношения C / H и жидкого дизельного топлива.Выбросы оксидов азота (NOx) из двигателя также являются неотъемлемой частью процесса сжигания обедненной смеси в избыточном воздухе (Heywood, 1988). Как PM, так и NOx могут быть уменьшены с помощью дополнительной обработки, хотя стратегии сжигания дизельного топлива часто определяются для наилучшего компромисса между NOx и PM.

Использование газообразного топлива с пониженным содержанием углерода, такого как природный газ, который в основном представляет собой метан CH ₄ , в жидкой форме, как СПГ, или в газовой форме, как СПГ, или сжиженный нефтяной газ (СНГ), в основном пропан C ₃ H ₈ , имеет интуитивно понятные основные преимущества в отношении выбросов CO ₂ по сравнению сдизельное топливо переменного состава, но примерно C _13,5 H _23,6 . Поскольку испарение намного проще, существуют также преимущества для выбросов ТЧ из двигателя и, следовательно, косвенно также для выбросов NOx из двигателя по сравнению с дизельным топливом (Kathuria, 2004; Chelani and Devotta, 2007; Yeh, 2007; Engerer and Horn, 2010; Лин и др., 2010; Кумар и др., 2011).

СПГ, КПГ и СНГ имеют меньшее соотношение углерода и водорода. Следовательно, гораздо меньше CO ₂ выбрасывается для получения такой же мощности с примерно такой же эффективностью преобразования топлива.CNG — это нагнетаемый газ. СПГ также является газом в нормальных условиях. LPG в нормальных условиях жидкий, но испаряется намного быстрее, чем дизельное топливо. Это практически сводит к нулю выбросы твердых частиц (кроме выбросов от пилотного дизельного топлива). Поскольку СПГ, КПГ и СНГ представляют собой высокооктановое топливо с низким цетановым числом, их трудно использовать отдельно в двигателе с воспламенением от сжатия. Проблема решается при работе на двух видах топлива (westport.com, 2019a, b). Воспламенение вызывает небольшое количество дизельного топлива. СПГ, КПГ или СНГ, впрыскиваемые до или после зажигания впрыска дизельного топлива, могут затем сгореть в смеси с предварительным смешиванием или диффузией.Первая фаза сгорания вызывает быстрое повышение давления. Скорость сгорания второй фазы определяется скоростью впрыска СПГ, КПГ или СНГ и предназначена для поддержания давления в течение первой части такта расширения.

Одной из основных проблем, связанных с использованием СПГ или КПГ, является удельный объем топлива, поскольку плотность газа при нормальных условиях низкая. Это создает проблемы для системы впрыска, которой требуются форсунки с гораздо большей площадью поперечного сечения дизельного топлива, и значительно затрудняет быстрое срабатывание и возможности многократного впрыска, характерные для последних дизельных форсунок.Это также проблема для хранения, так как объем топлива, необходимый для данного количества энергии на борту транспортного средства, намного больше, чем у дизельного топлива. СПГ имеет лучшую объемную плотность, но для поддержания низкой температуры ему нужна криогенная система. КПГ имеет меньшую объемную плотность и требует дополнительных резервуаров под давлением.

Система Westport HPDI для дизельного топлива и КПГ / СПГ — это технология, хорошо зарекомендовавшая себя десятилетиями (Li et al., 1999; westport.com, 2015). Вначале HPDI представлял собой простой основной впрыск природного газа после предварительного / предварительного впрыска дизельного топлива.В последнее время HPDI развивается в сторону более сложных стратегий, регулирующих смешанное и диффузионное сжигание природного газа, как это было предложено Боретти (2013).

Традиционный HPDI в тяжелых ДВС позволяет ДВС, работающему на природном газе, сохранять рабочие характеристики, аналогичные характеристикам дизеля, при этом большая часть энергии обеспечивается за счет природного газа. Небольшой пилотный впрыск дизельного топлива (5–10% энергии топлива) используется для зажигания непосредственно впрыскиваемой газовой струи. Природный газ горит в режиме диффузионного сгорания с контролируемым смешением (Li et al., 1999; westport.com, 2015).

Технологии будущего

В нескольких работах описаны тенденции развития технологии HPDI. McTaggart-Cowan et al. (2015) отчет о двухтопливных форсунках на 600 бар для СПГ. Событие сгорания СПГ ограничено давлением впрыска, которое определяет скорость смешивания и сгорания. Значительное повышение эффективности и снижение PM достигаются при высоких нагрузках, и особенно на более высоких скоростях, за счет увеличения давления впрыска с традиционных 300 бар до новейших 600 бар.Скорость горения ограничена. McTaggart-Cowan et al. (2015) сообщают о выгодах эффективности от более высоких давлений около 3%, добавленных к сокращению выбросов твердых частиц на 40–60%.

