3Сен

Тнвд что это на бензиновом двигателе: схемы подачи питания бензиновых и дизельных двигателей автомобиля, а также устройство и принцип работы, что такое обратка

Содержание

схемы подачи питания бензиновых и дизельных двигателей автомобиля, а также устройство и принцип работы, что такое обратка

Топливная система – важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива (“обратка”) и зачем она нужна.

Состав и функции системы подачи топлива

Главная функция любой топливной системы – это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

  • транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе – выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
  • расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам – осуществляется электронными устройствами.
Топливная система автомобиля

В состав топливной системы входят следующие элементы:

  • Бак – герметичная емкость для хранения топлива.
  • Трубопроводы (прямой и обратный) – трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива.
  • Фильтры (грубой и тонкой очистки) – выполняют очистку от механических загрязнений.
  • Регулятор давления – необходим для обеспечения заданного уровня давления.
  • Насос – как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
  • ТНВД – для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей).
  • Топливные форсунки.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

  • карбюраторные;
  • инжекторные.

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

  1. Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
  2. Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
  3. В

Виды ТНВД

Виды ТНВД

Топливный насос высокого давления – это важнейший элемент топливосистемы впрыска дизельных моторов. У насоса есть две функции: регулировка нужного момента времени для начала впрыска и нагнетание необходимого количества топлива. В последнее время на современных двигателях применяются аккумуляторные системы впрыска, в которых момент впрыска регулирует сама форсунка, под управлением электроники.

По конструктивным особенностям есть три вида ТНВД: рядный, магистральный и распределительный. В рядных насосах топливо подаётся к цилиндрам разными плунжерными парами. В магистральном насосе дизтопливо нагнетается только в аккумулятор. А в распределительном одна плунжерная пара распределяет и нагнетает топливо по всем цилиндрам равномерно.

Одними из самых популярных является насос Bosch

а также ТНВД Cummins, Delphi, Lucas и другие.

Рядный ТНВД


В ТВНД рядного типа установлено столько плунжерных пар, сколько и цилиндров. 

 

Они вмонтированы в корпус насоса, в котором также есть специальные каналы для отвода и подвода дизтоплива. Плунжер двигается от кулачкового вала, приводящегося в действие от коленвала мотора. Также они постоянно прижимаются к кулачкам из-за пружин.

Когда вращается кулачковый вал, кулачок приводит в действие толкатель плунжера. Потом он начинает продвигаться по втулке вверх, последовательно открывая впускные и выпускные отверстия. Внутри создаётся определённое давление, из-за которого клапан, нагнетающий топливо, подаёт его в нужную форсунку.

Момент подаваемого топлива и его количество регулируется как электронным, так и механическим способом. Чтобы отрегулировать его механически, нужно провернуть плунжер внутри втулки. Для этого есть специальная шестерня, которая соединяется с рейкой, а она жёстко связана с педалью газа.

Рядные ТНВД используются очень давно, но до сих пор популярны. Это всё из-за того, что у них очень высокая надёжность и работать они могут даже на топливе плохого качества.


 

Распределительный ТНВД

У распределительного насоса, в отличии от рядного, все цилиндры обслуживает одна плунжерная пара.

 

Эти ТНВД достаточно меньше по габаритам и массе, а также обеспечивают хорошую равномерность подачи. Но одним из главных минусов является то, что у них сравнительно низкая долговечность деталей. Поэтому такие насосы применяют, в основном, на легковых авто.

Распределительные насосы отличаются между собой, в зависимости от производителя. Например, насос Bosch имеет торцевой кулачковый привод, а ТНВД Cummins внутренний. Они оба неплохи, в них нет силовых нагрузок на узлы от давления топлива, поэтому обладают неплохой долговечностью.

У ТНВД с торцевым кулачковым приводом основной элемент – это плунжер-распределитель, который двигается и распределяет топливо по цилиндрам.

Регулировка количества подаваемого топлива может быть произведена механически, но лучше довериться электронным устройствам. В дозаторе установлен специальный электромагнитный клапан, который и производит регулировку.

А вот роторный распределительный насос, который использует в своих двигателях фирма Каминс, разделяет топливо при помощи распределительной головки и плунжера. В таких ТНВД устанавливается два плунжера, которые располагаются непосредственно на распредвале. Оба плунжера обегают кулачковую обойму через ролики. Когда плунжеры двигаются друг к другу, то давление растёт и топливо подаётся по каналам к форсункам всех цилиндров.

Магистральный ТНВД

Топливный насос магистрального типа применяется в системе «Комон Раил» и выполняет единственную функцию – нагнетает дизтопливо к рампе. 

Давление топлива в таких ТНВД намного выше других типов насосов. К слову, уникальная система Common Rail уже используется в большинстве двигателей от Каминс,Bosch и других известных производителей из-за своей современности.

В конструкции этого ТНВД может быть до трёх плунжеров, которые начинают свою работу из-за кулачковой шайбы или вала. Когда кулачковый вал вращается, возвратная пружина опускает плунжер вниз. В компрессионной камере повышается объём, но уменьшает давление. Из-за разряжения впускной клапан открывает и в камеру начинает попадать топливо.

Потом плунжер начинает двигаться вверх и в камере постепенно увеличивается давление, в следствие чего закрывается впускной клапан. Когда достигается необходимое давление, клапан выпуска открывается и топливо начинает подаваться на рампу или магистраль.

Управлять подачей топлива в системе Комон Раил проводится только электронным методом из-за своей сложности. Это зависит от необходимости в дополнительном топливе двигателя. В стандартном положении клапан открыт. После сигнала от электронного блока клапан прикрывается, а поступление топлива в камеру начинает регулироваться.

 

Система впрыска топлива с механическим ТНВД

Впрыск топлива с механическим ТНВД – устаревшая, но надежная и хорошо зарекомендовавшая себя система, которая применялась преимущественно на атмосферных дизельных двигателях 80-х - 90-х годов.

 

Топливный насос высокого давления (ТНВД) – один из главных составляющих элементов системы впрыска дизельных двигателей. Насос высокого давления один из самых сложных узлом во всей системе подачи топлива, так как он служит не только для подачи топлива под высоким давлением, но и для его дозирования, выполняя в системе впрыска дизельных двигателей ту же функцию, которую выполняет дроссельная заслонка. Механический ТНВД применялся преимущественно в системах впрыска дизельных двигателей легковых автомобилей конца прошлого века, но были и прецеденты установки его в качестве элемента системы непосредственного впрыска бензиновых двигателей.

Насос высокого давления предназначен для регулирования нужного момента начала впрыскивания и для подачи определенного количества топлива под давлением в цилиндры мотора.

По способу впрыска топлива ТНВД бывают двух видов: непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском. Именно про первый вид насосов и пойдет речь далее. В этих устройствах процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно, а привод плунжера - механический.

 

История создания механического ТНВД

Еще при конструировании первых стационарных силовых агрегатов Рудольф Дизель предположил, что для того, чтобы топливо самовоспламенялось, оно должно нагнетаться в цилиндры под высоким давлением. Дизель создал свою версию двигателя, работающего на основе принципа воспламенения. В системе впрыска он  использовал громоздкий, но довольно мощный компрессор. Позже, в 20-е годы ХХ века, Роберт Бош создал первый надежный и в то же время компактный механический ТНВД. На серийных грузовых автомобилях Mercedes этот узел был опробован в 1927 году, а на легковых автомобилях появился только в 1936-м.

 

Устройство и принцип работы механического ТНВД

В зависимости от конструкции ТНВД бывают следующих видов: рядный, распределительный и магистральный. В конструкции рядного ТНВД используются плунжерные пары, в соответствии с числом цилиндров в двигателе. Плунжерные пары располагаются в корпусе насоса, имеющем каналы для отвода и подвода топлива. Плунжер приводится в движение от кулачкового вала, а тот в свою очередь от коленвала. Плунжеры прижаты к кулачкам вала при помощи пружин.

Кулачок вращающегося вала воздействует на толкатель плунжера. Тот в свою очередь перемещается вверх по втулке, последовательно закрывая выпускное и впускное отверстия. При этом создается давление, необходимое для открытия нагнетательного клапана, после чего топливо поступает к определенной форсунке. Такой насос применялся, к примеру, на дизельном двигателе CD20 компании Nissan - настоящей "рабочей" лошадке конца восьмидесятых - начала девяностых. CD20 и его модификации можно увидеть под капотом большого количества машин - к примеру Nissan Sunny, Serena, Bluebird и так далее. Существовали и другие дизельные двигатели Nissan с механическим ТНВД. При этом, Nissan - далеко не единственный пример. Механические ТНВД можно встретить на старых моделях практически любого производителя.

