Можно ли дизель перевести на газ
Сделать дизельный ДВС чисто газовым – нереально: ДТ воспламеняется (детонирует) от сжатия, а не от свечей зажигания. Двигатель на тяжелом топливе создает около 20 атм., а пропан-бутан безболезненно переносит давление до 42 атм. Для природного газа критический показатель еще выше – 46 атм.
Чтобы поджечь пропановую или метановую топливную смесь, нужна искра как в бензиновых моторах. Выходит, что сперва придется переделать ДВС в бензиновый агрегат, а уже затем ставить ГБО. Стоимость подобного проекта зашкаливает, поэтому VipGaz решает проблему иначе.
Газодизель: совместный впрыск
Количество впрыскиваемой солярки урезают до минимума – как раз, чтобы хватило для воспламенения от штатного давления. Остальное пространство в камере сгорания заполняет газовоздушная смесь.
Соотношение дизель-газ регулирует электронный блок с прошитой программой управления.
В некоторых бензиновых газобаллонных установках 4 поколения реализуется похожий сценарий.
Только там комбинированный впрыск обусловлен другими причинами: форсунки «непосредственных» двигателей испытывают повышенную тепловую нагрузку, если через них не циркулирует бензин. А в газодизельной битопливной схеме основное топливо выступает в роли запала.
Цена вопроса
Переоснащение обходится недешево. Но в результате замещения более дешевым топливом получают экономию, которая ощущается на значительных пробегах – от 100 тыс. км в год. Поэтому первыми желающими перейти на газодизель стали рейсовые автобусы, коммерческий и водный транспорт.
Однако с ростом стоимости ДТ на заправках технология дизель на газу превращается в единственную альтернативу для владельцев дизельных автомобилей, чей среднесуточный пробег находится в районе 200-300 км.
Метан или пропан
Начнем с того, что часть пропан-бутана в порции впрыска едва достигает 40%. Остальное – ДТ. Это связано с физическими особенностями газа, хотя компании-разработчики постоянно двигают эту тему вперед. Пока что экономия с пропаном меньше, чем с метаном.
Доля природного – 70%. Поэтому экономить удается больше. Но аппаратура для дизель-метановой версии стоит вдвое дороже. Причина – баллоны под высокое давление выполнены по другим стандартам, ведь метан транспортируется в сжатом состоянии. Кроме того, они тяжелее, чем пропановые.
А цена емкости из композитных материалов – облегченный баллон, что увеличивает стоимость установки еще на 50%. Экономический смысл проекта переоборудования появляется, когда годовой пробег авто переваливает за 100 тыс. км.
В обоих случаях вопрос, можно ли дизель перевести на газ, получает однозначный ответ, если говорить о технических возможностях. Компания VipGaz реализует такие проекты – и с пропаном, и с метаном.
В копилку выгод автовладельца добавим факт, что газ благотворно сказывается на ресурсе ДВС. Это подтверждает опыт западных логистических компаний, которые давно и успешно применяют газодизельную технологию. Кроме того, двигатель работает мягче, без напряга и характерного дизельного крещендо.
Газ на дизельный двигатель — газодизель с ГБО
Газобаллонная система и дизель
Газ устанавливался на дизельные двигатели очень редко в отличии от бензиновых. Бензиновый и дизельный агрегаты очень сильно различаются по принципам воспламенения топлива, а также по степени сжатия.
Бензиновый — поджигает топливо при помощи свечей зажигания. А степень сжатия у него примерно 10:1.
Дизельный — поджигает топливо благодаря большой степени сжатия в цилиндрах, здесь она 18:1 и у него отсутствуют свечи зажигания.
Установка и эксплуатация газобаллонного оборудования в бензиновых агрегатах не вызывает сложностей, так как газ поджигается свечами аналогично бензину, а октановое число газа корректируется ЭБУ (электронным блоком управления). В дизеле смесь загорается от давления. Зажечь газ давлением не получается и такой подход не подходит для ГБО.
Сложности эксплуатации ГБО на дизеле
Причин всего три:
- Температура самовоспламенения дизеля 385 градусов Цельсия, а пропана и метана 700 градусов.
- Соответственно газообразное топливо нужно поджигать. Но в дизеле нет свечей!
- Октановое чисто дизеля 60 против 120 единиц у газа. Чтобы мотор не пошел в «разнос», нужно снизить либо октановое число, либо степень сжатия.
Как видите реализация достаточно сложная, однако найдено два решения использования газа на дизельном агрегате.
Два принципа работы
Полная переделка. Способ спорный и не всегда эффективный как кажется на первый взгляд. Двигатель полностью переделывается с дизеля на газ. Минусом такого переоборудования является невозможность использования дизеля.
Агрегат модернизируют, чтобы он не вышел из строя, степень сжатия снижают до 12:1. Делается это для того, чтобы двигатель смог переварить октановое число в 120 единиц.
Устанавливается система поджога смеси, аналогично бензиновым агрегатам, то есть устанавливаются свечи. Такой мотор уже никогда не вернется к дизельному топливу. Еще одним минусом является цена такой переделки, она действительно велика.
Комбинированный принцип работы Dual Fuel. Легкореализуемый и недорогой вариант. Здесь нет полного отказа от дизельного топлива. В цилиндры подается как дизель так и газ попеременно.
Чтобы газ поджегся используется дизельное топливо. Ведь свечей здесь просто нет.
Принцип работы:
- двигатель запускается на дизельном топливе;
- активируется газовая система, дизель сжимается—воспламеняется и в момент воспламенения в цилиндр подается газ, который загорается от уже воспламененного топлива;
- открываются клапана и сгоревшая смесь отводится;
- цикл повторяется.
Переделка дизельного двигателя на газ
Растущая стоимость автомобильного топлива наводит некоторых водителей на мысль о том, чтобы установить газовое оборудование на дизельный двигатель своего транспортного средства. Посмотрим, насколько реально это сделать!
Газовое оборудование на дизельный двигатель – некоторые нюансы
Модернизация дизеля посредством перевода его на работу с метановым либо пропан-бутановым газобаллонным оборудованием вполне возможна. Но при этом владелец автомобиля должен понимать, что родную систему питания дизельного мотора придется серьезно изменить, чтобы приспособить все системы к использованию газа.
Функционирование любого дизеля начинается с зажигания. Если подключить газобаллонную аппаратуру к камерам сгорания, куда до этого подавалась солярка, и ждать, когда произойдет самовоспламенение газовой смеси, ничего действенного из этого не выйдет. Дизтопливо самовозгорается при 320, максимум 380 градусах по Цельсию, газу же требуется температура не менее 700 градусов.
Учитывая вышесказанное, становится понятно, что даже сугубо теоретически применять один вид горючего при переводе дизельного двигателя на газ нереально. Чтобы решить данную задачку, можно использовать один из двух вариантов модернизации дизелей, которые осуществляются в наши дни:
- совместное применение газа и дизельного топлива;
- переделка дизельного ДВС в газовый.
Рассмотрим и сравним оба эти варианта.
Газовый двигатель – кардинальное изменение мотора
Радикальный способ перевода дизеля на работу на газобаллонной аппаратуре, предполагающий капитальное изменение двигателя:
- монтаж свечей зажигания, которые буду выполнять функцию форсунок;
- установка системы зажигания вместо топливного оборудования;
- удаление «ненужного» металла на днищах поршней либо в камерах сгорания с целью существенного снижения уровня сжатия газа.
Такая газовая установка на дизельный двигатель, по сути, означает полное его изменение и превращение дизельного «сердца» транспортного средства в полностью газовый двигатель. По своим параметрам он будет очень похож на бензиновый ДВС, «поджатый» под газ (достаточно экономичный – газ дешевле солярки, экологичный – не так сильно загрязняет атмосферу, с увеличенным ресурсом эксплуатации).
Данный вариант перевода дизеля на использование газа весьма активно внедряется в странах европейского континента. Но в СНГ и России намного чаще автолюбители идут по другому пути, предполагающему получение газодизеля. О нем далее.
Газодизель – много преимуществ, минимум недостатков
Многие наши соотечественники предпочитают монтировать именно такое газовое оборудование на карбюраторный двигатель, оно позволяет получить мотор, работающий на смеси солярки и газа метана. Несомненным его достоинством является то, что не нужно кардинально переделывать имеющуюся конструкцию.
Затруднение с температурой воспламенения метана в этом варианте решается за счет того, что на финальной стадии такта зажигания в цилиндры движка подается небольшой объем солярки. Она и воспламеняет газовоздушную смесь, поступившую в двигатель на такте впуска. Для реализации описанной схемы дополнительно нужно монтировать насос высокого давления, который и подает требуемую порцию дизтоплива.
Влияние газового оборудования на двигатель в данном случае незначительно, зато преимуществ от использования газа и солярки немало:
- редкая замена масла;
- увеличение срока эксплуатации мотора за счет того, что на элементах цилиндропоршневой группы накапливается меньше гари;
- отсутствие черного дыма при функционировании газодизеля, работающего на 80 процентах газа и 20 дизельного топлива;
- практически полное отсутствие в выхлопе бензопирена – наиболее ядовитого соединения, за которое все сторонники чистой экологии ругают дизель;
- реальная (и немалая) экономия на горючем.
Думается, теперь вы сами можете понять, портит ли газовое оборудование двигатель, и есть ли смысл переводить на газ ваше авто.
Как понятно из названия, речь – о системах питания газом двигателей, работающих на дизельном топливе.
Действительно, переоборудовать для работы на газовом топливе, неважно, метане или пропане, можно не только бензиновый, но и дизельный двигатель как грузового, так и легкового автомобиля.
Цены на установку газа на дизель*
| Марка газовой системы | Тип двигателя | Типы бензинового впрыска, совместимые с данной системой впрыска газа | ||
| 4-цил | 6-цил | 8-цил | ||
STAG Diesel LPG | Контроллер STAG Diesel – это альтернативный метод питания дизельных двигателей от 2 до 16 цилиндров. Позволяет замещать дизель как пропаном, так и метаном | |||
* Цены примерные, обновлены 11.02.2019. В связи с нестабильным курсом евро уточняйте точные цены у менеджеров.
** — для автомобилей свыше 3.5 тонн коэффициент 1.5
Предложение по газодизелю для корпоративных клиентов
Наши примеры установки ГБО на дизель
Установка газового оборудования (метан) на дизельные автомобили.
Переоборудование дизеля на метан (свап двигателя)
Конвертация грузовиков и тягачей на газ
Программы поддержки ИП и юрлиц от Газмпром ГМТ и Элитгаз
Видео
Видеообзор переоборудованного на газодизель Mitsubishi L200/Triton
Теория газодизеля
На сегодняшний день существует два принципиальных способа установки газового оборудования (ГБО) на дизель.
Первый – полное переоборудование на стопроцентное питание газом, для чего двигатель подвергается основательной модернизации. Так как октановое число метана, к примеру, достигает 120, то штатная степень сжатия дизельного двигателя для него слишком высока, и чтобы избежать детонации и, как следствие, быстрого разрушения агрегата, ее необходимо снизить до 12:1-14:1. Кроме того, температура самовоспламенения газа составляет около 700 °С против 320-380°С у дизтоплива, потому воспламеняться от сжатия он не может и для его поджига цилиндры необходимо оснастить системой искрового зажигания, как на бензиновых моторах: Пример – газомоторная техника компании “РариТЭК” из Набережных Челнов на базе моделей КамАЗ.
Разумеется, обратной переделке под дизтопливо такой агрегат не подлежит.
Но есть и более простой и дешевый вариант установки ГБО на дизель, основанный на комбинированном режиме питания, собственно газодизель. Коротко о самом принципе работы на двойном топливе Dual Fuel, использовавшемся в свое время еще создателем дизельных двигателей Рудольфом Дизелем: основным здесь по-прежнему является дизельное, однако часть его замещается газом – метаном или пропаном. Дизельное топливо при этом выполняет функцию поджига топливовоздушной смеси – ведь для воспламенения газа, напомним, необходим искровой или запальный разряд. Степень же замещения основного топлива дополнительным зависит от нагрузки на двигатель и, собственно, самой топливной аппаратуры – оригинальной дизельной и устанавливаемой газовой. В настоящее время системы ведущих мировых производителей позволяют замещать до 50% дизтоплива в случае с метаном и до 30% – в случае с пропаном.
В остальном газодизельные системы мало отличаются от ГБО 4 поколения для бензиновых моторов. Отсюда и их основные преимущества.
Преимущества газодизельных систем
1) Простота монтажа: комплекты оборудования универсальны, подходят для всех типов дизельных двигателей с электрооборудованием как 12V, так и 24V, включая самые современные, и не требуют разборки и модификации силового агрегата, а переход на исходный дизельный режим возможен в любой момент времени простым нажатием на кнопку переключателя в кабине водителя.
2) Увеличение КПД и ресурса. Добавка дозы газа повышает мощность и крутящий момент двигателя – с турбонаддувом рост показателей может достигать 30%. При этом двигатель работает заметно тише и эластичнее, а благодаря снижению нагрузки на систему подачи дизельного топлива увеличивается срок службы ее элементов, особенно в случае с непосредственным впрыском Common Rail, работающим с переменным высоким давлением в зависимости как раз от нагрузки.
3) Экономика и экология. Замещение части дизтоплива газом позволяет до 20% снизить стоимость эксплуатации автомобиля по отношению к стоимости эксплуатации его только на дизельном топливе. А изменение состава и существенное снижение объема отработавших газов улучшает экологические показатели двигателей, уменьшает токсичность и дымность выхлопа и содержание в нем твердых частиц (сажи) настолько, что позволяет отказаться от использования раствора мочевины на агрегатах, отвечающих нормам Евро-4 и Евро-5.
Выводы
Таким образом, модификация дизельного двигателя в газодизель позволяет одновременно решить следующие задачи:
1. снизить расходы на 10-30%;
2. увеличить мощность и крутящий момент на 20-30%;
3. увеличить срок службы элементов системы подачи топлива (прежде всего систем Common Rail) и ресурс двигателя в целом;
4. снизить содержание СО, СН и твердых частиц в выхлопе.
И если для легковых дизелей с их небольшим аппетитом и относительно умеренными суточными и годовыми пробегами тема газодизеля – это скорее чисто академический интерес, то для интенсивно эксплуатирующихся грузовых автомобилей и магистральных тягачей, ежедневно покрывающих внушительные расстояния, установка газодизельного ГБО более чем оправдана с любой точки зрения. И с ростом цен на дизтопливо будет лишь прибавлять в актуальности.
Как известно, более дешевое по цене газовое топливо позволяет существенно экономить денежные средства в процессе эксплуатации различных транспортных средств. Для этого достаточно установить на автомобиль ГБО.
Что касается дизельных моторов, еще несколько лет назад перевести на газ дизельные двигатели не представлялось возможным или такие работы предполагали большую сложность. Однако сегодня ситуация в корне изменилась. Далее мы поговорим о том, как переводят дизельный двигатель на газ, что такое газодизель, а также какие плюсы и минусы имеет данное решение.
Читайте в этой статье
Газ для дизельного двигателя
Итак, активное развитие систем газового впрыска привело к появлению пятого поколения ГБО. Такая схема позволяет реализовать жидкий фазированный распределенный впрыск. Решение подходит для установки на любые инжекторные авто, легко интегрируется и совместимо с системами бортовой диагностики OBD и EOBD.
В случае с дизелем за основу также берется данная схема, позволяя современному турбодизелю работать на сжиженном газе. В результате такой мотор часто называют газодизелем благодаря установленному ГБО. При этом важно понимать, что сам процесс установки и настройки сильно отличается от аналогичной процедуры на бензиновых моторах. Другими словами, поставить ГБО на дизель является более сложной задачей, которая требует значительных доработок.
Принцип работы дизеля на газу: особенности
Главным отличием дизельного ДВС от бензинового является принцип воспламенения топлива в цилиндрах. В бензиновых агрегатах для поджига смеси воздуха и топлива используется искра, которая создается на свечах зажигания.
В дизеле сначала сильно сжимается воздух, который нагревается от такого сжатия. После этого в последний момент форсунка впрыскивает солярку в камеру сгорания, затем нагретая и сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно.
Теперь перейдем к ГБО. В качестве газового топлива используется метан или пропан. Однако если подать в цилиндры газ вместо дизтоплива, воспламенения не произойдет. Дело в том, что для самостоятельного поджига газо-воздушной смеси нужны более высокие температуры по сравнению с соляркой.
Естественно, при такой схеме работы возможно только частичное замещение дизтоплива газом, однако в процентном соотношении можно говорить о показателях около 25-30% солярки на 70-75% сжиженного газа. Вполне очевидно, что данное решение способно обеспечить существенную экономию дорогостоящего дизельного топлива.
Добавим, что хотя обязательный подвпрыск солярки не позволяет полностью перейти на газ, однако такая особенность дает возможность сохранить работоспособность дизельных форсунок. На практике это немаловажно, особенно с учетом высокой стоимости любых элементов топливной аппаратуры дизельного двигателя.
Еще отметим, что альтернативой описанному выше решению является полный перевод дизеля на газ. При этом необходимо полностью демонтировать топливную систему дизельного двигателя, поставить внешнюю систему зажигания, доработать ГБЦ и т.д. В результате дизель сможет работать на метане, однако сложность таких доработок и высокая стоимость работ не позволяют этому способу набрать широкую популярность.
Если просто, благодаря тесному взаимодействию со штатными системами управления ДВС, газовое оборудование «подбирает» и динамично корректирует нужное количество подаваемого газа. Это позволяет найти и сохранить оптимальный баланс между количеством дизтоплива и газа для нормальной и стабильной работы мотора во всех режимах.
Советы и рекомендации
Для качественной реализации поставленной задачи рекомендуется приобретать системы ГБО для дизеля от проверенных производителей (Westport, OMVL и т.д.). Важно, чтобы установочные комплекты были специально разработаны и адаптированы для подобных инсталляций, а также были должным образом сертифицированы.
- С большой ответственностью стоит подходить и к выбору самих установщиков. Если было принято решение поставить ГБО на дизель, лучше обратиться в крупные установочные центры, которые дают гарантию как на оборудование (в случае приобретения ГБО в конкретном установочном центре), так и на выполненные работы.
