О лаборатории ДВС

Лаборатория испытаний двигателей внутреннего сгорания

Объектом исследований является рабочий процесс дизельного двигателя при работе на различных видах топлива. Целью исследований является определение экономических и экологических показателей дизельного двигателя и их сравнение при работе на дизельном топливе, биоэтаноле, рапсовом масле и других видах топлива, а также создание учебно-научного лабораторного комплекса для проведения исследований и лабораторных занятий со студентамис демонстрацией возможностей использования альтернативных топлив.

Необходимость и актуальность реализации данной работы вызвана необходимостью улучшения качества подготовки работников автомобильного профиля, в частности, инженеров по специальности 190109.65 «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Такие дисциплины, как «Автомобильные двигатели», «Автомобили» входят в базовую часть дисциплин специализации и полноценное усвоение знаний, умений навыков и освоение компетенции выпускниками вуза достигается наиболее эффективно в процессе научно-исследовательской работы студентов под руководством учёных – преподавателей вуза.

Повышение качества подготовки специалистов невозможно без проведения со студентами практических занятий по указанным дисциплинам. На этих занятиях появляется возможность лучше представить качественные картины происходящих в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) процессов и явлений, что способствует активизации научно-исследовательской, творческой деятельности студентов. При этом оптимизация эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на автомобили, позволяет улучшить как экономические, экологические показатели, так и повыситьих ресурси даже безопасность. Во многом эти показатели зависят от совершенства системы питания, вида и качества применяемых топлив. Наиболее перспективным направлением является также и поиск новых, альтернативных видов топлив для автомобильных двигателей и адаптация современных ДВС к таким топливам. В связис этим запланировано расширение лаборатории теории ДВС дополнительным обкаточно-тормозным стендом для испытаний дизелей в соответствиис ГОСТ14846–81 «Двигатели автомобильные.

Методы стендовых испытаний». При этом по своим функциональным возможностям и наиболее подходящим по цене в качестве нагрузочного устройства выбран стенд КИ-2139Б-ГОСНИТИ,а двигатель – автомобильный дизель Д245.12° C-230Д.

Для измерения содержания нормируемых компонентов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями, не оснащенных системами нейтрализации или оснащенных двухкомпонентными (окислительными) системами нейтрализации, применяют двухканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания оксида углерода (СО) и углеводородов (СН) в пересчетена гексан.

Для двигателей, оснащенных трёхкомпонентными системами нейтрализации, используют четырёхканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания СО, СН, диоксида углерода (СО₂) и кислорода (О₂). Четырехканальные газоанализаторы могут быть также использованы для проведения измерений на автомобилях,не оснащенных системами нейтрализации или оснащенных двухкомпонентными системами нейтрализации.

Для измерения содержания СО, СН и СО₂ вотработавших газах применяют газоанализаторы непрерывного действия, принцип действия которых основан на инфракрасной спектроскопии, а для измерения содержания О₂ – электрохимический сенсор.

Помещение для лаборатории испытания дизеля выбрано с учетом требований по ограничению шума и загазованностив населенных пунктах. Помещение расположено в изолированном закрытом боксе во дворе учебного корпуса № 3 Чебоксарского политехнического института по адресу: г. Чебоксары,ул. П. Лумумбы, 8.

Лаборатория является подразделением учебно-лабораторной базы автомеханического факультета и предназначена для проведения научных исследований аспирантами и соискателями кафедры, а также проведения лабораторных работ со студентами автомобильного факультета, слушателями курсов ДПО и учащимися подшефных учебных заведений.

Рис. 3.2. Планировка лаборатории:

1 – двигатель Д-245;  2 – двигатель-тормоз;  3 – весы; 4 – реостат;  5 – электрощит; 6 – приборный шкаф; 7 – выпускная система; 8 – зона испытания двигателя ВАЗ-21124;  9 – хранилище топлива.

Типы двигателей внутреннего сгорания в мотоциклах, а также различия.

Начинающие водители иногда думают, что самое главное качество, которое имеют двигатели мотоциклов, — это количество лошадиных сил, и считают, что средство будет ездить хорошо, лишь обладая мощностью более ста сил. Однако, помимо этого показателя, существует множество характеристик, влияющих на качество работы мотора.

Виды двигателей мотоциклов

Бывают двухтактные и четырехтактные моторы, принцип работы которых несколько отличен.

Также на мотоциклах устанавливают разное количество цилиндров.

Помимо родного карбюраторного мотора, часто можно встретить инжекторные агрегаты. И если первый вид мотоциклисты привыкли исправлять самостоятельно, то инжекторный двигатель с прямой системой впрыска своими руками чинить уже проблематично. Давно уже выпускают дизельные мотоциклы и даже с электродвигателем. В статье будут рассматриваться характеристики двигателя мотоцикла карбюраторного типа.

https://www.youtube.com/watch?v=e1lbqglXJaI

Как работает двигатель

В цилиндрах двигателя тепловая энергия сгорающего топлива преобразовывается в механическую работу. При этом движущийся из-за давления газа поршень приводит к вращению коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм состоит из коленчатого вала, шатуна, поршня с кольцами, поршневого пальца, цилиндра.

Различия в конструкции ведут к разной работе двух- и четырехтактного двигателя.

Четырехтактный двигатель

Такие моторы имеют рабочий цикл в четыре такта поршня и два оборота коленвала. Схема двигателя наглядно показывает устройство поршневого ДВС и его рабочий процесс.

1. При впуске поршень опускается от верхней мертвой точки, засасывая смесь через открытый клапан.
2. При сжатии поршень, поднимающийся от нижней мертвой точки, сжимает смесь.
3. При рабочем ходе смесь, загоревшись от электрической свечи, сгорает, и газы перемещают поршень вниз.
4. При выпуске поршень, поднимаясь, выталкивает отработавшие уже газы через открытый выпускной клапан. Когда им снова достигается верхняя мертвая точка, выпускной клапан закрывается, и все повторяется заново.

Преимуществами четырехтактников являются:

• надежность;
• экономичность;
• менее вредный выхлоп;
• небольшой шум;
• масло с бензином предварительно не смешивается.

Конструкцию этого вида может отобразить следующая схема двигателя.

Двухтактный двигатель

Объем двигателя мотоцикла этого вида, как правило, меньше, а рабочий цикл занимает один оборот.

Кроме того, в нем нет впускных и выпускных клапанов. Эту работу воспроизводит сам поршень, который открывает и закрывает каналы и окна на цилиндрическом зеркале. Также при газообмене применяется картер.

Преимуществами этого двигателя являются:

• при одинаковом объеме цилиндра он имеет мощность, превосходящую четырехтактник в 1,5-1,8 раз;
• не имеет распределительного вала и клапанной системы;
• изготовление обходится дешевле.

Цилиндры и рабочий процесс в них

Рабочий процесс одного и другого двигателя происходит в цилиндре.

Поршень здесь перемещается по цилиндрическому зеркалу или вставной гильзе. Если работает воздушное охлаждение, то цилиндрические рубашки имеют ребра, а при водном охлаждении — внутренние полости.

Коленвал через шатун воспринимает движение поршня, трансформируя его во вращательное, а затем передавая крутящий момент трансмиссии. Также от него начинают работать газораспределительный механизм, насос, генератор и уравновешивающие валы.

Коленчатый вал имеет одно или несколько колен в зависимости от количества цилиндров.

В четырехтактном моторе, чтобы цилиндр лучше наполнялся смесью, впуск начинается еще до достижения поршнем верхней мертвой точки, а заканчивается после прохождения им нижней мертвой точки.

Очистка его начинается еще до достижения нижней мертвой точки, а выталкиваются отработавшие газы при движении поршня к верхней мертвой точке. После этого выпускной клапан закрывается, чтобы газы покидали цилиндр.

На моторе этого вида используются следующие типы газораспределительного механизма:

В последнем типе имеется минимальное количество элементов, благодаря чему коленчатый вал может вращаться быстрее. Поэтому DOHC получает все большее распространение.

Четырехтактные моторы имеют более сложную конструкцию по сравнению с двухтактными, так как имеют систему смазки и газораспределительный механизм, отсутствующий у двухтактников.

Тем не менее они стали широко распространяться из-за экономичности и менее вредного воздействия на окружающую среду.

Двигатели мотоциклов чаще всего бывают одно-, двух- и четырехцилиндровыми. Но встречаются агрегаты и с тремя, шестью и десятью цилиндрами. Цилиндры при этом бывают рядными — продольными или поперечными, горизонтальными оппозитными, V-образными и L-образными. Рабочий объем моторов обычно имеют не выше полутора тысяч кубов эти мотоциклы. Мощность двигателя — от ста пятидесяти до ста восьмидесяти лошадиных сил.

Моторное масло

Смазка необходима для того, чтобы между деталями мотора не возникало чрезмерное трение. Она реализуется при помощи моторных масел, имеющих стойкую структуру от воздействия высоких температур и малую вязкость при низких показателях. Помимо этого, они не образуют нагар, не агрессивны к пластмассовым и резиновым деталям.

Масла бывают минеральными, полусинтетическими и синтетическими. Полусинтетика и синтетика стоят дороже, но эти виды предпочитают больше, так как считается, что они полезнее для двигателя. Для двухтактников и четырехтактников применяются разные виды масел. Также они отличаются по степени форсировки.

«Мокрый» и «сухой» картер

В четырехтактных двигателях используют три способа подачи масла:

• самотек;
• разбрызгивание;
• подача под давлением.

Причем большинство трущихся пар смазываются под давлением от масляного насоса. Но есть и те, которые смазываются масляным туманом, образующимся вследствие разбрызгивания кривошипно-шатунного механизма, а также детали, к которым масло стекается по каналам и желобам. При этом поддон картера служит резервуаром. Его называют в этом случае «мокрым».

В других мотоциклах предусмотрена система «сухого» картера, где одной секцией масло откачивается в бак, а другой подается под давлением к местам трения.

В духтактниках смазка происходит маслом, которое находится в парах топлива. Его смешивают с бензином предварительно, или во впускном патрубке оно подается насосом-дозатором. Этот последний вид получил название «система раздельной смазки». Он особенно распространен на зарубежных моторах. В России система входит в двигатель мотоцикла «Иж Планета 5» и «ЗиД 200 Курьер».

Система охлаждения

Когда топливо в двигателе сгорает, выделяется тепло, из которого почти тридцать пять процентов уходит на полезную работу, а остальное рассеивается. При этом, если процесс неэффективен, детали в цилиндре перегреваются, что может привести к их заклиниванию и повреждению. Чтобы такого не произошло, применяется система охлаждения, которая бывает воздушной и жидкостной в зависимости от вида мотора.

Воздушная система охлаждения

В этой системе детали охлаждаются за счет встречного воздуха. Иногда для лучшей работы поверхности цилиндра его головки делают ребристыми. Иногда используется принудительное охлаждение с помощью вентилятора с механическим или электроприводом. У четырехтактников еще и тщательно охлаждают масло, для чего поверхность картера увеличивают и устанавливают специальные радиаторы.

Жидкая система охлаждения

Вариант подобен тому, что устанавливается на автомобилях. Теплоносителем здесь выступает антифриз, который является низкозамерзающим (от минус сорока до минус шестидесяти градусов по Цельсию) и высококипящим (от ста двадцати до ста тридцати градусов по Цельсию). Помимо этого, антифризом достигается антикоррозийный и смазывающий эффект. Чистую воду в этом качестве использовать нельзя.

Перегрев системы охлаждения может быть вызван перегрузкой или загрязнением поверхностей, отводящих тепло. Также в ней могут сломаться отдельные элементы, из-за чего жидкость вытечет. Поэтому за работой охлаждения необходимо постоянно следить.

Система питания

В качестве топлива для карбюраторных мотоциклов используют бензин, октановое число которого не ниже 93.

Двигатели мотоциклов имеют систему питания, в которую входит топливный бак, кран, фильтр, воздушный фильтр и карбюратор. Бензин находится в баке, который в большинстве случаев установлен выше мотора для того, чтобы самотеком поступать в карбюратор. В иных случаях он может подаваться при помощи специального насоса или вакуумного привода. Последний можно встретить на двухтактниках.

В топливном баке имеется крышка со специальным отверстием, куда поступает воздух. Во многих зарубежных мотоциклах, впрочем, воздух попадает через угольные резервуары. А некоторые имеют на крышке замок.

Благодаря топливному крану предотвращается подтекание топлива.

Через воздушный фильтр в карбюратор поступает воздух. Фильтр бывает трех видов.

1. В компактно-масляном типе воздух поступает в центр, поворачивает на 180 градусов и проходит в фильтр. При этом он очищается при повороте потока, где тяжелые частицы оседают в масле. Таким фильтром снабжен двигатель мотоцикла «Урал» и «Иж». Однако за рубежом используются другие виды, бумажные и поролоновые.
2. Бумажные фильтры являются одноразовыми. Их необходимо менять на каждом техническом обслуживании.
3. Поролоновые фильтры многоразовые — их можно промывать и вновь пропитывать маслом.

Спортивные мотоциклы, у которых двигатель 250 кубов и выше, сегодня имеют систему так называемого «прямого впуска», когда забор воздуха происходит спереди обтекателя, благодаря чему наполнение цилиндров на высоких скоростях увеличивается.

Карбюратор и его виды

Это устройство подготавливает и дозирует воздушно-топливную смесь, которая после него перейдет в цилиндр. Современные карбюраторы бывают трех видов:

• золотниковые;
• постоянного разрежения;
• регистровые.