 

Плюсы и минусы механического ТНВД

Механический ТНВД имеет несколько преимуществ. К примеру, его работа не зависит от состояния бортовой сети автомобиля, за что его очень любят поклонники ралли-рейдов на внедорожниках, которым приходится нередко штурмовать в брод реки, заливая двигатель водой. Есть у таких насосов и недостатки: несоответствие современным эко нормам, низкий КПД, низкое давление впрыска. Основным недостатком является зависимость работы насоса от качества дизельного топлива - дело в том, что в механическом ТНВД топливо играет роль смазки, и при попадании любых посторонних примесей или воды износ насоса стремительно растет. ТНВД сложный высокоточный узел, и стоимость его ремонта сильно бьет по карману.

 

Вопросы эксплуатации механического ТНВД

Как уже упоминалось, ТНВД с механическим впрыском долговечны и надежны. Неполадки дают о себе знать довольно редко и, главным образом, это происходит из-за использования низкокачественного дизельного топлива, моторного масла, либо из-за большого пробега. Чаще всего изнашиваются детали механического регулятора и плунжерные пары. Основными признаками поломки форсунок и насоса высокого давления являются: дымность, трудный запуск, увеличение расхода топлива, неустойчивая работа на холостом ходу, посторонние шумы, в виде рывка или с запаздыванием реагирует на нажатие педали газа, снижение мощности.

ТНВД дизельного двигателя. Топливный насос высокого давления

Главным отличием дизельных двигателей от бензиновых является другое устройство топливной системы и системы впрыска. Самым главным элементом в конструкции является ТНВД дизельного двигателя. Это топливный насос высокого давления.

Что такое ТНВД

Это оборудование считают одним из сложнейших среди прочих узлов дизельных силовых агрегатов. Устройство выполняет главную функцию. Оно подает горючее в камеры сгорания под очень высоким давлением.

Это необходимо для подачи горючей смеси в камеры сгорания двигателя под определенным давлением, и только в нужный для этого момент. Порция подаваемой смеси очень точно измеряется при помощи электроники. Также порция соответствует нагрузке.

Эволюция ТНВД

Правительство многих стран мира значительно ужесточило экологические нормы по выбросу вредных веществ. Это привело к тому, что механические ТНВД дизельного двигателя стали постепенно вытесняться электронным оборудованием. Механика не справлялась с правильным дозированием топливной смеси в необходимой точности. Кроме этого, механика не могла быстро отреагировать на каждое изменение режима работы силового агрегата.

Самые известные производители электроники предложили современные системы управления подачей горючей смеси. Внедрение электроники позволило уменьшить нестабильность сгорания горючего, а также снизило неравномерность работы на холостом ходу.

Некоторые устройства имели в своей конструкции специальный клапан для быстрого действия. Это привело к разделению процесса подачи топливной смеси в камеры на две части. Такая технология позволила в значительной степени снизить жесткость сгорания топлива.

Точность в управлении впрыском позволила также уменьшить выбросы в атмосферу токсичных веществ. В новых двигателях смесь сгорает полностью, а выросшая эффективность позволила повысить КПД и увеличить итоговую мощность.

Электронным управлением оснащено оборудование распределительного типа. Электроника регулирует положение дозатора. Также в составе имеется специальный клапан, который позволяет опережать процесс впрыска.

Виды ТНВД

Различают несколько типов насосов по типу впрыска.

Так, существуют устройства непосредственного действия, а также аккумуляторное оборудование. В последних системах процессы регулировки момента возложены напрямую на форсунки и электронные системы управления.

Насос непосредственного действия

ТНВД дизельного двигателя с непосредственным действием имеет механическое устройство. Привод основан на плунжере и втулке. Это называется плунжерной парой. Любые процессы на оборудовании этого типа проходят в один момент времени. В каждую камеру сгорания дизельного двигателя отдельная часть насоса подает горючее в необходимой дозе. Что касается давления, то оно создается движением плунжера насоса. Этим оборудованием оснащено множество дизельных иномарок. Также встречается ТНВД дизельного двигателя («Фольксваген» — не исключение) по такому принципу.

Аккумуляторный ТНВД

Здесь отличие от традиционного насоса в том, что на плунжерный привод воздействует давление непосредственно в самом цилиндре.

Но кроме этого, такое воздействие может оказываться посредством специальных пружин. Существуют также устройства с гидравлическими аккумуляторами, которые устанавливают чаще всего на мощные, но при этом малооборотистые двигатели.

Необходимо сказать, насосы с гидроаккумулятором отличаются раздельными процессами впрыска и нагнетания. Горючая смесь под высоким давлением накачивается в аккумулятор и только потом попадает в камеры сгорания. Этот поход позволяет обеспечить более эффективное распыление, а также оптимальное образование смеси, которое отлично подходит для любых нагрузок. Среди минусов подобной системы можно выделить еще большую сложность оборудования, что не способствует популярности. В современных двигателях используют оборудование, основанное на электромагнитных клапанах и электронной системе управлении.

Распределительный насос

Эти элементы, по сравнению с рядными, оснащены одним или двумя плунжерами, которые обслуживают все камеры сгорания. Масса и габаритные размеры данных устройств значительно меньше. Качество работы их при этом намного выше.

Но эти системы отличаются малой долговечностью. Часто требовался ремонт ТНВД дизельных двигателей. Это определило применение оборудования — легковые автомобили.

Рядные насосы

Это оборудование оснащается плунжерными парами. Их столько, сколько цилиндров в двигателе. Детали эти смонтированы в корпусе, где есть специальные каналы для закачивания и отвода дизельного топлива. Для привода плунжера в движение применяется специальный кулачковый вал, который приводится в движение от коленчатого вала. Чтобы насос работал, плунжерные пары должны прижиматься к кулачкам. Это реализовано посредством пружин.

Когда кулачковый вал движется, кулачок находит на толкатель, который в этот момент двигается по своей втулке. При движении элемента производится открытие и закрытие отверстий для впуска и выпуска горючего. Таким образом, в системе появляется давление. В результате этого открываются нагнетательные клапаны и топливо двигается по топливопроводу к форсункам. В этом заключается работа ТНВД дизельного двигателя.

Для регулировки плунжер поворачивается в его втулке. Для того чтобы выполнить этот поворот, устройство имеет специальную шестерню, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой. Последняя напрямую связана с педалью акселератора. Верхняя часть плунжера сделана наклонной. При повороте можно изменять количество дизельного топлива.

Такая конструкция рядных насосов позволила обеспечить высокую надежность.

Смазываются механизмы посредством моторных масел из системы смазки агрегата. Поэтому можно использовать топливо достаточно низкого качества. Эти насосы применяются на больших грузовых автомобилях, а на легковых их использовали до 2000 года.

Устройство ТНВД дизельного двигателя

На примере распредительного ТНВД можно рассмотреть принципиальное устройство. Так, насосы бывают одноплунжерными или же двухплунжерными. При этом одна секция аппарата может подавать горючую смесь в несколько форсунок.

Так, оборудование состоит из редукционного клапана, всережимного регулятора, дренажного штуцера, корпуса насосной секции вместе с плунжерной парой и клапанами. Кроме этого, в составе устройств есть элемент для подкачки топлива, люк для регулировки опережения впрыска, корпус, электромагнитный клапан и устройство привода плунжера.

Как видно, оборудование имеет сложное устройство. В случае поломки диагностика ТНВД дизельного двигателя будет трудной задачей. А отремонтировать систему даже в условиях гаража будет очень сложно.

Причины неисправностей

Стоимость этих устройств достаточно высока, а сам насос очень требователен к качеству топлива и смазочных жидкостей. Если дизельный автомобиль используется на плохом горючем, то в нем обязательно содержатся различные твердые частицы. Все это влияет на работу плунжерной пары, которая имеет минимальный допуск. Также некачественная «солярка» легко выводит из строя форсунки. Учитывая, сложность современного ТНВД дизельного двигателя, цена заправки некачественным топливом может быть очень дорогой. Кстати, сам насос стоит порядка 300 долларов.

Среди самых популярных поломок насоса и форсунок различают следующие:

  • повышенный расход;
  • дымность в выхлопе;
  • шум и другие посторонние звуки;
  • спад мощности;
  • затрудненный запуск.

Естественно, эти поломки могут быть вызваны и другими причинами.