- Еще крайне желательно обращать свое внимание на новейшие разработки и технологии, так установка ГБО на дизель является более «деликатным» процессом сравнительно с бензиновыми аналогами.
Например, технология HPDI является относительно новой схемой, которая позволяет добиться высокоточной комбинированной подачи дизельного топлива и газа метана, при этом соотношение замещения солярки газом достигает отметки 95% газа к 5% дизтоплива.
В основе решения лежит особая форсунка, которая способна последовательно впрыскивать газ и солярку. Другими словами, один инжектор сначала подает в цилиндр небольшую порцию дизтоплива, а уже затем происходит основной впрыск метанового заряда.
Поданное ранее дизтопливо воспламеняется естественным образом от сжатия, играя роль свечи зажигания, а основная порция газа впрыскивается ближе к самому концу такта сжатия и воспламеняется от уже горящего дизельного топлива. Подобные решения позволяют эксплуатировать дизельный ДВС на газу с максимальной экономией.
- Также добавим, что электронные системы управления двигателем после установки ГБО нужно обязательно настроить. Для этого должно использоваться уникальное программное обеспечение, которое позволяет выполнять тонкие настройки. В результате состав смеси на всех режимах будет оптимальным, что позволяет увеличить ресурс дизеля на газу, получить нужную отдачу от мотора, снизить уровень токсичности выхлопа и т.д.
Подведем итоги
Как показывает практика, на территории СНГ установка ГБО для дизелей не особенно популярна. При этом в Европе такой подход намного более востребован в сфере коммерческого транспорта. Даже с учетом относительно высокой стоимости процедуры перевода дизельного автомобиля на газ, отмечается быстрая окупаемость при больших пробегах.
Напоследок хотелось бы отметить, что для легковых дизельных автомобилей, как правило, нет необходимости устанавливать ГБО. Дело в том, что дизель сам по себе является весьма экономичным типом ДВС. Однако если речь идет о коммерческом транспорте, тогда с учетом постоянно растущих цен на топливо ситуация полностью меняется, а выгода от установки ГБО на дизельный мотор становится более очевидной.
Как установка ГБО и переход на газ влияет на двигатель и моторесурс. Особенности настройки газового оборудования, подбор масла и обслуживание ДВС на газу.
Преимущества и недостатки использования газобалонного оборудования. Обслуживание и эксплуатация ГБО, польза и вред газа для двигателя и штатных систем.
Принцип работы и отличительные особенности газовых форсунок. Основные парметры при выборе форсунок для ГБО 4. Какие газовые форсунки лучше купить.
При резком нажатии на педаль газа двигатель дергается, появились рывки и провалы, авто не набирает скорость: основные причины неисправности и диагностика.
Газобалонное оборудование. Классификация, принципы работы и конструкция. Различные поколения газовых систем, ГБО для моторов с непосредственным впрыском.
Основные причины, кторые приводят к обеднению рабочей смеси. Бедная смесь на карбюраторных и инжекторных ДВС, а также на моторах с ГБО. Диагностика, ремонт.
Газовое оборудование на дизельный двигатель – экономия при каждой поездке
Растущая стоимость автомобильного топлива наводит некоторых водителей на мысль о том, чтобы установить газовое оборудование на дизельный двигатель своего транспортного средства. Посмотрим, насколько реально это сделать!
Газовое оборудование на дизельный двигатель – некоторые нюансы
Модернизация дизеля посредством перевода его на работу с метановым либо пропан-бутановым газобаллонным оборудованием вполне возможна. Но при этом владелец автомобиля должен понимать, что родную систему питания дизельного мотора придется серьезно изменить, чтобы приспособить все системы к использованию газа.
Функционирование любого дизеля начинается с зажигания. Если подключить газобаллонную аппаратуру к камерам сгорания, куда до этого подавалась солярка, и ждать, когда произойдет самовоспламенение газовой смеси, ничего действенного из этого не выйдет. Дизтопливо самовозгорается при 320, максимум 380 градусах по Цельсию, газу же требуется температура не менее 700 градусов.
Учитывая вышесказанное, становится понятно, что даже сугубо теоретически применять один вид горючего при переводе дизельного двигателя на газ нереально. Чтобы решить данную задачку, можно использовать один из двух вариантов модернизации дизелей, которые осуществляются в наши дни:
- совместное применение газа и дизельного топлива;
- переделка дизельного ДВС в газовый.
Рассмотрим и сравним оба эти варианта.
Газовый двигатель – кардинальное изменение мотора
Радикальный способ перевода дизеля на работу на газобаллонной аппаратуре, предполагающий капитальное изменение двигателя:
- монтаж свечей зажигания, которые буду выполнять функцию форсунок;
- установка системы зажигания вместо топливного оборудования;
- удаление «ненужного» металла на днищах поршней либо в камерах сгорания с целью существенного снижения уровня сжатия газа.
Такая газовая установка на дизельный двигатель, по сути, означает полное его изменение и превращение дизельного «сердца» транспортного средства в полностью газовый двигатель. По своим параметрам он будет очень похож на бензиновый ДВС, «поджатый» под газ (достаточно экономичный – газ дешевле солярки, экологичный – не так сильно загрязняет атмосферу, с увеличенным ресурсом эксплуатации).
Данный вариант перевода дизеля на использование газа весьма активно внедряется в странах европейского континента. Но в СНГ и России намного чаще автолюбители идут по другому пути, предполагающему получение газодизеля. О нем далее.
Газодизель – много преимуществ, минимум недостатков
Многие наши соотечественники предпочитают монтировать именно такое газовое оборудование на карбюраторный двигатель, оно позволяет получить мотор, работающий на смеси солярки и газа метана. Несомненным его достоинством является то, что не нужно кардинально переделывать имеющуюся конструкцию.
Затруднение с температурой воспламенения метана в этом варианте решается за счет того, что на финальной стадии такта зажигания в цилиндры движка подается небольшой объем солярки. Она и воспламеняет газовоздушную смесь, поступившую в двигатель на такте впуска. Для реализации описанной схемы дополнительно нужно монтировать насос высокого давления, который и подает требуемую порцию дизтоплива.
Влияние газового оборудования на двигатель в данном случае незначительно, зато преимуществ от использования газа и солярки немало:
- редкая замена масла;
- увеличение срока эксплуатации мотора за счет того, что на элементах цилиндропоршневой группы накапливается меньше гари;
- отсутствие черного дыма при функционировании газодизеля, работающего на 80 процентах газа и 20 дизельного топлива;
- практически полное отсутствие в выхлопе бензопирена – наиболее ядовитого соединения, за которое все сторонники чистой экологии ругают дизель;
- реальная (и немалая) экономия на горючем.
Думается, теперь вы сами можете понять, портит ли газовое оборудование двигатель, и есть ли смысл переводить на газ ваше авто.
Мнение эксперта
Руслан Константинов
Эксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.
В России и странах СНГ установка газобаллонного оборудования, а если быть точным использование установки с комбинированным принципом работы Dual Fuel не пользуется большой популярностью. Причина тому высокая стоимость, как оборудования, так и работ по монтажу. К тому же придется ещё поискать квалифицированных специалистов в этой области.
Газ на дизеле востребован в основном на коммерческом транспорте, так как окупиться затраты могут только на больших пробегах. Для легковых автомобилей с дизельным двигателем установка ГБО не является целесообразной. Дизельный мотор за то и славится, что гораздо экономичнее своего бензинового аналога. Конечно, на легковушку тоже можно поставить газовое оборудование, даже если двигатель современный и использует систему Common Rail, но если в месяц пробег не превышает 1500 км, то по средним расчетам окупится ГБО через 60 месяцев как минимум. Поэтому для личного автотранспорта установка газобаллонного оборудования вопрос спорный, конечно, если есть лишние деньги то, пожалуйста, с другой стороны, если есть лишние деньги, зачем экономить на топливе. Также стоит отметить, что на сегодня самым выгодным и экономным решением станет установка оборудования на природном метане, этот газ заменит до 80% топлива, тогда как пропан не более 45%. Но и здесь есть минус, метановые заправки нужно ещё найти. Специфика таких АГЗС в том, что они находятся неподалеку от месторождения, а такие места не повсеместное явление.
установка газодизеля на авто в цена Кирове «АвтоКомфорт»
Компания «АВТОКОМФОРТ» является сертифицированным установщиком газовых систем для транспорта. Мы разрабатываем и внедряем решения по газификации коммерческого транспорта.
Установка газодизеля – выгодный вариант экономии затрат на топливо, ведь природный газ стоит втрое дешевле дизеля (ДТ). Дооснащенный для работы с газом двигатель работает за счет внутреннего воспламенения газовоздушной смеси путем впрыскивания в цилиндр жидкого топлива. При езде с газодизелем используется 70% природного газа (метана) и лишь 30 % дизтоплива. Чтобы выполнить установку ГБО на дизель качественно и профессионально, достаточно обратиться в наш автосалон в городе Киров.
Как работает газодизель
Сегодня ГБО на дизеле можно двумя основными способами:
Переоснащение на 100% газ
Для перевода автомобиля на полное питание газом необходимо серьезно модернизировать двигатель. Поскольку метан имеет октановое число 120, степень сжатия дизельного двигателя для него является не совсем подходящей. То есть она слишком высока и требуется ее уменьшить до 12:1-14:1 во избежание детонации с последующим разрушением агрегата.
Также следует учесть, что газ самовоспламеняется при 700 °С, а для ДТ достаточно 320-380°С. Сжатие не приводит к самовоспламенению газа, поэтому цилиндры дополнительно оснащают устройством искрового зажигания по аналогии с бензиновыми моторами. Каждому автолюбителю понятно, что переделанный подобным образом двигатель невозможно вернуть в прнежнее состояние для работы на дизтопливе.
Однако существует и более легкий недорогой вариант, основанный на комбинировании режимов питания. Это и есть газодизель.
Газодизель Dual Fuel
Данный принцип использовался самим создателем дизельных моторов Рудольфом Дизелем. Принцип состоит в доминировании дизтоплива, однако частично оно заменяется газом (пропаном или метаном). При этом ДТ поджигает тепловоздушную смесь, а сама степень замещения главного вида топлива дополнительным зависит непосредственно от нагрузки на двигатель и саму аппаратуру (родную дизельную или новую газовую). На сегодняшний день ведущие мировые производители создают системы, замещающие до 50% ДТ при совмещении с метаном, либо до 30 % при комбинировании с пропаном.
В остальных аспектах газодизели почти не отличаются от ГБО 4 поколения для бензиновых двигателей. Именно это определяет основные преимущества газодизельных систем.
Почему стоит установить газодизель
Газодизель можно устанавливать на грузовики, автобусы и сельхозтехнику. Кроме очевидной экономии затрат на топливо, к числу преимуществ оборудования относятся:
- Сокращение потерь топлива, поскольку газ не сливается с бака.
- Рост мощности и крутящего момента мотора на 20-30%.
- Автоматический возврат к использованию ДТ когда газ закончится.
- Отсутствие необходимости в значительном изменении конструктива двигателя.
- Сохранение гарантии у официальных дилеров.
- Увеличение интервалов для замены масла.
- Более мягкая работа двигателя без лишнего шума.
- Высокая (Евро-5) экологичность двигателя.
- Простота монтажа универсальных комплектов ГБО.
- Ускоренная установка за 1-2 дня.
- Возможность запуска мотора в условиях суровой зимы.
Установка ГБО позволит увеличить ресурс двигателя, поскольку природный газ не содержит вредных примесей. Вероятность накапливания смолянистых отложений в моторе практически нивелирована. Уровень токсичности выхлопа также сведется к минимуму, ведь у природного газа самые низкие показатели вредных выхлопов по сравнению с другими популярными видами топлива.
Цена установки газодизеля формируется в зависимости от типа автомобиля (внедорожника, грузовика, легкового авто). Кроме того может понадобиться монтаж нескольких баллонов. Цены на оборудование разных брендов также отличаются.
Монтаж осуществляется быстро – от 1 рабочего дня. Время установки также определяется типом автомобиля.
Из всего сказанного выше можно сделать вывод о целесообразности установки ГБО на дизель для грузовой автомобильной техники. Легковые машины с их малым расходом топлива и незначительными пробегами данный вариант не актуален. В то же время интенсивно работающие грузовики, ежедневно переезжающие на значительные расстояния, точно стоит перевести на газодизель.
Обратившись в наш центр в Кирове, вы сможете заказать установку газодизеля без лишних трудностей. У нас работает коллектив профессионалов, для которых нет неразрешимых задач. Мы поможем определиться с выбором ГБО и установим систему с соблюдением всех правил. У нас можно проходить техобслуживание и ремонт ГБО. Двухтопливные двигатели делают возможным передвижение автомобилей на соляре почти с полным ее замещением природным газом.
Газодизель на грузовой автомобиль,газ на дизельный двигатель перевозчикам,установка,двухтопливный двигатель
В условиях увеличения доли топливных затрат многие операторы коммерческих перевозок задумываются о возможности компенсировать рост цен за счет перехода на газ. Однако, такие радикальные методы, как конвертация дизельных двигателей в газовые, имеют свои недостатки. В поисках оптимального решения мы хотим обратить внимание на такой вариант, как газодизель, сочетающий преимущества традиционного дизеля и ГБО.В отличие от ситуации с бензиновыми двигателями, перевод которых на газообразное топливо (в основном, СУГ — сжиженный углеводородный газ) давно не является экзотикой, стандартный дизельный двигатель не может работать на газовом топливе. Во-первых, температура воспламенения газа на 300-320 градусов выше. Во-вторых, высокая степень сжатия дизельного двигателя будет вызывать детонацию. Поэтому, для перевода двигателя в газомоторный режим на метане (СПГ — сжатом природном газе) или пропане (СУГ) — требуется переделка двигателя.
Для снижения степени сжатия и, соответственно, перехода на сжатый природный газ (метан) потребуется установка проставки под ГБЦ, что увеличивает объем камеры сгорания. Также придется установить другие поршни и удлиненные шатуны. Система впрыска дизельного топлива заменяется на газовую, и, конечно, потребуется система искрового зажигания. После этих доработок двигатель будет работать только на газовом топливе, и возврат в дизельный режим возможен только путем обратной переделки двигателя.
Возможно, в некоторых случаях столь радикальный подход оправдан. Полная конвертация, но пропан может дать эффект снижения топливных затрат до 35-40% экономии на топливе, а на метане – до 40-50%, в зависимости от цены в конкретном регионе. Однако неудобства возрастают пропорционально экономии. При установке пропанового баллона на место штатного топливного бака пробег автомобиля сократится примерно на 30-40%, поскольку потребление топлива увеличивается с коэффициентом 1,2-1,4 в отношении к дизтопливу. В сочетании с высокой стоимостью конвертации дизельного двигателя в газомоторный режим, это препятствует широкому применению данного решения.
В случае с переводом на метан запас хода сокращается очень существенно, а вес системы хранения ощутимо сказывается на максимальной коммерческой загрузке, поскольку СПГ хранится в сжатом состоянии, под давлением порядка 200 атмосфер. Метановые баллоны тяжелы, дороги (а не слишком тяжелые композитные — очень дороги) и требуют частой поверки, которая тоже стоит денег. Проблему запаса можно решить за счет установки еще большего баллонов, но это означает, что еще больше топлива будет расходоваться на перевозку самого топлива. Поэтому на практике метан прижился только там, где большой запас хода не требуется — в городских перевозках и коммунальном хозяйстве.
Все перечисленные причины заставили разработчиков искать иной, компромиссный вариант, дающий возможность сэкономить на топливе без потери преимуществ дизеля в запасе хода, доступности топлива на любой АЗС и, главное, — без необходимости радикально переделывать двигатель. Таким решением является двухтопливный газодизельный двигатель.
Двухтопливный газодизельный двигатель
Двухтопливные газодизельные двигатели при возможности заправиться газом позволяют экономить на дизельном топливе и притом — смело ехать туда, где нет АГЗС. Двухтопливный газодизель является обычным дизельным двигателем, на который установили дополнительные устройства для работы с газовым топливом. В двухтопливном газодизельном режиме в конце такта сжатия в цилиндры подается некоторое количество дизельного топлива, которое и поджигает газо-воздушную смесь, поступившую на такте впуска. Газодизельный двигатель может работать только на дизельном топливе, но не может работать только на газу.
Величина степени замещения может колебаться от 15% до 50% для пропана (пропан-бутан). Конкретные значения зависят от вида топливной аппаратуры исходного двигателя, а также совершенства используемой газодизельной системы. На метане, теоретически, возможно замещение до 85%, однако в целях сохранения проектного теплового режима двигателя надо отставлять как минимум треть потребления ДТ для охлаждения топливных форсунок и клапанов. Поэтому реальная разница в замещении пропаном и бутаном — не превышает 20%. Для практических расчетов можно использовать гарантированную степень замещения в 40-60% для метана и 35-50% для пропана.
Запуск двигателя и его работа в режиме малых нагрузок (до 30% от максимума) осуществляется практически на чистом дизельном топливе, так как в таком режиме очень трудно подобрать устойчивые параметры подачи газа. Далее, с ростом нагрузки, начинается благоприятный для газодизельного режима диапазон, и при нагрузках около 70% достигается максимальная степень замещения дизельного топлива газом. На максимальных оборотах сокращается время рабочего цикла, и доля газа снова уменьшается, поскольку он горит дольше и в больших количествах не успевает продуктивно сгорать.
Учитывая все сказанное выше, украинская компания «Изотоп Прибор Сервис», специализирующаяся на поставке и эксплуатации диагностического оборудования для тяжелой коммерческой техники, взялась за доводку одной из существующих систем управления пропанового газодизеля. Цель проекта — довести систему управления для двигателей объемом 9-16 литров до 50%-ного замещения газом с максимальным экономическим эффектом.
Газодизельная система для конкретных двигателей
Как уже было сказано, метановые баллоны тяжелы и маловместительны, а полная конвертация — сложна и лишает возможности ездить на ДТ, поэтому в «Изотоп Прибор Сервис» остановили свой выбор на пропановом газодизеле. Однако цель не просто в том, чтобы начать продавать оборудование — в мире оно уже существует, и приобрести его не проблематично. Цель — создать готовую систему для установки на популярные двигатели, с таким расчетом, чтобы она оптимально работала на каждом из них.