Все отечественные моторы, а также двигатель мотоцикла «Урал» имеют золотниковые карбюраторы. Исключение составляет только «Урал-Восток», на котором установлен карбюратор постоянного разрежения.

В золотниковом карбюраторе ручка газа связана с золотником. Через воздействие на него регулируется поступающий в мотор воздух. С золотником связана конусная игла, которая входит в распылитель. При ее изменении смесь обогащается или обедняется. На распылителе установлен топливный жиклер. А вместе все элементы составляют дозирующую систему.

В карбюраторах постоянного разрежения движение ручки газа передается дроссельной заслонке, которая находится ближе к выходу из карбюратора. Воздух в камере над золотником взаимодействует со смесительной карбюраторной камерой. Так получается, что движение золотника регулируется разряжением во впускном тракте.

Регистровые карбюраторы, которыми снабжены многие иностранные одноцилиндровые четырехтактники, например двигатели Honda, совмещают в себе два предыдущих типа. В нем имеются две смесительные камеры, где в одной золотник приводится от ручки, а в другой — от разрежения в смесительной камере.

Запуск

Для того чтобы завести холодный мотор, необходима обогащенная смесь. В камере некоторых карбюраторов для этого имеется утопитель поплавка. Когда нажимается его стержень, уровень топлива в камере резко возрастает до уровня выше допустимого. Из-за этого топливо начинает перетекать во впускной трубопровод. А часть топлива вытекает наружу. С некоторых пор, правда, конструкции карбюраторов выполняют таким образом, чтобы пары не попадали наружу. Такие конструкции предполагают использование обогатительной смеси, представляющей собой воздушную заслонку или еще один топливный канал. Ее применяют вместо утопителя.

В последнее время четырехтактные двигатели мотоциклов часто имеют систему впрыска топлива на электроуправлении. Она состоит из топливного насоса с электроприводом, аккумулятора, электромагнитных форсунок, электронного БУ, который соединен с различными датчиками, распределительного трубопровода.

Встречаются также системы регулирования моторов, где регулировка систем питания и зажигания объединены, что повышает экономичность и в то же время мощность агрегата.

Основная неисправность системы питания, из-за которой может потребоваться ремонт двигателя мотоцикла, — сокращение или даже прекращение подачи топлива из-за засора. Чтобы этого избежать, используют топливный фильтр. Кроме этого, необходимо следить за состоянием воздушного фильтра и герметичности патрубков.

Система выпуска

Выпускная система состоит из цилиндрического выпускного канала, патрубка и глушителя. В двухтактниках от размеров и формы деталей системы напрямую зависят экономичность и мощность. Поэтому для них используют выпускные системы на каждом цилиндре в отдельности. Они имеют резонатор, патрубок и глушащую насадку.

У четырехтактников выпуском управляют клапаны газораспределительной системы, поэтому резонанс в них особой роли не играет. В них обычно все патрубки сводятся к единственному глушителю.

На некоторых мотоциклах выпуски снабжены каталитическими нейтрализаторами, снижающими токсичность выбросов (они установлены, например, на двигатели Honda и других японских производителей). Такие устройства были разработаны вследствие ужесточающихся требований к отработавшим газам в странах Евросоюза, США и Японии. Для того чтобы предотвратить обратный выброс смеси из цилиндров на холостом ходу и малом вращении коленчатого вала, в выпускных системах многих мотоциклов предусматриваются специальные мощностные клапаны.

Статью прочитали: 17 263

Двигатели и передача механической энергии (к параграфу 14)

Двигатель – одна из самых важных автомобильных систем.

Двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля.

Для того, чтобы получить механическую энергию, в двигателе автомобиля преобразуется другой вид энергии (энергия сгорания топлива, электрическая энергия и др.). Источник энергии при этом должен находиться непосредственно на автомобиле и периодически пополняться.

Передача механической энергии от двигателя на ведущие колеса осуществляется через трансмиссию. Силовая установка – это конструктивное объединение двигателя и трансмиссии носит устоявшееся название.

В зависимости от вида преобразуемой энергии различают следующие основные виды автомобильных двигателей:

• двигатели внутреннего сгорания (ДВС)
• электродвигатели
• комбинированные двигатели, т.н. гибридные силовые установки

Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу. Известными типами ДВС являются:

• поршневой двигатель
• роторно-поршневой двигатель
• газотурбинный двигатель

Наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве источника энергии жидкое топливо (бензин, дизельное топливо) или природный газ.

Автомобиль, использующий в качестве двигателя электродвигатель, называется электромобилем. Для работы электродвигателя требуется электрическая энергия, источником которой могут быть аккумуляторные батареи или топливные элементы. Основным недостатком электромобилей, ограничивающим их широкое применение, является небольшая емкость источника электрической энергии и соответственно низкий запас хода.

Гибридная силовая установка объединяет двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, связь которых осуществляется через генератор. Передача энергии на ведущие колеса в гибридном автомобиле может производиться последовательно (ДВС – генератор – электродвигатель – колесо) или параллельно (ДВС – трансмиссия – колесо и ДВС – генератор – электродвигатель – колесо). Предпочтительной является параллельная компоновка гибридной силовой установки.

Новый способ приготовления горючей смеси в ДВС — Энергетика и промышленность России — № 22 (234) ноябрь 2013 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 22 (234) ноябрь 2013 года

Практическая реализация этих направлений достигалась в том числе за счет использования широкого диапазона углеводородных горючих: от бензинов и керосинов – до высоковязких мазутов и сырой нефти. А также – за счет применения различных способов, схем и параметров подачи топлива и воздуха для приготовления горючей смеси.

Влияние вида сжигаемого топлива

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания разработаны практически для каждого вида углеводородного горючего. Многие эксплуатационные показатели топлива, как известно, являются обязательными и необходимыми для выполнения теплового расчета ДВС.

Именно от планируемого к использованию топлива зависят тактико-технические характеристики и функциональные возможности двигателя. Так, элементарный состав топлива формирует качество сжигаемого горючего и его калорийность (теплоту сгорания или теплотворную способность), которые определяют расходы топлива, воздуха и продуктов сгорания, а также коррозионный износ цилиндров, газовыпускного тракта и экологическую чистоту двигателя. Вязкость и плотность используемого топлива влияют не только на прокачиваемость, качество распыла и испарение топлива, но и на маневренность двигателя (например, на время запуска и на время перехода с одного режима работы на другой), его взрывопожаробезопасность. Кроме того, элементарный состав топлива определяет полноту и теплонапряженность процесса сгорания топлива, а в конечном счете – мощность двигателя и его долговечность.

Влияние параметров топлива

На работу двигателей внутреннего сгорания не последнее влияние оказывают параметры подаваемого в него топлива. Основными параметрами подачи топлива в ДВС являются его давление и расход, при этом каждый тип двигателя имеет свои показатели указанных параметров. Необходимо отметить, что расход топлива на двигатель – это производная от его давления: чем выше давление топлива, тем больше его расход, и наоборот. Поскольку воспламенение и сгорание любого вида топлива происходят только в парогазовой фазе, то качественному и полному сгоранию топлива в двигателе должно обязательно предшествовать его полное испарение. Для перевода в паровую фазу жидкое горючее необходимо мелко распылить – между тем хорошо известно, что качество распыла определяется в том числе и величиной давления подаваемого топлива. Так, в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для испарения топлива, происходящего до цилиндров в карбюраторе или инжекторе, достаточно атмосферного давления. В то же время в двигателях с воспламенением от сжатия (дизелях) для нормального процесса парообразования топлива, реализуемого во внутренней полости цилиндров, горючее необходимо подавать с избыточным давлением.

Таким образом, расход подаваемого в цилиндры топлива определяет мощность двигателя, а его давление – качество и полноту протекания процесса сгорания в цилиндрах.

Влияние воздуха

Атмосферный воздух, включающий в свой состав природный окислитель кислород, является обязательным и необходимым для организации и протекания процесса горения компонентом. Количество и способ подачи воздуха в двигатель влияют на количественно-качественные характеристики цепной реакции окисления горючего и, в конечном итоге, на мощность, экономичность и экологичность двигателя.

По Менделееву, на сжигание 1 килограмма углеводородного топлива теоретически необходимо 10 килограммов атмосферного воздуха. Недостаток, равно как и избыток, подаваемого в двигатель воздуха негативно сказывается на его работе. Так, недостаточное количество воздуха приводит к приготовлению обогащенной горючей смеси, снижению экономичности, долговечности, повышенному нагарообразованию на внутренних стенках цилиндров и газовыходного тракта двигателя и к интенсивному загрязнению природной среды продуктами неполного сгорания. В то же время избыток подаваемого на горение воздуха формирует обедненную смесь, что вызывает повышенное окисление конструкционных материалов внутренних полостей цилиндров и газовыходного тракта, снижение мощности двигателя, перерасход топлива, интенсивное тепловое загрязнение атмосферы и т.  п.

Известно, что вид и структура углеводородных молекул, а также соотношение углерода к водороду (С:Н) в них различны и в процессе подачи топлива на горение изменяются ежемоментно. В связи с этим для полного сжигания топлива количество воздуха, подаваемого на приготовление горючей смеси, заранее завышается по сравнению с теоретически необходимым. Превышение количества фактически подаваемого воздуха над теоретически необходимым его количеством отражается через значение коэффициента избытка воздуха α, который при традиционном способе приготовления горючей смеси в сегодняшних двигателях внутреннего сгорания составляет от 1,1‑1,5 (при атмосферной подаче воздуха на приготовление горючей смеси) до 5,0 (при турбокомпрессорной подаче воздуха на приготовление горючей смеси).

О топливоподающей системе и подаче воздуха

Используемые сегодня топливоподающие системы ДВС были разработаны еще в начале XX века и, несмотря на ужесточение старых и появление новых (например, экологических) требований к двигателям, применяются до сих пор без принципиальных изменений.

Приоритет в совершенствовании топливных систем ДВС за прошедшее столетие отдавался главным образом количественным показателям. В частности – давлению топлива перед форсунками двигателя, величина которого выросла с 10‑50 кг / см² в начале XX века до 2000 кг/см² в начале XXI века. Повышение давления подаваемого топлива позволило, в конечном итоге, при сохранении массогабаритных характеристик двигателей добиться значительного увеличения их мощности.

Следует отметить, что сегодня топливоподающие системы двигателей внутреннего сгорания включают практически те же элементы, что и сто лет назад: топливную емкость, фильтры грубой и тонкой очистки, насос (для дизелей – топливоподкачивающий насос и топливный насос высокого давления), карбюратор или инжектор (для бензиновых двигателей), форсунки (для дизелей) и всасывающий, напорный, сливной трубопроводы.

Одновременно с топливоподающими системами стал применяться используемый до сих пор атмосферный способ подачи воздуха в двигатели.

Приоритет в совершенствовании способов подачи воздуха в двигатели отдавался не только количественным, но и качественным показателям, в частности увеличению напора и расхода воздуха, подаваемого на смешение с топливом, а также повышению степени турбулизации воздушного потока. Итогом такого подхода явилось широкое внедрение вентиляторного, а затем и турбокомпрессорного способов подачи воздуха в двигатель.

При атмосферном способе воздух поступает в воздушный коллектор за счет перепада давлений в атмосфере и в цилиндре двигателя при движении поршня в нижнюю мертвую точку. При вентиляторном способе формируется ламинарный воздушный поток, принудительно подаваемый в воздушный коллектор посредством приводимого во вращение от коленчатого вала вентилятора. Турбокомпрессорный способ предусматривает получение и подачу в воздушный коллектор турбулентного воздушного потока с помощью воздушного компрессора, приводимого во вращение расположенной в выходном коллекторе двигателя газовой турбиной.

Совершенствование способов подачи воздуха в ДВС позволило, не повышая расхода топлива и сохранив массогабаритные характеристики, достичь более высоких показателей мощности двигателей – главным образом за счет активизации и интенсификации процесса горения и повышения, таким образом, теплонапряженности в цилиндрах. Так, применение вентиляторного способа позволило увеличить мощность двигателя в полтора-два раза, а турбокомпрессорного – в два – два с половиной и более раз по сравнению с использованием атмосферного способа подачи воздуха.

Традиционный способ

Сегодня во всех двигателях внутреннего сгорания используется одинаковый способ приготовления горючей смеси, в котором в качестве первичной среды выступает топливо, а вторичной – воздух. Этот способ применяется более ста лет и стал уже традиционным. Суть его в следующем. Распыленное до мельчайших (20 мкм и менее) частиц топливо подается в поток атмосферного воздуха, который, перемешиваясь с горючим, образует топливовоздушную аэрозоль. Впоследствии горючая аэрозоль зажигается электрическим разрядом от свечи (в бензиновых двигателях) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных двигателях) и сгорает.

Условно процесс сгорания топлива в цилиндре можно разделить на три стадии (начальную, среднюю, конечную). В начальной стадии топливовоздушная смесь охватывается пламенем, происходит ее воспламенение и формирование первичного очага пламени, интенсивное испарение поверхностного слоя горючего и его горение в тонкой паровой фазе.