А чтобы узнать, нужен ли ремонт ТНВД дизельных двигателей, необходим специальный стенд. Это оборудование есть только на СТО, которые специализируются на подобном оборудовании. Современные насосы не имеют тех органов регулировки, которые позволили бы выполнить диагностику. Поэтому придется воспользоваться помощью профессионалов.

Ремонт аппарата

Необходимость в ремонте может быть вызвана самыми разными причинами.

Многие поломки нельзя устранить своими руками. Однако если ремонт сводится к замене изношенных деталей, это легко делается в гараже. Но регулировать оборудование все равно придется на специализированном стенде.

Так, одна из причин — износ ТНВД дизельного двигателя. Определить это достаточно просто. Силовая установка будет работать слишком неравномерно и громко. Также усложняется запуск и потеря мощности. Про топливо низкого качества уже сказано. Еще на исправность влияет электроника. Для ремонта чаще необходимо просто заменить то, что износилось. Но для этого необходимо разобрать устройство. Это можно выполнить своими руками, однако без должных знаний лучше обратиться к профессионалам.

Итак, мы выяснили, какие бывают разновидности топливных насосов высокого давления и рассмотрели причины их выхода из строя.

Что такое топливный насос? (с рисунками)

Поскольку топливный бак расположен на противоположном от двигателя конце автомобиля, для подачи газа к двигателю требуется топливный насос. Есть два вида: механический, который использовался в автомобилях с карбюратором, и электрический, который использовался в автомобилях с электронным впрыском топлива.

Над электронным топливным насосом должен работать автомеханик.

Карбюратор - это механизм подачи топлива, который использует простой принцип вакуума для подачи топлива в двигатель. Тот же самый вакуум, который втягивает топливно-воздушную смесь в двигатель, также втягивает топливо по линиям к двигателю. Однако необходима дополнительная помощь, поэтому карбюраторные двигатели имеют механический топливный насос. Это убегает от вращения двигателя; в результате в карбюраторном автомобиле он располагается рядом с двигателем.

Карбюратор обеспечивает правильную смесь бензина и воздуха, поступающую в двигатель для сгорания.

Электронный впрыск топлива - это система подачи, которая впрыскивает мелкодисперсный туман топлива в камеры сгорания двигателя. Компьютер контролирует систему, внимательно отслеживая такие факторы, как положение дроссельной заслонки, соотношение воздух-топливо и содержимое выхлопных газов. Поскольку система не использует ранее существовавшую силу, такую ​​как вакуум, для втягивания топлива по линиям, топливный насос должен быть расположен у источника, то есть внутри или рядом с самим топливным баком.Насос является электронным, что означает, что он питается и управляется электроникой. Иногда его работу можно определить по мягкому, устойчивому гудящему звуку, исходящему из задней части автомобиля.

Отказ топливного насоса - не редкость, особенно в автомобилях с электронным впрыском топлива. Обычно, когда он выходит из строя, автомобиль просто шипит и умирает и не заводится. По сути, автомобиль с этой неисправностью будет вести себя так, как будто в нем нет бензина, даже если в баке есть бензин. Неисправность топливного насоса может быть проверена путем проверки стороны подачи топлива в системе; если в двигатель не поступает топливо, скорее всего, отказал топливный насос.

Замена электронного топливного насоса может быть непростым делом.В некоторых автомобилях он расположен в зоне, к которой легко получить доступ из-под машины. У других автомобилей есть панель доступа в салоне автомобиля, которую можно снять, чтобы добраться до топливного насоса. Третьи автомобили требуют, чтобы топливный бак был откачан и снят или опущен, прежде чем можно будет получить доступ к насосу. Последний тип автомобиля обычно представляет собой наиболее трудоемкую работу по замене.

Обзор бензинового двигателя с водородным наддувом

| HowStuffWorks

Бензиновые двигатели с водородным наддувом могут значительно улучшить экономию топлива.Основным экономическим и экологическим преимуществом двигателя бедной системы с водородным наддувом является низкое количество выбросов NOx, следовательно, полное устранение необходимости во внешнем контроле выбросов NOx. В настоящее время контроль выбросов NOx является основной проблемой для дизелей, в которых используются дорогостоящие ловушки для соответствия стандартам выбросов. Выбросы твердых частиц дизельного топлива также должны улавливаться фильтром, который необходимо периодически регенерировать.

Бензиновые двигатели с водородным наддувом не требуют фильтров для контроля выбросов NOx или твердых частиц и требуют только недорогого катализатора окисления для контроля небольшого количества выхлопных газов (несгоревших углеводородов), образующихся в основном во время запуска двигателя и раннего прогрева. Дополнительное сокращение требований к контролю за выбросами обусловлено способностью двигателя использовать только чистый обогащенный водородом заряд во время фазы холодного запуска, когда 90% выбросов генерируются в ходе испытания на выбросы.

Объявление

Система водородного наддува представляет собой технологию крепления на болтах, которую можно добавить в моторный отсек существующего автомобиля. По заявлению разработчиков, стоимость системы составляет менее половины добавленной стоимости дизелей.Затраты автомобильной промышленности США на оснащение дизелей для замены бензиновых двигателей огромны и будут затруднены для американских производителей, которые в настоящее время борются с финансовыми трудностями.

Прототип двигателя с водородным наддувом сейчас устанавливается на внедорожник с двигателем V6, который имеет достаточно свободного места для установки риформинга и связанной с ней системы. Начало долгосрочных дорожных испытаний для получения информации о производительности, надежности и долговечности запланировано на конец этого года, а маркетинг первого производственного приложения ожидается в 2010 году.

Данные о производительности

, полученные на ранней стадии испытаний, несомненно, будут внимательно изучены практически всеми, кто занимается автомобильными и энергетическими проблемами окружающей среды, отчасти потому, что система ассоциируется с модным словом «водород».

Первое место в списке заинтересованных сторон занимают производители больших внедорожников и фургонов, для которых государственные регулирующие органы стремятся увеличить среднее количество миль на галлон на 10 процентов по сравнению с уровнем 2007 года в 22,2 миль на галлон. Новый уровень 24.1 миль на галлон должен быть соблюден к 2011 году.

Четырехцилиндровые автомобили, вероятно, также будут первыми кандидатами на использование этой технологии, поскольку высокие цены на бензин продолжают создавать конкуренцию среди моделей с высокой топливной экономичностью, стремящихся к лидерству на галлон. Фактором, способствующим развитию рынка компактных автомобилей, может быть проблема со сроком службы гибридных автомобилей из-за сложности системы и замены батареи, которые, как сообщается, в некоторых случаях достигают 5000 долларов. Это только сейчас начинает отражаться в низкой стоимости при перепродаже, поскольку ранние производственные гибриды достигают большого пробега.

Однако двигатель с водородным наддувом будет не одинок в гонке за лидерство в области экономии топлива. Усовершенствованные двигатели с турбонаддувом уменьшенного размера с прямым впрыском и регулируемым клапаном, дизельные двигатели с общей топливной магистралью, гибриды и автомобили с гибким топливом - все они соперничают за внимание автопроизводителя в гонке за экономию топлива.

Ни одна из этих технологий не может похвастаться всеми преимуществами двигателя с водородным наддувом, а именно резко увеличенной экономией топлива, минимальным контролем выбросов и общей экономической эффективностью.В конце концов, потребуется сочетание многих технологий, чтобы удовлетворить жажду этой страны к свободе вождения, но вполне вероятно, что в будущем мы услышим гораздо больше о двигателе с водородным наддувом.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Эта статья о жидком топливе и промышленных растворителях. Для газообразного метана см. Природный газ.

Бензин или бензин - это токсичная прозрачная жидкость, которая в основном используется в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания.Его получают путем кипячения нефти, ископаемого топлива. В процессе перегонки нефть нагревается до очень высокой температуры, затем она разделяется на компоненты, одним из которых является бензин. Это дорогостоящий процесс. Он состоит в основном из октана (C 8 H 18 ), углеводорода.

Бензин продается на АЗС (АЗС). Для правильного горения в двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия каждая марка бензина содержит бензиновые присадки. Итак, точный состав бензина на разных станциях разный.Бензин классифицируется по октановому числу, которое определяет, насколько хорошо он будет гореть. Большинство автомобильных двигателей могут сжигать «обычный» бензин с октановым числом 87. Прецизионные двигатели требуют или предпочитают бензин «премиум» с октановым числом 93. Большинство заправочных станций предлагают три разные смеси бензина с тремя отдельными октановыми числами и ценами. .

