Дизельные двигателя: Дизельные двигатели: виды, принцип работы, преимущества дизельных двигателей

Руководство для начинающих по изучению дизельных двигателей

Майк МакГлотлин

Не секрет, что большинство американцев больше привыкло к бензиновым двигателям, чем к дизелям. Статистические данные, собранные RL Polk, подтверждают это, поскольку всего 2,8 процента всех зарегистрированных легковых автомобилей (легковые автомобили, внедорожники, пикапы и фургоны) работали на дизельном топливе № 2 в 2013 году. Безусловно, большинство людей в США ожидают найти искру. заглушки или блоки змеевиков, когда они открывают капот, а не турбокомпрессоры и топливные насосы (два очень важных элемента почти в каждом дизельном двигателе, с которым вы столкнетесь, отсюда и термин «турбодизель»).

Чтобы понять разницу между дизельным и бензиновым двигателями, мы начнем со всех общих черт между ними. Тип топлива, сжигаемого любой силовой установкой, ничего не меняет по отношению к общей структуре двигателя (то есть вращение коленчатого вала, движение шатунов и поршней вверх и вниз, нагнетание воздуха и отвод выхлопных газов). Фактически, одна и та же базовая архитектура очень похожа. Но то, что происходит в цилиндре в дизельном топливе, сильно отличается от того, что вы найдете в его бензиновых аналогах.

Самый простой способ объяснить разницу между бензиновыми и дизельными двигателями — это «воздух» и «топливо». В бензиновом двигателе воздушный поток — это все. Ты задыхаешь воздух. Дизельная мельница — полная противоположность. Он работает на основе ограничения количества впрыскиваемого топлива — воздух просто следует этому примеру. Следовательно, нет необходимости дросселировать поступающий воздух. С этой целью в дизельном двигателе также не создается вакуума.

Впускной воздух

Для наших целей мы будем использовать четырехтактный дизельный двигатель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением, чтобы проиллюстрировать потоки воздуха и топлива через современную дизельную электростанцию.Свежий воздух поступает в корпус компрессора (сторона всасывания) турбокомпрессора и сжимается в крыльчатке компрессора, где создается наддув. Это делает воздух плотнее, но и намного теплее.

Чтобы охладить сжатый воздух перед его поступлением в головку (головки) цилиндров, он проходит через охладитель наддувочного воздуха (также известный как промежуточный охладитель). Чаще всего используется промежуточный охладитель типа воздух-воздух и по сути представляет собой простой теплообменник. Интеркулер значительно снижает температуру всасываемого воздуха на пути к двигателю и делает это с очень минимальной потерей наддува.

Компрессионное зажигание

Все становится интереснее, когда в цилиндр нагнетается сжатый воздух. Во время такта впуска — когда поршень опускается в нижнюю границу своего диапазона — впускной клапан (ы) открывается, позволяя «не дросселирующему» воздуху заполнить цилиндр. Это отличается от бензинового двигателя двумя способами: 1) газовые двигатели вводят смесь топлива и воздуха во время такта впуска и 2) в дизельном топливе воздух всасывается только во время такта впуска. Затем впускной клапан (ы) закрывается и начинается такт сжатия.Когда поршень движется вверх, воздух, который когда-то заполнял цилиндр, теперь занимает всего 6% от площади, которую он занимал раньше. Этот воздух под огромным давлением мгновенно перегревается до более чем 400 градусов тепла, что более чем достаточно, чтобы дизельное топливо воспламенилось само по себе. Именно это и происходит в верхней части хода поршня. Ранее упомянутый перегретый воздух встречает порцию дизельного топлива (выпускаемого в цилиндр соответствующей топливной форсункой) в течение идеального промежутка времени, прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки и произойдет сгорание. Поскольку дизельный двигатель использует теплоту сжатия для воспламенения топлива, никакая помощь для начала процесса сгорания не требуется (например, свечи зажигания, например, в бензиновом двигателе).

Турбокомпрессоры делают дизели такими, какие они есть: отличными

Последним этапом работы является такт выпуска, при котором отработавшие газы сгорания вытесняются из выпускных клапанов через выпускной коллектор в сторону турбины (выхлопа) турбонагнетателя. В обычном бензиновом двигателе нет турбонагнетателя, а это означает, что выхлопные газы, выходящие из двигателя, сразу же направляются в выхлопную трубу.Это не так в дизельном топливе, поскольку турбонагнетатель, который нагнетает свежий воздух в двигатель, фактически использует выхлопные газы, оставляя его, чтобы двигаться сам. Поскольку турбокомпрессор состоит из турбинного (выпускного) колеса, имеющего общий вал с компрессорным (впускным) колесом, выхлопные газы всегда необходимы для подачи воздуха в двигатель. Одно зависит от другого. Мы разберем важность турбокомпрессора следующим образом: вы дросселируете топливо (отправляете дизельное топливо в двигатель), происходит сгорание, выхлопные газы покидают двигатель, вращая колесо турбины на выходе, которое поворачивает колесо компрессора, вводя воздух. в двигатель.Бесконечный цикл, если хотите. Тепловой КПД дизельного двигателя повышается за счет турбонагнетателя, так как он увеличивает объем поступающего в него воздуха, что создает основу для сжигания большего количества топлива.

Различия в горении

Одно из основных различий между дизельными и газовыми двигателями заключается в типе сгорания, который каждый из них использует. Как обсуждалось выше, в дизельном топливе, когда топливо наконец встречает сжатый воздух в цилиндре, результатом является сгорание. В бензиновом двигателе топливо и воздух смешиваются еще до того, как произойдет сгорание.Но кроме того, камеры сгорания каждого двигателя расположены по-разному. В типичном бензиновом двигателе камера сгорания утоплена в головке (головках) цилиндров. В дизельном двигателе с непосредственным впрыском топлива камера сгорания фактически находится внутри поршня. Эта камера сгорания чаще всего имеет конструкцию «мексиканской шляпы», которая состоит из утопленного отверстия в центре поршня. Внизу этой рецессии существует конусообразный выступ. Когда топливная форсунка расположена непосредственно над ней, именно этот выступ позволяет оптимизировать распыление топлива и совершать процесс сгорания.Более чем в 99 процентах всех дизельных двигателей используется конструкция Mexican Hat, поскольку основную ударную нагрузку от взрыва сгорания принимает на центр поршня, а не на головку поршня. Это придает поршню исключительную надежность.

Прямой впрыск

Проще говоря, прямой впрыск означает, что форсунки системы выступают и распыляют прямо на верхнюю часть поршня. Здесь нет форкамеры или вихревой камеры, и топливо не должно проходить через впускной коллектор перед поступлением в цилиндр.При непосредственном впрыске весь процесс сгорания происходит быстрее, проще и намного эффективнее, чем в типичном бензиновом двигателе с многоточечным впрыском топлива. Дизели с прямым впрыском также работают при очень бедном соотношении воздух / топливо по сравнению с бензиновыми двигателями. Типичное соотношение воздух / топливо от 25: 1 до 40: 1 (дизельное топливо) по сравнению с 12: 1 до 15: 1 (бензин) дает некоторое представление о том, почему дизели настолько консервативны в отношении расхода топлива. Эффективность также подтверждается тем фактом, что современные дизельные двигатели с прямым впрыском впрыскивают топливо при давлении, приближающемся (или в некоторых случаях превышающем) 30 000 фунтов на квадратный дюйм.Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и с низким уровнем отходящего тепла.

Начало впрыска по времени

Хотя термин «синхронизация» часто используется как в мире бензиновых, так и дизельных двигателей, это одно слово означает две очень разные вещи, в зависимости от типа двигателя, с которым вы имеете дело. Излишне говорить, что важно проводить различие между ними. В бензиновом двигателе время относится к началу сгорания. В дизеле синхронизация — это начало впрыска или SOI (когда форсунка начинает распылять топливо в цилиндр).Опять же, все сводится к тому, что топливо (и система впрыска) является ключевым аспектом дизельного двигателя.

Момент. Много этого.