Различные формы сопла рассматривались Mabson et al. (2016). Инжектор « сопла с парными отверстиями » был разработан для уменьшения образования твердых частиц за счет увеличения уноса воздуха из-за взаимодействия струи. Выбросы CO и PM были наоборот в 3–10 раз выше при использовании сопел с парными отверстиями. Сопло с парными отверстиями давало более крупные агрегаты сажи и большее количество частиц.

Mumford et al. сообщают об улучшениях Westport HPDI 2.0 (Mumford et al., 2017). HPDI 2.0 обеспечивает лучшие характеристики и уровень выбросов по сравнению с HPDI первого поколения, а также только с базовым дизельным двигателем. Мамфорд и др. (2017) также обсуждают потенциал и проблемы более высокого давления закачки.

Стратегии сжигания с контролируемой диффузией и с частичным предварительным смешиванием рассматриваются Флореа и др. (2016) с помощью Westport HPDI. Сгорание с частичным предварительным смешиванием, называемое DI ₂ , является многообещающим, улучшая КПД двигателя более чем на 2 пункта по сравнению со стратегией сгорания с контролируемой диффузией.Модуляция двух фаз горения, потенциально более полезная, в работе не исследуется.

Режим горения DI ₂ также изучается в Neely et al. (2017). Природный газ впрыскивается во время такта сжатия перед зажиганием впрыска дизельного топлива. Показано, что такое сгорание природного газа с частичной предварительной смесью улучшает как термическую, так и эффективность сгорания по сравнению с традиционным режимом двухтопливного сгорания с фумигацией. Сгорание природного газа с частичным предварительным смешиванием также обеспечивает повышение термического КПД по сравнению с сжиганием с регулируемой диффузией по базовой линии, когда впрыск природного газа происходит после впрыска дизельного топлива.

Влияние стратегий впрыска на выбросы и характеристики двигателя HPDI изучено Faghani et al. (2017а, б). Они исследуют влияние позднего дополнительного впрыска (LPI), а также сгорания с небольшим предварительным смешиванием (SPC) на выбросы и характеристики двигателя. При использовании SPC впрыск дизельного топлива задерживается. Работа SPC при высокой нагрузке снижает PM более чем на 90% с улучшением топливной эффективности на 2% при почти таком же уровне NOx. Однако SPC имеет большие колебания от цикла к циклу и чрезмерную скорость нарастания давления.ТЧ не увеличивается для SPC с более высоким уровнем рециркуляции отработавших газов, более высоким глобальным коэффициентом эквивалентности на основе кислорода (EQR) или более высокой контрольной массой, что обычно увеличивает количество ТЧ при сгорании HPDI с контролируемым смешиванием. LPI, последующий впрыск 10–25% от общего количества топлива, происходящий после основного сгорания, приводит к значительному сокращению выбросов твердых частиц с незначительным влиянием на другие выбросы и характеристики двигателя. Основное сокращение PM от LPI связано с уменьшением количества топлива при первом впрыске. Вторая закачка дает незначительный нетто-вклад в общие PM.

Двухтопливный инжектор дизель-СПГ Westport HPDI дает отличные результаты. Однако есть фундаментальный недостаток этого подхода. Он не обладает такими же характеристиками, как дизельные форсунки последнего поколения, как по расходу, так и по скорости срабатывания и распылению дизельного топлива. Таким образом, может быть предпочтительным соединение с одним дизельным инжектором последнего поколения со специальным инжектором для второго топлива, чтобы обеспечить лучшие характеристики впрыска как для дизельного, так и для второго топлива.Более высокое давление впрыска и более быстрое срабатывание являются движущими силами улучшенных режимов сгорания.

Двухтопливные дизель-водородные ДВС CIDI с возможностью установки двух прямых форсунок на цилиндр были исследованы, например, в (Boretti, 2011b, c). Один инжектор использовался для дизельного топлива, а другой — для водорода. Смоделированный дизельный двигатель, преобразованный в двухтопливный дизель-водород после этого подхода, продемонстрировал КПД при полной нагрузке до 40–45% и снижение потерь в КПД, снижая нагрузку, работающую немного лучше, чем базовое дизельное топливо в каждой рабочей точке.Хотя использование двух форсунок на цилиндр не представляет проблемы для новых двигателей, сложно установить две форсунки при модернизации существующих дизельных двигателей. Специализированные форсунки прямого действия для СПГ, СНГ или КПГ требуют дальнейшего развития для конкретного применения.