На США приходится около 44% мирового потребления бензина. [5] В 2003 году США потребили 476,474 гигалитра (1.25871 × 10 11 галлонов США; 1.04810 × 10 11 имп. Гал.), [6] , что соответствует 1,3 гигалитра бензина в день (около 360 миллионов долларов США или 300 миллионов британских галлонов). В 2006 году в США было израсходовано около 510 миллиардов литров (138 миллиардов галлонов США / 115 миллиардов имп-галлонов) бензина, из которых 5,6% приходилось на бензин среднего качества и 9,5% - на бензин высшего сорта. [7]

ЕвропаПравить

В отличие от США, страны Европы взимают значительные налоги на топливо, такое как бензин. Например, цена на бензин в Европе более чем вдвое выше, чем в США.

Стоимость насоса (в евро / литр) Бензин с октановым числом 95 без свинца с 2004 по 2011 год в некоторых странах Европы. Чтобы преобразовать цены в евро за литр в доллары США за галлон, умножьте их на 5,7 (при условии, что 1,5 доллара США = 1 евро).
Страна
Декабрь 2004 г.
Май 2005 г.
Июль 2007 г.
Апрель 2008 г.
Янв 2009
Март 2010 г.
Февраль 2011 г.
Германия 1.19 1,18 1,37 1,43 1,09 1,35 1,50
Франция 1,05 1,15 1,31 1,38 1,07 1,35 1,53
Италия 1,10 1,23 1,35 1,39 1,10 1,34 1,46
Нидерланды 1.26 1,33 1,51 1,56 1,25 1,54 1,66
Польша 0,80 0,92 1,15 1,23 0,82 1,12 1,26
Швейцария 0,92 0,98 1,06 1,14 0,88 1,12 1,29
Венгрия 1. 00 1.01 1,13 1,13 0,86 1,22 1,32

Соединенные Штаты Изменить

Из-за низких налогов на топливо розничная цена бензина в США подвержена большим изменениям (чем за пределами США), если рассчитывать ее как процент от удельной стоимости. С 1998 по 2004 год цена на бензин составляла от 1 до 2 долларов за галлон США. [8] После 2004 года цена повышалась до тех пор, пока средняя цена на газ не достигла отметки в 4 доллара.11 за галлон США в середине 2008 года, затем упало примерно на 2,60 доллара за галлон США по состоянию на сентябрь 2009 года. [8] Недавно в США с 31 января по 7 марта 2011 года произошло повышение цен на газ на 13,51%. [9]

Цены на большинство потребительских товаров указаны без учета налогов; налоги добавляются в процентах от покупной цены. Из-за примитивных бензонасосов в 1920-х годах цены на бензин в Соединенных Штатах указываются с учетом налогов, а налоги устанавливаются в центах за галлон. Налоги добавляются федеральным правительством, правительством штата и местными властями. (Эти налоги собирают стоимость содержания дорог.) По состоянию на 2009 год федеральный налог составлял 18,4 цента за галлон бензина и 24,4 цента за галлон дизельного топлива (исключая красное дизельное топливо). [10] Среди штатов самыми высокими ставками налога на бензин по состоянию на январь 2011 года являются Калифорния (47,7 / галлон), Нью-Йорк (47,3 / галлон), Гавайи (45,8 / галлон) и Коннектикут (45,2). / галлон). [11] Федеральное правительство и многие штаты не могут увеличить налоги на бензин с течением времени из-за инфляции.Тем не менее, в некоторых штатах [Примечание 1] также взимают налог с продаж в виде процентов, размер которых зависит от стоимости бензина.

По данным Управления энергетической информации, около 9% всего бензина, проданного в США в мае 2009 года, было высшего сорта. Некоторые производители автомобилей «рекомендуют» бензин премиум-класса, но имеют двигатели с компьютерным управлением, которые регулируют время, чтобы избежать детонации. Таким образом, большинство автомобилей могут сжигать бензин обычного качества, но с несколько пониженной производительностью. [12] Ассошиэйтед Пресс заявило, что премиальный газ - с более высоким октановым числом и стоимостью на несколько центов за галлон больше, чем обычный неэтилированный - следует использовать только в том случае, если производитель заявляет, что это «требуется». [13]

Чтобы сократить использование импортной нефти, США используют смеси этанол / бензин бензин (10% этанол) и E85 (85% этанол).

БразилияПравить

Бразилия имеет крупнейшую национальную промышленность по производству топливного этанола. Бензин, продаваемый в Бразилии, содержит не менее 25% безводного этанола. Водный этанол (около 95% этанола и 5% воды) может использоваться в качестве топлива более чем в 90% новых автомобилей, продаваемых в стране. Бразильский этанол производится из сахарного тростника и отличается высоким уровнем связывания углерода. [14]

Бензин

«Бензин» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Бензин (значения). Чтобы узнать о группе птиц, см. Буревестник.
Банка с бензином Старые бензонасосы, Норвегия

Бензин / ˈɡæsəliːn / или petrol / ˈpɛtrəl / - это токсичная полупрозрачная жидкость, полученная из нефти, которая в основном используется в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Он состоит в основном из органических соединений, полученных фракционной перегонкой нефти, с добавлением различных присадок.Некоторые бензины также содержат этанол в качестве альтернативного топлива. В Северной Америке термин «бензин» часто сокращается в разговорной речи до «газ», в то время как большинство нынешних или бывших стран Содружества используют термин «бензин». В обычных условиях окружающей среды его материальное состояние жидкое, в отличие от сжиженного нефтяного газа или «природного газа».

Недвижимость

Волатильность

Бензин более летуч, чем дизельное топливо, Jet-A или керосин, не только из-за основных компонентов, но и из-за присадок. Летучесть часто контролируется смешиванием с бутаном, который кипит при -0,5 ° C. Летучесть бензина определяется тестом на давление паров по Рейду (RVP). Желаемая летучесть зависит от температуры окружающей среды. В жаркую погоду используются компоненты бензина с более высокой молекулярной массой и, следовательно, с меньшей летучестью. В холодную погоду слишком низкая волатильность приводит к тому, что автомобили не заводятся.

В жаркую погоду чрезмерная летучесть приводит к так называемой «паровой пробке», когда сгорание не происходит, потому что жидкое топливо в топливных магистралях превратилось в газообразное, что делает топливный насос неэффективным и лишает двигатель топлива. .Этот эффект в основном относится к топливным насосам с приводом от распределительного вала (установленным на двигателе), у которых отсутствует возвратный топливопровод. Автомобили с впрыском топлива требуют, чтобы топливо находилось под давлением в пределах заданного диапазона. Поскольку перед пуском двигателя частота вращения распределительного вала почти равна нулю, используется электронасос. Он расположен в топливном баке, поэтому топливо также может охлаждать насос высокого давления. Регулировка давления достигается за счет возврата неиспользованного топлива в бак. Поэтому паровая пробка почти никогда не является проблемой в автомобиле с впрыском топлива.

В Соединенных Штатах волатильность регулируется в крупных городах с целью сокращения выбросов несгоревших углеводородов за счет использования так называемого реформулированного бензина, который менее подвержен испарению. В Австралии лимиты летней изменчивости бензина устанавливаются правительствами штатов и варьируются в зависимости от штата. В большинстве стран просто есть летний, зимний и, возможно, промежуточный лимит.

Стандарты летучести могут быть ослаблены (допуская выброс большего количества компонентов бензина в атмосферу) во время нехватки бензина.Например, 31 августа 2005 года в ответ на ураган «Катрина» Соединенные Штаты разрешили продажу нереформированного бензина в некоторых городских районах, что фактически позволило раньше перейти с летнего на зимний бензин. Согласно распоряжению администратора EPA Стивена Л. Джонсона, этот «отказ от топлива» действовал до 15 сентября 2005 г. [1]

Современные автомобили также оснащены системой контроля выбросов парниковых газов (называемой на автомобильном жаргоне системой EVAP), которая собирает испарившееся топливо из топливного бака в канистру, заполненную древесным углем при остановленном двигателе, а затем выпускает собранные пары в резервуар. всасывание двигателя для сжигания при работающем двигателе (обычно только после того, как он достиг нормальной рабочей температуры).Система контроля за выбросами в результате испарения также включает в себя герметичную газовую крышку, предотвращающую выход паров через заправочную трубку топлива. Современные автомобили с системами контроля выбросов OBD-II будут включать световой индикатор неисправности (MIL), световой индикатор «проверьте двигатель» или «Service Engine Soon», если насос обнаружения утечек (LDP) обнаруживает утечку в системе EVAP. Если электронный блок управления (ECU) или модуль управления трансмиссией (PCM) обнаруживает утечку, он сохранит код OBD-II, представляющий либо небольшую, либо большую утечку, тем самым загорая MIL, чтобы указать на сбой.Некоторые автомобили могут определить, установлена ​​ли крышка бензобака неправильно, и укажут на это, подсвечивая символ крышки бензобака на приборной панели.