Люди, незнакомые с дизельными двигателями, часто задаются вопросом, почему и как они создают впечатляющий крутящий момент. Отношение крутящего момента к мощности в дизельных двигателях редко бывает ниже 2: 1, а для двигателей тяжелой промышленности типично соотношение 3: 1 и даже 4: 1. Бензиновые двигатели намного ближе к соотношению 1: 1. Причина, по которой дизельные двигатели вырабатывают такой большой крутящий момент, связана с тремя ключевыми факторами: 1) наддув, создаваемый турбонагнетателем, 2) ход поршня и 3) давление в цилиндре.

В настоящее время серийные дизельные двигатели получают давление от 25 до 35 фунтов на квадратный дюйм прямо с завода. Для сравнения, наддув в 10 фунтов на квадратный дюйм часто считается чрезмерным для бензиновых двигателей. Лучшее в использовании сжатого всасываемого воздуха (то есть наддува) в дизельном двигателе состоит в том, что он снижает насосные потери двигателя на такте впуска и увеличивает давление в цилиндре на рабочем такте (сгорание).

Коленчатые валы с длинным ходом всегда способствовали созданию крутящего момента, будь то бензиновый или дизельный двигатель.Но почему? Посмотрите на это, как будто вы используете длинный гаечный ключ, чтобы ослабить очень тугой болт, а не более короткий гаечный ключ, который не мог справиться с работой с самого начала. Вы можете применить больший крутящий момент с большим рычагом, верно? Конечно вы можете. В длинноходном двигателе шатун может использовать большее усилие при повороте коленчатого вала (в то время как поршень опускается во время рабочего хода): следовательно, больший крутящий момент.

Как вы уже могли догадаться, давление в цилиндре, создающее крутящий момент, создается во время рабочего хода.Увеличение времени впрыска, которое происходит в цилиндре с более ранним началом впрыска (SOI), эффективно создает большее давление в верхней части поршня. Чем больше давление создается в верхней части поршня, тем создается больший крутящий момент.

Перестроен

Чрезвычайное давление в цилиндре, длинный ход и высокий уровень наддува не только объясняют, почему дизели создают крутящий момент, но и объясняют, почему дизельные электростанции построены с использованием таких сверхпрочных компонентов. Чтобы противостоять огромным нагрузкам, которым они подвергаются, производители используют такие вещи, как чугунные блоки с глубокой юбкой (и даже чугун с уплотненным графитом), коленчатые валы и шатуны из кованой стали и обычно используют головки цилиндров с минимум 6 болтами на цилиндр.Цельностальные поршни пользуются успехом даже в тяжелой промышленности и в двигателях класса 8. В целях долговечности дизельные двигатели имеют надстройку. В дизелях малого рабочего объема нередко можно найти заводскую штриховку, которая все еще присутствует на цилиндрах после 300 000 миль использования. И это нормально для внедорожного двигателя класса 8 — проехать от 750 000 до 1 000 000 миль между капитальными ремонтами.

Дизель никуда не денется

Метод сгорания, впрыска топлива и зажигания, используемый в дизельном двигателе, определенно отличает его от его бензинового аналога.Преимущество дизельного топлива по сравнению с бензиновыми электростанциями — вот что выдвинуло его на передний план в сегодняшних разговорах об экономии топлива. В связи с быстрым приближением стандартов CAFE (средняя корпоративная экономия топлива), шумом вокруг гибридных автомобилей, кажущихся плоскими, и электромобилей, не обеспечивающих достаточный запас хода, в ближайшие годы больше производителей обратятся к дизельным электростанциям, чем когда-либо прежде. Будьте уверены, дизельные двигатели не только здесь, чтобы остаться — они вполне могут быть двигателем будущего.

Источники:

Diesel Power Magazine
Апрельский выпуск 2009 г., стр. 50

The Diesel Forum (данные R.L. Polk)
http://www.dieselforum.org/resources/top-10-states-of-diesel-drivers

TTS Power Systems (начало впрыска)

Книга: « Современные дизельные технологии: Дизельные двигатели »
Автор: Шон Беннет

Как это работает: дизельные двигатели
http://www. dieselpowermag.com/tech/1208dp_how_it_works_diesel_engines/

Дизельные двигатели

Ханну Яэскеляйнен, Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Дизельный двигатель, изобретенный в конце 19 годов доктором Рудольфом Дизелем, является наиболее энергоэффективной силовой установкой среди всех типов двигателей внутреннего сгорания, известных сегодня. Такой высокий КПД приводит к хорошей экономии топлива и низким выбросам парниковых газов.Другие характеристики дизельного топлива, которые не были сопоставлены с конкурирующими машинами для преобразования энергии, включают долговечность, надежность и топливную безопасность. К недостаткам дизелей можно отнести шум, низкую удельную мощность, выбросы NOx и PM и высокую стоимость.

Что такое дизельный двигатель?

В большинстве современных дизельных двигателей используется обычное расположение цилиндров и поршней, приводимое в действие кривошипно-шатунным механизмом, общим для других двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель. Учитывая этот базовый механизм, разница между базовой конструкцией дизельного и бензинового двигателей очень небольшая.

Концептуально дизельные двигатели работают за счет сжатия воздуха до высокого давления / температуры и затем впрыскивания небольшого количества топлива в этот горячий сжатый воздух. Высокая температура вызывает испарение небольшого количества сильно распыленного впрыскиваемого топлива. Смешиваясь с горячим окружающим воздухом в камере сгорания, испаренное топливо достигает температуры самовоспламенения и сгорает, высвобождая энергию, которая хранится в этом топливе [391] .

Определение дизельного двигателя менялось с годами.Например, в начале 20^-го -го века было проведено различие между «настоящим дизельным двигателем» и тем, который разделял некоторые аспекты дизельного цикла, но не охватывал все аспекты, которые считались частью дизельного цикла, как тогда предполагалось. . Одно из первых определений «настоящего дизельного двигателя» — это двигатель, имеющий следующие характеристики [2959] :

1. Сжатие, достаточное для получения температуры, необходимой для самовозгорания топлива.
2. Впрыск топлива струей сжатого воздуха.
3. Максимальное давление цикла (достигнутое при сгорании), не намного превышающее давление сжатия, т. Е. Отсутствие выраженного взрывного действия.

Хотя первый пункт вышеуказанных характеристик соответствует современному дизельному двигателю, последние два нет. В течение 1920-х и 1930-х годов две другие характеристики утратили свое значение.

Инжектор твердого топлива начал появляться примерно в 1910 году, но только в конце 1920-х годов он начал быстро получать признание.Интересно отметить, что сам Дизель выбрал нагнетание воздушной струи скорее по необходимости, чем по выбору. Дизель предполагал топливную систему с твердым впрыском, а не воздушную струю.

Дизель довольно строго придерживался принципа сгорания при постоянном давлении, пункт 3. Это, однако, было возможно только в больших относительно медленных дизельных двигателях, которые были распространены до 1920-х годов. В более мелких высокоскоростных двигателях, появившихся в 1920-х годах, практические соображения означали, что сгорание было ближе к процессу постоянного объема, как в цикле Отто, а не к постоянному давлению, как в цикле Дизеля.

Краткий обзор ранней истории дизельного двигателя обсуждается в другом месте.

###

границ | Преимущества и недостатки дизельных одно- и двухтопливных двигателей

Введение

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

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

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

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

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

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

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

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

Происхождение плохой репутации дизеля

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки двигателя CIDI с экономным расходом топлива

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

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

Эффективность преобразования топлива

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

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

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

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

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

Лабораторные испытания выбросов

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

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

Выбросы от вождения в реальном мире

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

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

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

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

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

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

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

PM Преимущества дизельных автомобилей

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

Экологический табачный дым (ETS) вызывает загрязнение помещений мелкими ТЧ, превышающее допустимые пределы для транспортных средств. Данные, сравнивающие выбросы ТЧ от ETS и автомобиля с дизельным двигателем Euro 3, показывают, что концентрации ТЧ в помещении в 10 раз превышают те, которые выбрасываются от двигателя с дизельным двигателем Euro 3 на холостом ходу (Invernizzi et al. , 2004). Пределы PM были радикально улучшены для Euro 4, 5 и 6, а если быть точным, то в 10 раз.Исследование Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Martuzzi et al., 2006) показывает значительное воздействие ТЧ ₁₀ на здоровье городского населения 13 крупных итальянских городов, которое, по оценкам, составляет 8220 смертей в год, что связано с концентрациями ТЧ ₁₀ выше 20 мкг / м. Это 9% смертности от всех причин (без учета несчастных случаев) среди населения старше 30 лет. Эти уровни PM ₁₀ не являются результатом использования новейших автомобилей с чистым дизельным двигателем.