На данный момент прорабатывается технология впрыска газа в коллектор, после турбонаддува. Дело в том, что при подаче перед турбокомпрессором система слишком инертна и не всегда адекватно реагирует на изменения режима работы двигателя из-за большого объема газовоздушной смеси в интеркулере. Вторая проблема — возможность утечки газа и пожара при повреждении интеркулера. Поэтому предпочтительнее подача газа непосредственно в коллектор перед клапанами — это позволяет поддерживать давление подачи газа из расчета +1,5 атмосферы к давлению в коллекторе. За счет использования коротких трубопроводов удается очень быстро вносить коррекцию для поддержания оптимального смесеобразования при изменении оборотов двигателя.
Состояние системы постоянно отслеживается по температуре ОГ, температуре компрессора, давлению в коллекторе и другим показателям. Вообще, основное отличие системы, используемой «Изотоп Прибор Сервис», — наличие обратной связи. Количество подаваемого газа не просто рассчитывается по «карте», а определяется, исходя из реальной потребности. Когда электроника сообщается с блоком управления двигателя, получая от него все данные о надуве, температуре двигателя и т.д., система быстрее реагирует на какие-либо изменения и адаптируется.
Для корректной работы газодизеля необходима оптимизация подающей газ системы и обратная связь по всем параметрам, которая обеспечит быструю коррекцию — с каждым поворотом коленчатого вала должна автоматически вноситься коррекция. Газ, который подан в цилиндр, должен там эффективно сгореть и выполнить свою работу, то есть максимально выполнить функцию замещения дорого топлива более дешевым.
В системе, которая сейчас тестируется в «Изотоп Прибор Сервис», помимо привязки к педали газа еще есть режим круиз-контроля, который активируется специальным тумблером. В компании поставили перед собой цель сделать так, чтобы система ничем не отличалась по функционалу от той системы, которая установлена на двигателе, вплоть до того, что она должна видеть сигнал скорости, когда нужно включить ограничитель.
Сама система, электроника и блок управления все учитывает. Блоку указывается модель форсунок согласно каталога, а система отслеживает давление газа, температуру и давление во впускном коллекторе. Благодаря этому система точно рассчитывает объем газа, подаваемого в двигатель — ведь газ имеет большой коэффициент температурного расширения, который должен быть учтен. После чего мы видим объем газа. Да, он расчетный, но это — согласно данным производителя. То есть мы видим, какой объем газа бы подан. В любой момент водитель легким нажатием кнопки может отключить систему, и автомобиль плавно перейдет на дизель.
Впрыск газа осуществляется непосредственно во впускной тракт после интеркулера.
| Подключение блока управления газовой аппаратурой в тестовом режиме. | Показания датчика температуры ОГ используются для определения оптимального соотношения дизтопливо/газ. |
Газовое оборудование интегрируется в систему для согласованной работы с дизельной топливной аппаратурой.
Компоненты системы газодизельного двигателя
На данный момент в «Изотоп Прибор Сервис» подбирают оптимальные по цене и характеристикам комплектующие. Форсунки рассматриваются и польские, и китайские, и японские. Производители предоставляют данные о пропускной способности форсунки и том, при каких параметрах достигнута данная производительность. Тут надо понимать, что газовые форсунки отличаются от тех, которые предназначены для жидкого топлива. У разных газовых форсунок отличается пропускная способность — количество подаваемого газа в зависимости от времени, температуры и давления газа, поэтому нет одинаково подходящей для всех моторов форсунки. Кроме того, в форсунку может попасть смола (фильтры всего не удерживают), собраться конденсат, соответственно, снизится пропускная способность, и система должна адекватно на это реагировать.
Что касается баллонов, то уже практически определились с их украинским производителем. Цена на его баллоны ниже, а их качество не уступает импортным аналогам. Возможно, отечественные не так красиво покрашены, но на качество это не влияет, и польские коллеги — специалисты по ГБО — не возражают против использования данных баллонов. Тем более что украинского производства только сам баллон, а все остальное — импортного производства: арматура и мультиклапаны используются импортные, сама арматура надежная, имеет предохранительные клапаны, бронированные и пластиковые трубопроводы, предназначенные специально для пропановых баллонов — все сопровождается сертификатом безопасности.
Компоненты газовой топливной системы: форсунка (1), топливная рампа для форсунок (2), фильтр очистки газа с клапаном и без (3 и 4), блок управления газовой аппаратурой.
Стоимость баллонов украинского производства ниже импортных, а качество им не уступает.
Эксплуатационные характеристики газодизеля
Перевод на газодизельный двухтопливный режим, проведенный правильно, может даже улучшить эксплуатационные характеристики двигателя. Так, в газе отсутствует сера, а при его сгорании выделяется меньше углерода и транспорт становится более экологичным. Основной предрассудок относительно газа — что он снижает ресурс и, в частности, ведет к прогару клапанов, вызван использованием ГБО с неправильными настройками. В частности, если слишком обеднить смесь, то газ горит медленнее и не успевает сгорать полностью, догорая уже на выпуске. Если правильно и грамотно все настроить, отследить параметры, эксплуатация автомобиля не нарушается.
Если заменить большую часть топлива газом, то двигатель будет намного чище, не так будет образовываться нагар, будет дольше служить масло. Таким образом, можно увеличить сервисный интервал по замене масла. Производитель газового оборудования рекомендует межсервисный интервал — 40 000 км пробега.
Есть разница в установке газа на Евро 3 и Евро 4. Во-первых, это скорость обмена данными, наличие катализатора и системы AdBlue (система впрыска карбамида, ее еще называют «мочевина»). Эта система рассчитывает впрыск жидкости — 4% от расхода топлива. На компьютере автомобиля с газодизельным двигателем уменьшается расход дизельного топлива, соответственно уменьшается и расход карбамида. Если расход принять за 18 литров дизельного топлива на 100 километров, соответственно и 4% уменьшаются, что дает существенную экономию на недешевом реактиве AdBlue.
Александр Романенко, тест-инженер «Изотоп Прибор Сервис»:— В Европе на такие системы также есть спрос, но пока нет производителя контроллеров, который бы мог обеспечить все выдвигаемые в ЕС требования. На данном этапе польский производитель готов развивать систему в данном направлении. А в Украине есть перевозчик, которому интересно поучаствовать в данном эксперименте, и он же предоставил автомобили различных типов и производителей — от Евро 3 до Евро 5.
Сотрудничество с Польшей для нас выгодно, так как мы получаем нормальный продукт, который дальше продвигаем на рынке. Периодически встречаемся с производителями и разработчиками данного оборудования, высказываем свои требования, участвуем в процессе доработки электронной системы. Мы обмениваемся отчетами, снимаем данные с автомобиля, производитель добавляет их в блок управления.
Пока что обкатываем систему на тестовых автомобилях, которые должны пройти определенное расстояние. Мы обвешиваем автомобиль датчиками и манометрами, подбираем форсунки с наименьшим временем реакции (закрытие/открытие клапана), для того чтобы система всегда выполняла коррекцию. Сейчас программа дорабатывается так, чтобы полностью мониторить работу двигателя и автомобиля в целом.
В целом автомобиль эксплуатируется в штатном режиме, единственное, что часть дизельного топлива будет замещена газом без потери мощности или крутящего момента. Мы даже стараемся что-то улучшить и выйти на цифру замещения газом дизеля 50%. При этом у нас не увеличивается расход топлива, то есть, если на каждые 100 км уходило 30 литров ДТ, то и суммарный расход останется в тех же пределах. На сегодняшний день газ почти вдвое дешевле дизельного топлива, т.е. 50% замещения будут означать 25% экономии на топливе. Даже при замещении 35-40% дизельного топлива экономический эффект с лихвой оправдывает установку газового оборудования.
Основные автомобили, на которых мы проводим испытания — стандарта Евро 4. Мы делаем акцент на автомобили новых поколений (Евро 4, Евро 5), потому что на автомобили Евро 0 — Евро 3 поставить газ не проблема, но эффект будет невелик. Мы ориентированы на новые автомобили массовой эксплуатации, так как они более экономичны, а если их еще сделать экономичными в плане используемого топлива, они будут очень выгодными.
Преимущество газа не только в цене — он чище и горит медленнее. При правильной установке весь газ может окисляться в цилиндре — сгорать и нормально работать, давление в цилиндре при этом будет оптимальным. При переходе на крутящий момент температура будет повышаться. На больших автомобилях обороты меньше. Степень сжатия сейчас снизили до 18, хотя раньше она была 22-25. Компенсация происходит за счет турбонаддува. Мы, за счет этого, на газу выигрываем еще больше.
Конечный продукт должен быть прост в установке, чтобы любой установщик, который прошел обучение, мог его просто смонтировать. Под оборудование уже будут готовые прошивки под определенную модель автомобиля, испытанные в разных режимах. Их можно будет корректировать в пределах разумного. Мы также хотим полностью исключить проблемы с некорректной установкой или монтажом. Мы будем обучать специалистов, как это правильно и грамотно сделать, потому что именно за этими системами будущее и они обладают большим потенциалом как для эксплуатантов, так и для установщиков.
Автомобиль с установленной системой.
Заключительное слово в пользу газодизеля
Итак, кратко перечислим все преимущества, которые дает двухтопливный газодизель. Дооборудование дешевле, чем конвертация в газомоторное ТС, и несравнимо дешевле покупки нового экономичного транспорта. Большой пробег на одной заправке (в газодизельном и обычном режиме) достигается за счет более экономного расхода газа, использования части дизельного топлива и отказа от хранения резервного объема газа, поскольку на двухтопливном газодизеле можно ехать «до пустых баллонов». Характеристики двигателя не изменяются. Мощность, момент и их зависимости от оборотов не изменяются.
Срок выполнения работ по установке газодизеля составляет 1-3 дня. Двигатель остается тем же, с теми же недорогими запчастями и процедурами обслуживания, в то время как специальный газовый двигатель требует редких и более дорогих комплектующих. Объем прохождения дизельного топлива через форсунки в газодизельном режиме уменьшается до 2 раз, соответственно и уменьшается негативное воздействие некачественного топлива на форсунки.
Наконец, имеет значение и возможность продажи газодизельного автомобиля без финансовых потерь. Можно самостоятельно перевести ТС обратно в дизельный режим, а снятое газодизельное оборудование установить на новое транспортное средство или продать. Можно взять автомобиль в лизинг, использовать как газодизельный, а потом вернуть в лизинговую компанию, как обычный автомобиль. И конечно, все время использования автомобиля — экономить 25% на топливе.
Подготовил Денис Петров
Опубликовано в журнале autoExpert №6-7 2014. Использование материалов возможно только со ссылкой на источник.
Газ на дизельный двигатель. | ЭТО ИНТЕРЕСНО!
На сегодняшний промежуток времени у нас есть два направления по установки газа на дизель. Это полная переделка и комбинированный принцип работы.
Начнём подробно разбирать полную переделку. Полная переделка — это из дизельного двигателя полностью переделывают на газовый двигатель. То есть уменьшают степень сжатия. У дизеля 18 к 1 или 22 к 1 кг/см2 и уменьшают степень сжатия 12 к 1 или 14 к 1 кг/см2.
Затем ставят свечи и после этого устанавливают по специальной системе зажигание, которое должно быть аналогичное с бензиновым двигателем.Эта полная переделка стоит очень дорого . Я узнавал, это будет стоить 3 000 — 4 000 уе и она бессмысленная, так как зачем переделывать дизель на газ если сам дизель экономичный. Делают такую переделку очень и очень редко, и после этой переделки двигатель работает только на газу.
Второй способ — это комбинированный принцип работы. В этом способи, двигатель не переделывают. Просто на уровни впускного колектора врезается газовое оборудование. Потом воздух с частицей газа поступает в цилиндр двигателя . Дальше, поршень подымается в верх и сдавливает эту смесь. Степень сжатие к примеру 22 к 1 кг/см2 и с верху подаётся дизель. Дизель от давления воспламеняется и воспламеняет всю эту смесь. Потом поршень опускается в низ , а затем в верх. Эта вся сгоревшая смесь выходит через выпускные клапана.
Если взять газ Пропан — Бутан, тогда это будет 40-50% от общего обЪёма.
Если взять Метан, тогда 50 — 60 %. То есть , Метан до 60% может замещать дизель. На Метане двигатель получается экономичнее. Заправок где заправляют Метан не много и стоит это оборудование дороже чем на Пропан — Бутан. С этим встроенным газовым оборудованием можно ездить на дизеле и на газу. Запускать двигатель нужно только на дизеле, а потом подключать газ.
Из этого всего, выгода не большая. Я вообще если честно против газа.
(PDF) Преобразование дизельного двигателя в двухтопливный двигатель на природном газе
166 Абхай Тивари: Преобразование дизельного двигателя в двухтопливный двигатель на природном газе
в двухтопливный двигатель —
3.3.1. Двухтопливный электронный блок управления
ЭБУ посылает высокоскоростные импульсно-модулированные сигналы на форсунки
, работающие на природном газе и дизельном топливе. Компонент основан
на постоянных измерениях давления в воздушном коллекторе
и температуры, а также давления и температуры газа.
Устройство управляет подачей двойного топлива в двигатель
, обеспечивая оптимальное управление топливом, которое обычно составляет 8 % дизельного топлива,
в сочетании с 92 % природного газа. Это обеспечивает максимальную эффективность использования топлива
при минимально возможных выбросах CO
2
.
Большинство современных ЭБУ могут также контролировать «детонацию» двухтопливных двигателей
, автоматически изменяя соотношение воздух/газ
горения.В случае сбоя в подаче СПГ блок ECU
отключит систему СПГ и переключится на подачу 100% дизельного топлива
.
3.3.2. Байпас воздуха турбонагнетателя (TAB)
Блок TAB необходим для регулирования количества воздуха
, подаваемого турбонагнетателем. Это обеспечивает байпасный клапан,
, как правило, дроссельной конструкции.
3.3.3. Конструктивное преобразование дизельного двигателя
в DNG
Технология преобразования двигателя хорошо отработана, и возможно подходящее оборудование для преобразования
.Для дизельных двигателей
, которые должны быть переоборудованы или предназначены для работы на природном газе, доступны два варианта
. Первый — двухтопливный двигатель. Этот
относится к дизельным двигателям, работающим на смеси природного газа
и дизельного топлива. Природный газ имеет низкое цетановое число (количество
указывает на воспламеняющие свойства дизельного топлива
по отношению к стандартному цетановому числу) и поэтому не подходит для воспламенения от сжатия
, но при предварительном впрыске дизельного топлива
нормальное воспламенение происходит в газовоздушной смеси.
расхода 50-75% обычного дизельного топлива может быть заменено газом при работе в этом режиме [9]. Двигатель
также может работать на 100% дизельном топливе. Второй номер
предназначен для двигателей, работающих на природном газе. Специальные двигатели, работающие на природном газе
, оптимизированы для работы на природном газе. Они могут быть произведены из бензиновых двигателей
или могут быть разработаны для целей
. До тех пор, пока не появятся промышленные OEM-двигатели, будет продолжаться
практика перевода дизельных двигателей на искровые
, которая включает замену оборудования для заправки дизельным топливом
газовым карбюратором и добавление системы зажигания
и свечей зажигания.Для двигателей с воспламенением от сжатия
, преобразованных в искровое зажигание, необходимо изменить конструкцию поршней, чтобы
уменьшить первоначальную степень сжатия, и необходимо установить высокоэнергетическую систему зажигания
. Система
подходит для СПГ и идеально подходит для системы впрыска с последовательным портом
, но также может использоваться для одноточечного впрыска и впрыска низкого давления в цилиндр
. Производство газа обеспечивает
большую точность в отношении времени и количества подаваемого топлива,
и требует дальнейшего развития и повышения качества топлива
выбросов.Приблизительное значение
эквивалентного объема бензина или дизельного топлива в цилиндре, заполненном
газом при 20Map, должно быть получено путем деления
объема цилиндра на 3,5 — таким образом, 60-литровый цилиндр обеспечит
энергетический эквивалент 17 литров условного топлива.
Конструкция и установка соответствующих баллонов высокого давления на борту
аккумулирующих баллонов играют важную роль в эффективной и
эксплуатации транспортных средств, работающих на КПГ.Стоимость составляет
хорошую долю от общей стоимости установки транспортного средства. Наиболее широко используются газовые баллоны из хромомолибденовой стали
,
, которые являются самыми дешевыми, но также и одной из самых тяжелых форм контейнеров для хранения
. Вполне возможно, что требуемое пространство и
вес систем хранения СПГ в будущем сократятся
в результате повышения эффективности двигателя (как в специальных конструкциях
) и облегченных резервуаров для хранения.Например волокно
армированное алюминиевым сплавом или вообще все композитное.
Напорные баки CNG В таблице показан значительный вес
Экономия по сравнению со сталью — до 57%. Можно даже увеличить
плотность энергии хранимого топлива, например, увеличив
давление хранения газа. Будущие специализированные транспортные средства, работающие на СПГ-
, выиграют от того, что система хранения топлива
будет интегрирована в конструкцию автомобиля, занимая меньше места для хранения
, которое в настоящее время теряется при переоборудовании.Одним из предложений по
будущему транспортному средству, системе хранения СПГ является так называемая
«крепостная рама». Модифицированная конструкция рамы транспортного средства со значительным
поперечным сечением будет использоваться для хранения внутри нее газа
при низком давлении. Кроме того,
рама обеспечит лучшую защиту пассажиров при столкновении. Хотя
конструкция, вероятно, будет такой же «безопасной», как и обычные автомобили, работающие на СПГ
, вопросы ответственности за качество продукции, особенно в США, делают
будущее развитие этой концепции неопределенным.
ведутся исследования по использованию адсорбирующих материалов в резервуаре для хранения
природного газа, что снижает требуемое давление (с 200
бар для СПГ в настоящее время до примерно 30 бар) и, таким образом, позволяет избежать
необходимости в компрессорах высокого давления и обеспечивает более
гибкость конструкции бака. Были рассмотрены многие типы адсорбирующих материалов
, включая активированный уголь, цеолиты
, фосфаты глинистого песка.С активированным углем при
давлении 300-400 фунтов на кв. дюйм (2-2,75 МПа или 20-27 бар) [9] процент адсорбированного природного газа может составлять от 10 до 15 процентов
веса угля .