Октановое число

Двигатели внутреннего сгорания предназначены для сжигания бензина в контролируемом процессе, называемом дефлаграцией. Но в некоторых случаях бензин может также ненормально воспламениться из-за детонации, что приводит к потере энергии и может повредить двигатель. Один из способов уменьшить детонацию - повысить устойчивость бензина к самовоспламенению, которая выражается его октановым числом.

Октановое число измеряется для смеси 2,2,4-триметилпентана (изомер октана) и н-гептана. Существуют разные условные обозначения для определения октанового числа, поэтому топливо может иметь несколько различных октановых чисел в зависимости от используемой меры. Октановое число по исследовательскому методу (RON) бензина зависит от страны. В Финляндии, Швеции и Норвегии стандартным для обычного неэтилированного бензина является октановое число 95, а также более дорогой вариант с октановым числом 98. В Великобритании обычный обычный неэтилированный бензин имеет октановое число 91 (не является общедоступным), неэтилированный бензин высшего качества всегда имеет октановое число 95, а неэтилированный бензин - обычно 97-98.Однако и Shell, и BP производят топливо с октановым числом 102 для автомобилей с мощными двигателями, а сеть супермаркетов Tesco начала в 2006 году продавать неэтилированный бензин высшего качества с октановым числом 99. В США октановое число неэтилированного топлива может варьироваться от 86 до 87 AKI (с октановым числом 91-92) для обычного, до 89-90 AKI (с октановым числом 94-95) для среднего класса (европейский премиум), до 90-94. AKI (95-99 RON) для премиум (европейский супер).

Октановое число стало важным, поскольку в конце 1930-х и 1940-х годах военные стремились увеличить мощность авиационных двигателей. Более высокое октановое число обеспечивает более высокую степень сжатия и, следовательно, более высокие температуры и давления, что приводит к более высокой выходной мощности. Некоторые ученые даже предсказывали, что страна с хорошим запасом высокооктанового бензина будет иметь преимущество в воздушной силе. [2]

Устойчивость

Бензин хорошего качества при правильном хранении должен быть стабильным почти бесконечно. Такое хранение должно происходить в герметичном контейнере, чтобы предотвратить окисление или смешивание паров воды, и при стабильной низкой температуре, чтобы уменьшить вероятность протечки контейнера.При неправильном хранении бензина могут накапливаться смолы и твердые частицы, что приводит к «несвежему топливу». Присутствие этих продуктов разложения в топливном баке, магистралях и компонентах карбюратора или впрыска топлива затрудняет запуск двигателя. Однако после возобновления регулярного использования транспортного средства накопления должны в конечном итоге быть удалены потоком свежего бензина. Стабилизаторы топлива (см. Ниже) можно использовать для продления срока службы топлива, которое не хранится или не может храниться должным образом. Стабилизатор топлива обычно используется для небольших двигателей, таких как двигатели газонокосилок и тракторов, для обеспечения более быстрого и надежного запуска.Пользователям рекомендуется держать контейнеры и баки с бензином более чем наполовину заполненными и должным образом закрытыми, чтобы уменьшить воздействие воздуха, чтобы избежать хранения при высоких температурах, [3] , чтобы запустить двигатель в течение десяти минут, чтобы обеспечить циркуляцию стабилизатора по всем компонентам до Хранение и запускать двигатель через определенные промежутки времени для удаления несвежего топлива из карбюратора. [4]

Энергетическая ценность (высокая и низкая теплотворная способность)

Энергия получается при сгорании бензина, превращении углеводорода в диоксид углерода и воду.Сгорание октана происходит по этой реакции:

2 C 8 H 18 + 25 O 2 → 16 CO 2 + 18 H 2 O

При сжигании одного американского галлона бензина образуется около 19,4 фунтов (8,8 кг) двуокиси углерода (преобразуется в 2,33 кг / литр), парникового газа. [5] [6]

Бензин содержит около 35 МДж / л (9,7 кВт · ч / л, 132 МДж / галлон США, 36,6 кВт · ч / галлон США) (более высокая теплотворная способность) или 13 кВт · ч / кг. По данным Агентства по охране окружающей среды США, смеси бензина различаются, поэтому фактическое энергосодержание варьируется в зависимости от сезона и производителя на 4% больше или меньше среднего.В среднем около 19,5 галлона США (16,2 имп гал; 74 л) бензина доступно из барреля сырой нефти объемом 42 галлона (35 имп гал; 160 л) (около 46% по объему), в зависимости от качества сырой и марки бензина. Оставшийся остаток выделяется в виде продуктов от смолы до нафты. [7]

Высокооктановое топливо, такое как сжиженный нефтяной газ (СНГ), имеет более низкое энергосодержание, чем бензин с более низким октановым числом, что приводит к общей более низкой выходной мощности при нормальной степени сжатия двигателя, работающего на бензине.Однако с двигателем, настроенным на использование сжиженного нефтяного газа (то есть с помощью более высоких степеней сжатия, таких как 12: 1 вместо 8: 1), эту более низкую выходную мощность можно преодолеть. Это связано с тем, что топливо с более высоким октановым числом обеспечивает более высокую степень сжатия, следовательно, более высокую температуру цилиндра, что повышает эффективность. Кроме того, повышенный механический КПД достигается за счет более высокой степени сжатия за счет сопутствующей более высокой степени расширения на рабочем такте, что намного больше. Более высокая степень расширения извлекает больше работы из газа под высоким давлением, создаваемого в процессе сгорания.Применимая формула: PV = nRT. Двигатель с тактовым циклом Аткинсона использует синхронизацию срабатывания клапана, чтобы получить преимущества высокой степени расширения без недостатков, в основном детонации, высокой степени сжатия. Высокая степень расширения также является одной из двух ключевых причин эффективности дизельных двигателей, наряду с устранением насосных потерь из-за дросселирования потока всасываемого воздуха. Высокая степень сжатия может рассматриваться как необходимое зло для высокой степени расширения.

Более низкое энергосодержание (на литр) сжиженного нефтяного газа по сравнению с бензином в основном связано с его более низкой плотностью.Содержание энергии на килограмм выше, чем у бензина (более высокое соотношение водорода и углерода). Плотность бензина составляет около 740 кг / м³ (6,175 фунта / галлон США; 7,416 фунта / имп галлон).

Плотность

Удельный вес (или относительная плотность) бензина находится в диапазоне 0,71–0,77 (719,7 кг / м 3 ; 0,026 фунта / дюйм 3 ; 6,073 фунта / галлон США; 7,29 фунта / имп галлон), более высокие плотности имеют больший объем ароматики. [8] Бензин плывет по воде; Обычно воду нельзя использовать для тушения бензина, если она не используется в мелком тумане.

Химический анализ и производство

Бензин производится на нефтеперерабатывающих заводах. Материал, который отделяется от сырой нефти путем перегонки, называемый первичным или прямогонным бензином, не соответствует требуемым спецификациям для современных двигателей (в частности, октановому числу; см. Ниже), но будет составлять часть смеси.

Некоторые из основных компонентов бензина: изооктан, бутан, ароматическое соединение и усилитель октанового числа МТБЭ.

Основная часть типичного бензина состоит из углеводородов, содержащих от четырех до 12 атомов углерода на молекулу (обычно обозначаемых как C4-C12). [9]

Различные потоки нефтеперерабатывающих заводов, смешанные для получения бензина, имеют разные характеристики. Некоторые важные потоки:

  • Бензин прямогонный перегоняется непосредственно из сырой нефти. Когда-то он был ведущим источником топлива, его низкое октановое число требовало добавок свинца. Он имеет низкую ароматику (в зависимости от сорта сырой нефти), содержит некоторое количество нафтенов (циклоалканов) и не содержит олефинов. Около 0-20% бензина получают из этого материала, отчасти потому, что подача этой фракции недостаточна, а ее RON слишком низкое.
  • продукт риформинга , произведенный в установке каталитического риформинга с высоким октановым числом и высоким содержанием ароматических веществ и очень низким содержанием олефинов (алкенов). Большая часть бензола, толуола и ксилола (так называемый БТК) более ценна в качестве химического сырья и, таким образом, до некоторой степени удаляется.
  • Бензин каталитического крекинга или нафта каталитического крекинга , произведенная в установке каталитического крекинга, со средним октановым числом, высоким содержанием олефинов (алкенов) и умеренным уровнем ароматических углеводородов.
  • гидрокрекат (тяжелый, средний и легкий), полученный в установке гидрокрекинга, со средним и низким октановым числом и умеренными уровнями ароматичности.
  • Алкилат получают в установке алкилирования, включающей добавление изобутана к алкенам с образованием разветвленных цепей, но с низким содержанием ароматических соединений.
  • Изомерат получают изомеризацией низкооктанового бензина прямой перегонки до изопарафинов (например, изооктана).