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества двухтопливного дизельного топлива — СПГ / СНГ / КПГ

Современные технологии

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

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

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

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

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

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

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

Технологии будущего

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

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

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

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

Режим горения DI ₂ также исследован в Neely et al. (2017). Природный газ впрыскивается во время такта сжатия до зажигания впрыска дизельного топлива. Показано, что такое сгорание природного газа с частичной предварительной смесью улучшает как тепловую эффективность, так и эффективность сгорания по сравнению с традиционным режимом двухтопливного сгорания с фумигацией. Сгорание природного газа с частичной предварительной смесью также обеспечивает повышение теплового КПД по сравнению со сгоранием с регулируемой диффузией по базовой линии, когда впрыск природного газа происходит после впрыска дизельного топлива.

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

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

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

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

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

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

Альтернатива электрической мобильности все еще преждевременна

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

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

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

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

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

Обсуждение и выводы

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

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

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

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

Авторские взносы

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

Конфликт интересов

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

Список литературы

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашок Б. , Ашок С. Д. и Кумар К. Р. (2015). Дизельный двухтопливный двигатель LPG — критический обзор. Александр. Англ. J. 54, 105–126. DOI: 10.1016 / j.aej.2015.03.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бароне Т. Л., Стори Дж. М. и Доминго Н. (2010). Анализ характеристик отработанного дизельного сажевого фильтра: выбросы твердых частиц до, во время и после регенерации. J. Управление отходами воздуха. Доц. 60, 968–976. DOI: 10.3155 / 1047-3289.60.8.968

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011a). Дизельный и HCCI-подобный режим работы двигателя грузового автомобиля, преобразованного на водород. Внутр. J. Hydr. Energy 36, 15382–15391. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.09.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011b). Достижения в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия водорода. Внутр. J. Hydr. Энергия 36, 12601–12606. DOI: 10. 1016 / j.ijhydene.2011.06.148

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011c). Преимущества прямого впрыска дизельного топлива и водорода в двухтопливном h3ICE. Внутр. J. Hydr. Energy 36, 9312–9317. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.05.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2013). Рассматриваются новейшие концепции систем сжигания и утилизации отработанного тепла для водородных двигателей. Внутр. J. Hydr. Энергетика 38, 3802–3807. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2013.01.112

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2017). Будущее двигателей внутреннего сгорания после «Diesel-Gate. Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2017-28-1933. DOI: 10.4271 / 2017-28-1933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2018). Анализ жизненного цикла Сравнение мобильности на основе электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания .Варрендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE 2018-28-0037. DOI: 10.4271 / 2018-28-0037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти, А., Кастеллетто, С. (2018). «Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском и супер-турбонаддувом», в Труды Всемирной автомобильной конференции FISITA, 2–5> ОКТЯБРЬ 2018, (Ченнаи).

Google Scholar

Боретти, А., Лаппас, П. (2019). Комплексные независимые лабораторные тесты для подтверждения экономии топлива и выбросов в реальных условиях вождения. Adv. Technol. Innovat. 4, 59–72.

Google Scholar

Боретти А., Ордис А. (2018). Супер-турбонаддув двухтопливного дизельного двигателя с системой зажигания . Технический документ SAE 2018-28-0036. DOI: 10.4271 / 2018-28-0036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Burtscher, Х. (2005). Физические характеристики выбросов твердых частиц из дизельных двигателей: обзор. J. Аэрозоль. Sci. 36, 896–932. DOI: 10.1016 / j.jaerosci.2004.12.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Камузо, Дж. Р., Альварес, Р. А., Брукс, С. А., Браун, Дж. Б., и Стернер, Т. (2015). Влияние выбросов метана и эффективности транспортных средств на климатические последствия использования большегрузных автомобилей, работающих на природном газе. Environ. Sci. Technol. 49, 6402–6410. DOI: 10.1021 / acs.est.5b00412

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шоссьер, Г. П., Малина, Р., Аллрогген, Ф., Истхэм, С. Д., Спет, Р. Л., и Баррет, С. Р. (2018). Атрибуция на уровне страны и производителя воздействия на качество воздуха из-за чрезмерных выбросов NOx от дизельных легковых автомобилей в Европе. Атмос. Environ. 189, 89–97. DOI: 10.1016 / j.atmosenv.2018.06.047

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крэбтри, Г. В., Дрессельхаус, М. С., и Бьюкенен, М. В. (2004). Водородная экономика. Phys. Сегодня 57, 39–44. DOI: 10.1063 / 1.1878333

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Энджерер, Х., и Хорн, М. (2010). Автомобили, работающие на природном газе: вариант для Европы. Энергетическая политика 38, 1017–1029. DOI: 10.1016 / j.enpol.2009.10.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Faghani, E., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017а). Влияние стратегий нагнетания на выбросы от пилотного двигателя прямого впрыска природного газа — Часть I: Поздний дополнительный впрыск . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-0774. DOI: 10.4271 / 2017-01-0774

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фагани, Э., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017b). Влияние стратегий впрыска на выбросы от экспериментального газового двигателя с прямым впрыском топлива — Часть II: Горение с небольшим предварительным смешиванием . Варрендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE 2017-01-0763. DOI: 10.4271 / 2017-01-0763

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фибиг М., Виарталла А., Холдербаум Б. и Кисоу С. (2014). Выбросы твердых частиц из дизельных двигателей: взаимосвязь между технологией двигателя и выбросами. J. Occup. Med. Toxicol. 9: 6. DOI: 10.1186 / 1745-6673-9-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Флореа Р., Нили Г., Абидин З. и Мива Дж. (2016). КПД и характеристики выбросов при сжигании с частичным смешиванием двух видов топлива путем совместного впрыска природного газа и дизельного топлива (DI2) . Warrendale, PA: SAE Paper 2016-01-0779. DOI: 10.4271 / 2016-01-0779

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейманн, Р., Ринглер, Дж., Зайферт, М., и Хорст, Т. (2012). Турбопарогонщик второго поколения. МТЗ В мире 73, 18–23. DOI: 10.1365 / s38313-012-0138-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейманн Р., Штробл В. и Обьегло А. (2008). Турбопарогенератор: система, представляющая принцип когенерации в автомобильной промышленности. МТЗ В мире 69, 20–27. DOI: 10.1007 / BF03226909

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гоуди, Д., Данн, М., Мунши, С. Р., Лайфорд-Пайк, Э., Райт, Дж., Дуггал, В. и др. (2004). Разработка сверхмощного пилотного двигателя с воспламенением от сжатия, работающего на природном газе, с низким уровнем выбросов NOx (№ 2004-01-2954) . Варрендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. DOI: 10.4271 / 2004-01-2954

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейвуд, Дж. Б. (1988). «Сжигание в двигателях с воспламенением от сжатия», в Internal Combustion Engine Fundamentals (New York, NY: McGraw-Hill), 522–562.