Продолжительность начальной стадии определяется скоростью тепловыделения реакции окисления. Средняя стадия процесса горения характеризуется интенсивным распространением пламени по всему объему горючей смеси. Скорость сгорания смеси резко увеличивается вследствие увеличения площади контакта взаимодействующих компонентов (поверхности испарения) и турбулизации смеси. На конечной стадии происходит догорание топлива, падение скорости и прекращение распространения пламени, вызванные резким снижением количества кислорода.

Следует отметить, что в реакции окисления углеводородного топлива участвует только теоретически необходимое количество воздуха. Остальной же воздух (избыток) в реакции горения (окисления) участия не принимает, а проходит транзитом через зону горения и, мгновенно нагреваясь от температуры окружающей среды до температуры в цилиндре, сбрасывается горячим в составе выхлопных газов в атмосферу, являясь причиной ее интенсивного теплового загрязнения. При этом на нагрев избыточного воздуха дополнительно затрачивается углеводородное топливо, что приводит к его перерасходу. Очевидно, что с повышением избытка воздуха увеличивается и количество затраченного на его нагрев сжигаемого топлива.

О новом способе приготовления горючей смеси

Наряду с традиционно применяемым способом приготовления горючей смеси существуют и другие способы, например струйно-кавитационный.

В основу этого способа положены физические явления, возникающие во внутренних полостях струйных аппаратов при их прокачке жидкими и газообразными средами. При струйно-кавитационном способе приготовления горючей смеси в качестве первичной среды используется не топливо, а атмосферный воздух.

Суть его заключается в следующем. Заданное (как правило, близкое к теоретически необходимому) количество воздуха всасывается из атмосферы и под давлением выше атмосферного подается в струйный насос. При высокоскоростном течении воздуха через внутреннюю полость проточной части насоса в его приемной камере создается разрежение, достаточное для самовсасывания вторичной среды – жидкого топлива.

При самовсасывании топлива его углеводородные молекулы расщепляются на молекулы меньшей молекулярной массы, отдельные атомы и топливные радикалы и в таком виде смешиваются с воздухом. В результате на выходе из насоса получается высококачественная гомогенная (размеры топливных частиц не превышают 10 мкм) воздушно-топливная (а не топливо-воздушная) аэрозоль, которая затем поступает непосредственно на горение. Количество топлива в смеси регулируется расходом воздуха на насос, а качество распыла (дисперсность) – давлением рабочего воздуха. С увеличением давления и количества подаваемого воздуха повышается и количество всасываемого топлива, и наоборот.

Характеристики подаваемой на горение горючей смеси, близкие к оптимальным, поддерживаются расходом и давлением воздуха перед насосом. Использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси позволяет регулировать мощность двигателя посредством изменения расхода и давления воздуха, подаваемого в струйный насос.

Струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси можно считать универсальным, поскольку он применим ко всем видам углеводородного топлива и топливосжигающим установкам.

Очевидно, что использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси потребует и принципиального качественно-количественного изменения топливо- и воздухоподающих систем двигателей.

На сегодняшний день струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси прошел лабораторные и промышленные испытания.

Выводы

Научно-технический прогресс, как известно, не стоит на месте и даже самые эффективные в свое время инженерные решения с годами устаревают и требуют замены на более совершенные. XXI век выдвигает новые требования и ставит новые задачи, в том числе и в области использования природных ресурсов, включая углеводородное топливо.

Все сказанное относится и к традиционному способу приготовления горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, который используется вот уже более ста лет.

OZON.ru

Самара

• Покупайте как юрлицо
• Мобильное приложение
• Реферальная программа
• Зарабатывай с Ozon
• Подарочные сертификаты
• Пункты выдачи
• Постаматы
• Помощь
• Бесплатная доставка

Каталог

ЭлектроникаОдежда, обувь и аксессуарыДом и садДетские товарыКрасота и здоровьеБытовая техникаСпорт и отдыхСтроительство и ремонтПродукты питанияАптекаТовары для животныхКнигиТуризм, рыбалка, охотаАвтотоварыМебельХобби и творчествоЮвелирные украшенияВсё для игрКанцелярские товарыТовары для взрослыхАнтиквариат и коллекционированиеЦифровые товарыБытовая химияМузыка и видеоАвтомобили и мототехникаOzon УслугиЭлектронные сигареты и товары для куренияOzon PremiumOzon GlobalТовары в РассрочкуУцененные товарыOzon CardСтрахование ОСАГОРеферальная программаOzon TravelРегулярная доставкаOzon HealthyДля меняOzon DисконтOzon MerchOzon Бизнес для юрлицOzon КлубУскоренная доставка!Ozon LiveMom’s club Везде 0Войти 0Заказы 0Избранное0Корзина

• TOP Fashion
• Premium
• Ozon Card
• LIVE
• Акции
• Бренды
• Магазины
• Сертификаты
• Электроника
• Одежда и обувь
• Детские товары
• Дом и сад
• Ozon Travel
• Dисконт

Произошла ошибка

Вернуться на главную Зарабатывайте с OzonВаши товары на OzonРеферальная программаУстановите постамат Ozon BoxОткройте пункт выдачи OzonСтать Поставщиком OzonЧто продавать на OzonEcommerce Online SchoolSelling on OzonО компанииОб Ozon / About OzonВакансииКонтакты для прессыРеквизитыАрт-проект Ozon BallonБренд OzonГорячая линия комплаенсПомощьКак сделать заказДоставкаОплатаКонтактыБезопасностьЮридическим лицамДобавить компанию в Ozon БизнесМои компанииКэшбэк 5% с Ozon. СчётПодарочные сертификаты © 1998 – 2021 ООО «Интернет Решения». Все права защищены. OzonИнтернет-магазинOzon ВакансииРабота в OzonOZON TravelАвиабилетыOzon EducationОбразовательные проектыLITRES.ruЭлектронные книги

Двигатель внутреннего сгорания — это… Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию.

Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания относится к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и так далее), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

История создания

В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля, однако светильный газ годился не только для освещения.

В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения, стремительно расширяясь, оказывали сильное давление на окружающую среду — таким образом, оставалось только найти способ использования выделившейся энергии. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Затем газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, так и не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

В последующие годы изобретатели из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС Роторный ДВС Газотурбинный ДВС

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Бензиновые инжекторные

Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ), управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

Дизельные, с воспламенением от сжатия

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания. Т. к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Дизельное топливо является более дешевым, нежели бензин. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо в случае с инверторными генераторными установками, от присоединенной электромашины, которая при обычной эксплуатации выполняет роль генератора.

Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера-Сабатэ со смешанным подводом теплоты.

Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.

Газовые

Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

• смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
• сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
• генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:

Газодизельные

Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневой

Предложен изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), в настоящее время строится только Маздой (Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки.

В Германии в конце 70х годов ХХ века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».

• RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок.

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

•  — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин (турбина, компрессор), в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внес советский инженер, профессор А. Н. Шелест.

Циклы работы поршневых ДВС

Двухтактный цикл Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто
1. впуск
2. сжатие
3. рабочий ход
4. выпуск

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

1. впуска,
2. сжатия заряда,
3. рабочего хода и
4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW, Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ) до 20—30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил, увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

Примечания

Ссылки

Понимание правил стационарных двигателей | Контроль загрязнения воздуха от стационарных двигателей

На этой странице:

---

Как EPA регулирует стационарные двигатели?

Требования EPA к качеству воздуха для стационарных двигателей различаются в зависимости от:

• независимо от того, является ли двигатель новый или существующий и
• , расположен ли двигатель в области источника или основного источника и является ли двигатель двигателем с воспламенением от сжатия или двигателем с искровым зажиганием.Двигатели с «искровым зажиганием» далее подразделяются по циклам мощности — то есть, двухтактный или четырехтактный, и в зависимости от того, является ли двигатель «богатым» (с большим количеством топлива по сравнению с воздухом) или «бедным» (меньше топлива). по сравнению с воздухом) двигатель.

Ряд нормативных актов расширил количество и типы стационарных RICE, которые должны соответствовать федеральным требованиям. К ним относятся:

На какие типы двигателей распространяются правила?

1. Двигатели мощностью> 500 лошадиных сил (л.с.) в основном источнике HAP:

   Существующие двигатели , если они построены до 19 декабря 2002 г.
   Новые двигатели , если построены 19 декабря 2002 г. или позднее
   Реконструированные двигатели , если реконструкция началась 19 декабря 2002 г. или позднее

2. Двигатели мощностью ≤500 л.с., расположенные у основного источника HAP, и двигатели всей мощностью, расположенные в районе источника HAP: Существующие двигатели , если они построены до 12 июня 2006 г.
   Новые двигатели , если построены 12 июня 2006 г. или позднее
   Реконструированные двигатели , если реконструкция началась 12 июня 2006 г. или позднее

   Начало страницы

На какие типы двигателей НЕ распространяются правила?

1. Автотранспортные средства или двигатели внедорожного типа:
   • самоходное (тракторы, бульдозеры)
   • приводится в движение при выполнении своей функции (газонокосилки)
   • переносной или переносной (с колесами, салазками, ручками для переноски, тележкой, прицепом или платформой).Примечание: переносной внедорожный двигатель становится стационарным, если он остается в одном месте более 12 месяцев (или полный годовой период работы сезонного источника)
2. Существующие аварийные двигатели , расположенные в жилых, институциональных или коммерческих зонах и не используемые для обеспечения надежности на местном уровне. Двигатель должен соответствовать требованиям подраздела ZZZZ к работе аварийного двигателя:
   • Неограниченное использование в чрезвычайных ситуациях (например, отключение электроэнергии, пожар, наводнение)
   • Аварийные двигатели могут работать в течение 100 часов в год для обслуживания / тестирования
   • 50 часов в год из 100 часов в год могут быть использованы для:
     1. Чрезвычайные ситуации при отсутствии финансовой договоренности
     2. надежность на местном уровне в рамках финансового соглашения с другим предприятием при соблюдении определенных критериев (существующий RICE только у местных источников HAP).

Начало страницы

Типы двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — это чудо инженерной мысли; его дизайну сотни лет, но в его современных модификациях установлено множество транспортных средств, от автомобилей, мотоциклов, кораблей и даже локомотивов. Электростанции ICE произвели революцию в транспорте и навсегда изменили наш мир, и все это в одном корпусе, который поместится в моторном отсеке.

Естественно, двигатель внутреннего сгорания развивался и совершенствовался соразмерно постоянному развитию инженерных и конструкторских возможностей.Современные силовые установки ДВС бывают самых разнообразных конфигураций цилиндров, в основном: прямые (или рядные), V и плоские (или боксерские). Существуют и менее распространенные конфигурации, такие как двигатели W, X, U и H.

Теперь вам может быть интересно, зачем нужны разные конфигурации цилиндров, когда двигатели I4 являются наиболее распространенной конструкцией? Это отличный вопрос. Простой ответ заключается в том, что каждая конфигурация цилиндра имеет свои преимущества и недостатки.Более длинный ответ немного сложнее.

ПРЯМОЙ ИЛИ ВСТРОЕННЫЙ

Как следует из названия, в прямых (также известных как рядные) цилиндры цилиндры расположены в один ряд, каждый цилиндр идет сразу за другим. Распространенные современные варианты включают двигатели I4 и I6, хотя Audi производит I5 (в своем RS3), а Volvo прекратила производство своего собственного I5 в 2016 году.

Сотни миллионов автомобилей с прямыми двигателями (в частности, рядные четыре или I4 разнообразие) ездят по сегодняшним дорогам по всему миру.Они просты в конструкции, недороги в производстве, надежны и компактны. Эти характеристики обеспечивают их широкую привлекательность и повсеместное использование. В двигателях

V

V используются два ряда цилиндров, расположенных под углом друг к другу. Если смотреть спереди или сзади, V-образные двигатели напоминают букву «V», отсюда и название. Двигатели V6, V8, V10 и V12 продолжают оставаться популярным выбором для высокопроизводительных автомобилей, в то время как двигатели V4 используются некоторыми производителями мотоциклов, такими как Aprilia.Двигатели

V относительно компактны, что означает, что они могут использоваться в самых разных областях, даже таких небольших, как мотоциклы. Например, серия малоблочных двигателей Chevrolet LS V8 является обычным явлением в кругах энтузиастов, причем преданные энтузиасты заменяют LS на всех типах автомобилей, от Mazda Miatas до Mini Coopers.

FLAT OR BOXER

Поскольку их цилиндры расположены в двух горизонтально противоположных рядах, расположенных по обе стороны от коленчатого вала, плоские или оппозитные двигатели имеют плоский профиль, если смотреть спереди или сзади (вдоль оси коленчатого вала). коленчатый вал).Плоские двигатели обычно имеют каждую пару противоположных цилиндров, совершающих возвратно-поступательное движение внутрь и наружу одновременно. Это называется боксерским дизайном.

Современные применения плоских двигателей, особенно оппозитных, включают в себя неизменно популярные Subaru WRX и WRX STI, а также мощное семейство спортивных автомобилей Porsche 911. Эти автомобили обладают преимуществом баланса, низкого центра тяжести и плавной передачи мощности плоских двигателей; характеристики, которые вполне подходят для спортивных автомобилей.

W

Здесь все становится немного сложнее.В двигателях W используются три или четыре ряда цилиндров, соединенных с одним коленчатым валом, что напоминает букву «W», если смотреть вдоль оси коленчатого вала. Двигатели W довольно редки, и очень немногие серийные автомобили используют эту конструкцию.