Вышеупомянутые термины - это жаргон, используемый в нефтяной промышленности, но терминология варьируется.

В целом, типичный бензин представляет собой преимущественно смесь парафинов (алканов), нафтенов (циклоалканов) и олефинов (алкенов). Фактическое соотношение зависит от:

  • НПЗ, производящий бензин, так как не все НПЗ имеют одинаковый набор технологических установок;
  • сырой нефти, используемой НПЗ;
  • Марка бензина
  • , в частности, октановое число.

В настоящее время многие страны устанавливают ограничения на содержание ароматических углеводородов в бензине в целом, в частности бензола, и на содержание олефинов (алкенов).Такие правила привели к увеличению предпочтения компонентов высокооктанового чистого парафина (алкана), таких как алкилат, и вынуждают нефтеперерабатывающие заводы добавлять технологические установки для снижения содержания бензола.

Бензин может также содержать другие органические соединения, такие как органические эфиры (добавленные намеренно), плюс небольшие количества загрязняющих веществ, в частности сероорганических соединений, но они обычно удаляются на нефтеперерабатывающем заводе.

Добавки

Основная статья: Присадка к бензину

Антидетонационные добавки

Пластиковая емкость для хранения бензина, используемого в Германии.

Большинство стран отказались от этилированного топлива.Свинцовые соединения заменили различные добавки. Самые популярные добавки включают ароматические углеводороды, простые эфиры и спирт (обычно этанол или метанол).

Тетраэтилсвинец

Бензин, когда он используется в двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия, имеет тенденцию к самовоспламенению ( детонация ), вызывая разрушительный «стук двигателя» (также называемый «звенящим» или «дребезжащим») шумом. Ранние исследования этого эффекта проводили А.Х. Гибсон и Гарри Рикардо в Англии, а также Томас Миджли и Томас Бойд в США.Открытие того, что свинцовые присадки изменяют это поведение, привело к широкому распространению их использования в 1920-х годах и, следовательно, к более мощным двигателям с более высокой степенью сжатия. Самой популярной добавкой был тетраэтилсвинец. Однако с открытием масштабов ущерба окружающей среде и здоровью, наносимого свинцом, и несовместимости свинца с каталитическими преобразователями, обнаруженными практически на всех недавно проданных автомобилях США с 1975 года, эта практика начала ослабевать (поощряемая многими правительствами, вводящими дифференцированный налог ставки) в 1980-х гг.

В США, где свинец смешивали с бензином (в основном для повышения октанового числа) с начала 1920-х годов, стандарты по поэтапному отказу от этилированного бензина были впервые введены в 1973 году - во многом благодаря исследованиям, проведенным Филипом Дж. Лэндриганом. В 1995 г. этилированное топливо составляло лишь 0,6% от общего объема продаж бензина и менее 2000 коротких тонн (1814 т) свинца в год. С 1 января 1996 года Закон о чистом воздухе запретил продажу этилированного топлива для использования в дорожных транспортных средствах. Хранение и использование этилированного бензина в обычных дорожных транспортных средствах теперь влечет за собой штраф в размере не более 10 000 долларов США.Однако топливо, содержащее свинец, может по-прежнему продаваться для бездорожья, в том числе для самолетов, гоночных автомобилей, сельскохозяйственного оборудования и судовых двигателей. [10] Подобные запреты в других странах привели к снижению уровня свинца в кровотоке людей. [11] [12]


Бензины также обрабатывают дезактиваторами металлов, которые представляют собой соединения, которые связывают (деактивируют) соли металлов, которые в противном случае ускоряют образование липких остатков. Металлические примеси могут возникать в самом двигателе или в качестве загрязняющих веществ в топливе.

Моющие средства

Бензин, поставляемый к насосу, также содержит присадки для уменьшения накопления углерода в двигателе, улучшения сгорания и облегчения запуска в холодном климате. Высокие уровни моющего средства можно найти в бензинах с моющими средствами высшего уровня. Эти бензины превышают минимальные требования Агентства по охране окружающей среды США по содержанию моющих средств. Спецификация бензинов с моющими средствами высшего уровня была разработана четырьмя автопроизводителями: GM, Honda, Toyota и BMW. Согласно бюллетеню, минимальных требований EPA недостаточно для поддержания чистоты двигателей. [13] Типичные детергенты включают алкиламины и алкилфосфаты на уровне 50-100 частей на миллион. [9]

Этанол

Европейский Союз

В ЕС допускается добавление 5% этанола в соответствии с общепринятой спецификацией бензина (EN 228). В настоящее время ведутся переговоры о разрешении 10% -ного смешивания этанола (доступного на французских заправочных станциях). Большая часть бензина, продаваемого в Швеции, содержит 5-15% этанола.

Бразилия

В Бразилии Бразильское национальное агентство нефти, природного газа и биотоплива (ANP) требует, чтобы в бензин для использования в автомобилях добавлялось от 18 до 25% этанола. [14]

Австралия

Закон ограничивает использование этанола до 10% бензина в Австралии. Крупные бренды обычно называют его E10, и он дешевле обычного неэтилированного бензина. Розничные торговцы также должны маркировать топливо, содержащее этанол, на ТРК.

США

В большинстве штатов этанол добавляется по закону до минимального уровня, который в настоящее время составляет 5,9%. На большинстве топливных насосов есть наклейка с указанием, что топливо может содержать до 10% этанола, преднамеренное несоответствие, которое позволяет со временем поднять минимальный уровень без необходимости изменения документации / маркировки.До конца 2010 года розничным торговцам топливом было разрешено продавать только топливо, содержащее до 10 процентов этанола (E10), и в большинстве гарантий на автомобили (за исключением транспортных средств с гибким топливом) разрешалось топливо, содержащее не более 10 процентов этанола. [15] В некоторых частях США этанол иногда добавляют в бензин без указания того, что он является компонентом в некоторых штатах.

Краситель

В Австралии бензин, как правило, окрашивается в светлый фиолетовый оттенок. В Соединенных Штатах наиболее часто используемый авиационный бензин, авиационный газ или авиационный газ известен как 100LL (октановое число 100, низкое содержание свинца) и окрашен в синий цвет.Красный краситель использовался для идентификации не облагаемого налогом (внедорожное) сельскохозяйственного дизельного топлива. В Великобритании используется красный краситель, чтобы различать обычное дизельное топливо (часто называемое DERV от Diesel-Engined Road Vehicle ), которое не окрашено, и дизельное топливо, предназначенное для сельскохозяйственных и строительных машин, таких как экскаваторы и бульдозеры. Красный дизельный двигатель до сих пор иногда используется в грузовиках, в которых для привода крана-манипулятора используется отдельный двигатель. Однако эта практика сокращается, поскольку многие краны-манипуляторы получают питание непосредственно от тягача.В Индии, где этилированное топливо является основным потоком, бензин окрашен в красный цвет, тогда как в Южной Африке неэтилированное топливо окрашено в зеленый цвет, а топливо, заменяющее свинец, окрашено в красный цвет.