Google Scholar

Хироясу Х. и Кадота Т. (1976). Модели сгорания и образования оксида азота и сажи в дизельных двигателях с прямым впрыском. SAE Trans. 85, 513–526. DOI: 10.4271 / 760129

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Invernizzi, G., Ruprecht, A., Mazza, R., Rossetti, E., Sasco, A., Nardini, S., et al. (2004). Твердые частицы табака по сравнению с выхлопными газами дизельных автомобилей: образовательная перспектива. Tobacco Control 13, 219–221.DOI: 10.1136 / tc.2003.005975

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаффе, С. (2017). Уязвимые звенья в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. Джоуль 1, 225–228. DOI: 10.1016 / j.joule.2017.09.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзянь Д., Сяохун Г., Гешэн Л. и Синьтан З. (2001). Исследование двухтопливных двигателей дизель-СНГ (№ 2001-01-3679) . Варрендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE. DOI: 10.4271 / 2001-01-3679

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, Т.В. (2009). Обзор выбросов дизельного топлива и контроль. Внутр. J. Eng. Res. 10, 275–285. DOI: 10.1243 / 14680874JER04009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Катурия В. (2004). Воздействие КПГ на загрязнение автотранспортом в Дели: примечание. Транспорт. Res. Часть Д. 9, 409–417. DOI: 10.1016 / j.trd.2004.05.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайр, М. К., Маевски, В. А. (2006). Выбросы дизельного топлива и их контроль (Vol.303). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / R-303

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кнехт, В. (2008). Разработка дизельного двигателя с учетом пониженных стандартов выбросов. Energy 33, 264–271. DOI: 10.1016 / j.energy.2007.10.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, С., Квон, Х. Т., Чой, К. Х., Лим, В., Чо, Дж. Х., Так, К. и др. (2011). СПГ: экологически чистое криогенное топливо для устойчивого развития. Прил. Energy 88, 4264–4273. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2011.06.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафлин М. и Бернхэм А. (2016). Пример : региональные транспортные средства для перевозки природного газа (№ DOE / CHO-AC02-06Ch21357-1603). Аргонн, Иллинойс; Колумбия, Мэриленд: Энергетика; Аргоннская национальная лаборатория.

Google Scholar

Ли, Г., Уэллетт, П., Думитреску, С., и Хилл, П. Г. (1999). Исследование оптимизации прямого впрыска природного газа с пилотным зажиганием в дизельные двигатели .Warrendale, PA: SAE Paper 1999-01-3556. DOI: 10.4271 / 1999-01-3556

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линь В., Чжан Н. и Гу А. (2010). СПГ (сжиженный природный газ): необходимая часть будущей энергетической инфраструктуры Китая. Energy 35, 4383–4391. DOI: 10.1016 / j.energy.2009.04.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mabson, C., Faghani, E., Kheirkhah, P., Kirchen, P., et al. (2016). Сгорание и выбросы парных сопел в газовом двигателе с пилотным зажиганием и прямым впрыском .Warrendale, PA: SAE Paper 2016-01-0807. DOI: 10.4271 / 2016-01-0807

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маджи С., Пал А. и Арора Б. Б. (2008). Использование КПГ и дизельного топлива в двигателях CI в двухтопливном режиме (№ 2008-28-0072). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2008-28-0072

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марбан Г. и Вальдес-Солис Т. (2007). К водородной экономике? Внутр. J. Hydr. Energy 32, 1625–1637.DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2006.12.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марик, М. М. (2007). Химическая характеристика выбросов твердых частиц из дизельных двигателей: обзор. J. Аэрозоль. Sci. 38, 1079–1118. DOI: 10.1016 / j.jaerosci.2007.08.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартуцци М., Митис Ф., Иавароне И. и Серинелли М. (2006). Воздействие ТЧ10 и озона на здоровье в 13 городах Италии . Европейское региональное бюро ВОЗ.

Google Scholar

McKone, T. E., Nazaroff, W. W., Berck, P., Auffhammer, M., Lipman, T., Torn, M. S., et al. (2011). Основные задачи оценки жизненного цикла биотоплива. Environ. Sci. Technol. 45, 1751–1756. DOI: 10.1021 / es103579c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

McTaggart-Cowan, G., Mann, K., Huang, J., Singh, A., et al. (2015). Прямой впрыск природного газа под давлением до 600 бар в двигатель большой мощности с пилотным зажиганием. SAE Int. J. Eng. 8, 981–996. DOI: 10.4271 / 2015-01-0865

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мор М., Форсс А. М. и Леманн У. (2006). Выбросы твердых частиц от дизельных легковых автомобилей, оборудованных уловителем твердых частиц, по сравнению с другими технологиями. Environ. Sci. Technol. 40, 2375–2383. DOI: 10.1021 / es051440z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Молленхауэр К. и Чёке Х. (ред.). (2010). Справочник по дизельным двигателям, Vol. 1. Берлин: Springer. DOI: 10.1007 / 978-3-540-89083-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мамфорд Д., Гоуди Д. и Сондерс Дж. (2017). Возможности и проблемы HPDI . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-1928. DOI: 10.4271 / 2017-01-1928

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мурадов Н. З., Везироглу Т. Н. (2005). От углеводородной к водородно-углеродной к водородной экономике. Внутр.J. Hydr. Энергия 30, 225–237. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2004.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Макки, М., и Мулиджн, Дж. А. (1996). Контроль выбросов твердых частиц дизельного топлива. Топливный процесс. Technol. 47, 1–69. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (96) 01002-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Нийхейс, Т. Х., Смакман, Э., Макки, М., и Мулиджн, Дж. А. (1997). Кинетика окисления дизельной сажи. Топливо 76, 1129–1136. DOI: 10.1016 / S0016-2361 (97) 00119-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нили, Г., Флореа, Р., Мива, Дж., И Абидин, З. (2017). Эффективность и характеристики выбросов при сжигании двух видов топлива с частичной предварительной смесью путем совместного прямого впрыска ПГ и дизельного топлива (DI2) — Часть 2 . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-0766. DOI: 10.4271 / 2017-01-0766

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Осорио-Техада, Дж., Ллера, Э., и Скарпеллини, С. (2015). СПГ: альтернативное топливо для грузовых автомобильных перевозок в Европе. WIT Trans. Встроенная среда. 168, 235–246. DOI: 10.2495 / SD150211

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк Т., Тенг Х., Хантер Г. Л., ван дер Велде Б. и Клавер Дж. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла дизельных двигателей HD — экспериментальные результаты (№ 2011-01-1337). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2011-01-1337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэмсброк, Дж., Вилимек, Р., Вебер, Дж. (2013). «Изучение удовольствия от вождения на электромобиле — пилотные проекты BMW EV», Международная конференция по взаимодействию человека и компьютера (Берлин; Гейдельберг: Springer), 621–630. DOI: 10.1007 / 978-3-642-39262-7_70

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Решитоглу И. А., Алтинишик К. и Кескин А. (2015). Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и систем нейтрализации выхлопных газов. Clean Technol. Environm. Политика 17, 15–27.DOI: 10.1007 / s10098-014-0793-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рю, К. (2013). Влияние времени предварительного впрыска на характеристики сгорания и выбросов в дизельном двигателе, использующем биодизельное топливо и КПГ. Прил. Энергия 111, 721–730. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2013.05.046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саракко, Г., Руссо, Н., Амброджио, М., Бадини, К., и Спеккиа, В. (2000). Снижение выбросов твердых частиц дизельного топлива с помощью каталитических ловушек. Catal. Сегодня , 60, 33–41. DOI: 10.1016 / S0920-5861 (00) 00314-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шиппер Л., Мари-Лиллиу К. и Фултон Л. (2002). Дизели в Европе: анализ характеристик, моделей использования, экономии энергии и последствий выбросов CO2. J. Transp. Экон. Политика 36, 305–340.

Google Scholar

Шах, А., Типсе, С. С., Тьяги, А., Райрикар, С. Д., Кавтекар, К. П., Марате, Н. В. и др. (2011). Обзор литературы и моделирование двухтопливных дизельных двигателей, работающих на КПГ (№ 2011-26-0001). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2011-26-0001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши Л., Шу Г., Тиан Х. и Дэн С. (2018). Обзор модифицированных органических циклов Ренкина (ORC) для рекуперации отработанного тепла двигателей внутреннего сгорания (ICE-WHR). Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 92, 95–110. DOI: 10.1016 / j.rser.2018.04.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, О.I. (1981). Основы образования сажи в пламени применительно к выбросам твердых частиц дизельных двигателей. Прог. Энергия сгорания. Sci. 7, 275–291. DOI: 10.1016 / 0360-1285 (81)
-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H. , Klaver, J., Park, T., Hunter, G. L., and van der Velde, B. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла дизельных двигателей высокого давления — разработка системы WHR (№ 2011-01-0311) . Варрендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE.DOI: 10.4271 / 2011-01-0311

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H., and Regner, G. (2009). Повышение экономии топлива для дизельных двигателей HD с циклом Ренкина, управляемым за счет отвода тепла охладителя EGR (№ 2009-01-2913). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2009-01-2913

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H., Regner, G., and Cowland, C. (2007). Рекуперация отходящего тепла дизельных двигателей большой мощности с помощью органического цикла Ренкина, часть I: гибридная энергетическая система дизельного двигателя и двигателя Ренкина (No.2007-01-0537). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2007-01-0537