Использование двух специализированных форсунок вместо одной двухтопливной форсунки с более высоким давлением впрыска, более быстрым срабатыванием и полной независимостью от впрыска отдельных видов топлива обеспечивает большую гибкость в формировании впрыска.Двухтопливный режим обычно характеризуется предварительным / предварительным впрыском дизельного топлива, за которым следует основной второй впрыск топлива. Предпочтительно, чтобы второе топливо не впрыскивалось полностью после зажигания впрыска дизельного топлива. Его можно впрыскивать до или одновременно с дизельным топливом или после дизельного топлива, причем не только за один впрыск, но и за несколько впрысков. Таким образом, второе топливо может гореть частично предварительно смешанным и частично диффузионным.

Возможны разные режимы горения. « Controlled » HCCI — один из таких режимов.В управляемом HCCI второе топливо впрыскивается первым, и воспламенение дизельного топлива происходит до ожидаемого начала самовоспламенения HCCI (Boretti, 2011a, b). HCCI не имеет преимуществ с точки зрения эффективности преобразования топлива по сравнению с объемным сгоранием в центре камеры, окруженной воздушной подушкой. Гомогенное горение всегда страдает большими потерями тепла на стенках и неполным сгоранием на гашение пламени. HCCI также не создает пикового давления во время такта расширения, обеспечивая пиковое давление точно в верхней мертвой точке.Однако HCCI может иметь преимущества для выбросов из двигателя, поскольку это чрезвычайно низкотемпературный процесс, и это событие сгорания намного ближе к теоретически лучшему изохорному сгоранию из анализов цикла давления.

Наиболее интересные режимы — это предварительное смешение, диффузия или модулированное предварительное смешение и диффузия в центре камеры. При предварительно смешанном, но стратифицированном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры и сгорает за счет впрыска дизельного топлива до однородного заполнения всей камеры.При диффузионном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры после того, как воспламенение впрыска дизельного топлива создает подходящие условия для того, чтобы следующее сгорание проходило под контролем диффузии, и там оно сгорает. Существует возможность для предварительного впрыска второго топлива, а также для современного или последующего впрыска второго топлива в отношении пилотного / предварительного впрыска дизельного топлива, которые должны быть тщательно сформированы для обеспечения максимальной эффективности преобразования топлива. в пределах ограничений по выбросам из двигателя, скорости повышения давления и пиковому давлению.

Альтернатива электрической мобильности все еще преждевременна

Экологичность и экономичность дизельной мобильности не признается многими странами, которые в противном случае задумывались о преждевременном переходе к электрической мобильности, не решив сначала многие проблемы электромобилей, то есть высокую экономичность и экологические затраты на строительство, эксплуатацию и утилизацию автомобилей, ограниченные характеристики этих тяжелых транспортных средств из-за все еще неадекватных технологий аккумуляторов, отсутствие инфраструктуры для подзарядки только за счет возобновляемых источников энергии.

Номинально для решения проблемы глобального потепления, а не загрязнения воздуха, Великобритания, Франция и Китай обсудили прекращение мобильности на базе ДВС к 2040 году. Однако данные МЭА (IEA, 2018) показывают, что производство геотермальной электроэнергии, Солнце, ветер, приливы, волны и океан по-прежнему составляли около 1% от общего количества в 2015 году, при этом общий объем первичной энергии (ОППЭ) значительно превышает производство электроэнергии. Поскольку доля солнечной и ветровой энергии в TPES по-прежнему невелика, нет смысла предлагать только электромобили, даже забывая о других ключевых вопросах, связанных с поиском электромобильности.

В настоящее время анализ жизненного цикла выбросов CO ₂ (LCA) не показывает явного преимущества электрической мобильности по сравнению с мобильностью на базе ДВС (Boretti, 2018). Пример LCA для электрической мобильности критически зависит от того, как генерируется электричество, которое без огромного увеличения накопления энергии, а не просто увеличение зарегистрированной мощности ветра и солнца, нуждается в подкреплении ископаемым топливом. С 1990-х годов в аккумуляторных технологиях произошел прогресс, но пока еще не произошло необходимого прорыва.Производство, использование и утилизация электромобилей по-прежнему слишком дорого с экономической и экологической точек зрения, а также возникают дополнительные проблемы с материалами, необходимыми для производства аккумуляторов, которые подвержены большему риску истощения, чем ископаемое топливо (Boretti, 2018). . Кроме того, эти материалы добываются неэтично в очень немногих местах.

Amnesty International (Onstad, 2019) недавно отметила, что индустрия электромобилей (EV) продает себя как экологически чистые, но при этом многие из своих аккумуляторов производят на ископаемом топливе и неэтичных минералах, испорченных нарушениями прав человека.Маловероятно, что имеется достаточно сырья для удовлетворения ожидаемого резкого спроса на литий-ионные батареи электромобилей и подключенные к сети аккумуляторные системы для хранения периодически возобновляемой энергии ветра и солнца (Jaffe, 2017). Кроме того, без учета какого-либо четкого пути рециркуляции и отрицательных прошлых (и настоящих) примеров рециркуляции промышленно развитыми странами за счет экологического ущерба в развивающихся странах (Minter, 2016) электрическая мобильность может привести к значительному ущербу для экономики. и окружающая среда.