Смешивание оксигенатов

При смешивании оксигенатов добавляются кислородсодержащие соединения, такие как МТБЭ, ЭТБЭ и этанол. Присутствие этих оксигенатов снижает количество окиси углерода и несгоревшего топлива в выхлопных газах. Во многих регионах США смешивание оксигенатов предписано правилами EPA для уменьшения смога и других загрязняющих веществ в воздухе.Например, в Южной Калифорнии топливо должно содержать 2% кислорода по весу, в результате получается смесь 5,6% этанола в бензине. Получающееся в результате топливо часто называют бензином с измененным составом (RFG) или кислородсодержащим бензином, или в случае Калифорнии, Калифорния, бензин с измененным составом. Федеральное требование о том, чтобы RFG содержал кислород, было отменено 6 мая 2006 г., потому что промышленность разработала RFG с контролируемым содержанием летучих органических соединений, для которого не требовался дополнительный кислород. [16]

В некоторых штатах использование

МТБЭ прекращается из-за проблем с загрязнением грунтовых вод.В некоторых местах, например в Калифорнии, это уже запрещено. Этанол и, в меньшей степени, ЭТБЭ, полученный из этанола, являются обычными заменителями. Поскольку большая часть этанола производится из биомассы, такой как кукуруза, сахарный тростник или зерно, его называют биоэтанолом. Обычная смесь этанола и бензина, состоящая из 10% этанола, смешанного с бензином, называется бензином или E10, а смесь этанола и бензина, состоящая из 85% этанола, смешанного с бензином, называется E85. Наиболее широко этанол используется в Бразилии, где этанол получают из сахарного тростника.В 2004 году более 3,4 млрд галлонов США (2,8 млрд имп галлонов / 13 млн м³) этанола было произведено в Соединенных Штатах для использования в качестве топлива, в основном из кукурузы, и E85 постепенно становится доступным на большей части Соединенных Штатов, хотя многие из них относительно немного станций, торгующих E85, закрыты для широкой публики. [17] Использование биоэтанола, прямо или косвенно, путем преобразования такого этанола в био-ETBE, поощряется Директивой Европейского Союза о продвижении использования биотоплива и других возобновляемых видов топлива для транспорта.Поскольку производство биоэтанола из ферментированных сахаров и крахмалов включает в себя дистилляцию, обычные люди в большей части Европы не могут законно ферментировать и перегонять свой собственный биоэтанол в настоящее время (в отличие от США, где получение разрешения BATF на дистилляцию было легким после нефтяного кризиса 1973 года) .

Безопасность

Соображения по охране окружающей среды

Углеводороды являются опасными веществами и регулируются в США Управлением по охране труда.В паспорте безопасности неэтилированного бензина указано не менее 15 опасных химических веществ в различных количествах, включая бензол (до 5% по объему), толуол (до 35% по объему), нафталин (до 1% по объему), триметилбензол (до 7% по объему), метил , трет -бутиловый эфир (MTBE) (до 18% по объему, в некоторых государствах) и около десяти других. [18] Бензол и многие антидетонационные добавки являются канцерогенными. Основные риски таких утечек связаны не с автомобилями, а с авариями с автоцистернами для доставки бензина и утечками из резервуаров для хранения.Из-за этого риска в большинстве (подземных) резервуаров для хранения в настоящее время предусмотрены обширные меры для обнаружения и предотвращения любых таких утечек, например, расходные аноды.

Основное беспокойство, связанное с бензином для окружающей среды, помимо сложностей его добычи и переработки, связано с его потенциальным воздействием на климат. Несгоревший бензин и испарения из резервуара, находящиеся в атмосфере, реагируют на солнечном свете с образованием фотохимического смога. Добавление этанола увеличивает летучесть бензина, потенциально усугубляя проблему.

Вдыхание

Углеводороды, в том числе обладают низкой острой токсичностью, с ЛД50 от 700 до 2700 мг / кг для простых ароматических соединений. [19] Нюхание бензина - распространенное интоксикантное средство, которое стало эпидемией в некоторых более бедных общинах и группах коренного населения в Австралии, Канаде, Новой Зеландии, некоторых островах Тихого океана и в США. [20] В ответ на это, на нефтеперерабатывающем заводе BP Kwinana в Австралии было разработано опаловое топливо, которое содержит только 5% ароматических углеводородов (в отличие от обычных 25%), что ослабляет эффекты вдыхания. [21]

Воспламеняемость

При неконтролируемом сжигании бензина образуется большое количество сажи.

Как и другие алканы, бензин горит в ограниченном диапазоне паровой фазы, что в сочетании с его летучестью делает утечки очень опасными при наличии источников воспламенения. Бензин имеет нижний предел взрываемости 1,4% по объему и верхний предел взрываемости 7,6%. Если концентрация ниже 1,4%, смесь воздух-бензин слишком бедная и не воспламеняется. Если концентрация выше 7.6% смесь слишком богатая и не воспламеняется. Однако пары бензина быстро смешиваются и распространяются с воздухом, в результате чего неограниченный бензин быстро воспламеняется. Многие несчастные случаи связаны с использованием бензина при попытке зажечь костры; Вместо того, чтобы помогать материалу на костре гореть, часть бензина быстро испаряется после заливки и смешивается с окружающим воздухом, поэтому, когда через мгновение зажигается огонь, пар, окружающий костер, мгновенно воспламеняется большим огненным шаром, поглощая неосторожный пользователь.Пар также тяжелее воздуха и имеет тенденцию скапливаться в смотровых ямах гаража.

Использование и цены

Основные статьи: Использование и цены на бензин, Глобальное потепление и Пик нефти Цены на бензин в Великобритании

На США приходится около 44% мирового потребления бензина. [22] В 2003 г. США потребляли 476,474 гигалитра (1,25871 × 10 11 галлонов США; 1,04810 × 10 11 имп галлонов), [23] , что соответствует 1,3 гигалитра бензина каждый день (около 360 миллионов США или 300 миллионов имперских галлонов).В 2006 году в США было израсходовано около 510 миллиардов литров (138 миллиардов галлонов США / 115 миллиардов имп-галлонов) бензина, из которых 5,6% приходилось на бензин среднего качества и 9,5% - на бензин высшего сорта. [24]

западных стран имеют одни из самых высоких показателей использования на человека. [ необходима ссылка ]

Европа

В отличие от США, страны Европы взимают значительные налоги на топливо, такое как бензин. Например, цена на бензин в Европе более чем вдвое выше, чем в США.

Стоимость насоса (в евро / литр) Бензин с октановым числом 95 без свинца с 2004 по 2011 год в некоторых странах Европы.Чтобы преобразовать цены в евро за литр в доллары США за галлон, умножьте их на 5,7 (при условии, что 1,5 доллара США = 1 евро).
Страна
Декабрь 2004 г.
Май 2005 г.
Июль 2007 г.
Апрель 2008 г.
Янв 2009
Март 2010 г.
Февраль 2011
Германия 1,19 1,18 1,37 1,43 1,09 1,35 1.50
Франция 1,05 1,15 1,31 1,38 1,07 1,35 1,53
Италия 1,10 1,23 1,35 1,39 1,10 1,34 1,46
Нидерланды 1,26 1,33 1,51 1,56 1,25 1,54 1.66
Польша 0,80 0,92 1,15 1,23 0,82 1,12 1,26
Швейцария 0,92 0,98 1,06 1,14 0,88 1,12 1,29
Венгрия 1,00 1,01 1,13 1,13 0,86 1,22 1,32

США

Из-за низких налогов на топливо розничная цена на бензин в США подвержена более сильным колебаниям (по сравнению сза пределами США) при расчете в процентах от стоимости единицы продукции, но в абсолютном выражении он менее изменчив. С 1998 по 2004 год цена на бензин составляла от 1 до 2 долларов за галлон США. [25] После 2004 года цена увеличивалась до тех пор, пока средняя цена на газ не достигла максимума в 4,11 доллара за галлон США в середине 2008 года, но снизилась примерно до 2,60 доллара за галлон США по состоянию на сентябрь 2009 года. [25] Недавно, С 31 января по 7 марта 2011 года в США цены на газ подорожали на 13,51%. [26]

В отличие от большинства потребительских товаров, цены на которые указаны без учета налогов, в Соединенных Штатах цены на бензин указаны с учетом налогов. Налоги добавляются федеральным правительством, правительством штата и местными властями. По состоянию на 2009 год федеральный налог составляет 18,4 цента за галлон бензина и 24,4 цента за галлон дизельного топлива (за исключением красного дизельного топлива). [27] Среди штатов самыми высокими ставками налога на бензин, включая федеральные налоги, по состоянию на 2005 год являются Нью-Йорк (62,9 цента за галлон), Гавайи (60,1 цента за галлон) и Калифорния (60 центов за галлон). [26] Тем не менее, во многих штатах налоги являются процентными и, следовательно, различаются по сумме в зависимости от стоимости бензина.

По данным Управления энергетической информации, около 9% всего бензина, проданного в США в мае 2009 года, было высшего сорта. Consumer Reports Журнал говорит: «Если ваша машина может работать регулярно, запускайте ее регулярно». [ необходима ссылка ] Ассошиэйтед Пресс заявило, что премиальный газ - с более высоким октановым числом и стоимостью на несколько центов за галлон больше, чем обычный неэтилированный - следует использовать только в том случае, если производитель заявляет, что это «требуется». [28]

Этимология и терминология

«Бензин» цитируется (по написанию «бензин») с 1865 года в Оксфордском словаре английского языка . [29] Торговая марка Бензин так и не была зарегистрирована и со временем стала родовой в Северной Америке и на Филиппинах.