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Т. , Чжан Ю., Чжан Дж., Пэн З. и Шу Г. (2014). Сравнение преимуществ системы и термоэкономики для рекуперации энергии выхлопных газов, применяемых в тяжелых дизельных двигателях и бензиновых двигателях легких транспортных средств. Energy Conv. Управлять. 84, 97–107. DOI: 10.1016 / j.enconman.2014.04.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

А, С.(2007). Эмпирический анализ внедрения транспортных средств на альтернативном топливе: на примере транспортных средств, работающих на природном газе. Энергетическая политика 35, 5865–5875. DOI: 10.1016 / j.enpol.2007.06.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., Г., Шу, Г., Тиан, Х., Хо, Ю., и Чжу, В. (2016). Экспериментальные исследования каскадной системы парового / органического цикла Ренкина (RC / ORC) для рекуперации отработанного тепла (WHR) дизельного двигателя. Energy Conv. Управлять. 129, 43–51. DOI: 10.1016 / j.enconman.2016.10.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зервас, Э. , Пулопулос, С., и Филиппопулос, К. (2006). CO ₂ изменение выбросов в результате внедрения дизельных легковых автомобилей: пример Греции. Energy 31, 2915–2925. DOI: 10.1016 / j.energy.2005.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, Х., (ред.). (2009). Передовые технологии и разработки двигателей внутреннего сгорания с прямым впрыском: дизельные двигатели .Кембридж: издательство Woodhead Publishing.

Google Scholar

Зачем нужно дизельное топливо? Достоинства и преимущества

Цена на дизельное топливо умеренно выше, чем на бензин, но дизельное топливо имеет более высокую удельную энергию, т. е.е. Из дизельного топлива можно извлечь больше энергии по сравнению с тем же объемом бензина. Таким образом, дизельные двигатели в автомобилях обеспечивают больший пробег, что делает их очевидным выбором для перевозки тяжелых грузов и оборудования. Дизель тяжелее и жирнее бензина, а его температура кипения выше, чем у воды. А дизельные двигатели привлекают к себе все большее внимание благодаря более высокой эффективности и экономической эффективности.

Различие заключается в типе зажигания. В то время как бензиновые двигатели работают с искровым зажиганием, дизельные двигатели используют воспламенение от сжатия для воспламенения топлива.В последнем случае воздух втягивается в двигатель и подвергается сильному сжатию, которое нагревает его.

Это приводит к очень высокой температуре в двигателе, намного превышающей температуру, достигаемую в бензиновом двигателе. При пиковой температуре и давлении дизельное топливо, попадающее в двигатель, воспламеняется из-за экстремальной температуры.

В дизельном двигателе воздух и топливо вводятся в двигатель на разных стадиях, в отличие от газового двигателя, где вводится смесь воздуха и газа.Топливо впрыскивается в дизельный двигатель с помощью инжектора, тогда как в бензиновом двигателе для этой цели используется карбюратор. В бензиновом двигателе топливо и воздух вместе направляются в двигатель, а затем сжимаются. Смесь воздуха и топлива ограничивает сжатие топлива и, следовательно, общую эффективность.

Дизельный двигатель сжимает только воздух, и коэффициент может быть намного выше. В дизельном двигателе степень сжатия составляет от 14: 1 до 25: 1, тогда как в бензиновом двигателе степень сжатия составляет от 8: 1 до 12: 1.После сгорания побочные продукты сгорания удаляются из двигателя через выхлоп.

Для запуска в холодное время года дополнительное тепло подается через свечи накаливания. Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными и выбираются в зависимости от режима работы. Двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением — это варианты, которые следует выбирать соответственно. Предпочтительно использовать генератор с жидкостным охлаждением, так как он тих в работе и имеет равномерно регулируемую температуру.

• Современные дизельные двигатели лишены недостатков более ранних моделей — более высокого уровня шума и затрат на техническое обслуживание.Теперь они тихие и требуют меньшего обслуживания по сравнению с газовыми двигателями аналогичного размера
.
• Они более прочные и надежные
• Нет искры, так как топливо самовоспламеняется. Отсутствие свечей зажигания или искровых проводов снижает затраты на техническое обслуживание
• Стоимость топлива на произведенный киловатт на 30–50 процентов ниже, чем у газовых двигателей
• Дизельный агрегат с водяным охлаждением 1800 об / мин проработает от 12 000 до 30 000 часов, прежде чем потребуется какое-либо капитальное обслуживание. Газовая установка с водяным охлаждением на 1800 об / мин обычно работает в течение 6000-10 000 часов, прежде чем ей потребуется обслуживание
• Газовые агрегаты горят сильнее, чем дизельные агрегаты, и, следовательно, они имеют значительно меньший срок службы по сравнению с дизельными агрегатами

Промышленные дизельные двигатели и дизельные генераторы используются в строительстве, судостроении, горнодобывающей промышленности, больницах, лесном хозяйстве, телекоммуникациях, метро и сельском хозяйстве, и это лишь некоторые из них. Производство электроэнергии для основного или резервного резервного питания является основным применением сегодняшних дизельных генераторов. Ознакомьтесь с нашей статьей о различных типах двигателей и генераторов и их общих применениях, чтобы увидеть больше примеров.

Доступны в различных спецификациях и размерах. Дизель-генераторные установки мощностью 5-30 кВт обычно используются в простых домашних и личных применениях, например, в транспортных средствах для отдыха.Промышленные приложения охватывают более широкий спектр номинальной мощности (от 30 кВт до 6 мегаватт) и используются во многих отраслях промышленности по всему миру. Для домашнего использования достаточно однофазных электрогенераторов. Трехфазные генераторы в основном используются в промышленных целях.