Volkswagen Auto Group — единственный производитель, который в последние годы использовал автомобили с двигателями W; среди них есть несколько избранных Audi, Volkswagens и Bentley, которые используют W12. Вдобавок, Bugatti, как известно, применила мощный четырехцилиндровый двигатель 8.0-литровый W16 в своих рекордных моделях Veyron и Chiron.

ДРУГИЕ КОНФИГУРАЦИИ

В двигателях внутреннего сгорания не используются исключительно поршневые поршни. Одно из таких заметных исключений — роторные двигатели Ванкеля, в которых вместо возвратно-поступательных поршней используется по крайней мере один однонаправленный ротор. По сути, роторные двигатели выполняют ту же функцию, что и поршневые двигатели — преобразуют давление во вращательное движение.

Хотя поршневые двигатели на сегодняшний день являются самой популярной конструкцией ДВС в мире, роторные двигатели Ванкеля редко используются в серийных автомобилях.В частности, Mazda использовала конструкцию Ванкеля в своих моделях RX-3, RX-7 и RX-8, при этом выпуск RX-8 был прекращен в 2012 году. Mazda по большей части молчала о будущем своей будущей разработки роторных двигателей. .

Даже с учетом того, что на дорогах находится примерно 1,4 миллиарда автомобилей, мы можем с уверенностью предположить, что в подавляющем большинстве из них используются конструкции ДВС. Двигатели внутреннего сгорания надежны и эффективны, а их конструкция проверена временем. Знаете ли вы, какая конфигурация цилиндров у вашего автомобиля с ДВС, или вы любитель электромобилей? Прокомментируйте ниже!

Все о клапанах двигателя

Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.ком

Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешить или ограничить поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя. Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.

Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не рассматривается в этой статье.

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива.Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .

В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена ​​информация о типах клапанов, их конструкции и материалах. Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве «Общие сведения о клапанах».

Номенклатура клапанов двигателя

Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.

Рисунок 1 — Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.

Изображение предоставлено: https://dieselnet.com

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать. Посадка поверхности клапана на седло клапана — это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана.Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.

Работа двигателя

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов — впускной и выпускной. Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, привязан к распределительному валу как часть механизма клапанного механизма двигателя. Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь ГРМ, ремень ГРМ или другой зубчатый механизм. Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.

Во время впускного цикла поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр. Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема.Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сжиганию топлива. В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, в то время как впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт.Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор. К выпускному коллектору подсоединены выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами при сгорании двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова.Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.

В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но в определенной последовательности, чтобы двигатель демонстрировал плавную мощность и сводил к минимуму шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического времени сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Движение клапана двигателя

Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала. Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапанов (OHV).Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение. Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.

Поддержание надлежащего клапанного зазора между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов. Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапанов слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя.Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия. Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.

Современные двигатели внутреннего сгорания могут использовать различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях больших транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам. Потребность в надежной работе двигателя диктует, что клапаны двигателя должны обладать способностью проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений от динамики двигателя.

Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит мимо клапана во время впускного цикла.Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням термической нагрузки, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя. Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не контактирует с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.

Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь.В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.

Поверхности клапана, которые подвергаются воздействию более высоких температур, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.

Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы трибалой.

Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности.Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.

Типы клапанов двигателя

Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной и выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:

• Монометаллические клапаны двигателя
• Биметаллические клапаны двигателя
• Полые клапаны двигателя

Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на растяжение и стойкость к абразивному износу.

Полые клапаны двигателя — это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток по сравнению со сплошными клапанами, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей с более высокими температурами выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:

• Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
• Конструкции двигателей с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
• Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбокомпрессоры, для повышения производительности двигателей меньших размеров

Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложных коромысел и подъемников.

Характеристики клапана двигателя

Типовые клапаны двигателя определяются параметрами, указанными ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.

• Диаметр стержня — диаметр стержня клапана двигателя
• Длина штока — расстояние от наконечника штока до головки клапана
• Угол седла — угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 ^o — 60 ^o
• Материалы клапана — описывает материал или материалы, используемые для изготовления клапана
• Покрытия — обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например

Сводка

В этой статье представлен обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
2. https://www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
3. https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
4. http: // ground-mag.com
5. https://dieselnet.com
6. http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
7. http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/201504051873.pdf
8. https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
9. http://www.nextech.co.in
10. https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html

Прочие изделия клапана

Больше из Насосы, клапаны и аксессуары

Почему мы должны продолжать инвестировать в развитие двигателей внутреннего сгорания для дорожного применения | Нефтегазовая наука и технологии

Нефтегазовая наука и технологии — Rev.IFP Energies nouvelles 75 , 56 (2020)

Обычная статья

Почему нам следует и дальше инвестировать в разработку двигателей внутреннего сгорания для дорожного применения

Лука Лешник ^{1 *} , Бреда Кегл ¹ , Элоиза Торрес-Хименес ² и Фернандо Крус-Перагон ²

¹ Факультет машиностроения, Мариборский университет, улица Сметанова 17, SI-2000 Марибор, Словения
² Кафедра машиностроения и горного дела, Хаэнский университет, кампус Лас-Лагунильяс, серийный номер, 23071, Хаэн, Испания

^* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Поступило: 19 сентябрь 2019 г.
Принято: 2 июль 2020 г.

Аннотация

Сегодня большинство дорожных транспортных средств приводится в действие двигателями внутреннего сгорания, которые в большинстве случаев работают на жидком топливе, полученном из нефти, в смеси с биокомпонентами. Отношение мощности к весу двигателей внутреннего сгорания в сочетании с высоким содержанием энергии обычного топлива, которое можно легко заправить за считанные минуты, делает их идеальными для всех видов дорожных перевозок.С момента введения норм выбросов EURO выбросы в транспортном секторе Европейского Союза значительно сократились. Существует несколько альтернатив ископаемому топливу с аналогичными свойствами, которые могут заменить их использование в транспортном секторе. Основное внимание в исследованиях последних десятилетий уделялось биотопливу, которое можно производить из нескольких источников. Производство биотоплива обычно более энергоемкое, чем производство ископаемого топлива, но его использование может способствовать сокращению выбросов в транспортном секторе.В последние годы много усилий было направлено на продвижение электромобилей как транспортных средств с нулевым уровнем выбросов. Это утверждение следует пересмотреть, поскольку парниковое воздействие электромобилей нельзя не учитывать. И наоборот, в некоторых случаях электромобиль может иметь даже более сильное воздействие на выбросы, чем современные автомобили со сложными двигателями внутреннего сгорания. Это характерно для стран, где большая часть электроэнергии производится на угольных электростанциях. С уменьшением выбросов парниковых газов в секторе производства электроэнергии и увеличением емкости аккумуляторных батарей роль электромобилей в транспортном секторе, вероятно, возрастет.Несмотря на значительные исследования и финансовые вложения в разработку электромобилей, транспортный сектор в ближайшем будущем будет в основном работать на двигателях внутреннего сгорания и жидком топливе, полученном из нефти. Уровень загрязнения от транспортного сектора будет дополнительно регулироваться более строгими нормами выбросов в сочетании с меньшим объемом использования альтернативного топлива.

© Л. Лешник и др., Опубликовано IFP Energies nouvelles, 2020

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (https: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0), что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

1 Введение

Мировой спрос на энергию увеличивается почти каждый год. В 2017 году общее мировое потребление первичной энергии увеличилось на 2,1%, что увеличивает потребность в новых источниках энергии [1, 2]. Большая часть сегодняшних глобальных потребностей в энергии обеспечивается за счет сжигания ископаемого топлива. Нефть по-прежнему остается доминирующим топливом, занимая 34% мирового рынка.За ним следуют уголь и газ, на долю которых приходится 27,6% и 23,4% мировых рынков соответственно. Доля мирового рынка возобновляемой энергии постоянно увеличивается и в 2017 году достигла 13,6%. Структура потребления первичной энергии в Европейском Союзе ( ЕС ) очень похожа на глобальную, Рисунок 1.

Рис. 1 Первичное потребление энергии в EU [51, 52].

В 2016 году на ископаемое топливо приходилось более 72% общего потребления первичной энергии в ЕС .На твердое топливо (уголь, кокс, торф, горючие сланцы и нефтеносный песок) пришлось 14,8%, сырая нефть и нефтепродукты — 34,9% и газ — 23,6% соответственно. На атомную энергию и возобновляемые источники энергии (ВИЭ) приходилось по 13,3% каждая. Все твердое и жидкое биотопливо, биогаз, гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия и возобновляемые отходы включены в категорию возобновляемых источников энергии.

На Рисунке 2 представлена ​​тенденция глобального потребления первичной энергии и производства углекислого газа в Европейском союзе (CO ₂ ).

Рис. 2 Global и EU тенденции потребления энергии и выбросов CO 2 [1, 2].

Четкая связь между потреблением первичной энергии и выбросами углекислого газа в мире и ЕС очевидна из результатов, представленных на Рисунке 2. Общее мировое потребление энергии быстро растет по сравнению с потреблением энергии в Европейском Союзе, которое колеблется в более или менее на том же уровне с 1990 года.Основной причиной увеличения мирового потребления первичной энергии является быстрое развитие Китая, Индии и других азиатских стран, не входящих в число ОЭСР, [3]. Увеличение доли рынка возобновляемых источников энергии способствовало стабилизации роста выбросов CO ₂ в последние годы.

Увеличение спроса на первичную энергию и снижение потребления ископаемого топлива в ЕС было покрыто увеличением рыночной доли возобновляемых источников энергии и газа. В период с 1990 по 2016 год рыночная доля возобновляемых источников энергии увеличилась с 4.От 3% до 13,3%, диаграмма 1.

В представленном документе исследуется текущая ситуация в секторе пассажирского транспорта Европейского Союза по энергопотреблению, образованию выбросов и технологии силовых установок. В представленной статье также изучалась применимость различных альтернативных силовых установок к обычным дизельным и бензиновым двигателям. В документе также рассмотрены некоторые новые технологии двигателей и их потенциал для снижения расхода топлива и образования выбросов. В конце, энергия и интенсивность выбросов различных силовых установок и различных видов топлива были сравнены с традиционными двигателями с прямым впрыском и воспламенением от сжатия.

2 Транспортный сектор в

ЕС

Энергия, произведенная из первичных источников, используется в нескольких сферах деятельности человека. Потребление первичной энергии в Европейском Союзе можно разделить на потребление в конкретных секторах, Рисунок 3.

Рис. 3 ЕС потребление первичной энергии по секторам [51].

Соотношение энергопотребления в конкретных секторах показывает, что транспортный сектор в ЕС составляет одну треть общего потребления первичной энергии.Вторым по величине сектором потребления энергии является жилищный сектор с 26%, за ним следует промышленный сектор, который потребляет четверть первичной энергии.

В статистике транспортный сектор подразделяется на железнодорожный, автомобильный, международную авиацию, внутреннюю авиацию, внутренние перевозки и другие транспортные сектора. На Рисунке 4 представлена ​​структура конечного потребления энергии в Европе в транспортном секторе.

Рис. 4 Конечное потребление энергии в транспортном секторе ЕС [51].

Результаты, представленные на Рисунке 4, показывают, что большая часть энергии в транспортном секторе потребляется автомобильным транспортом. Согласно [4] пассажирский транспорт составляет примерно 61% от общего потребления энергии в транспортном секторе ЕС .

Общая структура потребления энергии по видам топлива в миллионах тераджоулей (МТДж) и структура сектора пассажирских и грузовых перевозок в ЕС представлены в таблице 1.

Таблица 1 Структура

по видам топлива и структура пассажирских и грузовых перевозок ЕС транспортный сектор [4, 5, 12, 51, 53].

Из данных, представленных в таблице 1, видно, что ископаемое топливо представляет собой большую часть топлива, используемого в транспортном секторе. Дизельное топливо по-прежнему остается наиболее продаваемым топливом для автомобильного транспорта, с долей рынка 67% в 2016 году. В общем транспортном секторе на дизельное топливо приходится примерно 49,4% доли рынка [5, 6]. Доля использования возобновляемых источников энергии в секторе автомобильного транспорта EU составляла всего 7.1% в 2016 году [5]. Большая часть возобновляемой энергии в секторе пассажирского транспорта получается путем смешивания биотоплива с обычным топливом в небольших количествах [7].

Структура топлива, используемого в транспортном секторе, отражает долю рынка регистрации новых транспортных средств. В 2016 году на долю легковых автомобилей с дизельным двигателем приходилось 49% рынка новых легковых автомобилей, зарегистрированных в Европейском Союзе [8].

Учитывая структуру транспортного сектора и используемые виды топлива, нет сомнений в том, что сжигание ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания для дорожных применений приводит к значительным выбросам CO ₂ и других выхлопных газов.Тенденции транспортных выбросов оксида углерода (CO), неметановых летучих органических соединений (НМЛОС), оксидов серы (SO _x ), оксидов азота (NO _x ) и твердых частиц PM2,5 представлены на рисунке 5.

Рис. 5 Тенденция выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от транспортного сектора в ЕС [9, 54].

Результаты, представленные на Рисунке 5, показывают, что все представленные транспортные выбросы в EU претерпели значительное сокращение в период с 1990 по 2016 годы.Выбросы оксида углерода и неметановых летучих органических соединений претерпели наибольшее сокращение, примерно на 85%. Оксиды серы и оксиды азота уменьшились на 64% и 41% соответственно. Полученное сокращение выбросов PM2,5 с 2000 по 2016 год составило около 42%.