3.4. Эксплуатационные ограничения
3.4.1. Максимальный газ и минимальный пилот
Дизель
Производительность двухтопливных двигателей определяется параметром
, зависящим от количества природного газа и дизельного топлива. Чтобы получить
высокую альтернативную скорость, количество запального дизеля должно быть как можно меньше.Однако слишком малое количество запального дизеля должно привести к нестабильной работе двигателя. В таких условиях
Переоборудование дизельного двигателя в двигатель, работающий на природном газе, с искровым зажиганием
PDF-версия также доступна для скачивания.
ВОЗ
Люди и организации, связанные либо с созданием этого отчета, либо с его содержанием.
Что
Описательная информация, помогающая идентифицировать этот отчет.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие элементы в электронной библиотеке.
Когда
Даты и периоды времени, связанные с этим отчетом.
Статистика использования
Когда последний раз использовался этот отчет?
Взаимодействие с этим отчетом
Вот несколько советов, что делать дальше.
PDF-версия также доступна для скачивания.
Цитаты, права, повторное использование
Международная структура взаимодействия изображений
Распечатать / поделиться
Распечатать
Электронная почта
Твиттер
Фейсбук
Тамблер
Реддит
Ссылки для роботов
Полезные ссылки в машиночитаемом формате.
Архивный ресурсный ключ (ARK)
Международная структура совместимости изображений (IIIF)
Форматы метаданных
Картинки
URL-адреса
Статистика
Преобразование дизельного двигателя в двигатель с искровым зажиганием, работающий на природном газе, отчет, 1 сентября 1996 г.; Голден, Колорадо.(https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc677496/: по состоянию на 16 февраля 2022 г.), Библиотеки Университета Северного Техаса, цифровая библиотека ЕНТ, https://digital.library.unt.edu; зачисление отдела государственных документов библиотек ЕНТ.
границ | Преимущества и недостатки дизельных однотопливных и двухтопливных двигателей
Введение
Двигатель на обедненной смеси, с воспламенением от сжатия (CI) и непосредственным впрыском (DI) является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010).Он производит выбросы закиси азота и твердых частиц (ТЧ) на выходе из двигателя, которые нуждаются в последующей очистке, чтобы соответствовать чрезвычайно низким предельным значениям, установленным для транспортных средств (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007), несмотря на качество воздуха. не только транспортные выбросы, но и многие другие источники. Одних только стратегий сжигания (Khair and Majewski, 2006) недостаточно для достижения порога выбросов, и необходимы 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 еще более строгим законодательством по выбросам во всем мире (Knecht, 2008; Zhao, 2009) ценой поэтапного отказа от технологии, нацеленной на нереалистичные минимальные постепенные улучшения.
У дизеля как и у всего есть плюсы и минусы. Он имеет эффективность преобразования топлива при полной и частичной нагрузке, превышающую эффективность стехиометрических двигателей с искровым зажиганием (SI), как с прямым впрыском, так и с впрыском топлива через порт (PFI). CIDI ICE имеют пиковую эффективность около 50% и эффективность выше 40% на большинстве скоростей и нагрузок.Напротив, SI ICE имеют пиковую эффективность в середине 30%, и эта эффективность резко снижается при снижении нагрузки. ДВС CI поставляют механическую энергию по запросу с эффективностью преобразования топлива, которая также выше, чем эффективность электростанций, работающих на сжигании топлива, вырабатывающих электроэнергию. По данным EIA (2018), в 2017 году в США угольные парогенераторы работали со средним КПД 33,98%. Бензиновые и газовые парогенераторы работают примерно с одинаковым КПД, 33.45 и 32,96%. Газотурбинные генераторы работают с пониженным КПД 25,29% на нефти и 30,53% на природном газе. КПД генераторов с двигателями внутреннего сгорания больше, чем у газотурбинных и парогенераторов, на 33,12% с нефтью и 37,41% с природным газом. Генераторы внутреннего сгорания превосходят только парогазовые генераторы, не на бензине с КПД 34,78%, а на природном газе с КПД 44,61%.
По сравнению с электромобилями CIDI ICE по-прежнему имеют неоспоримые преимущества для транспортных приложений (Boretti, 2018).Однако CIDI ICE страдает от плохой репутации, ставящей под угрозу его потенциал. В недавнем прошлом дизельные двигатели CIDI CIDI не смогли обеспечить удельные выбросы NOx в циклах сертификации при холодном пуске во время прогрева в реальных графиках вождения, которые сильно отличались от циклов сертификации (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Это досадное происшествие было использовано против CIDI ICE, чтобы создать впечатление, что этот двигатель экологически небезопасен для выбросов загрязняющих веществ, хотя это не так.
Значительные выбросы NOx двигателями CIDI ICE являются результатом большого образования NOx в цилиндрах при избыточном обеднении воздуха стехиометрии в сочетании с неправильной работой системы доочистки. Катализатор обедненной смеси ДВС CIDI менее развит, чем трехкомпонентный каталитический (TWC) стехиометрический ДВС SI (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010; Reşitoglu et al., 2015). Кроме того, не учитывалась длительная рабочая разминка (Boretti and Lappas, 2019).Кроме того, некоторые производители, использующие впрыск мочевины для последующей обработки, решили вводить меньше мочевины, чем это необходимо, если это не требуется строго сертификацией выбросов. Точно так же некоторые производители также сосредоточили внимание на вопросах управляемости и экономии топлива, а не на выбросах, когда их не задавали строго, вдали от условий эксплуатации, вызывающих озабоченность при сертификации выбросов. Таким образом, несоблюдение требований по выбросам NOx в случайно выбранных условиях не было фундаментальным недостатком ДВС CIDI в целом, а только конкретных продуктов, разработанных в соответствии с нормами выбросов и требованиями рынка конкретного времени.Это не рассматривается недоброжелателями ДВС CIDI, поскольку эти двигатели оснащены уловителями частиц с почти идеальной эффективностью, движение автомобилей, оснащенных этими двигателями, в районах с высоким уровнем загрязнения приводит к лучшим условиям выхлопной трубы, чем условия впуска, для твердых частиц, что способствует к очистке воздуха.
В настоящей публикации представлен честный обзор плюсов и минусов экономичного сжигания, CIDI ICE, которые намного лучше, чем предполагалось. Поскольку ICE, безусловно, будет востребован в ближайшие десятилетия, дальнейшие улучшения экономичного сжигания CIDI ICE будут полезны для экономики и окружающей среды.В дополнение к дизельным ДВС CIDI в этой работе также рассматриваются двухтопливные двигатели дизель-СПГ (Goudie et al., 2004; Osorio-Tejada et al., 2015; Laughlin and Burnham, 2016), дизель-СПГ (Maji et al. , 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизельное топливо (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015). Работа с небольшим количеством дизельного топлива и гораздо большим (в энергетическом отношении) количеством гораздо более легкого углеводородного топлива с уменьшенным содержанием углерода до водорода позволяет дополнительно снизить выбросы твердых частиц на выходе из двигателя, а также CO 2 и освобождение от компромисса PM-NOx, который влияет на стратегии впрыска только дизельного топлива, также снижает выбросы NOx на выходе двигателя.Также рассмотрены тенденции развития двухтопливных ДВС CIDI.
Использование биодизеля для производства дизельного топлива с низким содержанием углерода 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), а проблема продуктов питания и топлива (Ayre, 2007; Kingsbury, 2007; Inderwildi and King, 2009) также может иметь отрицательное значение в мире с прогнозируемым неизбежным кризисом воды и продовольствия (United Nations, 2019).Кроме того, преимущества биотоплива по сравнению с LCA являются давними спорными спорами в литературе (McKone et al., 2011).
Существует вероятность выброса метана из двухтопливных двигателей, работающих на природном газе и дизеле (Camuzeaux et al., 2015). Поскольку метан является мощным парниковым газом, этот аспект следует учитывать при определении целей по сокращению выбросов парниковых газов. Существует не только возможность утечки метана из транспортных средств, оснащенных двухтопливными дизельными двигателями СПГ. Существуют также выбросы метана при добыче нефти и газа.Помимо выбросов метана при добыче природного газа, существуют выбросы электроэнергии, связанные с эксплуатацией завода СПГ. Хотя СПГ (и КПГ), безусловно, по-прежнему будет давать преимущества по сравнению с дизельным топливом, это преимущество может быть меньшим, чем то, что можно было бы вывести из соотношения С-Н в топливе. Безусловно, существует проблема сокращения выбросов метана, связанных с добычей, транспортировкой и сжижением природного газа (Ravikumar, 2018).
Наконец, несмотря на то, что фумигация природным газом для двухтопливных дизельных двигателей широко используется, поскольку она намного проще и может быть достигнута за счет низкотехнологичных преобразований, и, таким образом, большинство транспортных средств используют этот подход, дизельные двигатели переводятся на дизельное топливо и фумигируют природным газом. страдают от значительного снижения эффективности преобразования топлива по сравнению соригинальный дизель, как с полной, так и с частичной нагрузкой, а также с уменьшенной мощностью и плотностью крутящего момента. Если природный газ смешивается (фумигируется) с всасываемым воздухом перед подачей в цилиндр, а в качестве источника воспламенения используется дизельное топливо, то количество вводимого природного газа ограничивается возможностью детонации предварительно перемешанной 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 двигателя с двухтопливной конструкцией, эта двухтопливная конструкция должна предусматривать непосредственный впрыск дизельного и газообразного топлива.
Происхождение плохой репутации дизеля
Плохая репутация дизельных двигателей и в целом двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является результатом действий Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB), а также Агентства по охране окружающей среды США (EPA) (Parker , 2019), с « Дизель-гейт » — только один шаг уловки.
Когда-то водородная экономика была более вероятной будущей моделью транспорта, лучше любой другой альтернативы, учитывая прерывистость производства энергии ветра и солнца (Crabtree et al., 2004; Muradov and Veziroglu, 2005; Marbán and Valdés- Солис, 2007). Предполагалось, что в транспортных средствах будут использоваться ДВС, работающие на возобновляемом водороде (H 2 -ДВС), с необходимостью всего, кроме кардинальных изменений в технологии двигателей, но усилия в основном будут направлены на хранение и распределение.Примерно в те же дни была популярна идея экономики метанола, в которой метанол, произведенный с использованием возобновляемого водорода и CO 2 , уловленных на угольных электростанциях, был прямой заменой традиционного бензинового топлива (Olah, 2004). , 2005). Модель H 2 -ICE стала историей после того, как CARB обсудил выпуск BMW Hydrogen 7, первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, который был доставлен на рынок и не был квалифицирован 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 было выбросов CO 2 , но Агентство по охране окружающей среды США не согласилось с нулевым выбросом CO 2 (Nica, 2016). Агентство по охране окружающей среды США заявило, что у автомобиля все еще был ДВС, с возможностью того, что масло, используемое для смазки, могло попасть в цилиндр, что привело к образованию CO 2 . Тот факт, что общий расход масла составлял ничтожно малые 0,04 л масла на 1000 км, не учитывался. Из-за неофициального обсуждения BMW прекратила исследования водородного ДВС.После этого все остальные производители оригинального оборудования прекратили свои исследования и разработки.
Что касается негативного отношения CARB и US EPA к ДВС в целом, то в 2011 году BMW предложила в качестве концепт-кара аккумуляторно-электрический i3 с возможностью увеличения запаса хода (Ramsbrock et al., 2013; Scott and Burton, 2013) . Расширитель диапазона представлял собой небольшой бензиновый ДВС, питающий генератор для подзарядки аккумулятора. Внедрив расширитель диапазона, удалось увеличить запас хода автомобиля и снизить стоимость, вес и объем аккумуляторной батареи, что является серьезной проблемой для экономики и окружающей среды.Поскольку производство планировалось начать только в 2013 году, CARB сразу же поспешила установить правила, чтобы предотвратить оптимизацию этой концепции, выпустив в 2012 году (CARB, 2012) слишком длинный регламент, предписывающий использовать расширитель диапазона только для достижения ближайшей перезарядки. точка. Помимо других требований, CARB запросил у автомобиля с увеличенным запасом хода номинальный полностью электрический запас хода не менее 75 миль, запас хода меньше или равен запасу хода от аккумуляторной батареи вспомогательной силовой установки и, наконец, чтобы вспомогательная силовая установка не должна включаться до полного разряда аккумуляторной батареи.В результате из-за всех этих ограничений BMW изо всех сил пыталась сделать расширитель запаса хода конкурентоспособным, и в конечном итоге они недавно прекратили производство i3 с расширителем запаса хода (Autocar, 2018).
Эти два события помогают объяснить « дизель-гейт » 2015 года и последующее « дизель-фобия ». 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 на электрическую мобильность мог обернуться экономической и экологической катастрофой.Таким образом, группа Volkswagen стала мишенью скандала с « дизельными воротами ». Дизельные ДВС обеспечивали низкие выбросы CO 2 , конкурентоспособные с аккумуляторными электромобилями в анализах жизненного цикла, при этом выбрасывая меньше загрязняющих веществ, чем предписано, по результатам испытаний, предписанных в то время. Легковые автомобили были проверены на соответствие правилам выбросов в течение установленного цикла в лаборатории в повторяющихся условиях с использованием надлежащего оборудования. Международный совет по чистому транспорту (ICCT) организовал несколько случайных поездок по дорогам различных дизельных транспортных средств и измерения загрязняющих веществ с помощью PEM.Они обнаружили, что транспортные средства, оптимизированные для производства низких удельных (на км) выбросов CO 2 и загрязняющих веществ в определенных условиях, не могли обеспечить такие же удельные выбросы при любых других условиях, как это было логично ожидать. Агентство по охране окружающей среды выпустило уведомление о нарушении против Volkswagen, что привело к наложению огромного штрафа в следующих судебных действиях. « Diesel-gate » на сегодняшний день стоил VW более 29 миллиардов долларов в виде штрафов, компенсаций и выкупов, в основном в Соединенных Штатах (физ.орг, 2018). Часть миллиарда долларов Volkswagen в конечном итоге пошла на поддержку мобильности электромобилей на батареях, финансируя инфраструктуру подзарядки электромобилей в Соединенных Штатах отдельными поставщиками (O’Boyle, 2018). Затем « Diesel-gate » использовался для определения конца мобильности на базе ICE (Raftery, 2018; Taylor, 2018).
Предполагаемый избыточный выброс NOx транспортными средствами, оснащенными дизельными ДВС CIDI, который начинается с « дизельный вентиль », по-прежнему популярен, несмотря на то, что он не соответствует действительности (Chossière et al., 2018) утверждает, что дизельные автомобили стали причиной преждевременной смерти 2700 человек только в Европе в 2015 году из-за их « избыточных » выбросов NOx. Данная работа не является объективной при анализе выбросов дизельного двигателя. Неверно утверждать, что дизельные автомобили в ЕС выбрасывают гораздо больше NOx на дороге, чем нормативные ограничения. Как было написано ранее, правила выбросов регулировали выбросы загрязняющих веществ в конкретных условиях лабораторных испытаний, а не во всех других возможных условиях.Неразумно ожидать конкретной экономии топлива и выбросов регулируемых загрязняющих веществ и двуокиси углерода, которые не зависят от конкретного испытания. Чтобы иметь выброс « избыток », сначала необходимо установить предел для конкретного применения, а затем измерить « избыток » при конкретных условиях. Утверждение о преждевременной смертности, вызванной избыточными выбросами NOx от дизельных транспортных средств, основано на завышенном дифференциальном выбросе NOx, предполагая, что выбросы намного хуже, чем фактические выбросы, и сравнивая эти выбросы с маловероятной эталонной ситуацией с почти нулевым уровнем выбросов.Утверждение также основано на завышенном отнесении количества смертей к этому дифференциальному выбросу. Эти два предположения не подтверждаются проверенными данными.
Поскольку более современные дизельные автомобили заменили еще более загрязняющие окружающую среду 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 подачи жалоб на выбросы. время их регистрации. Поскольку правила выбросов становятся все более ограничительными, хотя это подтверждается только лабораторными сертификационными испытаниями, как показано в таблице 1, неверно предполагать, что дизельные ДВС CIDI выбрасывают больше NOx, чем раньше.В то время как дизельные легковые автомобили, соответствующие стандарту Евро-6, должны были выбрасывать менее 0,08 г/км NOx при покрытии NEDC в лабораторных испытаниях, дизельным автомобилям, соответствующим стандартам Евро-5-3, разрешалось выбрасывать 0,18, 0,25 и 0,50 г/км на тот же тест, и дизельные автомобили, соответствующие стандартам Евро 1 и 2, должны были подтвердить только порог выбросов 0,7-0,9 и 0,97 г/км в том же тесте. Нет никаких измерений, доказывающих, что старые дизельные автомобили, которые соответствовали прежним правилам Евро, были более экологичными по всем критериям загрязняющих веществ, 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 делает утверждение Chossière et al. (2018) непоследовательно.
Таблица 1 . Нормы выбросов Европейского Союза для легковых автомобилей (категория M) принудительной (бензиновой) и компрессионной (дизельной) конструкции.
Преимущества и недостатки механизма CIDI Lean-Burn
Основным преимуществом ДВС CIDI, работающего на обедненной смеси, является эффективность преобразования топлива, которая намного выше, чем у стехиометрических ДВС SI, как при полной, так и при частичной нагрузке (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Чоке, 2010).В то время как легковые автомобили с обедненной смесью ДВС CIDI, работающие на дизельном топливе, имеют пиковую эффективность преобразования топлива около 45%, пиковая эффективность легковых автомобилей со стехиометрическими ДВС SI, работающих на бензине, составляет всего около 35%. Уменьшая нагрузку на количество впрыскиваемого топлива, эффективность преобразования топлива при сжигании обедненной смеси, CIDI ICE высока в большей части диапазона нагрузок. И наоборот, при снижении нагрузки, дросселирующей впуск, эффективность преобразования топлива стехиометрического ДВС SI резко ухудшается при уменьшении нагрузки.Это дает возможность легковым автомобилям, оснащенным системой CIDI ICE, потреблять гораздо меньше топлива и, следовательно, выбрасывать гораздо меньше CO 2 во время ездовых циклов (Schipper et al., 2002; Zervas et al., 2006; Johnson). , 2009; Чжао, 2009; Молленхауэр и Чоке, 2010; Боретти, 2017, 2018; Боретти и Лаппас, 2019).