Слово «бензин» используется в английском языке для обозначения сырой нефти с 16 века. [29] Однако впервые оно было использовано для обозначения очищенного топлива в 1892 году, когда оно было зарегистрировано как торговое название британской оптовой компанией Carless, Capel & Leonard по предложению Фредерика Ричарда Симмса, как сокращение от 'St .Петровское масло ». [30] Конкуренты Carless использовали термин «моторный дух» до 1930-х годов. [31] [32] Оксфордский словарь английского языка предполагает, что это использование могло быть вдохновлено французским pétrole . [29]

Во многих странах бензин имеет разговорное название, производное от химического бензола (, например, , немецкий бензин , голландский бензин ). В других странах, особенно в тех частях Латинской Америки, где преобладает испанский ( i.е. , большая часть региона, кроме Бразилии), он имеет разговорное название, производное от химического нафта (, например, , аргентинский / уругвайский / парагвайский nafta ). [33] Однако стандартное испанское слово - «газолина».

Термины «могас», сокращенно от автомобильного бензина, или «автогаз», сокращенно от автомобильного бензина, используются для отличия автомобильного топлива от авиационного бензина или «авгаза». [34] [35] [36] В британском английском языке бензин может относиться к другому производному нефтепродукта, который исторически использовался в лампах, но такое использование относительно редко. [ необходима ссылка ]

См. Также

Приложение

Объемная и массовая плотность энергии некоторых видов топлива по сравнению с бензином (в строках брутто и нетто они из [37] ):

Тип топлива [ требуется уточнение ] Брутто МДж / л МДж / кг БТЕ / галлон
(имп)
БТЕ / галлон
(США)
БТЕ / галлон (США) RON
Обычный бензин 34.8 44,4 [38] 150,100 125 000 115 400 91-92
Автогаз (СНГ) (состоящий в основном из углеводородов от C2 до C4) [ цитата необходима ] 26,8 46 108
этанол 21,2 [38] 26,8 [38] 101 600 84 600 75,700 108.7 [39]
Метанол 17,9 19,9 [38] 77,600 64 600 56 600 123
Бутанол [3] 29,2 36,6 91-99 [ требуется разъяснение ]
Бензохол 31,2 145 200 120 900 112 400 93/94 [ требуется разъяснение ]
Дизель (*) 38.6 45,4 166 600 138,700 128,700 25
Биодизель 33,3-35,7 [40] [ требуется уточнение ] 126 200 117,100
Avgas (высокооктановый бензин) 33,5 46,8 144 400 120 200 112 000
Топливо для реактивных двигателей (на основе керосина) 35.1 43,8 151 242 125 935
Топливо для реактивных двигателей (нафта) 127 500 118,700
Газ природный сжиженный 25,3 ~ 55 109 000 90 800
Сжиженный углеводородный газ 91 300 83 500
Водород 10. Часто задаваемые вопросы Национальной водородной ассоциации

Список литературы

Внешние ссылки

Изображения

2 Основы расхода топлива | Оценка технологий экономии топлива для легковых автомобилей

ТАБЛИЦА 2.3 Средние характеристики легковых автомобилей для четырех модельных лет

1975

1987

1998

2008

Скорректированная экономия топлива (миль на галлон)

13.1

22

20,1

20,8

Масса

4 060

3,220

3,744

4,117

Мощность

137

118

171

222

Время разгона от 0 до 60 (сек)

14.1

13,1

10,9

9,6

Мощность / масса (л.с. / т)

67,5

73,3

91,3

107.9

ИСТОЧНИК: EPA (2008).

Эти предположения очень важны. Очевидно, что уменьшение габаритов автомобиля приведет к снижению расхода топлива. Кроме того, снижение способности автомобиля к ускорению позволяет использовать двигатель меньшей мощности с меньшей мощностью, который работает с максимальной эффективностью. Это не варианты, которые будут рассматриваться.

Как показано в Таблице 2.3, за последние 20 лет или около того, чистым результатом улучшений в двигателях и топливах стало увеличение массы транспортного средства и повышение способности к ускорению, в то время как экономия топлива оставалась постоянной (EPA, 2008).Предположительно, этот компромисс между массой, ускорением и расходом топлива был обусловлен потребительским спросом. Увеличение массы напрямую связано с увеличением габаритов, переходом от легковых автомобилей к грузовым, добавлением средств безопасности, таких как подушки безопасности, и увеличением количества аксессуаров. Обратите внимание, что хотя стандарты CAFE для легких легковых автомобилей с 1990 года составляли 27,5 миль на галлон, средний показатель по автопарку остается намного ниже в течение 2008 года из-за более низких стандартов CAFE для легких пикапов, внедорожников и пассажирских фургонов. .

СИЛА ТЯГИ И ЭНЕРГИЯ ТЯГИ

Механическая работа, производимая силовой установкой, используется для приведения в движение транспортного средства и привода вспомогательного оборудования. Как обсуждали Sovran и Blaser (2006), концепции силы тяги и энергии тяги полезны для понимания роли массы транспортного средства, сопротивления качению и аэродинамического сопротивления. Эти концепции также помогают оценить эффективность рекуперативного торможения в снижении требуемой энергии электростанции.Анализ сосредоточен на графиках испытаний и не учитывает влияние ветра и восхождения на холмы. Мгновенное тяговое усилие ( F TR ), необходимое для приведения в движение транспортного средства, составляет

.

(2,1)

, где R - сопротивление качению, D - аэродинамическое сопротивление, C D - коэффициент аэродинамического сопротивления, M - масса автомобиля, V - скорость, dV / dt - это скорость изменения скорости (т.е.е., ускорение или замедление), A - лобовая зона, r o - коэффициент сопротивления качению шины, g - гравитационная постоянная, I w - полярный момент инерции четырех узлов вращения шины / колеса / оси, r w - его эффективный радиус качения, а ρ - плотность воздуха. Эта форма тягового усилия рассчитывается на колесах транспортного средства и, следовательно, не учитывает компоненты внутри системы транспортного средства, такие как силовая передача (т.е.е., инерция вращения компонентов двигателя и внутреннее трение).

Тяговая энергия, необходимая для прохождения нарастающего расстояния dS , составляет F TR Vdt , и ее интегральная часть по всем частям графика движения, в котором F TR > 0 (т.е. , движение с постоянной скоростью и ускорения) - это общая потребность в тяговой энергии, E TR . Для каждого графика движения EPA Sovran и Blaser (2006) рассчитали тяговую энергию для большого количества транспортных средств, охватывающих широкий диапазон наборов параметров ( r 0 , C D , A , M ), представляющий спектр современных автомобилей.Затем они аппроксимировали данные линейным уравнением следующего вида:

(2,2)

, где S - это общее расстояние, пройденное в графике движения, а α , β и γ - конкретные, но разные константы для графиков UDDS и HWFET. Sovran и Blaser (2006) также определили, что комбинация пяти графиков UDDS и трех HWFET очень точно воспроизводит комбинированный расход топлива EPA, равный 55% UDDS плюс 45% HWFET, и предоставили его значения α , β и γ .

Тот же подход использовался для тех частей графика движения, в которых F TR <0 (то есть замедления), где силовая установка не требуется для обеспечения энергией для движения. В этом случае сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление замедляют движение транспортного средства, но их влияние недостаточно, чтобы следовать за замедлением цикла движения, и поэтому требуется некоторая форма торможения колес. Когда транспортное средство достигает конца расписания и становится неподвижным, вся кинетическая энергия его массы, полученная при F TR > 0, должна быть удалена.Следовательно, уменьшение кинетической энергии, производимой при торможении колес, составляет

.

(2,3)

Коэффициенты α ' и β' также относятся к графику испытаний и приведены в справочнике. Два наблюдения представляют интерес: (1) γ одинаково как для движения, так и для торможения, поскольку оно связано с кинетической энергией транспортного средства; (2) поскольку энергия, используемая для сопротивления качению, составляет r 0 M g S , сумма α и α ' равна g .

Sovran и Blaser (2006) рассмотрели 2500 автомобилей из базы данных EPA за 2004 год и обнаружили, что их уравнения соответствуют энергии тяги для графиков UDDS и HWFET с r = 0,999, а энергии торможения - с

. .