Выбросы выхлопных газов автомобильного транспорта в Европейском Союзе составляют 18,9% от общих выбросов углекислого газа в ЕС, 6,3% от общих выбросов НМЛОС в ЕС, 28,6% от общих выбросов NO _x в ЕС, 3.1% от общих выбросов твердых частиц PM10 в ЕС, 5,8% от общих выбросов твердых частиц PM2,5 в ЕС и 1% от общих выбросов SO _x в ЕС. Также значительный вклад составляют не выхлопные выбросы автомобильного транспорта EU . На его долю приходится 2% от общего количества НМЛОС в ЕС, 4,6% от общих выбросов PM10 в ЕС и 4,2% от общих выбросов PM2,5 в ЕС [9].

Снижение транспортных выбросов является результатом нескольких факторов. На автомобильном транспорте внедрение стандартов выбросов EURO, которые определяют допустимые пределы выбросов выхлопных газов новых автомобилей, продаваемых в модели EU , является основным фактором сокращения выбросов в модели EU .Их внедрение способствовало внедрению систем прямого впрыска бензина (GDI), блоков управления двигателем (ECU) и каталитических нейтрализаторов в автомобилях с бензиновыми двигателями. В автомобилях с дизельными двигателями нормы EURO привели к внедрению систем Common Rail, систем рециркуляции выхлопных газов (EGR) и сажевых фильтров. Более поздние нормы EURO привели к разработке и внедрению систем селективного каталитического восстановления (SCR), катализатора окисления дизельного топлива (DOC) и ловушек для обедненных NO _x в современных дизельных транспортных средствах.Системы турбонаддува и уменьшенные объемы двигателей были внедрены как в дизельные, так и в бензиновые двигатели. Все эти системы помогли снизить выбросы CO, NO _x , HC и PM [10]. На сокращение выбросов также повлияло изменение качества топлива. Бензиновые топлива с более высоким октановым числом и дизельные топлива с более высоким цетановым числом позволили производителям двигателей производить двигатели с более высокими степенями сжатия, а также получать более высокий КПД двигателя и более низкий удельный расход топлива.Введение Директивы ЕС , касающейся содержания серы в жидком топливе, также способствовало сокращению выбросов оксидов серы (SO _x ) [11].

Усовершенствования, регулируемые введением норм EURO , привели к усовершенствованию двигателей внутреннего сгорания и других систем транспортных средств. Эти улучшения дополнительно повлияли на расход топлива автомобилем и выбросы CO ₂ . Средний расход топлива и выбросы CO ₂ европейских автомобилей, испытанных по циклу NEDC, снизились на 27.9% и 30,2% соответственно в 2016 году по сравнению с 2001 годом. За тот же период средняя номинальная мощность двигателя и масса европейского легкового автомобиля увеличились на 28,4% и 11,1% соответственно. Несмотря на все улучшения и снижение энергопотребления, автомобильный транспорт в модели EU по-прежнему потреблял на 32% больше энергии в 2016 году, чем в 1990 году [12]. Основная причина увеличения энергопотребления автомобильным транспортом заключается в росте сектора автомобильного транспорта. С 1990 года среднее количество легковых автомобилей на 1000 жителей в странах Европейского Союза увеличилось на 1.7 раз [13].

3 Усовершенствования двигателей внутреннего сгорания и альтернативы топливу на нефтяной основе

В своем развитии автомобили и двигатели внутреннего сгорания претерпели множество модификаций, которые были реализованы с целью повышения их характеристик, снижения расхода топлива и уменьшения образования вредных выбросов выхлопных газов. Несмотря на то, что в настоящее время многие исследователи сосредоточены на разработке альтернативных систем пропорционального регулирования, все еще проводятся некоторые исследования того, как повысить эффективность обычных ДВС, снизить выбросы выхлопных газов и оптимизировать системы транспортных средств.

Есть несколько вариантов, где мы можем использовать современные технологии. Альтернативные виды топлива, такие как биодизель, дают нам возможность повлиять на сокращение выбросов до того, как топливо будет сожжено. Современные новые технологии двигателей влияют на снижение расхода топлива, улучшение процесса сгорания и повышение эффективности двигателя.

3.1 Современные технологии двигателей внутреннего сгорания

Первые двигатели внутреннего сгорания имели КПД в несколько процентов, который теперь увеличился почти до 50% для тяжелых низкооборотных судовых дизельных двигателей.Существующие системы в двигателях внутреннего сгорания, такие как системы открытия клапанов, системы смазки, системы охлаждения, системы впрыска и т. Д., Могут быть дополнительно оптимизированы. Ожидается, что сумма всех возможных улучшений в системах двигателя в сочетании с дополнительным снижением трения, увеличением степени сжатия, регулируемым управлением клапанами на всех режимах работы, двухступенчатыми турбокомпрессорами, внедрением систем старт / стоп и более эффективными системами трансмиссии в сочетании с вес транспортного средства, сопротивление шин и снижение лобового сопротивления могут снизить расход топлива легковым транспортным средством на 20% в следующие 10–15 лет [14].Немного меньшее снижение расхода топлива можно ожидать от European Union , поскольку многие новые автомобили уже имеют уменьшенные двигатели с турбонаддувом. Более высокое снижение расхода топлива может быть достигнуто за счет внедрения современных технологий двигателей, которые в настоящее время отсутствуют на рынке.

Основным недостатком бензиновых двигателей в достижении более высокого КПД является их низкая степень сжатия по сравнению с двигателями с воспламенением от сжатия. В традиционных бензиновых двигателях с искровым зажиганием (SI) коэффициент сжатия (CR) ограничен коэффициентом около 13, чтобы избежать детонации топлива и повреждения двигателя.В последние десятилетия была проделана большая работа по системам впрыска бензина и дозированию топлива, где мы наблюдаем переход от карбюраторов к многоточечным системам впрыска и к системе прямого впрыска бензина (GDI).

В последние годы появились передовые концепции бензиновых двигателей, такие как воспламенение от сжатия бензина (GCI), воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI), горение с частичным предварительным смешиванием (PPC), низкотемпературное горение (LTC), октановое число по запросу (OOD) и т. Д. . были разработаны.Эти концепции позволяют бензиновым двигателям работать при более высоких степенях сжатия до 18 и достигать более высокого КПД двигателя без увеличения образования выбросов в цилиндрах. Большинство этих концепций сочетают в себе прямой впрыск бензина под высоким давлением, несколько впрысков за цикл, низкую и высокую рециркуляцию выхлопных газов, регулируемые фазы газораспределения и т. Д., Чтобы использовать бензин в двигателях с воспламенением от сжатия с высокой степенью сжатия [15, 16]. Некоторые версии этих концепций, такие как искровое зажигание со сжатием (SPCCI), коммерчески доступны с 2019 года.

Еще более высокий КПД двигателя и более значительное сокращение образования выбросов возможны, если одновременно будут разрабатываться новые виды топлива и новые концепции двигателей. Топливо с более низким октановым числом (~ 70) может помочь в успешной работе двигателей с воспламенением от сжатия в режиме GCI [17, 18]. Такое топливо можно производить на нефтеперерабатывающих заводах из нафты, которую затем перерабатывают для получения бензина с достаточным октановым числом и другими свойствами. Процесс их производства менее требователен и дешевле, поскольку низкооктановое топливо требует меньше добавок и меньше обработки.

Принцип работы дизельного двигателя с воспламенением от сжатия (CI) с непосредственным впрыском топлива позволяет им работать с более высокими степенями сжатия и достигать более высокого КПД по сравнению с бензиновыми двигателями. Конструкция современных дизельных двигателей очень сложна и дорога. Чтобы контролировать более высокие значения твердых частиц, дизельные двигатели должны работать на обедненной топливной смеси, что увеличивает производство оксидов азота, поэтому требуются дополнительные системы для контроля образования NO _x .За последние десятилетия по системам впрыска дизельных двигателей было проделано много работы. Более высокое давление впрыска в двигателях с ХИ обычно приводит к лучшему распылению, улучшает процесс смешивания топлива и воздуха и является очень эффективным подходом к увеличению производительности двигателя. Более высокое давление впрыска также влияет на более равномерное распыление топлива. Высокое давление впрыска усиливает образование кавитации внутри впрыскивающего сопла, что влияет на лучший процесс разбрызгивания и более высокую скорость топлива на выходе из сопла [19–21].На процессы образования и разрушения топливных брызг также влияют количество инжекционных отверстий и форма объема соплового мешка [22].

Распыление топлива, процесс смешивания топлива с воздухом, повышение термического КПД прерывания и сокращение выбросов могут быть дополнительно оптимизированы за счет формы камеры сгорания. Доказано, что тороидальная форма камеры сгорания положительно влияет на рабочие параметры двигателя и снижает уровень выбросов [23, 24].

3.2 Системы доочистки выхлопных газов

Использование современных технологий ДВС позволяет снизить выбросы выхлопных газов только до определенной степени.Таким образом, необходимо использовать дополнительные системы доочистки выхлопных газов, чтобы достичь норм по выбросам и уменьшить загрязнение воздуха. При использовании этих систем выбросы выхлопных газов современных дизельных и бензиновых автомобилей стандарта EURO VI более или менее одинаковы [25].

Основными выбросами, которые необходимо контролировать / снижать в бензиновых двигателях SI, являются выбросы углеводородов, оксида углерода и оксидов азота. Поскольку бензиновые двигатели работают в условиях, близких к стехиометрическим, эти выбросы можно эффективно снизить с помощью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.Эти системы не могут в достаточной степени работать с избытком кислорода в выхлопных газах, поэтому их нельзя использовать в дизельных двигателях с воспламенением от сжатия, которые работают на обедненной воздушно-топливной смеси [26].

В большинстве современных дизельных двигателей используются системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) для снижения выбросов NO _x . Выбросы NO _x нельзя полностью контролировать с помощью только систем рециркуляции отработавших газов. Чтобы еще больше снизить выбросы NO _x , большинство современных автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, имеют встроенные системы избирательного каталитического восстановления (SCR).Эти системы способны дополнительно снизить выбросы NO _x за счет химических реакций с такими реагентами, как аммиак или мочевина. У дизельных двигателей также есть большая проблема с твердыми частицами, которые можно эффективно уменьшить с помощью дизельных сажевых фильтров. Катализатор окисления дизельного топлива может использоваться для окисления выбросов оксида углерода и углеводородов [27].

Системы доочистки выхлопных газов — эффективный способ снизить выбросы выхлопных газов, которые в настоящее время используются во всех новых автомобилях, продаваемых в EU .В будущем для достижения норм ЕВРО потребуется больше систем доочистки выхлопных газов. Предполагается, что в двигателе с интегрированным двигателем для снижения выбросов твердых частиц будут использоваться бензиновые фильтры твердых частиц, а в двигателе с непрерывным циклом выбросы обедненных NO _x Traps (LNT) будут способствовать дальнейшему сокращению выбросов оксидов азота.

3.3 Альтернативные виды топлива

Выбросы от сжигания ископаемого топлива можно также снизить за счет использования альтернативных видов топлива. Это несколько альтернатив топливам на нефтяной основе, которые в настоящее время доступны в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.Все эти альтернативы вместе составляют около 5% от общего спроса на энергию в транспортном секторе. В будущем ожидается, что к 2040 году они смогут составлять до 10% транспортной энергии [4, 28].

3.3.1 Водород

Водород — очень чистое топливо с нулевыми выбросами в выхлопной трубе транспортного средства, и его можно использовать для питания легковых и грузовых автомобилей. Наиболее распространенное использование водорода на транспорте — это производство электроэнергии в топливных элементах, которые приводят в действие бортовой электродвигатель электромобилей на топливных элементах (FCEV).

Чистый водород нельзя найти в атмосфере Земли в больших количествах, поэтому его необходимо производить, чтобы использовать в качестве топлива. Для производства водорода требуется много энергии, что определяет окончательный объем выбросов водородных транспортных средств. Наиболее распространенными источниками производства водорода являются уголь, природный газ и вода [4, 29].

Энергосодержание водорода на единицу объема при нормальном давлении и температуре примерно в 3100 раз ниже, чем в бензине при тех же условиях.Чтобы использовать водород в качестве топлива в транспортных средствах, его необходимо сжать до 700 бар или сжижать путем охлаждения до −253 ° C. Оба процесса очень энергозатратны и создают довольно большую проблему для использования в транспортных средствах [4, 29, 30].

Основная проблема массового использования водорода в транспортном секторе заключается в его производстве, хранении и распределении, которые очень дороги. Этот факт, вероятно, ограничит его использование для специальных приложений.

3.3.2 Биотопливо

Снижение выбросов CO ₂ в транспортном секторе является одним из ключевых факторов в достижении желаемого общего сокращения выбросов CO ₂ .Биотопливо известно как ключевая альтернатива традиционным видам топлива для сокращения выбросов CO ₂ в транспортном секторе [31, 32]. В настоящее время все дизельное топливо, продаваемое в Европейском Союзе , содержит несколько процентов биодизеля, в то время как около 75% бензина содержит 5% этанола [7].