Последующая обработка на обедненной смеси в целом (дизельные ДВС CIDI изначально работают на обедненной смеси, за исключением случаев экстремального использования рециркуляции отработавших газов, EGR), однако, намного менее эффективна, чем стехиометрическая последующая обработка с помощью конвертеров TWC бензиновых ДВС с SI (Lloyd и Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007).Следовательно, выбросы регулируемых загрязняющих веществ, в частности, NOx, в течение рабочих циклов, которые в значительной степени отклоняются от циклов сертификации, являются намного более продолжительными и требуют, чтобы двигатель работал в значительной степени полностью прогретым, намного больше в ДВС, работающих на обедненной смеси, чем в стехиометрические ДВС. Кроме того, ДВС CIDI, работающие на обедненной смеси, содержат твердые частицы, что является обычным явлением, даже в меньшей степени, для двигателей с прямым впрыском топлива, включая ДВС SI DI. ТЧ возникает, когда впрыскиваемая жидкость, еще жидкая, взаимодействует с пламенем, в результате чего образуется сажа.Сажа образуется в богатых топливом областях камеры сгорания (Hiroyasu and Kadota, 1976; Smith, 1981; Neeft et al., 1997). Таким образом, для двигателей CIDI ICE с низким потреблением топлива необходимы ловушки 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 зонах с фоновыми твердыми частицами может привести к лучшему качеству воздуха в выхлопной трубе, чем на впуске. Дополнительным недостатком двигателей CIDI, работающих на обедненной смеси, является то, что эти двигатели, как правило, с турбонаддувом, стоят дороже.Двухтопливная работа на сжиженном нефтяном газе, сжиженном природном газе или сжиженном природном газе не создает никаких недостатков с точки зрения регулируемых загрязняющих веществ или CO 2 , а только дает преимущества.
Эффективность преобразования топлива
Не нацеливаясь на рекуперацию отработанного тепла (WHR), дизельные двигатели CIDI CIDI доказали свою способность достигать пиковой эффективности преобразования топлива около 50%, обеспечивая при этом чрезвычайно высокое среднее эффективное давление торможения в гонках на выносливость (Boretti and Ordys, 2018). Благодаря высокому давлению, высокой степени распыления, высокой скорости потока и быстродействующим форсункам, стратегии многократного 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 и Regner, 2009; Park et al., 2011; Wang et al., 2014; Yu et al., 2016; Shi et al., 2018), переходные процессы при холодном пуске являются ахиллесовой пятой традиционных WHR. Кроме того, WHR добавляют вес, тепловую инерцию, проблемы с упаковкой и сложность. Инновационные концепции для WHR с использованием контура охлаждающей жидкости в качестве предварительного нагрева модифицированного турбопарогенератора (Freymann et al., 2008, 2012) без необходимости двойного контура требуют значительных усилий в области исследований и разработок.
Важны результаты, достигнутые Audi в гонках на выносливость (Audi, 2014) менее чем за десятилетие разработок. С 2006 по 2008 год Audi использовала V12 TDI в Audi R10 TDI. Двигатель объемом 5,5 л развивал крутящий момент 1100 Нм. На номинальной скорости очень тихо работающий двигатель с двойным турбонаддувом производил примерно 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 мощность около 440 кВт и крутящий момент более 1050 Нм. Верхние значения BMEP превышали 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 привело к рабочему объему 3,7 л. Легкий и компактный V6 TDI развивал мощность более 397 кВт и крутящий момент более 900 Нм. Система Common-Rail создавала давление до 2600 бар. Верхние значения BMEP превышали 30 баров.
Когда основное внимание уделялось экономии топлива, в 2014 году двигатель V6 TDI в Audi R18 e-Tron Quattro был оснащен модернизированным двигателем V6 TDI с увеличенным рабочим объемом до 4,0 л. Максимальная мощность составляла 395 кВт, а максимальный крутящий момент — более 800 Нм. Давление закачки составляло более 2800 бар. Расход топлива снизился более чем на 25% по сравнению с 3,7-литровым двигателем. Последняя (2016 г.) мощность 4-литрового двигателя составляла 410 кВт, что соответствует крутящему моменту 870 Нм при максимальной скорости 4500 об/мин.Это соответствует 27,3 бар BMEP в рабочей точке максимальной скорости/максимальной мощности. Последние двигатели имели ограниченный расход топлива, так что для системы рекуперации энергии (СУР) мощностью 6 МДж на торможение максимальный расход топлива составлял 71,4 кг/ч. Для дизельного топлива с низшей теплотой сгорания (НТС) 43,4 МДж/кг мощность расхода топлива составила 860,8 кВт. Таким образом, максимальная мощность была получена при пиковом КПД силового тормоза η = 0,475, что намного больше, чем пиковый КПД многих серийных быстроходных дизелей, которые могут работать до пикового КПД η = 0.45 при более низких оборотах двигателя.
Из расчетов максимальный крутящий момент, а также максимальная эффективность торможения были получены при частоте вращения <4500 об/мин, что является технологическим пределом диффузионного горения (Boretti and Ordys, 2018). Из-за постоянного времени, необходимого для испарения топлива и его смешивания с воздухом, фаза диффузионного сгорания имеет продолжительность, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, которая увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя. Таким образом, при скоростях выше 4500 об/мин длина фазы сгорания обычно становится чрезмерной, и при более низких оборотах получается гораздо лучшая мощность.Пиковый крутящий момент, скорее всего, превышал 916 Нм, что соответствует 29 барам BMEP. Пиковая эффективность преобразования топлива, скорее всего, приближалась к η = 0,50. Дальнейшие разработки для гонок были в пределах досягаемости, когда деятельность была остановлена после « дизель-гейт ». Более высокое давление впрыска и более продвинутый турбонаддув, такой как современная электронная турбина F1 или супертурбонаддув (Boretti and Castelletto, 2018; Boretti and Ordys, 2018), могли бы быть выгодны для обычных серийных дизельных двигателей для легковых автомобилей.
Выбросы лабораторных испытаний
Предыдущая сертификация выбросов, проводившаяся производителями оригинального оборудования (OEM) и не прошедшая независимую проверку, имела недостатки из-за неточностей в тестах и неадекватности цикла сертификации (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Короткий, сильно стилизованный новый европейский ездовой цикл (NEDC) был крайне далек от реальных условий вождения, с которыми сталкиваются европейские пассажиры пригородной зоны. Поскольку OEM-производители были вынуждены на протяжении более двух десятилетий сосредоточить свои RandD на производстве двигателей, соответствующих требованиям и экономичных в течение этого цикла, с усугублением холодного запуска, другие возможные варианты использования не регулировались и оставлялись на усмотрение OEM.Неточности (и осторожность) в способах проведения испытаний привели к множеству несоответствий, начиная с большого разброса выбросов углекислого газа (CO 2 ) при потреблении теоретически одного и того же литра топлива (Boretti and Lappas, 2019). Новый Всемирный согласованный цикл испытаний легковых автомобилей (WLTC), недавно заменивший 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 возникают в часы пик в перегруженных районах (Boretti and Lappas, 2019).
В исторической перспективе правила выбросов из года в год ужесточались и ужесточались, но объявлялось, что они измеряются только во время предписанных лабораторных испытаний. В таблице 1 представлены нормы выбросов Европейского Союза (ЕС) для легковых автомобилей (категория M) с принудительным (бензин) и компрессионным (дизельным) зажиганием. Несгоревшие углеводороды (НС)+NOx для бензина и дизельного топлива предусмотрены только в стандартах Евро 1 и 2. Выбросы были протестированы в рамках NEDC с использованием лабораторной процедуры динамометрического стенда.На протяжении многих лет к OEM-производителю требовалось производить автомобили, выбрасывающие меньше загрязняющих веществ, чем регламентированное, в течение определенного сертификационного цикла во время лабораторных испытаний. Вождение в реальном мире было нематериальной концепцией, не воплощенной в каких-либо конкретных законодательных требованиях. Снижение предельных значений выбросов NOx и твердых частиц в стандартах Евро 5 и 6 привело к резкому увеличению затрат на доочистку и к увеличению, а не снижению расхода топлива, а иногда и к проблемам с управляемостью.Еще раз важно понять компромисс между экономией топлива и выбросами загрязняющих веществ и осознать, что чрезмерные запросы по одному критерию могут привести к невозможности выполнения других критериев.
Выбросы от вождения в реальном мире
Только недавно в Европейском союзе (ЕС) были введены тесты на выбросы при реальном вождении (RDE). Выбросы 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 участок автомагистрали (>90 км/ч) равного веса, преодолевая расстояние не менее 16 км.Затем в предельных значениях выбросов RDE используются коэффициенты соответствия для соотнесения с лабораторными испытаниями 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. Другие факторы соответствия еще предстоит определить. Хотя тест RDE по-прежнему не является репрезентативным для реального вождения в перегруженных районах, он является неточным, субъективным, невоспроизводимым и еще не определяющим (Boretti and Lappas, 2019), но это, безусловно, шаг вперед.
Австралийские данные о реальных выбросах от вождения транспортных средств, действующих 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, измеренных с помощью PEMS на дорогах Австралии. Большинство автомобилей соответствовало стандартам Евро 4, 5 и 6, а 1 из них соответствовало стандартам Евро 2. Реальный расход топлива испытанных автомобилей по сравнению с результатами сертификационного цикла был в среднем на 23 % выше, у дизельных автомобилей — на 21 %, с 4 % ниже до 59 % выше, у бензиновых автомобилей — на 24 % выше, от от 3% ниже до 55% выше.У одного автомобиля, работающего на сжиженном газе, расход топлива в реальных условиях был на 27 % выше, чем результат сертификационного цикла. У одного подключаемого гибридного автомобиля реальный расход топлива был на 166 % выше, чем результат сертификационного цикла с полным зарядом, и на 337 % выше при тестировании с низким уровнем заряда. Данные о расходе топлива для автомобилей с сажевым фильтром включают применение поправочного коэффициента для учета регенерации фильтра.
Таким образом, расхождения между лабораторными тестами 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 основное отличие заключалось в выбросах NOx дизельных двигателей CIDI CIDI. В последних правилах EURO автомобили должны были соответствовать все более строгим стандартам выбросов регулируемых загрязняющих веществ, а также сокращать выбросы CO 2 . Поскольку эти требования были противоречивыми и трудновыполнимыми, несоответствие между реальным потреблением топлива и результатами сертификационного цикла увеличивается с увеличением стандарта. Автомобили, соответствующие стандарту Евро-6, имели наибольшее расхождение между реальным миром и результатами сертификационного цикла.
Что касается выбросов, то 13 транспортных средств превысили удельные выбросы NOx, установленные для цикла сертификации. Из этих 13 автомобилей 11 были дизельными. Только 1 из 12 автомобилей с дизельным двигателем продемонстрировал удельный выброс NOx в пределах цикла сертификации. Пять автомобилей с бензиновым двигателем превысили лимит выбросов CO в цикле сертификации. Только 1 дизельное транспортное средство превышало лимит ТЧ в сертификационном цикле. В среднем выбросы NOx и твердых частиц дизельными автомобилями были в 24 и 26 раз выше, чем у бензиновых автомобилей, а выбросы CO дизельными автомобилями были в 10 раз ниже, чем у бензиновых автомобилей.Автомобили с дизельным двигателем превысили предельные значения NOx для сертификационного цикла на 370 %, в то время как автомобили с бензиновым двигателем выбросили 43 % предельных значений NOx для сертификационного цикла. Транспортные средства с бензиновым двигателем выбросили 95% выбросов CO в цикле сертификации. Автомобили с дизельным двигателем выбрасывают 20% выбросов CO в цикле сертификации. Что касается ТЧ, то автомобили с дизельным двигателем выбрасывают 43% предельного количества ТЧ в сертификационном цикле, а автомобили с двумя бензиновыми двигателями и непосредственным впрыском топлива (GDI) выбрасывают 26% от предельного значения ТЧ в сертификационном цикле.Что касается выбросов NOx двигателей CI, работающих на обедненной смеси, результаты измерений были лучше, чем то, что было заявлено во время « дизельных ворот » или заявлено в таких работах, как (Chossière et al., 2018).
Введены новые правила начиная с « дизельных ворот », а также улучшены дизельные двигатели CIDI. Европейские данные о реальных выбросах от вождения транспортных средств после введения новых правил предложены ACEA (2018a). В ходе должным образом проведенной экспериментальной кампании в воспроизводимых условиях с соответствующим оборудованием и с применением научного метода Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) недавно показала, что все 270 испытанных дизельных автомобилей были ниже предельных значений выбросов, установленных недавно установленными тесты вождения в реальном мире (RDE), как общие, так и городские.Ни один из автомобилей не превышал удельный выброс NOx в 165 мг/км, который сейчас предписан (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 транспортных средств можно найти в (ACEA, 2018c).
Новые данные, опубликованные ACEA, недвусмысленно свидетельствуют о том, что дизельные автомобили последнего поколения выбрасывают на дорогу мало загрязняющих веществ и являются экономичными. Испытания проводились в реальных условиях водителями различных национальных органов по официальному утверждению типа.За прошлый год на европейский рынок было представлено 270 новых типов дизельных автомобилей, сертифицированных по последнему стандарту Euro 6d-TEMP. Все эти дизельные автомобили показали очень хорошие результаты ниже порогового значения NOx теста RDE, который теперь применяется ко всем новым типам автомобилей с сентября 2017 года. У большинства этих автомобилей выбросы NOx значительно ниже более строгого порогового значения, которое будет обязательным с января 2020 года. RDE тест гарантирует, что уровни выбросов загрязняющих веществ, измеренные во время новых лабораторных испытаний WLTP, будут подтверждены на дороге.Каждый протестированный автомобиль представляет собой «семейство », состоящее из аналогичных автомобилей разных модификаций. Эта деятельность доказывает, что автомобили с дизельным двигателем, доступные в настоящее время на рынке, имеют низкий уровень выбросов в любых приемлемых условиях. Немецкий автомобильный клуб (ADAC) недавно подсчитал, что на 30 октября 2018 года было доступно 1206 различных автомобилей, соответствующих RDE, как бензиновых, так и дизельных (ADAC, 2018a). Следовательно, дизельные ДВС CIDI не заслуживают той плохой репутации, которую они получили из-за «дизельных ворот », что является скорее политическим, чем технологическим вопросом.
Современные автомобили с дизельным двигателем, поддерживаемые политикой обновления парка и в сочетании с альтернативными силовыми агрегатами, могут сыграть важную роль, помогая городам двигаться к достижению целей в отношении качества воздуха, повышая эффективность использования топлива и сокращая выбросы CO 2 в краткосрочной и среднесрочной перспективе. . Недавние дорожные испытания, проведенные ADAC (2018b), показали, что новейшие дизельные автомобили выбрасывают в среднем на 85% меньше NOx, чем автомобили Евро-5, а самые эффективные дизельные автомобили стандарта Евро-6, соответствующие RDE, выбрасывают на 95–99% меньше выбросов. NOx, чем автомобили Евро 5.Каждый протестированный автомобиль выбрасывает меньше, чем предельные значения для каждого регулируемого загрязняющего вещества. Эти автомобили также обеспечивают исключительную экономию топлива. Кроме того, существует возможность производить еще меньше CO 2 и меньше регулируемых загрязняющих веществ, переходя на двухтопливное дизельное топливо — СПГ, КПГ или СНГ.
PM Преимущества автомобилей с дизельным двигателем
Дизельные двигатели не являются целевыми из-за их вклада ТЧ в транспортный сектор в общее качество воздуха. Однако, поскольку качество воздуха во многих частях мира плохое, а сажевые фильтры могут помочь улучшить качество воздуха, аргумент PM может фактически быть использован в пользу дизельной мобильности, а также против альтернатив, таких как электрический. мобильность.Хотя неверно утверждать, что более современные дизельные автомобили выделяют « избыток » NOx и ухудшают качество воздуха, более современные дизельные автомобили способствуют очистке воздуха загрязненных территорий, например, от твердых частиц. Из таблицы 1 видно, что старые автомобили с дизельным двигателем производились в соответствии с гораздо менее строгими правилами в отношении ТЧ. Загрязнители воздуха выбрасываются из многих природных и антропогенных источников, последние включают сжигание ископаемого топлива при производстве электроэнергии, в промышленности, в быту, на транспорте, в промышленных процессах, при использовании растворителей, в сельском хозяйстве и при переработке отходов.Следовательно, наличие транспортных средств с выбросами ТЧ из выхлопных газов потенциально ниже, чем во впуске, — это возможность очистить воздух.
Табачный дым в окружающей среде (ETS) вызывает загрязнение помещений мелкими ТЧ, превышающее предельные значения для транспортных средств. Данные, сравнивающие выбросы ТЧ от ETS и дизельного автомобиля Евро-3, показывают, что концентрации ТЧ внутри помещений в 10 раз превышают концентрации, выбрасываемые дизельным автомобилем Евро-3, работающим на холостом ходу (Invernizzi et al., 2004). Пределы PM были значительно улучшены в Евро 4, 5 и 6, в 10 раз, если быть точным.Исследование Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Martuzzi et al., 2006) показывает значительное воздействие PM 10 на здоровье городского населения в 13 крупных итальянских городах, которое оценивается в 8 220 смертельных случаях в год, что связано с концентрациями PM 10 выше 20 мкг/м. Это 9% смертности от всех причин (исключая несчастные случаи) среди населения старше 30 лет. Эти уровни PM 10 не являются результатом обращения новейших, чистых дизельных автомобилей.
Характеристики дизельных сажевых фильтров (DPF) относительно сложны (Fiebig et al., 2014). Новейшие технологии DPF более эффективны при больших размерах, но менее эффективны или даже неэффективны при меньших нанометровых размерах. 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 чем 95% микрометрических PM (Barone et al., 2010). При оптимальном DPF выбросы PM могут быть снижены до 0,001 г/км или менее (Fiebig et al., 2014), что в 5 раз ниже нынешнего значения 0.005 Евро 6. Хотя эта массовая мера не учитывает загрязнение субмикронными и нанометровыми частицами, в настоящее время нет контроля над этим типом загрязняющих веществ из какого-либо источника.