Дизельный двигатель — Scientific American

ЛЮБОЙ, кто видел в работе большой судовой двигатель тройного расширения, был впечатлен механической красотой этой машины.Легкий и мощный, но простой в управлении, со сложной конструкцией, но простой в механическом отношении, кажется, что этот тип двигателя наконец-то достиг совершенства. И все же сегодня он готов быть заменен новым типом двигателя и движущей силы; движущая сила, которую еще несколько лет назад в значительной степени высмеивали за ее ненадежность. Газовый двигатель завоевывает землю, покорил воздух и теперь начинает завоевывать море. Все двигатели внутреннего сгорания подразделяются на два основных класса: те, в которых сгорание происходит при постоянном объеме, и те, в которых сгорание происходит при постоянном давлении; первый известен как тип Отто, а второй — как тип Брайтона или Дизеля. Чтобы сделать разницу между этими двумя типами более ясной, будет хорошо проследить цикл операций в каждом случае. В четырехтактном двигателе Отто поршень на первом такте вниз всасывает горючую смесь. Затем происходит ход вверх, сжимая заряд до давления, ограниченного температурой воспламенения используемого заряда. Обычно это от 60 до 120 фунтов на дюйм; в верхней части этого хода заряд воспламеняется, и поршень опускается под давлением, создаваемым взрывом заряда.Затем следует четвертый удар; поршень поднимается и продукты выхлопа выходят через открытый выпускной клапан. В дизельном цикле первый ход поршня втягивает чистый воздух в цилиндр; затем поршень поднимается, сжимая воздух до давления 500 или 600 фунтов на квадратный дюйм и тем самым повышая его температуру примерно до 500 градусов. C. Это высокое давление достигается за счет очень малого зазора. В верхней части такта сжатия масляный клапан в головке цилиндров открывается, и масло нагнетается в цилиндр в виде тонкой струи.Он сразу же воспламеняется от сильно нагретого воздуха и продолжает гореть до тех пор, пока масло не прекратится примерно на одной четверти или одной трети хода поршня вниз. Расширение следует до конца хода, а затем происходит четвертый ход, как в цикле Отто. В двухтактных двигателях любого класса поршень открывает отверстия в конце своего движения вниз, продукты выхлопа выходят через один набор отверстий, а новый заряд вдувается в цилиндр под небольшим давлением через другие отверстия.Заряд, конечно, состоит из горючей смеси в двигателе Отто и воздуха в дизельном двигателе. Затем следуют сжатие и рабочий ход, как в случае четырехтактного двигателя. Сразу отметим три пункта превосходства Дизельного двигателя над двигателем Отто. Первый из них заключается в том, что в дизельном двигателе нет воспламенителя, и поэтому проблемы с зажиганием возникнуть не могут. Также не возникнет проблем с предварительным зажиганием, так как во время хода поршня вверх в цилиндре нет топлива.Второй момент — это отсутствие проблем с карбюратором или смесью. В двигателе типа Отто всегда присутствует различное количество продуктов выхлопа, присутствующих в смеси на разных скоростях, что требует точного регулирования подачи топлива. В дизельном двигателе скорость и мощность двигателя полностью регулируются путем регулирования точки рабочего хода, в которой прекращается подача топлива. Последним моментом в пользу дизельного двигателя является тот факт, что изменение давления не является резким, как в случае с двигателем Отто, а постепенно увеличивается во время такта сжатия, достигая максимума в конце такта, а затем остается примерно постоянным, пока не произойдет отключение подачи топлива.Цилиндры дизельного двигателя малопроходные с большим ходом. . Поршни должны быть хорошо подогнаны, чтобы сохранять высокую степень сжатия. Иногда для этого используют до десяти поршневых колец. В дизельном двигателе можно использовать различные виды топлива, от самых легких углеводородов до самых тяжелых нефтей. Поскольку топливо должно быть полностью распылено на входе в цилиндр, мы находим множество различных типов клапанов для различных марок масла. Однако клапаны делятся на два основных класса: Используемые.топливного насоса для нагнетания топлива в цилиндр и насосов, которые используют сжатый воздух для его вдувания. Клапаны первого типа содержат небольшой проход через головку цилиндра с игольчатым клапаном для регулировки форсунки или распылителя, который открывается в цилиндр. Топливо подается в этот распылительный клапан с помощью небольшого плунжерного насоса одностороннего действия под давлением 750 фунтов на квадратный дюйм, причем длина хода плунжера насоса обычно регулируется, чтобы обеспечить время подачи топлива на работу. двигателя.Впускной клапан сжатого воздуха для подачи топлива используется более широко, чем только что описанный тип. Этот клапан обычно состоит из полой пробки в головке блока цилиндров двигателя и содержит открывающийся внутрь обратный клапан на внутреннем конце. Отверстие в центре этой пробки принимает заряд масла под давлением в несколько фунтов во время такта сжатия двигателя, а затем воздух под высоким давлением 750 фунтов попадает в пробку с камерой, и масло вдувается в цилиндр двигателя. двигатель в виде штрафа Инжир.I Реверсивная передача зависит от изменения положения кулачков относительно коленчатого вала. спрей. Клапан этого типа, конечно, требует использования отдельного воздушного компрессора, но он обычно необходим в любом случае для подачи сжатого воздуха для запуска двигателя. Для запуска двигателя сжатым воздухом имеется вспомогательный впускной клапан для пускового воздуха, который приводится в действие кулачком на распределительном валу и пропускает воздух под высоким давлением на участке рабочего хода двигателя, таким образом, он работает как обычный воздушный двигатель.Как только двигатель набирает обороты, воздушные клапаны выходят из строя путем снятия коромысел с кулачков или другим эквивалентным методом, и двигатель возобновляет свой обычный цикл. Помимо того, что он оборудован самозапускаемым устройством, дизельный двигатель двигатель также должен быть реверсивным при использовании в морских целях. В случае низкого Рис. 2.— Реверсирование с помощью двух комплектов кулачков, по одному на каждое направление вращения. Для мощных и малых двигателей можно использовать либо муфту заднего хода, либо реверсивный винт, но такая практика невозможна для двигателей мощностью в тысячу лошадиных сил и более. На практике используются два метода реверсирования судовых двигателей. Первый — изменить угловое положение кулачков по отношению к коленчатому валу и друг к другу. На рис. 1 показан небольшой судовой дизельный двигатель, использующий этот метод реверсирования. Этот двигатель обладает очень необычными характеристиками в отношении запуска. Он двухтактный, с выпускными отверстиями, управляемыми поршнем, и имеет цилиндр сжатия воздуха для каждого цилиндра двигателя. Для запуска сжатый воздух из воздушных резервуаров поступает в цилиндры насоса, которые приводят в движение двигатель, пока он не возобновит свой цикл.В этом двигателе используются два отдельных распределительных вала, один из которых управляет масляными клапанами, а другой — насосами. «Регулировка вала производится с помощью скользящих спиральных шестерен, которые приводят в движение распредвалы. Эти скользящие спиральные шестерни управляются более длинным рычагом на левой стороне двигателя. Короткий рычаг управляет пусковым воздухом. Другой метод — использовать два набора кулачков, по одному для каждого направления вращения. Эти кулачки иногда размещаются на одном и том же кулачковом валу, который регулируется в продольном направлении под подъемниками. В модификации используются два кулачковых вала: один впереди, а другой сзади.Эти валы можно поворачивать под толкатели клапана. Такое расположение показано на рис.2. Реверсивный механизм для двухтактных двигателей не так сложен, как для четырехтактных, единственный необходимый клапанный механизм — это пусковой и топливный клапаны. Вероятно, одна из особенностей дизельного двигателя, которая больше всего побуждает его использовать в морской сфере, — это его эффективность. Были проведены испытания больших двигателей этого типа, которые показали почти замечательные цифры 0.38 фунтов топлива израсходовано на тормозную мощность в час. Это для сырой нефти. Используемые в настоящее время судовые двигатели этого типа в среднем расходуют от 0,40 до 0044 фунта топлива на тормозную мощность в час при работе с полной нагрузкой. Когда мы сравниваем эти цифры с показателями лучших судовых двигателей тройного расширения, которые сжигают 1,46 фунта угля за час мощности тормозной системы, мы сразу же видим огромное преимущество дизельного двигателя. Выражаясь круглыми цифрами, дизельный двигатель на 100 тоннах топлива будет вести корабль так же быстро и так же далеко, как паровой двигатель на 350 тоннах угля.Кроме того, жидкое топливо может храниться в баках, размещенных на двойном дне корабля; Таким образом, пространство, ранее занимаемое котлами и угольными бункерами, уступает место пассажирам и грузовым помещениям. Таким образом увеличивается доходность корабля; Машинное отделение, необходимое для нефтяного двигателя, примерно такое же, как машинное отделение, необходимое для оборудования парового двигателя. Принадлежности, необходимые для дизельного двигателя, занимают примерно столько же места, что и конденсатор и насосы парового двигателя. Судовой нефтяной двигатель строится в соответствии со стандартными принципами, установленными практикой паровых двигателей; все крупные масляные двигатели, построенные до сих пор, имеют короткий поршень, плоские направляющие и крестовину с обычной открытой конструкцией.Было заявлено, что использование ствольного поршня является плохой практикой из-за небольшого продольного перемещения коленчатого вала из-за износа упорных подшипников. С плоскими направляющими этот небольшой люфт не будет иметь значения, а открытая конструкция также облегчает осмотр. Воздушный насос для подачи воздуха для запуска и для впрыска топлива обычно получается из трехступенчатого воздушного компрессора, который приводится в действие поперечными головками трех цилиндров, причем воздух охлаждается между ступенями компрессора.Циркуляционные насосы также приводятся в действие от главного двигателя; но вспомогательный воздушный компрессор и вспомогательные циркуляционные насосы, приводимые в действие меньшими масляными двигателями, предназначены для аварийных целей. Трюмные и пожарные насосы имеют либо электрический привод, либо привод от отдельного двигателя, а электрический ток для света и энергии вырабатывается генераторами с прямой связью, приводимыми в действие масляными двигателями. Масляные двигатели, используемые в настоящее время и строящиеся, включают как двух-, так и четырехтактные двигатели простого и двойного действия.У каждого типа есть много собственных хороших характеристик, и еще слишком рано говорить, что лучше; конструкция двухтактного двигателя двойного действия сложна, но количество цилиндров уменьшается для данной мощности. С другой стороны, в двигателе с восемью цилиндрами один цилиндр может не выходить из строя, не влияя в очень большой степени на мощность двигателя. Можно с уверенностью сказать, что разработка масляного двигателя в этой новой роли будет идти быстрыми темпами. С несколькими немецкими фирмами, строящими большие суда, оснащенные нефтяными двигателями, с сообщением о том, что Немецкое Адмиралтейство строит крейсер, который будет оснащен двумя шестицилиндровыми двигателями каждый по 6000 лошадиных сил, и с несколькими фирмами Глазго, строящими суда с аналогичным оборудованием, мы скоро увидим, как масляный двигатель прошел обширные испытания.7 октября 1911 г. 315 [Редакция не несет ответственности за высказывания, сделанные в колонке для корреспонденции. Анонимное общение не может рассматриваться, но имена корреспондентов при желании не разглашаются.] Возрождение торгового флота Редактору журнала Scientific American: Я пишу, чтобы выразить мою высокую оценку огромного интереса, который вы проявляете с 1 апреля к строительству американского торгового флота. Все, что публикуется на эту тему, будь то в ваших редакционных или корреспондентских колонках, с жадностью поглощается этим писателем, который в течение последних двенадцати лет провел специальное исследование судовых субсидий, почтовых субсидий, почтовых субсидий, льготных пошлин, бесплатных судов и любые другие меры, предлагаемые человеческой изобретательностью для восстановления той отрасли нашего торгового флота, которая занималась иностранной или глубоководной торговлей, до того гордого положения, которое она раньше занимала.Самая большая трудность при этом, по-видимому, состоит в том, чтобы заставить людей, живущих в глубине континента, вдали от побережья, проявить интерес или получить информацию по таким вопросам. Писатель желает вам удачи в работе, которую вы предлагаете выполнить. Джеймс Дж. Макбрайд. Кантон, мисс. Человек, который видел метеоритный поезд Редактору журнала Scientific American: Что касается письма на вашей странице 275 о «Поезде Метеора», я был одним из примерно десятка людей в Мамаронеке, штат Нью-Йорк, которые видели внешний вид в основном так, как описано г-ном.