Биотопливо можно разделить на четыре поколения, которые различаются в зависимости от типа сырья, используемого для их производства. Более 90% всего используемого в настоящее время биотоплива во всем мире — это биотопливо первого поколения, изготовленное из пищевой биомассы.Биотопливо второго поколения производится из лигноцеллюлозного материала, полученного из лигнина, целлюлозы или гемицеллюлозы. Это биотопливо гораздо более устойчиво для использования по сравнению с биотопливом первого поколения, поскольку сырье для его производства не конкурирует с возможными источниками пищи для человека. Макро- и микроводоросли представляют третье поколение биотоплива. Водоросли считаются материалами с самым высоким содержанием масла среди различных растений. В настоящее время производство биотоплива из водорослей слишком дорогое, поэтому этот тип (поколение) биотоплива неконкурентоспособен с биотопливом первого и второго поколений.Основным недостатком массового производства биотоплива из водорослей является экономичное снабжение CO ₂ , питательными веществами и источником воды. Биотопливо четвертого поколения все еще находится на ранней стадии разработки. Их получают из генетически модифицированных микроорганизмов, таких как микроводоросли, грибы, цианобактерии или дрожжи [31, 33, 34].

3.3.3 Синтетическое топливо, метанол и диметиловый эфир

Жидкое топливо также может быть произведено из источников, содержащих смесь водорода и окиси углерода, которая может быть найдена в различных формах, таких как природный газ, уголь или биомасса.Наиболее подходящим и чистым источником для производства синтетического топлива является природный газ (ПГ). Топливо, произведенное из ПГ, называется GTL (Gas-to-Liquid). Много GTL-топлива может производиться на нефтеперерабатывающих заводах, где природный газ является побочным продуктом, который обычно сжигается в газовых факелах или выбрасывается в атмосферу, что наносит вред окружающей среде. Синтетическое топливо, полученное из угля, обычно называют CTL (Coal-To-Liquid), а BTL — это аббревиатура от синтетического топлива из биомассы (Biomass-To-Liquid).

Процесс Фишера-Тропша (FT) может использоваться для производства GTL из природного газа на нефтеперерабатывающих заводах, а также из других источников, что может способствовать снижению загрязнения окружающей среды, повышению энергоэффективности нефтеперерабатывающих заводов и производству высококачественного топлива для Двигатели IC.Различные катализаторы и другие процессы, используемые в процессе F-T, могут производить как дизельное, так и бензиновое топливо [35].

Природный газ, уголь и биомасса также могут использоваться для производства метанола и диметилового эфира (DME). Метанол имеет высокое октановое число и используется в основном в качестве компонента смеси с бензином. Основным недостатком метанола является его высокая токсичность и агрессивность по отношению к топливным системам и их компонентам. DME имеет очень высокое цетановое число, поэтому он в основном используется в качестве заменителя топлива в дизельных двигателях.Проблема с широким использованием как метанола, так и ДМЭ заключается в инфраструктуре, необходимой для их распределения [4].

4 Использование электроэнергии на транспорте

электромобилей (электромобилей) существуют уже несколько десятилетий. Впервые они появились в 19 веке, когда массовое использование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания не было столь популярным из-за большой разницы в свойствах жидких топлив и низкого качества производства ДВС. Во время и после Первой и Второй мировых войн машины с ДВС стали более надежными, что в сочетании с другими факторами повысило их популярность [36].С тех пор было разработано несколько версий автомобилей с электрической силовой установкой. В зависимости от источника энергии их можно разделить на гибридные электромобили (HEV), гибридные электромобили (PHEV), электромобили на топливных элементах (FCEV) и электромобили с аккумулятором (BEV).

4.1 Аккумуляторные электромобили

БЭВ используют электричество как единственный источник энергии. Электрическая энергия (или электричество) является вектором энергии и не существует как источник в природе.Его необходимо генерировать и хранить, чтобы использовать в качестве источника энергии в электромобилях и других типах электромобилей. Емкость аккумулятора существенно влияет на повседневное использование электромобиля. Текущая удельная энергия батареи увеличилась с 10–25 Втч / кг в 19 веке до 80–150 Втч / кг в современных транспортных средствах [37]. Это увеличение плотности энергии и емкости аккумуляторов было достигнуто за счет использования лития и других редкоземельных металлов. Их использование влияет на окончательную цену комплекта аккумуляторных батарей и вносит значительный вклад в выбросы в течение жизненного цикла электрических и гибридных транспортных средств с аккумуляторными батареями.На производство литиевых батарей приходилось 20% выбросов в течение жизненного цикла BEV в Германии, которая является страной с очень высоким уровнем выбросов углерода с точки зрения производства электроэнергии, и на 50% в такой безуглеродной стране, как Норвегия, которая производит большую часть электроэнергии с использованием возобновляемых источников. источники [38].

Исследование Международного совета по чистому транспорту [38] показало, что в течение жизненного цикла более 150 000 км средний BEV производит на 50% меньше выбросов CO ₂ , чем средний европейский автомобиль.Это значение сильно зависит от типа производства энергии и может варьироваться от 28% до 72%. Если мы сравним производство выбросов CO ₂ с наиболее эффективным дизельным автомобилем, произведенным в 2016 году, разница между электрическим и обычным автомобилем уменьшится или даже станет в пользу автомобилей с дизельным двигателем в некоторых странах [13]. Средний срок службы BEV составляет более 20 лет, а аккумуляторной батареи — от 5 до 15 лет. Это означает, что общее количество выбросов CO ₂ в жизненном цикле BEV и количество выбросов при производстве литиевых батарей в некоторых случаях может удвоиться [39].В соответствии с этим, нет сомнений в том, что BEV могут помочь сократить выбросы CO ₂ , но на сокращение сильно влияет источник (тип) производства электроэнергии.

Текущая плотность энергии батарей ограничивает их использование легковыми автомобилями малого или среднего размера. Стоимость производства аккумуляторов, относительно низкая плотность энергии и большой вес ограничивают их более широкое использование в коммерческих транспортных средствах. По словам Калгатги [18], вес аккумуляторной батареи для тяжелого грузовика класса 8 будет более чем в четыре раза выше, чем у обычного дизельного двигателя для грузовика этого класса.Цена только на аккумуляторную батарею будет выше, чем на весь грузовик с дизельным двигателем. Цена аккумуляторов и их вес по сравнению с обычными силовыми агрегатами / системами даже увеличивается на воздушном транспорте. Вес необходимого аккумуляторного блока для часто используемого коммерческого Airbus A320 Neo будет в 19 раз больше, чем максимальная взлетная масса самолета [18]. При нынешних скоростях зарядки этому аккумуляторному блоку потребуется более недели для полной зарядки.

4.2 Гибридные автомобили

Гибридные автомобили

(HV) используют комбинацию электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания для обеспечения движения колес транспортного средства.Эта комбинация может повысить эффективность автомобиля и снизить расход топлива. Электроэнергия для питания электродвигателя хранится в аккумуляторной батарее, которая используется в качестве второй системы хранения энергии. Комбинация двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя управляется таким образом, чтобы оптимизировать эффективность трансмиссии и снизить расход топлива. Основным преимуществом гибридных транспортных средств является их способность преобразовывать кинетическую энергию во время торможения в электричество и сохранять ее в аккумуляторной батарее для последующего использования.Эта энергия обычно рассеивается в виде тепла в атмосфере в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Это также снижает количество загрязнений в результате износа тормозов.

Гибридные автомобили

представлены в двух различных конфигурациях: гибридные электромобили (HEV) и гибридные электромобили (PHEV). Основное различие между ними заключается в том, что PHEV могут заряжать свои батареи во время вождения или использовать электричество от сети, в то время как обычные HEV заряжают свои батареи только во время вождения.Эта особенность расширяет диапазон движения PHEV на чистом электричестве и делает их гораздо более удобными, чем HEV [40].

В предыдущих исследованиях было показано, что гибридные автомобили могут снизить расход топлива по сравнению с обычными автомобилями, оснащенными двигателем внутреннего сгорания. Снижение расхода топлива более заметно в городских условиях с несколькими режимами остановки и запуска. Гибридные автомобили (HV) также могут помочь снизить выбросы выхлопных газов оксида азота. При использовании HV не наблюдалось значительного сокращения выбросов углеводородов (УВ).Выбросы оксида углерода (CO) увеличились по сравнению с обычными автомобилями из-за частых условий остановки и запуска, более низкой температуры выхлопных газов и снижения эффективности каталитического нейтрализатора [41].

4.3 Электромобили на топливных элементах

Другой возможностью для питания электромобилей является использование водорода или другого типа электролита. Большинство топливных элементов используют водород для выработки электроэнергии в автомобиле. Произведенное электричество затем используется для питания электродвигателей BEV или вспомогательных электродвигателей гибридных транспортных средств.По сравнению с аккумуляторными электромобилями, FCEV может заправляться быстрее и обеспечивать больший запас хода. Различные типы топливных элементов могут также использовать метанол, гидроксид калия, жидкую фосфорную кислоту, смесь расплавленных карбонатных солей и другие специфические материалы в качестве топлива для производства электроэнергии [42, 43].

Топливные элементы каждого типа предназначены для работы в определенном температурном диапазоне. Топливные элементы с полимерно-электролитной мембраной (PEM), в которых в качестве топлива используется водород, являются наиболее подходящими для использования в транспортных средствах, поскольку они работают при низких температурах.Основная проблема массового (более широкого) использования топливных элементов PEM заключается в высокой стоимости производства водорода и чистой системы распределения, как обсуждалось ранее. Эту проблему можно решить с помощью топливных элементов с прямым метанолом (DMFC), которые работают на чистом метаноле. Метанол имеет более высокую плотность энергии по сравнению с водородом, его легче транспортировать и поставлять, но его токсичность необходимо учитывать при проектировании системы для его использования [42, 43].

4.4 Влияние на энергетический сектор

Большой вопрос при более широком использовании электромобилей — это последующее увеличение потребления электроэнергии.Можем ли мы производить достаточно электроэнергии, чтобы покрыть все наши потребности в ежедневных перевозках? Текущее конечное потребление энергии в транспортном секторе ЕС выше, чем доступная электрическая энергия для конечного потребления, Рисунок 6.

Рис. 6 Сравнение энергопотребления в транспортном секторе и электроэнергии, доступной для конечного потребления в EU в 2016 году [44].

Данные, представленные на Рисунке 6, показывают, что в настоящий момент мы не производим достаточно электроэнергии, чтобы покрыть все потребности в энергии в транспортном секторе.Как обсуждалось ранее, текущий вес и плотность энергии батарей ограничивают использование электроэнергии в легковых легковых автомобилях, используемых для личной мобильности. На потребление топлива, связанное с личной мобильностью, приходилось 61% от общего мирового потребления энергии на транспорте в 2012 году, в то время как на легкие личные автомобили приходилось 44% от общего мирового потребления энергии на транспорте в 2012 году. Эта величина зависит от конкретной страны или региона. В европейских странах ОЭСР на легковые автомобили приходилось примерно 50% общего потребления энергии в транспортном секторе в 2012 году [4].Учитывая эти данные, мы потенциально могли бы заменить ископаемое топливо, используемое для сжигания в легких личных транспортных средствах, электричеством.

Согласно Eurostat [44], около 36,4% электроэнергии в EU используется в промышленности, более 61,3% используется в домашних хозяйствах и около 2,3% в транспортном секторе. Использование большего количества электроэнергии для питания наших транспортных средств может существенно повлиять на цены на электроэнергию для домашних хозяйств и конечную продукцию. Если цена на электроэнергию вырастет, это также может повлиять на конкурентоспособность нашего промышленного сектора.

Если посмотреть дальше, 48,7% электроэнергии, произведенной в EU в 2016 году, было получено за счет сжигания горючего топлива, такого как природный газ, уголь или нефть. Более четверти, 25,7% электроэнергии было произведено на атомных станциях. Третьим по величине источником производства электроэнергии являются гидроэлектростанции с долей 12,1%, за ними следуют ветряные электростанции с долей 9,7% и солнечные энергии с долей 3,5% [45].

В последние годы было много дискуссий о де-фоссилизации сектора производства электроэнергии в некоторых европейских странах, особенно в Германии.Это может привести к снижению производства энергии (энергии, доступной для конечного потребления), что может оказать дополнительное влияние на цены на электроэнергию для домашних хозяйств среднего размера [46, 47].

5 Энергетические потребности для производства топлива

В последние годы было проведено много дискуссий о том, сколько энергии требуется для производства жидкого топлива (бензина и дизельного топлива). Исследования Well-To-Tank (WTT) подходят для определения количества энергии, необходимого для производства топлива, которое можно купить на заправочных станциях.Было проведено несколько исследований по определению потребления энергии в процессе нефтепереработки в разных регионах (странах) [48–50]. Результаты по потреблению энергии в EU в процессе производства дизельного и бензинового топлива представлены в таблице 2.

Таблица 2

Энергопотребление в процессе нефтепереработки в EU .

Энергию, необходимую для производства топлива, можно увидеть из представленных результатов энергетического баланса, которые показывают, сколько энергии требуется для производства конкретного топлива.Примерно пятая часть конечной энергии используется для производства ископаемого топлива. Если преобразовать это в электрическую энергию, мы увидим, что для производства 1 литра дизельного и бензинового топлива требуется около 2 кВтч электроэнергии.