Если новые дизельные автомобили не выбрасывают в атмосферу больше NOx, чем старые дизельные автомобили, они, безусловно, выбрасывают намного меньше ТЧ, при этом, возможно, в некоторых обстоятельствах они могут очищать воздух от ТЧ, образующихся из других источников, на которые директивные органы не обращают должного внимания. . 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 попадает значительное количество загрязняющих веществ, привезенных из материкового Китая. Хотя данные о загрязняющих веществах 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 сильно, как в Китае или Индии, где токсичное облако, получившее название « airpocalypse », часто покрывает значительную часть этих стран, но это все еще хороший пример того, как все больше дизельных автомобилей вытесняется более современными автомобилями. дорожные старые транспортные средства, оказывающие положительное влияние.
Из многих типов аэрозольных частиц, циркулирующих в атмосфере, одним из самых разрушительных является PM 2,5 . Во многих районах Китая и Индии уровни PM 2,5 и PM 10 намного превышают нормы ВОЗ, рис. 10 20 мкг/м 3 . Во всем мире средний уровень загрязнения атмосферного воздуха колеблется от <10 до более 100 мкг/м 3 для ТЧ 2 .5 , и от <10 до более 200 мкг/м 3 , для ТЧ 10 . Широко распространены случаи плохого качества воздуха не только в Китае и Индии. Тем не менее, промышленный центр южного побережья Китая является одним из районов с самым сильным загрязнением, таким как Пекин и Дели. В то время как пекинский «аэропокалипсис » подавляется радикальными мерами, в основном направленными на использование угля, но также ограничивающими движение любых транспортных средств (Южная Китайская Морнинг Пост, 2018), делийский «аэропокалипсис » выходит на новый уровень. резко возросла, в том числе благодаря « сжиганию стерни » в районах (Indiatimes, 2018).
Рисунок 2 . Карта PM 2.5 для Азии в почти реальном времени осенью 2018 года. Показаны только области, охваченные станциями. Изображение с сайта Berkeley Earth, www.berkeleyearth.org.
Качество воздуха в Гонконге далеко не превосходное (Haas, 2017). Уровни загрязняющих веществ превышают стандарты ВОЗ уже более 15 лет. В пиковые периоды они более чем в пять раз превышали допустимые уровни. Выбросы от транспортных средств и судов являются одними из крупнейших местных источников загрязнения.Электростанции также играют свою роль, поскольку они почти полностью зависят от ископаемого топлива, в основном угля. Однако около 60-70% ТЧ поступает из материкового Китая. Этот поток чрезвычайно актуален, особенно в зимнее время, когда ввозимые ТЧ составляют около 77% от общего количества. В последние годы резко возросли заболеваемость астмой и бронхиальными инфекциями. Только в Гонконге было более 1600 реальных, а не гипотетических, как у Chossière et al. (2018), преждевременная смерть в 2016 г. только из-за загрязнения воздуха (Haas, 2017).
В дополнение к улучшенным стандартам топлива и расширению использования электромобилей значительное внедрение современных дизельных автомобилей, оснащенных улавливателями частиц, может дополнительно способствовать улучшению качества воздуха в городе, которое все еще не соответствует ни одному из рекомендаций ВОЗ.Что касается возможности использования электромобилей, подзаряжаемых электростанциями, работающими на горючем топливе, то электромобили могут фактически способствовать загрязнению ТЧ. Согласно Ходану и Барнарду (2004 г.), самым крупным источником PM 2,5 из антропогенных источников является износ шин и дорожного покрытия. Поскольку электромобили тяжелее и имеют больший мгновенный крутящий момент, чем автомобили с ДВС, они производят намного больше PM 2,5 . Следовательно, большее количество электромобилей сделает Гонконг еще более грязным из PM, поскольку они производят PM 2.5 , и они не могут сжигать ТЧ, образующиеся из других источников, таких как дизельный ДВС CIDI, оснащенный уловителем частиц.
Как показано на Рисунке 1 и в Таблице 1, автомобили, оснащенные новейшими двигателями с воспламенением от пыли, не производят избыточных выбросов NOx, а из рисунков 2 и 3 видно, что во многих регионах мира концентрации ТЧ в воздухе намного выше, чем можно обнаружить в выхлопной трубе автомобилей, оснащенных новейшими дизельными двигателями CIDI, Таблица 1, и NO 2 концентрации также достаточно велики. Работа на двух видах топлива: СПГ, КПГ или СНГ с неизмененным в остальном транспортным средством, на 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 сайта Berkeley Earth, 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), дизель-СПГ (Maji et al., 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизельное топливо на сжиженном нефтяном газе (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015) двигатели обеспечивают такие показатели, как эффективность преобразования дизельного топлива и удельная мощность, при этом улучшая выбросы как для регулируемых загрязняющих веществ (PM, NOx), так и для CO 2 . Благодаря криогенному хранению СПГ можно использовать для большегрузных автомобилей. LPG (и CNG) может быть предпочтительным в легковых автомобилях и транспортных средствах малой грузоподъемности.
Дизельные двигатели по-прежнему выделяют значительное количество двуокиси углерода (CO 2 ) и выбросы твердых частиц (ТЧ) из-за диффузионного сгорания жидкого дизельного топлива с высоким отношением С/Н.Выбросы оксидов азота (NOx) на выходе из двигателя также характерны для работы на обедненной смеси с избытком воздуха (Heywood, 1988). И PM, и NOx могут быть уменьшены за счет последующей обработки, хотя стратегии сжигания дизельного топлива часто определяются для наилучшего соотношения NOx-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 КПГ, или сжиженный нефтяной газ (СНГ), который в основном представляет собой пропан C 3 H 8 , имеет очевидные преимущества в отношении выбросов CO 2 по сравнению сдизель переменного состава, но ориентировочно C 13,5 H 23,6 . Поскольку испарение намного проще, существуют также преимущества для выбросов ТЧ и, таким образом, косвенно также для выбросов NOx, по сравнению с дизельным двигателем (Kathuria, 2004; Chelani and Devotta, 2007; Yeh, 2007; Engerer and Horn, 2010; Лин и др., 2010; Кумар и др., 2011).
LNG, CNG и LPG имеют меньшее отношение углерода к водороду. Следовательно, выбрасывается намного меньше CO 2 для получения той же мощности с примерно такой же эффективностью преобразования топлива.CNG — это впрыскиваемый газ. СПГ тоже газ в нормальных условиях. Сжиженный газ в нормальных условиях жидкий, но испаряется намного быстрее, чем дизель. Это практически сводит к нулю выбросы ТЧ (кроме тех, которые исходят от пилотного дизеля). Поскольку СПГ, КПГ и СНГ являются высокооктановым топливом с низким цетановым числом, их трудно использовать отдельно в двигателе с воспламенением от сжатия. Проблема решается за счет работы на двух видах топлива (westport.com, 2019a,b). Небольшое количество дизельного топлива производит воспламенение. СПГ, КПГ или СНГ, впрыскиваемые до или после воспламенения от впрыска дизельного топлива, могут затем гореть предварительно смешанным или диффузионным образом.Первая фаза сгорания вызывает быстрое нарастание давления. Скорость сгорания второй фазы определяется скоростью впрыска СПГ, КПГ или СНГ, направленной на поддержание давления во время первой части такта расширения.
Одной из основных проблем при использовании СПГ или КПГ является удельный объем топлива, поскольку при нормальных условиях плотность газа низкая. Это создает проблемы для системы впрыска, для которой требуются форсунки с гораздо большей площадью поперечного сечения дизеля, и значительно затрудняет быстрое срабатывание, возможности многократного впрыска, характерные для новейших дизельных форсунок.Это также проблема хранения, поскольку 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. СПГ имеет меньшую объемную плотность и дополнительно нуждается в баллонах под давлением.
Система HPDI Westport для дизельного топлива и СПГ/СПГ — это технология, хорошо зарекомендовавшая себя десятилетиями (Li et al., 1999; westport.com, 2015). Вначале HPDI представлял собой простой основной впрыск природного газа после пилотного/преддизельного впрыска.В последнее время HPDI развивается в сторону более сложных стратегий, модулирующих предварительное смешивание и диффузионное сжигание природного газа, как это было предложено Боретти (2013).
Традиционный HPDI в тяжелых ДВС позволяет ДВС, работающему на природном газе, сохранять производительность, аналогичную дизелю, при этом получая большую часть своей мощности от природного газа. Небольшой пилотный впрыск дизельного топлива (5–10% энергии топлива) используется для воспламенения газовой струи с прямым впрыском. Природный газ горит в контролируемом смешивании, диффузионном режиме горения (Li et al., 1999; westport.com, 2015).
Технология будущего
Несколько работ описывают тенденции развития технологии HPDI. Мактаггарт-Коуэн и др. (2015) отчет о двухтопливных форсунках на 600 бар для СПГ. Событие сгорания СПГ ограничивается давлением впрыска, которое определяет скорость смешивания и сгорания. Значительное повышение эффективности и снижение количества твердых частиц достигаются при высоких нагрузках и особенно на более высоких скоростях за счет увеличения давления впрыска с традиционных 300 бар до новейших 600 бар.Горение ограничено скоростью впрыска. Мактаггарт-Коуэн и др. (2015) сообщают о повышении эффективности при более высоком давлении примерно на 3% в дополнение к снижению содержания твердых частиц на 40–60%.
Mabson et al. рассматривали различные формы сопла. (2016). Инжектор « с парными отверстиями » был разработан для уменьшения образования твердых частиц за счет увеличения вовлечения воздуха из-за взаимодействия струй. Выбросы CO и PM были в 3–10 раз выше при использовании сопел с парными отверстиями. Сопло с парными отверстиями создавало более крупные агрегаты сажи и большее количество частиц.
Мамфорд и др. сообщают об улучшениях Westport HPDI 2.0 (Mumford et al., 2017). HPDI 2.0 обеспечивает лучшую производительность и выбросы по сравнению с HPDI первого поколения, а также только с базовым дизельным двигателем. Мамфорд и др. (2017) также обсуждают потенциал и проблемы более высоких давлений закачки.
Стратегии сжигания с контролируемой диффузией и с частичным предварительным смешиванием рассматриваются Florea et al. (2016) с использованием Westport HPDI. Частично предварительно смешанное сгорание, называемое DI 2 , является многообещающим, повышая эффективность двигателя более чем на 2 балла по сравнению со стратегией сгорания с контролируемой диффузией.Модуляция двух фаз горения, потенциально более полезная, в работе не исследуется.
Режим горения DI 2 также изучался Neely et al. (2017). Природный газ впрыскивается во время такта сжатия перед воспламенением впрыска дизельного топлива. Показано, что это частично предварительно смешанное сжигание природного газа улучшает как тепловую эффективность, так и эффективность сгорания по сравнению с традиционным режимом сжигания двойного топлива с фумигацией. Сгорание природного газа с частичным предварительным смешиванием также обеспечивает повышение теплового КПД по сравнению с базовым сгоранием с регулируемой диффузией, когда впрыск природного газа происходит после впрыска дизельного воспламенения.
Влияние стратегий впрыска на выбросы и характеристики двигателя HPDI изучается Faghani et al. (2017а,б). Они исследуют влияние позднего последующего впрыска (LPI), а также сгорания с небольшим предварительным смешиванием (SPC) на выбросы и характеристики двигателя. При SPC впрыск дизельного топлива задерживается. Эксплуатация SPC с высокой нагрузкой снижает содержание твердых частиц более чем на 90 %, повышая эффективность использования топлива на 2 % при почти таком же уровне выбросов NOx. Однако SPC имеет большие колебания от цикла к циклу и чрезмерную скорость нарастания давления.PM не увеличивается для SPC с более высоким уровнем EGR, более высоким общим коэффициентом эквивалентности по кислороду (EQR) или большей массой пилота, что обычно увеличивает PM при сгорании HPDI с регулируемым смешиванием. LPI, дополнительный впрыск 10–25% от общего количества топлива, происходящий после основного события сгорания, приводит к значительному сокращению PM с лишь небольшим влиянием на другие выбросы и характеристики двигателя. Основное снижение ТЧ по сравнению с LPI связано с уменьшением количества топлива при первом впрыске. Вторая инъекция вносит незначительный чистый вклад в общее количество ТЧ.
Двухтопливный дизельный инжектор-СПГ Westport HPDI показывает отличные результаты. Однако в этом подходе есть фундаментальный недостаток. Он не обеспечивает таких же характеристик, как инжектор последнего поколения, предназначенный только для дизельного топлива, как по расходу, скорости срабатывания, так и по распылению дизельного топлива. Таким образом, может быть предпочтительнее использовать одну форсунку только для дизельного топлива последнего поколения со специальной форсункой для второго топлива, чтобы обеспечить лучшие характеристики впрыска как для дизельного топлива, так и для второго топлива.Более высокое давление впрыска и более быстрое срабатывание способствуют улучшению характеристик сгорания.
Двухтопливные дизель-водородные ДВС CIDI с возможностью установки двух непосредственных форсунок на цилиндр изучались, например, в (Boretti, 2011b,c). Одна форсунка использовалась для дизеля, а другая для водорода. Было показано, что смоделированный дизельный двигатель, преобразованный в двухтопливный дизель-водород с использованием этого подхода, обеспечивает КПД при полной нагрузке до 40–45% и снижает потери в эффективности, снижая нагрузку, работая немного лучше, чем базовый дизель в каждой рабочей точке.Хотя использование двух форсунок на цилиндр не представляет проблемы для новых двигателей, введение двух форсунок при модернизации существующих дизельных двигателей затруднительно. Специализированные форсунки прямого действия для СПГ, СНГ или КПГ нуждаются в дальнейшей доработке для конкретного применения.
Использование двух отдельных форсунок вместо одной двойной топливной форсунки с более высоким давлением впрыска, более быстрым срабатыванием и полной независимостью от впрыска отдельных видов топлива обеспечивает гораздо большую гибкость при формировании впрыска.Работа на двух видах топлива обычно характеризуется впрыском пилотного/преддизельного топлива, за которым следует основной впрыск второго топлива. Предпочтительно второе топливо не должно полностью впрыскиваться после зажигания дизельного впрыска. Его можно впрыскивать перед дизельным топливом, одновременно с ним или после него, причем не только в виде однократного впрыска, но и в виде многократных впрысков. Таким образом, второе топливо может сжигаться частично предварительно смешанным и частично диффузионным образом.
Возможны различные режимы горения. « Controlled » HCCI является одним из этих режимов.В управляемом HCCI сначала впрыскивается второе топливо, а зажигание впрыска 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.Тем не менее, HCCI может иметь преимущества в отношении выбросов вне двигателя, поскольку это чрезвычайно низкотемпературный процесс, и это событие сгорания намного ближе к теоретически лучшему изохорному сгоранию при анализе цикла давления.
Наиболее интересными являются режимы предварительного смешения, диффузионного или модулированного предварительного смешения и диффузионного в центре камеры. При предварительном смешанном, но послойном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры и сгорает за счет впрыска дизельного топлива перед однородным заполнением всей камеры.При диффузионном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры после того, как воспламенение впрыска дизельного топлива создаст подходящие условия для следующего сгорания, которое будет происходить с диффузионным контролем, и там оно сгорает. Существует возможность для предварительного впрыска второго топлива, а также современного или последующего впрыска второго топлива со ссылкой на зажигание дизельного пилота / предварительного впрыска, которые должны быть тщательно сформированы для обеспечения наилучшей эффективности преобразования топлива. , в пределах ограничений по выбросам при выключенном двигателе, скорости нарастания давления и пикового давления.
Альтернатива электрической мобильности все еще преждевременна
Факт экологичности и экономичности дизельных транспортных средств не признается многими странами, которые в противном случае рассматривали преждевременный переход на электрическую мобильность, не решив предварительно многие проблемы электромобилей, т. е. высокие экономические и экологические затраты на создание, эксплуатацию и утилизацию автомобилей, ограниченные характеристики этих тяжелых транспортных средств из-за все еще неадекватных аккумуляторных технологий, отсутствие инфраструктуры для подзарядки, питаемой только возобновляемой энергией.
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 электроэнергии геотермальной, солнечная энергия, ветер, приливы, волны и океан по-прежнему составляли около 1% от общего количества в 2015 году, при этом общее предложение первичной энергии (TPES) значительно превышает производство электроэнергии. Поскольку доля солнечной и ветровой энергии в TPES все еще невелика, нет смысла предлагать только электромобили, даже забывая о других ключевых проблемах, связанных с поиском электрической мобильности.
В настоящее время анализ жизненного цикла выбросов CO 2 (LCA) не показывает явного преимущества мобильности на электричестве по сравнению с мобильностью на базе ДВС (Boretti, 2018). Обоснование LCA для электрической мобильности в решающей степени зависит от того, как вырабатывается электроэнергия, что без огромного увеличения накопления энергии, большего, чем простое увеличение зарегистрированной мощности ветра и солнца, нуждается в поддержке за счет ископаемого топлива. С 1990-х годов в аккумуляторных технологиях произошли улучшения, но еще не необходимые прорывы.Производить, использовать и утилизировать электромобили по-прежнему слишком дорого с экономической и экологической точек зрения, к тому же возникает дополнительная проблема с материалами, необходимыми для производства аккумуляторов, которые подвержены большему риску истощения, чем ископаемое топливо (Boretti, 2018). . Кроме того, эти материалы добываются неэтичным образом в очень немногих местах.
Amnesty International (Onstad, 2019) недавно отметила, что индустрия электромобилей (EV) позиционирует себя как экологически чистая, но производит многие из своих аккумуляторов с использованием ископаемого топлива и минералов, полученных неэтичным путем, испорченных нарушениями прав человека.Маловероятно, что имеется достаточно сырья для удовлетворения ожидаемого резкого спроса на литий-ионные батареи электромобилей и аккумуляторные системы, подключенные к сети, для хранения прерывистой энергии ветра и солнечной возобновляемой энергии (Jaffe, 2017). Кроме того, без какого-либо четкого пути переработки и негативных прошлых (и настоящих) примеров переработки в промышленно развитых странах за счет ущерба окружающей среде в развивающихся странах (Minter, 2016) электрическая мобильность может привести к значительному ущербу для экономики. и окружающая среда.