Пфарре. Филадельфия, Пенсильвания. Эдвард Т. Чайлд. Уроки летающей гонки Гордона Беннета. Редактору журнала Scientific American: Что касается вышеупомянутой темы в вашем номере от 19 августа, не позволите ли вы сделать несколько дополнительных замечаний в соответствии с мнением г-на Гровера Лёнинга по этому поводу? Ваш автор обращает особое внимание на трудности, с которыми сталкиваются такие талантливые сторонники, как Вейман и Леблан, при резком повороте у каждого пилона, и, с другой стороны, подчеркивает удобство, а также чудесный «крен», выполненный Огилви на «Бэби Райт».» Конечно, верно, что этот подвиг всегда затруднен с такой непропорциональной площадью поверхности в случае 60 квадратных футов поверхности обрезанного Блерио, но также точно1 то, что центробежная сила, создаваемая одним трактором -винт — фактор, который нельзя упускать из виду. Диаметр у Ньюпора составлял 7 футов, у Блерио — 8 & percnt; футов, в то время как двойные пропеллеры Райта 8 & percnt; футов каждый, причем последний, однако, вращается в противоположных направлениях и, таким образом, противодействует центробежному действию, усиленному в монопланах.Следовательно, Wright — или его аналог, моноплан со сдвоенными винтами — способен резко «крениться» при прохождении поворотов, что потребовало бы широких поворотов при использовании одновинтового типа или альтернативной потери устойчивости и катастрофы. Еще одним важным моментом для монопланов, приводимых в движение двумя винтами, является большая скорость, достижимая по сравнению с бипланом, управляемым аналогичным образом, и, кроме того, возможность преодолевать более сильный ветер — настоящее желание. Действительно необычно отметить в настоящий момент непрерывное повсеместное копирование патентной системы деформации Райтов, либо грубо имитирующее изгиб задних краевых концов в сочетании с ножным вертикальным рулем направления, либо виртуальное воспроизведение того же самого с помощью средства элеронов — системы, которая, хотя и скопирована с натуры, отнюдь не является самой мощной в управлении птицей поперечной устойчивостью.Этот идеальный летчик среди других методов демонстрирует нам, что, искривляя или, скорее, вдавливая внешнюю половину одного крыла и, соответственно, поднимая другую, он устраняет всякую опасность судебного разбирательства, посягая на патент Райта! Мистер Гровер Лоулинг в своей умной статье мог бы сослаться на подчеркивание необходимости моноплана с «переменной поверхностью», показанного гонкой Гордона Беннета. Принятие птичьего выигрыша позволит не только увеличить скорость, но и автоматически обеспечить естественную или естественную устойчивость при сильном ветре за счет гибкой конструкции в дополнение к этой насущной необходимости в переменной поверхности.Таким образом, уроки, продемонстрированные не только гонкой Гордона Беннета, но и ежедневными полетами по всему земному шару для производства и развития идеального механического летательного аппарата, можно кратко изложить в следующих требованиях: (1) Улучшение летательного аппарата автомобиль или фюзеляж в более тонкой форме Nieuport; (2) сдвоенные пропеллеры большого диаметра, чтобы, таким образом, задействовать больший объем воздуха или «дисковую площадь» и вращаться в противоположных направлениях, чтобы минимизировать чрезмерную центробежную силу; (3) построение основных плоскостей гибкими с малым изгибом, высоким удлинением и одинарной поверхностью; (4) превосходным боковым управлением, отличным от того, которое используется в биплане Райтов, и обеспечивается смещением основных лонжеронов к концам; (5) изменяемым всплытием главных самолетов или крыльев для обеспечения более высоких скоростей и восприимчивости к безопасному столкновению с более высокими скоростями ветра за счет такого уменьшения и увеличения площади опоры; (6) отказ от вертикального руля направления, действующего вместе с главными плоскостями для управления в горизонтальной плоскости; (7) необходимость компактного складывания крыльев у борта автомобиля, когда он не используется или спускается по воде; (8), а также средства увеличения или уменьшения угла падения основных плоскостей в соответствии с требованиями условий полета.Все вышеперечисленные существенные особенности отнюдь не невозможно воспроизвести в одной конструкции, и они определенно позволят моноплану подниматься и спускаться с воды и со временем перелетать через Атлантику. Лондон, Англия. Эдгар Э. Уилсон. Предлагаемый дроссель локомотива остановки безопасности Редактору журнала Scientific American: В отделе корреспонденции вашего номера от 19 августа на странице 167 я заметил статью Обри Д. Бейдельмана из Брейнтри, штат Массачусетс, озаглавленную: «Крушение железной дороги Бриджпорта.» В последнем абзаце своего сообщения он предлагает снабдить ручку дроссельной заслонки и тормозного клапана средствами для автоматического приведения их в положения, которые отключили бы пар и задействовали тормоза в случае выхода инженера из строя по любой причине. Процитируя его статью, «инженеру необходимо было бы оказать на них небольшое давление», чтобы предотвратить их действия таким образом. Он сомневается, что такое устройство будет неудобным.На мой взгляд, это было бы невыносимо. При движении по холмистой местности машинисту необходимо часто менять положение рычага заднего хода, что требует использования по крайней мере одной, а обычно и обеих рук. Иногда ему необходимо использовать инжектор на своей стороне двигателя из-за неспособности инжектора на стороне пожарного подавать в котел достаточное количество воды. Для машиниста нередко возникает необходимость заправить лубрикатор в дороге.Все это требует времени; и пока он ухаживал за ними, пар отключался, а тормоза приводились в действие, вызывая значительное и нежелательное снижение скорости. • В дополнение к своим физическим обязанностям он должен помнить о полученных им приказах, которые регулируют его движение по отношению к другим поездам, которые могут быть на дороге, их встречи и точки пересечения, а также то, в какое время у него есть заданная точка перед другим поездом. Это было бы чрезвычайно сложно для человека, находящегося под постоянным физическим напряжением, которое потребовалось бы для поддержания этих двух рычагов в рабочем положении, особенно в случае дроссельной заслонки, поскольку ему пришлось бы приложить значительную силу, чтобы удерживать ее в открытом положении относительно устройства, которое будет иметь любую ценность как механизм положительного закрытия.Условия, в которых сейчас работает машинист, нельзя назвать спокойными. Постоянно грохочут, как локомотив по сравнению с каретой едет так же легко, как телега с сеном по сравнению с лимузином. Если бы в дополнение к этому человек был вынужден поддерживать постоянное и неослабевающее давление в течение периода от трех до семи часов, средняя продолжительность пассажирского пробега, это было бы почти, если не совсем, за пределами человеческих возможностей. Лос-Анджелес, Оал. Дж. Б. Уэллс. Дополнительная энергия для орошения Новое совместное использование наших каналов.Редактору журнала Scientific American: Чтобы получить мощность, получаемую от водопадов, за удобную основу для расчета любой мощности берется высота в 10 футов. Один кубический фут воды, вес 62 & percnt; фунтов, падение с 10 футов дает 625 футов фунтов. Потребность в одной лошадиной силе, 33000 фунтов, разделенных на 625, дает 52,8 кубических футов, необходимых для одной теоретической лошадиных сил в минуту. Но поскольку КПД колес редко превышает 75 процентов, мы прибавляем треть к 52.8 или 70,4 кубических футов воды, чего достаточно, чтобы покрыть 844 квадратных футов, или одну пятьдесят секунд акра. Таким образом, количество воды, необходимое для производства одной лошадиной силы за 52 минуты, покрыло бы один акр на один дюйм глубиной, если бы ни одна из них не была потрачена впустую. Но поскольку отходы значительны, давайте предположим, что требуется два часа, чтобы покрыть один акр на один дюйм, или за десять часов вода, необходимая для производства одной лошадиной силы, покроет пять акров на глубину одного дюйма. Теперь, когда энергия может вырабатываться даже в небольших установках по цене не более 20 центов за каждую лошадиную силу в течение десяти часов, а в больших единицах — за гораздо меньшую плату, у нас есть один дюйм воды стоимостью четыре цента за акр, тогда как для некоторых культур она будет стоить в пятьдесят раз больше, а другие — намного больше, поскольку эта вода является теплой дождевой водой и намного превосходит воду из колодца для целей орошения.Принимая во внимание вышеприведенные утверждения, можем ли мы с уверенностью заключить, что наши каналы или, по крайней мере, их участки, которые находятся в выгодном месте, следует поддерживать для орошения, что, как объясняется ниже, также может немного снизить их ценность для энергии воды? Во многих случаях канал расположен так, что вся вода, которую нужно сэкономить, может естественным образом стекать на землю, в то время как в некоторых случаях может потребоваться траншея для следующего шлюза, чтобы вода была достаточно высокой. Я думаю, что очень благоприятные результаты некоторых небольших экспериментов по ирригации в нашей секции полностью оправдают наши ценные экспериментальные станции по исследованию имеющихся земель и в подготовке необходимой информации о подходящих культурах, удобрениях, перемешивании песка для облегчения тяжелых почв и т. Д.Это может позволить в полной мере реализовать значительный прирост урожая за счет орошения. Теперь, если энергетик, которому обычно не хватает энергии для производства или продажи электроэнергии, разместит свои водяные колеса и т. Д. Так, чтобы дать ему полную мощность падения, скажем, на лучшие шесть месяцев из год, и будет устанавливать двигатели, достаточные для выработки того же количества энергии, которое будет использоваться, когда воды недостаточно для всего необходимого, что, если для освещения будет меньше, когда вода наиболее низкая, он может иметь энергию воды для всех своих нужд в течение шести или более месяцев, и почти все остальное время часть воды, фактически большая ее часть.Там, где вода используется только в течение десяти часов для электричества, полив можно проводить ночью, как на Западе. Так что энергетик может оказаться в лучшем положении после оплаты первой стоимости установки двигателя, чем если бы он полностью зависел от гидроэнергии, поскольку он будет иметь не только увеличенную мощность, но и мощность, на которую можно полностью положиться. Я надеюсь, что вышеизложенное будет в некотором роде предложением, которое принесет пользу сообществу и государству при использовании его каналов. Дейтон, О.Дж. Х. Стивенс. Автоматическая устойчивость в самолетах — предложение Редактору журнала Scientific American: Вы позволите мне выразить. из вашей ценной бумаги мое мнение о возможном решении проблемы автоматической поперечной устойчивости летательных аппаратов? Многие устройства, разработанные и опробованные для поддержания автоматической стабильности, еще не достигли желаемого успеха. От появления такого устройства зависит весь дальнейший прогресс и коммерциализация аэронавигации.Мое собственное предложение может привести к возможному решению этой проблемы. Я описываю свою идею с целью побудить конструкторов летательных аппаратов экспериментировать в этом направлении. Мой автоматический боковой стабилизатор состоит из ласт, сделанных из легкого каркаса из дерева или металла, обтянутого подходящей тканью. Эти плавники шарнирно закреплены под поверхностью на крайних концах плоскости (выигрыш, наконечники) и могут качаться в обе стороны. При повороте внутрь такой плавник может перемещаться, пока не будет лежать ровно под поверхностью, но в направлении наружу. ремешок предотвращает обморок.раскачивается более чем на 45 градусов. Функцию устройства можно представить следующим образом: Когда самолет находится в движении и пока на него не действует сила, вызванная боковым ветром, киля будут удерживаться в вертикальном положении. Но когда ветер дует на самолет под углом к ​​направлению движения, плавник, ближайший к той стороне, с которой дует ветер, будет уложен под поверхность самолета. В то же время. Плавник на противоположной стороне поворачивается наружу под углом 45 градусов к плоскости и будет оказывать сопротивление, соответствующее естественному сопротивлению на наветренной стороне.Это расположение. по-видимому, хорошо работает, когда выполняются прямые полеты, и даже при повороте он, вероятно, выполняет все необходимые операции; но для выпрямления самолета после или по окончании разворота может оказаться необходимым прибегнуть к работе элеронов. Даже если это устройство иногда необходимо дополнять элеронами, оно во многом избавило бы оператора самолета от постоянной нагрузки, связанной с рычажным механизмом, приводящим в действие средства поперечной и продольной устойчивости.Одним из основных требований было бы, чтобы размер плавников был в правильном соотношении с плоскостью, которую они служат в качестве выравнивателя. Такое устройство можно было бы использовать на самолетах любой конструкции, и для упрощения крепления этих килей последние пять или шесть ребер с обеих сторон должны постепенно расплющиваться, чтобы крайние концы самолета были почти плоскими. Чикаго, III. Эвальд Штайнхаус.