Хотя электрическая мобильность, безусловно, может решить некоторые из проблем загрязнения воздуха, связанных с транспортом, маловероятно, что это может произойти в ближайшее время, она не решает проблемы загрязнения из других источников, и это еще не так дружелюбно, в целом , где все включено. Потребление топлива для сжигания все еще резко увеличивается, и существует очень мало примеров технологических возможностей для преобразования химической энергии топлива в механическую или электрическую энергию с более высокой эффективностью преобразования энергии топлива и снижением выбросов загрязняющих веществ дизельных ДВС CIDI.Переход на электрическую мобильность в транспортном секторе потребует огромных затрат, в том числе с точки зрения выбросов парниковых газов.

Обсуждение и выводы

Хотя ICCT, Агентство по охране окружающей среды США и CARB описывают автомобили с дизельным двигателем как вредные для окружающей среды, последние испытания вождения, проведенные ACEA, показывают, что это неверно. Современные дизельные автомобили имеют относительно низкие выбросы CO ₂ и загрязняющих веществ, включая NOx и PM. Само по себе движение дизельных автомобилей в сильно загрязненных районах может улучшить качество воздуха, загрязненного другими источниками, а не только старыми дизельными автомобилями.

Дизельные ДВС

CIDI могут быть улучшены и более экологичны благодаря дальнейшим усовершенствованиям в системе впрыска, а также в системе дополнительной обработки. ДВС CIDI также можно улучшить, просто приняв двухтопливную конструкцию со сжиженным нефтяным газом, сжатым природным газом или сжиженным природным газом в качестве второго топлива. Эти альтернативные виды топлива обеспечивают такие же или лучшие характеристики ДВС, работающего только на дизеле, в том, что касается установившегося крутящего момента, мощности и эффективности преобразования топлива, а также переходных процессов, при этом значительно улучшая выбросы CO ₂ , а также Выбросы PM и NOx из двигателя.

В дополнение к лучшему соотношению CH для выбросов CO ₂ , преимущества двухтопливных двигателей CIDI ICE с СПГ, КПГ или СНГ также проистекают из возможности регулирования фаз предварительного смешения и диффузии сгорания путем впрыска второй топливо, которое намного легче испаряется и менее склонно к самовоспламенению до, после или после предварительного / пилотного дизельного топлива. Также особенно важен для СПГ эффект охлаждения из-за криогенного впрыска. Дальнейшие разработки в системе впрыска являются предметом особого внимания при разработке двухтопливных ДВС CIDI.

Преимущества дизельных или двухтопливных двигателей CIDI ICE по сравнению с любыми другими альтернативными решениями для транспортных приложений в настоящее время не признаются ни одним директивным органом. Европейские автопроизводители уже приостановили свои планы исследований и разработок своих ДВС, чтобы сосредоточиться только на электромобилях. Учитывая нерешенные проблемы, связанные с электромобильностью, вскоре может оказаться, что это неправильно для экономики и окружающей среды. Использование более современных дизельных транспортных средств и транспортных средств, работающих на двухтопливном дизельном топливе, может только спасти жизни, но не вызвать смертность, улучшить качество воздуха, одновременно ограничивая истощение природных ресурсов и выбросы CO ₂ , не требуя непозволительных усилий и кардинальные изменения.

Авторские взносы

Автор подтверждает, что является единственным соавтором данной работы, и одобрил ее к публикации.

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Амброджио, М., Саракко, Г., и Спеккиа, В. (2001). Сочетание фильтрации и каталитического сжигания в уловителях твердых частиц для обработки выхлопных газов дизельных двигателей. Chem. Англ. Sci. 56, 1613–1621. DOI: 10.1016 / S0009-2509 (00) 00389-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашок Б.

Back to Top

Свойства	Пропан	Бутан	Бензин
Объемная масса при 15 ° C (кг / л)	0,508 0,508	0,508 0,508		0,508 0,508	Давление газа при 37,8 ° C (бар)	12,1	2,6	0,5–0,9
Температура кипения (° C)	−42	0,5	30–225
RON	111	103	96–98
MON	97	89	85–87
Нижняя теплотворная способность (МДж / кг)	46.1	45,46	44,03
Нижняя теплотворная способность (МДж / л)	23,4	26,5	32,3
Стехиометрическое соотношение	15,8	15,6200	15,6200