Хотя электрическая мобильность, безусловно, может решить некоторые проблемы загрязнения воздуха, связанные с транспортом, маловероятно, что это произойдет в ближайшее время, она не решает проблему загрязнения из других источников и в целом еще не настолько дружелюбна , где все включено. Потребление топлива для сжигания по-прежнему резко возрастает, 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 дизельными двигателями CIDI.Переход на электрическую мобильность в транспортном секторе будет сопряжен с огромными затратами, в том числе с точки зрения выбросов парниковых газов.
Обсуждение и выводы
Хотя ICCT, Агентство по охране окружающей среды США и CARB изображают дизельные автомобили вредными для окружающей среды, последние тесты вождения в реальных условиях, проведенные ACEA, показывают, что это неверно. Современные автомобили с дизельным двигателем имеют относительно низкий уровень выбросов CO 2 и загрязняющих веществ, включая NOx и ТЧ. Как бы то ни было, движение дизельных автомобилей в сильно загрязненных районах может улучшить качество воздуха, загрязненного другими источниками, а не только более старыми дизельными автомобилями.
Дизельные ДВСCIDI можно сделать лучше, гораздо более экологичными, благодаря дальнейшим разработкам в системе впрыска, а также последующей обработке. ДВС CIDI также можно улучшить, просто приняв двухтопливную конструкцию, с LPG, CNG или LNG в качестве второго топлива. Эти альтернативные виды топлива обеспечивают такие же или лучшие характеристики дизельного двигателя внутреннего сгорания 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 ТЧ и NOx на выходе из двигателя.
В дополнение к лучшему соотношению CH в отношении выбросов CO 2 преимущества двухтопливных ДВС CIDI с LNG, CNG или LPG также возникают из-за возможности модулировать предварительно смешанную и диффузионную фазы сгорания с впрыском второго газа. топливо, которое намного легче испаряется и менее склонно к самовозгоранию, предшествующее, современное или после дизельного топлива до / пилотного. Также важным, особенно для СПГ, является охлаждающий эффект за счет криогенной закачки. Дальнейшие разработки в системе впрыска являются областью серьезного беспокойства при разработке этих новых двухтопливных ДВС CIDI.
Преимущества ДВС CIDI, дизельных или двухтопливных, по сравнению с любым другим альтернативным решением для транспортных приложений, в настоящее время не признаются ни одним разработчиком политики. Европейские автопроизводители уже прекратили свои планы исследований и разработок своих ДВС, чтобы сосредоточиться только на электромобилях. Учитывая нерешенные проблемы, связанные с электрической мобильностью, вскоре это может оказаться неправильным для экономики и окружающей среды. Использование более современных дизельных транспортных средств и транспортных средств, работающих на дизельном топливе и альтернативном топливе, может только спасти жизни, а не вызвать смертность, улучшить качество воздуха, ограничивая при этом истощение природных ресурсов и выбросы CO 2 , не требуя неподъемных усилий и драматические изменения.
Вклад авторов
Автор подтверждает, что является единственным автором этой работы и одобрил ее публикацию.
Конфликт интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Каталожные номера
Амброджо М., Саракко Г. и Спеккиа В. (2001). Комбинация фильтрации и каталитического сжигания в сажевых фильтрах для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Хим. англ. науч. 56, 1613–1621. doi: 10.1016/S0009-2509(00)00389-4
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ашок, Б., Ашок, С. Д., и Кумар, Ч. Р. (2015). Двухтопливный дизельный двигатель, работающий на сжиженном нефтяном газе – критический обзор. Александр. англ. Дж. 54, 105–126. doi: 10.1016/j.aej.2015.03.002
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Бароне, Т.Л., Стори, Дж.М., и Доминго, Н. (2010). Анализ производительности дизельного сажевого фильтра: выбросы твердых частиц до, во время и после регенерации. J. Управление воздушными отходами. доц. 60, 968–976. дои: 10.3155/1047-3289.60.8.968
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Боретти, А. (2011a). Дизельная и HCCI-подобная работа двигателя грузовика, преобразованного в водород. Междунар. Дж. Гидр. Энергия 36, 15382–15391. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.09.005
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А. (2011b). Достижения в области двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия водорода. Междунар. Дж. Гидр. Энергия 36, 12601–12606. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.06.148
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А. (2011c). Преимущества прямого впрыска как дизельного топлива, так и водорода в двухтопливных двигателях h3ICE. Междунар. Дж. Гидр. Энергия 36, 9312–9317. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.05.037
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А. (2013). Рассматриваются новейшие концепции систем сгорания и рекуперации отходящего тепла для водородных двигателей. Междунар. Дж. Гидр. Энергия 38, 3802–3807. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.01.112
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А. (2017). Будущее ДВС после «Дизель-Гейт. Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE 2017-28-1933. дои: 10.4271/2017-28-1933
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А. (2018). Анализ жизненного цикла Сравнение мобильности на базе электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания .Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE 2018-28-0037. дои: 10.4271/2018-28-0037
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Боретти, А., и Кастеллетто, С. (2018). «Бензиновый двигатель с реактивным зажиганием и непосредственным впрыском топлива с турбонаддувом», в Proceedings of the FISITA World Automotive Conference, 2–5> OCTOBER 2018 (Chennai).
Академия Google
Боретти, А., и Лаппас, П. (2019). Сложные независимые лабораторные тесты для определения экономии топлива и выбросов в условиях реального вождения. Доп. Технол. Инновация. 4, 59–72.
Академия Google
Боретти, А., и Ордис, А. (2018). Супертурбонаддув двухтопливного дизельного двигателя с воспламенением от впрыска . Технический документ SAE 2018-28-0036. дои: 10.4271/2018-28-0036
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Бертчер, Х. (2005). Физическая характеристика выбросов твердых частиц дизельными двигателями: обзор. J. Аэрозоль. науч. 36, 896–932. doi: 10.1016/j.jaerosci.2004.12.001
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Камюзо, Дж. Р., Альварес, Р. А., Брукс, С. А., Браун, Дж. Б., и Стернер, Т. (2015). Влияние выбросов метана и эффективности транспортных средств на климатические последствия большегрузных газовых грузовиков. Окружающая среда. науч. Технол. 49, 6402–6410. doi: 10.1021/acs.est.5b00412
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Шосьер, Г. П., Малина, Р., Алрогген, Ф., Истхэм, С.Д., Спет, Р.Л., и Барретт, С.Р. (2018). Атрибуция на уровне страны и производителя воздействия на качество воздуха из-за избыточных выбросов NOx дизельными легковыми автомобилями в Европе. Атмос. Окружающая среда. 189, 89–97. doi: 10.1016/j.atmosenv.2018.06.047
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Крэбтри, Г.В., Дрессельхаус, М.С., и Бьюкенен, М.В. (2004). Водородная экономика. Физ. Сегодня 57, 39–44. дои: 10.1063/1.1878333
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Энгерер, Х.и Хорн, М. (2010). Автомобили на природном газе: вариант для Европы. Энергетическая политика 38, 1017–1029. doi: 10.1016/j.enpol.2009.10.054
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Faghani, E., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017а). . Уоррендейл, Пенсильвания: Документ SAE 2017-01-0774. дои: 10.4271/2017-01-0774
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Фагани, Э., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017б). . Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE 2017-01-0763. дои: 10.4271/2017-01-0763
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Фибиг, М., Виарталла, А., Холдербаум, Б., и Кисоу, С. (2014). Выбросы твердых частиц из дизельных двигателей: корреляция между технологией двигателя и выбросами. Дж. Оккуп. Мед. Токсикол. 9:6. дои: 10.1186/1745-6673-9-6
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Флореа Р., Нили Г., Абидин З. и Мива Дж. (2016). . Уоррендейл, Пенсильвания: Документ SAE 2016-01-0779. дои: 10.4271/2016-01-0779
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Фрейманн, Р., Ринглер, Дж., Зайферт, М., и Хорст, Т. (2012). Турбокомпрессор второго поколения. МТЗ Мир 73, 18–23. doi: 10.1365/s38313-012-0138-1
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Фрейманн, Р., Штробль, В., и Обиегло, А. (2008). Турбокомпрессор: система, использующая принцип когенерации в автомобилестроении. МТЗ по всему миру 69, 20–27. дои: 10.1007/BF03226909
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Гуди, Д., Dunn, M., Munshi, S.R., Lyford-Pike, E., Wright, J., Duggal, V., et al. (2004). Разработка тяжелого двигателя с зажиганием от сжатия, работающего на природном газе, с низким уровнем выбросов NOx (№ 2004-01-2954) . Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2004-01-2954
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хейвуд, Дж. Б. (1988). «Сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия», в Основах двигателей внутреннего сгорания (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill), 522–562.
Академия Google
Хироясу, Х., и Кадота, Т. (1976). Модели сгорания и образования оксида азота и сажи в дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива. SAE Trans. 85, 513–526. дои: 10.4271/760129
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Invernizzi, G., Ruprecht, A., Mazza, R., Rossetti, E., Sasco, A., Nardini, S., et al. (2004). Твердые частицы табака в сравнении с выхлопными газами дизельных автомобилей: образовательная перспектива. Борьба против табака 13, 219–221.doi: 10.1136/tc.2003.005975
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Джаффе, С. (2017). Уязвимые звенья в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. Дж 1, 225–228. doi: 10.1016/j.joule.2017.09.021
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цзянь Д., Сяохун Г., Гешен Л. и Синьтан З. (2001). Исследование двухтопливных двигателей, работающих на дизельном топливе и сжиженном нефтяном газе (№ 2001-01-3679) . Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2001-01-3679
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Джонсон, Т.В. (2009). Обзор дизельных выбросов и контроль. Междунар. Дж. Инж. Рез. 10, 275–285. дои: 10.1243/14680874JER04009
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Катурия, В. (2004). Влияние КПГ на загрязнение окружающей среды в Дели: примечание. Транспорт. Рез. Часть D. 9, 409–417. doi: 10.1016/j.trd.2004.05.003
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хайр, М.К., и Маевский, В.А. (2006). Выбросы дизельных двигателей и их контроль (т.303). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. doi: 10.4271/R-303
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Кнехт, В. (2008). Разработка дизельного двигателя с учетом сниженных норм выбросов. Энергия 33, 264–271. doi: 10.1016/j.energy.2007.10.003
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Кумар, С., Квон, Х.Т., Чой, К.Х., Лим, В., Чо, Дж.Х., Так, К., и др. (2011). СПГ: экологически чистое криогенное топливо для устойчивого развития. Заяв. Энергия 88, 4264–4273. doi: 10.1016/j.apenergy.2011.06.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лафлин, М., и Бернхэм, А. (2016). Практический пример: региональные грузовики для перевозки природного газа (№ DOE/CHO-AC02-06Ch21357-1603). Аргонн, Иллинойс; Колумбия, Мэриленд: Энергетика; Аргоннская национальная лаборатория.
Академия Google
Ли Г., Уэллетт П., Думитреску С. и Хилл П. Г. (1999). Исследование оптимизации непосредственного впрыска природного газа с пилотным зажиганием в дизельных двигателях .Уоррендейл, Пенсильвания: Документ SAE 1999-01-3556. дои: 10.4271/1999-01-3556
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Линь, В., Чжан, Н., и Гу, А. (2010). СПГ (сжиженный природный газ): необходимая часть будущей энергетической инфраструктуры Китая. Энергия 35, 4383–4391. doi: 10.1016/j.energy.2009.04.036
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Mabson, C., Faghani, E., Kheirkhah, P., Kirchen, P., et al. (2016). .Уоррендейл, Пенсильвания: Документ SAE 2016-01-0807. дои: 10.4271/2016-01-0807
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Маджи, С., Пал, А., и Арора, Б. Б. (2008). Использование СПГ и дизельного топлива в двигателях с воспламенением в двухтопливном режиме (№ 2008-28-0072). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2008-28-0072
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Марбан, Г., и Вальдес-Солис, Т. (2007). К водородной экономике? Междунар. Дж. Гидр. Энергия 32, 1625–1637.doi: 10.1016/j.ijhydene.2006.12.017
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Марик, М. М. (2007). Химическая характеристика выбросов твердых частиц дизельными двигателями: обзор. J. Аэрозоль. науч. 38, 1079–1118. doi: 10.1016/j.jaerosci.2007.08.001
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Мартуцци М., Митис Ф., Явароне И. и Серинелли М. (2006). Воздействие на здоровье PM10 и озона в 13 итальянских городах . Европейское региональное бюро ВОЗ.
Академия Google
McKone, T.E., Nazaroff, W.W., Berck, P., Auffhammer, M., Lipman, T., Torn, M.S., et al. (2011). Большие проблемы для оценки жизненного цикла биотоплива. Окружающая среда. науч. Технол. 45, 1751–1756. дои: 10.1021/es103579c
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
McTaggart-Cowan, G., Mann, K., Huang, J., Singh, A., et al. (2015). Непосредственный впрыск природного газа под давлением до 600 бар в сверхмощном двигателе с пилотным зажиганием. Международный SAE. Дж. Инж. 8, 981–996. дои: 10.4271/2015-01-0865
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Мор, М., Форсс, А.М., и Леманн, У. (2006). Выбросы твердых частиц от легковых автомобилей с дизельным двигателем, оснащенных уловителем частиц, по сравнению с другими технологиями. Окружающая среда. науч. Технол. 40, 2375–2383. дои: 10.1021/es051440z
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Молленхауэр, К., и Чоке, Х. (ред.). (2010). Справочник по дизельным двигателям, Vol. 1. Берлин: Springer. дои: 10.1007/978-3-540-89083-6
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Мамфорд, Д., Гуди, Д., и Сондерс, Дж. (2017). Потенциал и проблемы HPDI . Уоррендейл, Пенсильвания: документ SAE от января 2017 г., 1928 г. дои: 10.4271/2017-01-1928
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Мурадов Н.З. и Везироглу Т.Н. (2005). От углеводорода к водороду – углерод к водородной экономике. Междунар.Дж. Гидр. Энергия 30, 225–237. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.03.033
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нефт, Дж. П., Макки, М., и Мулин, Дж. А. (1996). Дизельный контроль выбросов твердых частиц. Топливный процесс. Технол. 47, 1–69. дои: 10.1016/0378-3820(96)01002-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Neeft, J.P., Nijhuis, T.X., Smakman, E., Makkee, M., and Moulijn, J.A. (1997). Кинетика окисления дизельной сажи. Топливо 76, 1129–1136. doi: 10.1016/S0016-2361(97)00119-1
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нили Г., Флореа Р., Мива Дж. и Абидин З. (2017). . Уоррендейл, Пенсильвания: Документ SAE 2017-01-0766. дои: 10.4271/2017-01-0766
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Осорио-Техада, Дж., Ллера, Э., и Скарпеллини, С. (2015). СПГ: альтернативное топливо для автомобильного грузового транспорта в Европе. ВИТ транс. Построенная среда. 168, 235–246. дои: 10.2495/SD150211
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Парк, Т., Тенг, Х., Хантер, Г.Л., ван дер Вельде, Б., и Клавер, Дж. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла дизельных двигателей Hd — экспериментальные результаты (№ 2011-01-1337). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2011-01-1337
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Рамсброк, Дж., Вилимек, Р., и Вебер, Дж. (2013). «Изучение удовольствия от вождения на электротяге — пилотные проекты BMW EV», в International Conference on Human-Computer Interaction (Berlin; Heidelberg: Springer), 621–630. дои: 10.1007/978-3-642-39262-7_70
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Решитоглу, И. А., Алтинишик, К., и Кескин, А. (2015). Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы нейтрализации отработавших газов. Чистая технология. Окружающая среда Полис 17, 15–27.doi: 10.1007/s10098-014-0793-9
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Рю, К. (2013). Влияние времени предварительного впрыска на характеристики сгорания и выбросов в дизельном двигателе, использующем двойное топливо биодизель-СПГ. Заяв. Энергия 111, 721–730. doi: 10.1016/j.apenergy.2013.05.046
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Саракко Г., Руссо Н., Амброджо М., Бадини К. и Спеккиа В. (2000). Сокращение выбросов дизельных частиц с помощью каталитических ловушек. Катал. Сегодня , 60, 33–41. doi: 10.1016/S0920-5861(00)00314-X
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шиппер, Л., Мари-Лиллю, К., и Фултон, Л. (2002). Дизели в Европе: анализ характеристик, схемы использования, последствия для экономии энергии и выбросов CO2. Дж. Трансп. Экон. Политика 36, 305–340.