Большая часть энергии, используемой на нефтеперерабатывающем заводе, производится за счет поступления сырья и производится на нефтеперерабатывающем заводе. Некоторые источники энергии также необходимо покупать [49]. Электроэнергия, используемая в процессе нефтепереработки, обычно вырабатывается на электростанции нефтеперерабатывающего завода из топлива, такого как топочный мазут.Покупная электроэнергия составляет менее 5% энергии, потребляемой в процессе нефтепереработки [48–50]. Согласно исследованию JRC [48], около половины энергии, используемой в WTT, используется в процессе переработки топлива. Если мы рассмотрим эти данные и предположим, что на других этапах WTT также необходимо закупить такое же количество электроэнергии (вместе 10% энергии, используемой в WTT), мы получим разные результаты использования электроэнергии в производстве топлива, Таблица 2.

На основании представленных данных можно сделать вывод, что количество энергии, используемой в процессе рафинирования, не является незначительным.Используемая энергия производится из нескольких источников, которые в основном являются побочными продуктами нефтеперерабатывающего завода, поэтому их нельзя напрямую преобразовать в электричество и использовать для питания электромобилей. Учитывая эффективность их преобразования в электричество 35%, можно определить количество энергии, которое потенциально может быть использовано для питания электромобилей, без учета каких-либо потерь при транспортировке электроэнергии (потери в электросети), батарей электромобилей и т. Д. Таблица 2.

Исследования Well-to-Tank (WTT) позволяют нам оценить увеличенную энергию и выбросы, выделяемые в процессах, необходимых для производства определенных видов топлива, и доставлять их на автозаправочные станции.Исследования Tank To Wheels (TTW) дополнительно оценивают увеличение энергии и выбросы, выделяемые конкретными автомобилями и комбинациями топлива. Если мы суммируем эти значения, мы получим исследование Well-To-Wheels (WTW), которое дает нам представление о количестве увеличенной энергии и выбросах, выделяемых при управлении транспортным средством с определенным типом двигателя, использующим другое топливо или биотопливо. В исследовании WTW также рассматриваются различные варианты производства конкретного топлива, такие как различные пути распределения сырья (ПГ из трубопроводов, ПГ из сланцевого газа и т. Д.).), различное сырье для производства топлива (биодизель из рапсового масла, биодизель из подсолнечного масла и т. д.), различные виды используемой энергии ( EU смешивают электроэнергию, электричество с угольных электростанций и т. д.) и тому подобное.

В представленном документе мы суммируем результаты исследования WTW, проведенного Европейской комиссией [48], для энергии, израсходованной в МДж / 100 км, и выбросов в г CO _2экв. / км. В том случае, когда несколько вариантов сырья, путей и т. Д., были доступны для конкретного вида топлива, мы рассчитали и использовали среднее значение. В исследовании представлены результаты WTW для обычных автомобилей 2010 года и для варианта 2020 года. Результаты для варианта 2020 года содержат достижения в традиционных технологиях (снижение аэродинамического сопротивления транспортного средства, улучшение сопротивления качению, снижение веса, уменьшение габаритов двигателя и использование систем последующей обработки) по сравнению с 2010 годом. На рисунках 7 и 8 мы представляем Результаты исследования WTW для израсходованной энергии и выбросов для варианта транспортного средства 2020 года (прогноз).

Рис. 7 Общее количество энергии, израсходованной в WTW для автомобильной техники 2020 г. [48].

Рис. 8 Выбросы WTW для автомобильной техники 2020 года [48].

Использование бензина в двигателях с искровым зажиганием с прямым впрыском (DISI) и использование дизельного топлива в двигателях с прямым впрыском и компрессионным зажиганием (DICI) потребляет меньше энергии, чем использование большинства рассмотренных альтернативных видов топлива, рисунок 7.Увеличение энергии связано с более высокой энергоемкостью производства альтернативных видов топлива по сравнению с производством традиционных видов топлива. На энергоемкость также влияет эффективность сгорания каждого вида топлива и путь транспортировки сырья (, например, , природный газ (ПГ), транспортируемый на 4000 км по трубопроводам, или сланцевый газ, перекачиваемый в EU ). Двигатели с портовым впрыском искрового зажигания (PISI) потребляют немного больше энергии, чем двигатели с искровым зажиганием с прямым впрыском, при работе на сжиженном природном газе (СПГ).

При рассмотрении результатов для этанола и биодизеля мы должны иметь в виду, что общая энергия представлена ​​на рисунке 7. Общая энергия состоит из химической энергии, хранящейся в ресурсе биомассы (сырье), и энергии, необходимой для производства топлива. . Энергия источника биомассы в несколько раз превышает используемую ископаемую энергию. По этой причине топлива из рапса, подсолнечника, соевых бобов и пальмового масла намного более энергоемки, чем сало и растительное масло.Такое же влияние, как и на высокую энергоемкость всех вариантов производства этанола.

Все синтетическое топливо и топливо DME также потребляют больше энергии, чем обычные бензин и дизельное топливо. Потребление энергии опять же зависит от типа сырья, используемого для производства топлива. Производство из угля (уголь в жидкость — CTL) и из биомассы (биомасса в жидкость — BMT) требует больше энергии для производства синтетического топлива, чем производство из газа (газ в жидкость — GTL). Производство ДМЭ такое же.

Ситуация немного иная при сравнении результатов по энергопотреблению HEV, PHEV, BEV и FCEV. Гибридные и подключаемые к сети гибридные электромобили менее энергоемки, чем автомобили с обычными двигателями DISI и DICI. Причина меньшего потребления энергии заключается в их способности преобразовывать кинетическую энергию во время торможения в электричество и сохранять ее в аккумуляторной батарее для последующего использования. Эта энергия, которая обычно тратится впустую в автомобилях с обычными двигателями, помогает снизить потребность в энергии для питания гибридных автомобилей.

В аккумуляторных и гибридных электромобилях потребление энергии сильно зависит от типа источника электричества. Более низкая эффективность производства электроэнергии достигается на атомных электростанциях, поэтому потребление энергии BEV и PHEV является самым высоким, когда атомные электростанции используются для производства электроэнергии.

Использование водорода в электромобиле на топливных элементах сильно зависит от метода производства водорода. Тепловой процесс производства водорода как из природного газа (ПГ), так и из сжиженного природного газа (СПГ) требует меньше энергии, чем использование ископаемого топлива.Электролизные пути производства водорода более энергоемкие. Исключение составляет только путь, на котором используется ветровая электроэнергия.

Все комбинации транспортных средств и топлива выделяют определенное количество выбросов. Объем выбросов в исследовании WTW представлен на Рисунке 8.

Тенденции выбросов при использовании различных альтернативных видов топлива отличаются от тенденций потребления энергии. При использовании сжатого природного газа количество выбросов примерно такое же, как при использовании бензина и дизельного топлива, в то время как все другие рассматриваемые виды биотоплива выделяют гораздо меньше выбросов.Количество энергии, необходимое для производства биотоплива, сильно зависит от используемого сырья. Это приводит к разным объемам выбросов для разных путей получения биотоплива. Выбросы этанола и синтетического топлива также сильно зависят от используемого сырья. Разное сырье требует разных подходов к производству топлива, что приводит к разной интенсивности выбросов для каждого типа сырья. Если рассматривать результаты по интенсивности выбросов ДМЭ, производство ДМЭ из древесины является наиболее благоприятным.Основным источником энергии при преобразовании древесины в ДМЭ является сама древесина, поэтому количество выбрасываемых выбросов очень мало по сравнению с производством ДМЭ из природного газа или угля.

При сравнении результатов для гибридных автомобилей и автомобилей с обычными двигателями, более низкая энергоемкость, как видно из результатов на Рисунке 8, влияет на меньшее количество выбросов парниковых газов. Объем выбросов парниковых газов аккумуляторным электромобилем зависит только от типа процесса производства электроэнергии.Процессы производства электроэнергии из угля и тяжелой нефти на сегодняшний день являются наиболее интенсивными по выбросам. Электроэнергия, производимая ветром и атомными электростанциями, является наиболее чистой. Это также отражено в FCEV, где процесс электролиза используется для производства водорода.

6 Заключение

В представленной статье исследуется текущая ситуация в области разработки двигательных систем дорожного применения. В последние годы гибридные и электрические транспортные средства значительно продвинулись в своем развитии и удобстве использования.Несмотря на весь достигнутый прогресс, нынешняя система автомобильного транспорта по-прежнему основана на двигателях внутреннего сгорания и сжигании жидкого топлива на основе нефти. Доля рынка всех BEV и всех гибридных автомобилей в европейских странах в 2016 году составила около 3,4%.

Мировой спрос на топливо на основе нефти ежегодно растет [18]. Общий объем энергии ветра и солнца, произведенной в 2016 году, смог покрыть глобальный спрос на энергию в транспортном секторе за 12 дней. Это показывает нам повседневное измерение спроса на энергию в транспортном секторе и указывает на сложность замены его нынешнего первичного источника энергии.Текущие тенденции в производстве электроэнергии и емкости аккумуляторных батарей не в пользу более широкого использования электроэнергии в транспортном секторе. Также возникает вопрос о способности электрической сети передавать больше электроэнергии в случае, если все больше и больше домохозяйств будут иметь электромобили, которые необходимо регулярно заряжать.

С другой стороны, недавний прогресс в разработке двигателей внутреннего сгорания повышает их эффективность и снижает выбросы выхлопных газов.Современные технологии сжигания и новые технологии доочистки выхлопных газов значительно снижают количество вредных выбросов, особенно от дизельных двигателей. Выбросы выхлопных газов строго регулируются нормами EURO и другими национальными нормами, которые способствуют развитию новых методов дополнительного сокращения выбросов. Они также поощряют использование биотоплива, которое смешивается с топливом на нефтяной основе в большинстве стран EU , и доказало положительное влияние на сокращение выбросов.Использование биотоплива в сочетании с современными технологиями сжигания или с гибридными силовыми установками может иметь даже большее влияние на сокращение выбросов, чем каждое отдельное решение.

При рассмотрении других альтернатив обычным видам топлива, таких как синтетическое топливо, ДМЭ и водород, мы должны быть очень осторожны. Как видно из исследования WTW, некоторые из них могут иметь большее воздействие на окружающую среду по сравнению с дизельным и бензиновым топливом. Производство электроэнергии в некоторых европейских странах все еще сильно зависит от угля.Этот тип производства электроэнергии также требует значительных выбросов и может быть более вредным для окружающей среды, чем использование обычного жидкого топлива на основе нефти в транспортном секторе.

Электричество, безусловно, сыграет важную роль в будущем дорожных силовых установок. Насколько велик будет его вклад, будет зависеть от будущего увеличения емкости аккумуляторных батарей, увеличения емкости электрических сетей, декарбонизации сектора производства электроэнергии, будущих тенденций в развитии автомобилестроения и т. Д.Большое беспокойство вызывает также цена на электроэнергию и снижение собираемых дорожных налогов от продажи ископаемого топлива, которое, как ожидается, последует на определенном этапе перехода к электрификации транспорта. Как видно из недавних данных о рыночных долях, гибридные электромобили во всех формах обладают наибольшим потенциалом для массового использования в будущем.

Все это указывает на то, что в ближайшем будущем двигатели внутреннего сгорания по-прежнему будут играть основную роль во всех типах дорожных приложений. Сочетание современного ДВС с повышенной эффективностью и меньшим воздействием на выбросы с частичной электрификацией транспортных средств в настоящее время представляет собой лучшее решение для сокращения выбросов парниковых газов в ближайшем будущем.Доступные технологии необходимо сбалансировать в соответствии с конкретными характеристиками каждого региона. Учитывая это, необходимы дальнейшие инвестиции в новые технологии двигателей внутреннего сгорания, системы доочистки выхлопных газов и биотопливо для дальнейшего снижения воздействия транспортного сектора на окружающую среду в ближайшем будущем.