Академия Google
Shah, A., Thipse, S.S., Tyagi, A., Rairikar, S.D., Kavthekar, K.P., Marathe, N.V., et al. (2011). Обзор литературы и моделирование двухтопливных дизельных двигателей, работающих на сжатом природном газе (№ 2011-26-0001). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2011-26-0001
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ши, Л., Шу, Г., Тиан, Х., и Дэн, С. (2018). Обзор модифицированных органических циклов Ренкина (ORC) для рекуперации отработанного тепла двигателя внутреннего сгорания (ICE-WHR). Продлить. Поддерживать. Энергия Ред. 92, 95–110. doi: 10.1016/j.rser.2018.04.023
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Смит, О.И. (1981). Основы образования сажи в пламени применительно к выбросам твердых частиц дизельных двигателей. Прог. Энергетическое сгорание. науч. 7, 275–291. дои: 10.1016/0360-1285(81)
-2
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тенг, Х., Клавер, Дж., Парк, Т., Хантер, Г.Л., и ван дер Вельде, Б. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла от дизельных двигателей HD — Разработка системы WHR (№ 2011-01-0311) . Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE.дои: 10.4271/2011-01-0311
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тенг, Х., и Регнер, Г. (2009). Повышение топливной экономичности дизельных двигателей HD с циклом Ренкина WHR за счет отвода тепла охладителем EGR (№ 2009-01-2913). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2009-01-2913
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тенг, Х., Регнер, Г., и Коуленд, К. (2007). Утилизация отработанного тепла дизельных двигателей большой мощности с помощью органического цикла Ренкина Часть I: Гибридная энергетическая система дизельных двигателей и двигателей Ренкина (№2007-01-0537). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. дои: 10.4271/2007-01-0537
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван Т., Чжан Ю., Чжан Дж., Пэн З. и Шу Г. (2014). Сравнение системных преимуществ и термоэкономических показателей рекуперации энергии выхлопных газов, применяемых в дизельном двигателе большой мощности и бензиновом двигателе легкового автомобиля. Преобразователь энергии Управлять. 84, 97–107. doi: 10.1016/j.enconman.2014.04.022
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Йе, С.(2007). Эмпирический анализ внедрения транспортных средств на альтернативном топливе: случай транспортных средств, работающих на природном газе. Энергетическая политика 35, 5865–5875. doi: 10.1016/j.enpol.2007.06.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ю, Г., Шу, Г., Тиан, Х., Хуо, Ю. и Чжу, В. (2016). Экспериментальные исследования каскадной системы с паровым/органическим циклом Ренкина (RC/ORC) для рекуперации отработанного тепла (WHR) дизельного двигателя. Преобразователь энергии Управлять. 129, 43–51. дои: 10.1016/j.enconman.2016.10.010
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Зервас, Э., Пулопулос, С., и Филиппопулос, К. (2006). CO 2 Изменение выбросов в результате внедрения легковых автомобилей с дизельным двигателем: пример Греции. Энергия 31, 2915–2925. doi: 10.1016/j.energy.2005.11.005
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжао, Х., (ред.). (2009). Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания с непосредственным впрыском Технологии и разработки: Дизельные двигатели .Кембридж: Издательство Вудхед.
Академия Google
Соображения по переоборудованию/замене дизельного топлива
Назначение автомобиля и экономическая эффективность
Замена дизельного топлива обычно не выполняется из соображений экономической эффективности (но это будет зависеть от того, каким видом замены вы занимаетесь). Скорее всего, вы получите автомобиль со значительно более экономичным расходом топлива, но сколько времени потребуется, чтобы эта экономия окупила ваши первоначальные инвестиции? Убедитесь, что вы выполняете замену по правильным причинам.Если потраченные деньги и вложенное время стоят конечного результата, то приступайте к работе.
Кроме того, спросите себя, как вы планируете использовать транспортное средство. Тот факт, что вы заправляете 1/2 тонны дизельным двигателем для тяжелых условий эксплуатации, не означает, что вы можете буксировать больше — вы должны соблюдать рейтинги производителей оригинального оборудования. Однако вы можете буксировать с меньшими усилиями и с меньшим расходом топлива. Замена Cummins на Super Duty дает огромный «вау-фактор», но нет уверенности, что эта модификация окупится в долгосрочной перспективе.С другой стороны, переоборудовать Chevy K10 1980-х годов с 6,2-литровым дизелем гораздо проще, поскольку двигатель изначально был необязательным для автомобиля и может обеспечить значительную экономию топлива. В то же время, не ожидайте, что 6,2-литровый двигатель будет тянуть как большой газовый баллончик.
Размеры двигателя
Первым инструментом, который вы возьмете в руки, должна быть рулетка, а не гаечный ключ. Убедитесь, что двигатель физически подходит для вашего автомобиля. Если ваш моторный отсек слишком мал для выбранного вами двигателя, изучите, что потребуется, чтобы установить его.Можно ли расширить брандмауэр? Поможет ли добавление воздухозаборника очистить двигатель? Не забудьте учесть длину вентилятора и аксессуаров. Электрические вентиляторы охлаждения также являются вариантом для экономии места. Вам, вероятно, потребуется установить (и, следовательно, очистить) радиатор большего размера, поскольку большинство радиаторов, предназначенных для бензиновых двигателей, меньше, чем требуется для сопоставимой масляной горелки.
Вес двигателя
Ваш дизель, скорее всего, будет намного тяжелее любого бензинового двигателя, который он заменит.Вам нужно будет убедиться, что рама, передняя подвеска и передняя ось могут выдержать эту дополнительную нагрузку. Боксирование передней части рамы является вариантом для повышения прочности конструкции. Подвеска также может быть модернизирована, чтобы выдерживать дополнительный вес (более жесткие витки/листовые рессоры). В некоторых случаях замена передней подвески и мостов с автомобиля массой 3/4 или 1 тонны может быть самым простым вариантом, но это зависит от того, с каким транспортным средством вы имеете дело. Не забывайте, что вам, скорее всего, потребуются моторамы, рассчитанные на устанавливаемый вами двигатель (есть исключения, как в 6.2L/6.5L GM, в котором используются те же опоры двигателя, что и в газовых двигателях Chevrolet/GMC V8).
Трансмиссия и задний мост
Если в вашем переоборудовании используется дизельный двигатель 6,2 л/6,5 л GM, 6,9 л/7,3 л IDI или 12v Cummins, который вы планируете оставить на складе, вам может сойти с рук 1/2 оси. Но давайте будем честными, 200 л.с. просто не подходят для большинства из нас. Если вы планируете модифицировать двигатель, будь то на 100 л.с. больше стандартного или на 500 л.с. больше стандартного, вам нужно будет заняться трансмиссией.Ось на 1/2 тонны (или даже легче) не выдержит выходного крутящего момента мощного дизеля, поэтому приобретите ось на 3/4 или 1 тонну. Некоторые оси весом 1/2 тонны, например, 9-дюймовый Ford, могут быть рассчитаны на экстремальные уровни мощности. Тем не менее, наиболее экономичным маршрутом будет использование более прочной плавающей оси.
Модифицированной бензиновой трансмиссии недостаточно для дизеля, уровень мощности которого намного выше, чем у двигателя, для которого он был разработан. По крайней мере, укажите трансмиссию, с которой поставлялся оригинальный двигатель.Объем работы, который потребуется для трансмиссии, зависит от желаемой выходной мощности/крутящего момента, но планируйте восстановление и модернизацию трансмиссии, если вы выполняете замену дизельного двигателя по соображениям производительности. Очевидно, что замена механической коробки передач — гораздо более простая и менее затратная задача. Убедитесь, что рычаг переключения передач предназначен для дизеля, и поставьте перед ним сцепление. Не забудьте убедиться, что трансмиссия подойдет. Трансмиссионные туннели могут быть изготовлены для установки более крупных трансмиссий.Последним соображением трансмиссии является передача, для максимальной производительности и экономии топлива вы можете соответствующим образом переключить передаточные числа осей.
Электроника
, если вы решили заменить механический двигатель (12-вольтовый Cummins или любой из старых IDI), вы можете пропустить этот раздел, так как вы облегчили себе задачу. Если вы подключаете Common Rail 24 В Cummins и трансмиссию Allison к 65 F-100, вам нужно обратиться к электронике. Дизельные двигатели и трансмиссии с электронным управлением взаимодействуют друг с другом.Коробку передач Ford можно модифицировать для связи с двигателем Cummins, трансмиссию Allison можно запрограммировать для работы с двигателем Power Stroke и т. д.
Очевидно, что выбор двигателя и трансмиссии одного производителя упрощает задачу. Когда дело доходит до автомобильной электроники, есть 2 основных варианта. 1) Извлеките всю электронику, включая датчики, PCM и т. д., из вашего автомобиля-донора и замените их на свой автомобиль для переоборудования. 2) Приобретите автономную систему электроники для вашего двигателя.Оба варианта приведут к одинаковым конечным результатам. Извлечение электроники из автомобиля-донора окажется проще и намного дешевле, хотя популярность использования автономной электроники растет.
Правила выбросов
Не планируйте замену дизельного двигателя на любое транспортное средство, требующее проверки SMOG или аналогичной проверки (относится к Калифорнии и другим штатам, которые приняли строгие законы Калифорнии о выбросах). Для жителей ЦА это означает все газовые автомобили, построенные после 1975 года.Мы даже не уверены, что сказал бы техник SMOG, когда открыл капот, но это не будет хорошо. Хотя могут быть исключения и лазейки, это может быть кошмаром бумажной работы. Если вы собираетесь вложить свое время и деньги в замену дизельного топлива, обязательно ознакомьтесь с местными законами, прежде чем инвестировать в свой проект.
Автомобили-доноры
Если вы выполняете замену дизельного двигателя, подумайте о приобретении полностью донорского автомобиля с пригодным для использования двигателем, трансмиссией и электроникой.Вы получите деньги вперед, если получите необходимые компоненты от донора (даже полностью собранного, списанного или утилизированного автомобиля, если в нем есть какие-то пригодные для использования компоненты), а затем разделите их, чтобы покрыть свои расходы. Если такой возможности нет, не отчаивайтесь от перехода на дизельное топливо. Мы просто рекомендуем вам спланировать всю сборку, устранив все препятствия, с которыми вы можете столкнуться, прежде чем начать. Помните, препятствия/трудности, с которыми вы столкнетесь, зависят от вашего проекта. Замена 4BT Cummins на 1/2-тонный Chevy — это совершенно другое мероприятие, чем установка Cummins с системой Common Rail на джип.
Переход с газовых двигателей на дизельные
Угадайте, что? Две наши Cessna были переоборудованы с бензинового на дизельный двигатель, и в данный момент идет работа над еще одной! Авиационная академия OSM приняла решение начать модернизацию самолетов Cessna дизельными двигателями, поскольку они являются более экологичным вариантом.
В этом сообщении блога мы взяли интервью у Роберта Лундстрема, технического директора OSM Aviation AirTech, который расскажет вам все о переоборудовании дизельных двигателей.
Какова ваша должность в OSM Aviation Academy и как долго вы здесь работаете?
Меня зовут Роберт Лундстрем, и моя должность в OSM Aviation AirTech — технический менеджер. Работаю здесь с 2010 года.
Зачем переходить на дизельные двигатели?
Одна из причин в том, что расход снижен почти вдвое и самое главное, что само топливо намного экологичнее. Это означает, что это лучший экономичный вариант, поскольку он имеет более низкие эксплуатационные расходы, и, что наиболее важно, лучший вариант для окружающей среды.
Cessna 172 с газовым двигателем перед заменой на дизельный двигатель
Как давно на рынке появились дизельные двигатели, это что-то новое?
Вообще-то, он уже давно на рынке, но потребляется не так много, как сегодня. Самый успешный тип дизельного двигателя начал разрабатываться в 1999 году и был запущен в производство в 2002 году. Эти двигатели были созданы компанией Mercedes, но впоследствии они превратились в хорошо функционирующие авиационные двигатели.
Каким образом это экологически безопасно?
Современные дизельные двигатели с высоким давлением топлива и турбонаддувом имеют значительно более высокий КПД, чем соответствующий газовый двигатель. Для сравнения, старый двигатель имеет объем 5,9 литра и развивает мощность 160 лошадиных сил, а новый двигатель имеет рабочий объем 2 литра и развивает мощность 155 лошадиных сил.
Эта информация сообщается персоналу AirTech при переходе на дизельный двигатель:
«Зеленый двигатель: невозможно отравление угарным газом, отсутствие выбросов свинца, сопоставимые более низкие выбросы оксидов азота и углеводородов»
Дизельные двигатели лучше газовых и почему?
Дизельный двигатель, который мы потребляем, произведен компанией в Германии и является современным продуктом, который лучше подходит для нашего времени с высокими требованиями к качеству.
Насколько большой дизельный двигатель?
По габаритам мало чем отличается, но дизель несколько тяжелее, потому что имеет водяное охлаждение. Дизельный двигатель вмещает 2 литра топлива и имеет мощность 155 л.с.
Дизельный двигатель без упаковки
Где производятся эти дизельные двигатели?
Двигатели производятся в Германии в городе Санкт-Эгидиен, компания называется Continental Aerospace Technologies GmbH.
Как поменять двигатель и сколько времени занимает этот процесс?
При переоборудовании на дизель вносятся некоторые изменения в систему электроснабжения и топливной системы самолета. Это длительный процесс, который, по оценкам, занимает около 200-250 часов на самолет.
Дизельный двигатель Cessna 172
Чем отличается полет на дизельном двигателе от бензинового?
Большая разница, вероятно, заключается в том, что комбинация с двигателем, устойчивым к крутящему моменту, начиная с малых оборотов, и винтом, который регулирует угол наклона лопастей, дает лучшую производительность во время запуска.
Дизельный двигатель с турбонаддувом также не сбрасывает мощность на такой высоте, как обычный двигатель.
Сколько Cessna было модернизировано до сих пор?
На данный момент мы переоборудовали две Cessna, но планируем переоборудовать еще четыре машины. Сейчас мы начали процесс переделки дизельного двигателя в другую Cessna.
Что дальше?
Когда мы говорим об экологических возможностях в авиации, мы видим много новых участников, которые предлагают все электрические самолеты.В апреле 2019 года OSM Aviation Academy нашла производителя самолетов и разместила заказ на 60 полностью электрических самолетов. Они будут использоваться для обучения пилотов для будущих полетов на устойчивых крыльях.
Узнайте больше о новом eFlyer2 от Bye Aerospace и о том, когда он будет запущен, здесь!
Компьютерный перевод двигателя с дизельного топлива на метан
В документе предлагается аналитическая методология, использующая эмпирические модели и моделирование CFD для эффективной оценки вариантов конструкции при переводе дизельного двигателя на специализированный или двухтопливный двигатель, работающий на СПГ. .
Сжатый природный газ(CNG) имеет более высокое октановое число, чем бензин, более экономичен, чем традиционные виды ископаемого топлива, благодаря низкой стоимости производства и значительно снижает загрязнение воздуха. Кроме того, СПГ не содержит ни свинца, ни бензола, а выбросы парниковых газов при сгорании СПГ примерно на 25% ниже, чем у бензина.
Номенклатура камеры сгорания и соответствующая ей расчетная сетка
В настоящем исследовании учитывались две конфигурации двигателя, чтобы подчеркнуть сложность процесса переоборудования.Двигатель А переводится с дизельного топлива с непосредственным впрыском топлива на СПГ, предназначенный для использования в целях когенерации. Поэтому в настоящем исследовании будет смоделирована работа с постоянной скоростью 1500 об/мин и в условиях полной нагрузки. Двигатель B представляет собой одноцилиндровый оптический двигатель, который был переведен с дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива на двухтопливный режим. Основным топливом является чистый метан, впрыскиваемый во впускной коллектор.
Экспериментальная проверка процесса оптимизации для дизельного двигателя с непосредственным впрыском ne
Процедура выполняется в пять шагов.Во-первых, создается база данных различных камер сгорания, которые можно получить из оригинального поршня. Камеры в базе данных различаются по форме чаши, величине степени сжатия, смещению чаши и размеру хлюпающей области. Вторым этапом процедуры является выбор из первой базы данных камер сгорания, способных противостоять механическим напряжениям из-за распределения давления и температуры при полной нагрузке. Для каждой комбинации подходящей формы камеры сгорания и параметров управления двигателем (угол зажигания/впрыска, рециркуляция отработавших газов и т.), моделирование CFD используется для оценки характеристик сгорания двигателя. Затем используется процедура постобработки для оценки склонности к детонации и интенсивности каждой комбинации. Все инструменты, разработанные для применения метода, были связаны в среде оптимизации modeFRONTIER, чтобы выполнить окончательный выбор камеры сгорания.
Общий процесс требует не более недели вычислений на четырех процессорных серверах, рассматриваемых для оптимизации.Выбранные камеры можно получить из оригинального поршня двигателя. Поэтому стоимость переделки двигателя довольно мала по сравнению со случаем совершенно новой поршневой.
Как перевести бензиновые и дизельные двигатели на использование водорода в качестве топлива
Водород улучшает сгорание существующего топлива, что приводит к значительному выигрышу в экономии за счет того, что водородно-топливные смеси сгорают более полно.
Однако проблемы с производством достаточного количества водорода для работы двигателя без бензина включают:
- чрезмерно большую и дорогую генераторную систему HHO
- аккумулятор транспортного средства не способен обеспечить необходимый ток
- генератор HHO , резервуар для воды и аккумуляторная батарея заполнили бы прицеп, который должен буксировать автомобиль
- невозможно контролировать поток HHO для удовлетворения динамических потребностей бензинового двигателя
Для иллюстрации приведем расчеты для очень небольшого литровый двигатель для работы на 100% водороде HHO
Этот двигатель имеет мощность 50 л.с., 37 киловатт
Потери происходят каждый раз, когда энергия преобразуется из одной формы в другую.
Двигатели внутреннего сгорания преобразуют бензин в механическую энергию с КПД 25%.
В результате двигателю требуется 148 кВт входной мощности (HHO) для получения выходной мощности 37 кВт.
Электролизеры потребительского класса имеют КПД около 50%, поэтому для производства необходимых 148 кВт HHO требуется 296 кВт электроэнергии. Эта мощность берется от аккумулятора автомобиля.
12-вольтовые аккумуляторы должны обеспечивать силу тока 25 000 ампер для достижения мощности 296 кВт.
Автомобильные аккумуляторы могут обеспечивать ток 25 А в течение длительного времени и рассчитаны на 1.5 часов. В этом примере, даже если используется 1000 аккумуляторов, автомобиль может двигаться только 1,5 часа.
В дополнение к непрактичной аккумуляторной батарее и генератору, способному производить 1562 литра HHO в минуту, инженерная задача этого проекта практически невыполнима.
Двигатели транспортных средств очень динамичны в своих требованиях к топливу и резко меняются в течение долей секунды.
Электролиз по своей природе не реагирует, что означает, что вы не можете быстро увеличить или уменьшить скорость потока водорода.
Невозможно контролировать силу тока 25000 ампер и точно управлять потоком HHO, чтобы удовлетворить динамические потребности бензинового двигателя и обеспечить его правильную работу.
В заключение, если имеется аккумуляторный источник мощностью 296 кВт, было бы намного эффективнее использовать его в электромобиле и избежать всех потерь энергии бензинового двигателя и электролизера.
Компоненты станции заправки водородомПодробнее:
Как работают генераторы водорода для автомобилей
Как правильно подобрать оборудование
Настройка и эксплуатация оборудования HHO, безопасность, совместимость
Что происходит, когда в двигатель подается слишком много водорода
Результаты экспериментов НАСА с водородом в двигателях внутреннего сгорания