Список литературы

• Статистический обзор мировой энергетики BP. (2018) https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-full-report .pdf [доступ 12 марта 2019 г.]. [Google Scholar]
• МЭА. (2018) Global Energy & CO ₂ Status Report 2017, Международное энергетическое агентство. [Google Scholar]
• Перспективы BP Energy.(2017) https://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energyeconomics/energy-outlook-2017/bp-energy-outlook-2017.pdf [по состоянию на 26 февраля 2018 г.]. [Google Scholar]
• Международный энергетический прогноз. (2016) Управление энергетической информации, 2016.[Google Scholar]
• ЕЭЗ. (2018) Прогресс транспортного сектора ЕС в достижении его экологических и климатических целей, Европейское агентство по окружающей среде. [Google Scholar]
• Евростат.(2018) Показатели энергетики, транспорта и окружающей среды, издание 2018 г., Европейский Союз, Люксенбург. ISBN 978-92-79-96509-8 ISSN 2363-2372. [Google Scholar]
• ЕЭЗ. (2018) Качество топлива в ЕС в 2016 году, Европейское агентство по окружающей среде, doi: 10.2800/224432. [Google Scholar]
• Статистика европейского автомобильного рынка. (2017) Международный совет по чистому транспорту, http://eupocketbook.theicct.org. [Google Scholar]
• ЕЭЗ.(2018) Выбросы загрязнителей воздуха от транспорта, Европейское агентство по окружающей среде. [Google Scholar]
• Уильямс М., Миньярес Р. (2016) Техническое резюме стандартов выбросов транспортных средств Euro 6 / VI, icct, доступно онлайн на https: // www.theicct.org [дата обращения: 3.04.2019]. [Google Scholar]
• ЕЭЗ. (2018) Отчет об инвентаризации выбросов Европейского Союза за 1990–2016 гг. В соответствии с Конвенцией ЕЭК ООН о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (LRTAP), Европейское агентство по окружающей среде, ISSN 1977-8449.[Google Scholar]
• EEA (2018) Конечное потребление энергии по видам транспорта, Европейское агентство по окружающей среде. [Google Scholar]
• Евростат, http: // appsso.eurostat.ec.europa.eu/nui/submitViewTableAction.do [доступ 26 марта 2019 г.] Ключевые слова: количество легковых автомобилей на 1 000 жителей. [Google Scholar]
• Хейвуд Дж., Маккензи Д. (2015) На пути к 2050 году: потенциал для значительного сокращения энергопотребления легковых автомобилей и выбросов парниковых газов, Автомобильная лаборатория Слоуна Массачусетского технологического института, подразделение инженерных систем.[Google Scholar]
• Мао Б., Пэн К., Хайфэн Л., Цзуньцин З., Минфа Ю. (2018) Воспламенение от сжатия бензина в многоцилиндровом дизельном двигателе большой мощности, Топливо 2015, 339–351. [CrossRef] [Google Scholar]
• Любой., Jaasim M., Raman V., Hernández Pérez FE, Sim J., Chang J., Im HG, Johansson B. (2018) Воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI) и частичное предварительное смешивание (PPC) в двигателе с воспламенением от сжатия с низким бензин с октановым числом, Energy 158, 181–191. [CrossRef] [Google Scholar]
• Калгатги Г., Йоханссон Б. (2018) Подход с воспламенением от сжатия бензина (GCI) для эффективного, чистого и доступного двигателя будущего, Proc. Inst. Мех. Англ. Часть D: J. Automob. Англ. 232, 1, 118–138. [CrossRef] [Google Scholar]
• Калгатги Г.(2018) Неужели и двигателей внутреннего сгорания, и бензина на транспорте? Прил. Энергия 225, 965–974. [Google Scholar]
• Ван Л., Лоури Дж., Нгайле Г., Фанг Т. (2019) Распыление дизельного топлива под высоким давлением из пьезоэлектрического топливного инжектора, Прил.Therm. Англ. 15, 807–824. [Google Scholar]
• Морган Р., Бэнкс А., Олд А., Хейкал М. (2015) Преимущества высокого давления впрыска для будущих характеристик двигателей большой мощности, Технический документ SAE 2015–24-2441, DOI: 10.4271 / 2015-24-2441.[Google Scholar]
• Стэнтон Д. (2013) Систематическая разработка высокоэффективных и экологически чистых двигателей для соответствия будущим нормам выбросов парниковых газов в коммерческих транспортных средствах, SAE Int. J. Eng. 6, 3, 1395–1480. DOI: 10.4271 / 2013-01-2421. [CrossRef] [Google Scholar]
• Хуан В., Мун С., Гао Ю., Ван Дж., Одзава Д., Мацумото А. (2019) Влияние числа отверстий на динамику распыления дизельных форсунок с несколькими отверстиями: наблюдение для форсунок с тремя и девятью отверстиями, Exp. Therm. Fluid Sci. 102, 387–396. [CrossRef] [Google Scholar]
• Картикеян В.(2019) Влияние изменения геометрии чаши камеры сгорания на характеристики двигателя, характеристики сгорания и выбросов дизельного двигателя, работающего на биодизельном топливе, с его анализом энергии и эксергии, Energy 176, 830–852. [CrossRef] [Google Scholar]
• Паппула Б., Питчайпиллай П., Нараянан К.Г. (2019) Комбинированный эффект композитной присадки и модификации камеры сгорания для адаптации отработанного пластикового масла в качестве топлива для дизельного двигателя, J. Taiwan Inst. Chem. Англ. 97, 297–304. [Google Scholar]
• Рука., Дуань Ю., Ван К., Лин Х., Хуанг З. (2015) Экспериментальное исследование двухступенчатого впрыска дизельного топлива и бензина в системе впрыска Common Rail, Fuel 159, 470–475. [CrossRef] [Google Scholar]
• Пайри Ф., Лухан Дж. М., Гвардиола К., Пла Б. (2014) Непростое будущее для двигателя внутреннего сгорания: новые технологии и роль управления, Oil Gas Sci. Technol. — Rev. IFP Energies nouvelles 70, 15–30. DOI: 10.2516 / ogst / 2014002. [CrossRef] [Google Scholar]
• Айодхья А., Нараянаппа К. (2018) Обзор систем последующей обработки для дизельных двигателей, Environ. Sci. Загрязнение. Res. 25, 1–4. DOI: 10.1007 / s11356-018-3487-8. [CrossRef] [Google Scholar]
• Exxonmobil, Перспективы энергетики: взгляд до 2040 г., https: // cdn.exxonmobil.com/~/media/global/files/outlook-for-energy/2017/2017-outlook-for-energy.pdf [дата обращения 31.1.2019]. [Google Scholar]
• США DOE. Центр данных по альтернативным видам топлива. (2019) Производство и распределение водорода, https://afdc.energy.gov / fuels / Hydrogen_production.html [дата обращения 31.1.2019]. [Google Scholar]
• США DOE. (2009) Потребность в энергии для сжатия и сжижения газообразного водорода в связи с потребностями в хранении транспортных средств, https://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/9013_energy_requirements_for_hydrogen_gas_compression.pdf [дата обращения 31.01.209]. [Google Scholar]
• Ю-Кван О., Кюнг-Ран Х., Чангман К., Юнг Р.К., Джин-Сук Л. (2018) Последние разработки и ключевые препятствия на пути к передовым видам биотоплива: краткий обзор, Bioresource Technol. 257, 320–333. [CrossRef] [Google Scholar]
• Альгрен Э., Хагберг М.Б., Гран М. (2017) Транспортное биотопливо в моделировании глобальной энергетики — обзор подходов к комплексной оценке энергетических систем, GCB Bioener. 9, 1168–1180. [CrossRef] [Google Scholar]
• Алалван Х.А., Альминшид А.Х., Альджаафари Х.А.С. (2019) Многообещающая эволюция производства биотоплива. Тематический обзор, Обновить. Energy Focus 28, 127–139. [CrossRef] [Google Scholar]
• Сикарвар В.С., Чжао М., Феннелл П.С., Шах Н., Энтони Э.Дж. (2017) Прогресс в производстве биотоплива путем газификации, Process Ener. Гореть. Sci. 61, 189–248. [CrossRef] [Google Scholar]
• Всемирный банк и партнеры GGFR раскрывают ценность отработанного газа, http: // web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/TOPICS/EXTSDNET/0,,contentMDK:22416844~menuPK:64885113~pagePK:64885161~piPK:64884432~theSitePK:5929282,00.html [дата обращения 29.1.209]. [Google Scholar]
• Мама Г. (2014) Эволюция автомобильных технологий: справочник, SAE International.[CrossRef] [Google Scholar]
• Сафари М. (2018) Аккумуляторные электромобили: взгляд в будущее, чтобы двигаться вперед, Энергетическая политика 115, 54–65.[Google Scholar]
• Холл Д., Лютси Н. (2018) Влияние производства аккумуляторов на выбросы парниковых газов в течение всего жизненного цикла электромобилей, icct. Доступно на сайте www.theicct.org [дата обращения 15.04.2019]. [Google Scholar]
• Дитман С., Паулюк С., ван Вуурен Д.П., ван дер Воет Э., Туккер А. (2018) Сценарии роста спроса на металл в технологиях производства электроэнергии, автомобилях и электронных устройствах, Environ. Sci. Technol. 52, 4950–4959. [Google Scholar]
• Сабри М.Ф.М., Данапаласингам К.А., Рахмат М.Ф. (2016) Обзор архитектуры гибридных электромобилей и стратегий управления энергопотреблением, Renew. Sust. Energ. Ред. 53, 1433–1442. [CrossRef] [Google Scholar]
• Хуан Ю., Суаравски Н.С., Орган Б., Чжоу Дж.Л., Тан О.Х.Х., Чан Э.Ф.С. (2019) Расход топлива и выбросы при реальном вождении: сравнение гибридных и обычных транспортных средств, Sci. Total Environ. 659, 275–282. [PubMed] [Google Scholar]
• Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии.(2019) Типы топливных элементов, https://www.energy.gov/eere/fuelcells/types-fuel-cells [дата обращения 16.04.2019]. [Google Scholar]
• Танк Б., Арат Х.Т., Балтаджоглу Э., Айдын К. (2019) Обзор видения электромобилей на водородных топливных элементах на следующую четверть века, Inter.J. Hydrogen Ener. 44, 10120–10128. [CrossRef] [Google Scholar]
• Евростат интернетна страна.(2018) iskalne besede: поставка, преобразование и потребление электроэнергии и нефти, 5.10.2018. [Google Scholar]
• Евростат. (2018) Производство, потребление и обзор рынка электроэнергии. Объяснение статистики, Евростат. [Google Scholar]
• Ренн О., Маршалл Дж. П. (2016) Политика в отношении угля, ядерной энергии и возобновляемых источников энергии в Германии: с 1950-х годов до «Energiewende», Energy Policy 99, 224–232. [Google Scholar]
• Хейк Дж. Ф., Фишер В., Венгхаус С., Векенброк К. (2015) Немецкая энергия — история и статус-кво, Энергия 92, 532–546.DOI: 10.1016 / j.energy.2015.04.027. [CrossRef] [Google Scholar]
• JRC.(Июль 2013 г.) Анализ будущего автомобильного топлива и силовых агрегатов в европейском контексте от Well to Wheels, версия 4, Европейская комиссия, Объединенный исследовательский центр, Институт энергетики и транспорта. [Google Scholar]
• Имран Хан М.(2018) Сравнительное использование энергии между скважинами и резервуарами и оценка выбросов парниковых газов природного газа в качестве транспортного топлива в Пакистане, Ener. Поддерживать. Развивать. 43, 38–59. [CrossRef] [Google Scholar]
• Патил В., Шастры В., Химабинду М., Равикришна Р.В. (2016) Анализ жизненного цикла энергии и выбросов парниковых газов автомобильного топлива в Индии: Часть 2 — Анализ от скважины к колесам, Energy 96, 699–712. [CrossRef] [Google Scholar]
• Европейский Союз.(2016) Энергетические балансы 2016 DATA, Европейский Союз, Люксембург. ISBN 978-92-79-92826-0 ISSN 1830-7558. [Google Scholar]
• Евростат, http://appsso.eurostat.ec.europa.eu/nui/submitViewTableAction.do [дата обращения 18.03.2019]. [Google Scholar]
• Евростат, https: // ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/-/road_eqr_carpda [2.10.2018]. [Google Scholar]
• Евростат, http://appsso.eurostat.ec.europa.eu/nui/show.do?dataset=env_air_emis&lang=en [по состоянию на 28 марта 2019 г.]. [Google Scholar]

Все таблицы

Таблица 1 Структура

по видам топлива и структура пассажирских и грузовых перевозок ЕС транспортный сектор [4, 5, 12, 51, 53].

Таблица 2

Энергопотребление в процессе нефтепереработки в EU .

Все рисунки

	Рис. 6 Сравнение энергопотребления в транспортном секторе и электроэнергии, доступной для конечного потребления в EU в 2016 году [44].
По тексту

Современные двигатели внутреннего сгорания — 2020

Доступность:

Не предлагается в 2020

Описание установки

Рассматривает конструкцию, работу, производительность, требования к топливу и воздействие на окружающую среду современных двигателей внутреннего сгорания.Двигатели внутреннего сгорания являются богатым источником понимания многих механических технологий и актуальны для местной промышленности. Рассмотрены различные типы двигателей внутреннего сгорания: двигатели с искровым зажиганием, дизельные, со стратифицированным зарядом и двигатели смешанного цикла. Обзор литературы по теме проводится небольшими группами.

Содержимое упаковки

Анализ идеального цикла

Рабочие параметры

Введение в двигатели с искровым зажиганием и с воспламенением от сжатия (дизельные)

Горение и термохимия

Контроль загрязняющих веществ

Приточно-вытяжные процессы

Топливо

Балансировка

Новые разработки

Результаты обучения

Результаты обучения модуля выражают успеваемость с точки зрения того, что студент должен знать, понимать и уметь делать по завершении модуля.Эти результаты согласуются с атрибутами выпускника. Результаты единичного обучения и характеристики выпускников также являются основой оценки предшествующего обучения.

По завершении этого раздела студенты должны уметь:
1	понимать особенности, технологию, работу и характеристики двигателей с искровым зажиганием и дизельных двигателей, а также их современных вариантов
2	определить преимущества и недостатки типов двигателей в различных областях применения
3	проанализировать образование загрязняющих веществ и их влияние на окружающую среду
4	выполнить базовые расчеты, касающиеся производительности и выбросов двигателей внутреннего сгорания
5	предпринять и представить результаты исследовательского проекта в форме обзора литературы по теме
6	понять применение двигателей внутреннего сгорания в промышленности.

По завершении этого раздела студенты должны уметь:

1. понимать особенности, технологию, работу и характеристики двигателей с искровым зажиганием и дизельных двигателей и их современных вариантов
2. определять преимущества и недостатки типов двигателей в различные приложения
3. анализируют образование загрязняющих веществ и их воздействие на окружающую среду
4. выполняют базовые расчеты, касающиеся производительности и выбросов двигателей внутреннего сгорания
5. предпринимают и представляют результаты исследовательского проекта в форме обзора литературы по теме
6. разбирается в применении двигателей внутреннего сгорания в промышленности.