Промышленные дизельные двигатели | Джон Дир США

1 результат

Final Tier 4 / Stage V (EPA / EU)

3029HI530

• PowerTech ™ EWX
• 36-55 кВт (48-74 л.с.) при 2200-2400 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

4045CI550

• PowerTech ™ PSS
• 93-129 кВт (125-173 л.с.) при 2200-2400 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

4045HI550

• PowerTech ™ PWS
• 74-104 кВт (99-139 л.с.) при 2200-2400 об / мин
• Непрерывный

4045TI530

• PowerTech ™ EWX
• 55 кВт (74 л.с.)
• Непрерывный

6068CI550

• PowerTech ™ PSS
• 168-224 кВт (225-300 л.с.) при 2200-2400 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

6068HI550

• PowerTech ™ PVS
• 104-187 кВт (140-250 л.с.) при 2000-2400 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

6090CI550

• PowerTech ™ PSS
• 187-317 кВт (250-425 л.с.) при 2000-2200 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

6135CI550

• PowerTech ™ PSS
• 309-448 кВт (414-600 л.с.) при 2100 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

6136CI550

• PowerTech ™ PSS
• 391-510 кВт (525-684 л.с.) при 2100 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

6136HI550

• PowerTech ™ PWS
• 300-410 кВт (400-550 л.с.) при 2100 об / мин
• Непрерывный, тяжелый, прерывистый

Final Tier 4 (только EPA)

4045HFC06

• PowerTech ™ PSL
• 93-129 кВт (125-173 л.с.)

4045HFC04

• PowerTech ™ PWL
• 63-104 кВт (85-140 л.с.)

Извините, совпадений не найдено

Пожалуйста, попробуйте другие критерии или очистите фильтры, чтобы начать заново.

ZOIL | Основы дизельного двигателя

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания , в котором воспламенение от сжатия используется для воспламенения топлива при его впрыске в двигатель.

Для понимания того, как работают дизельные двигатели, полезно сравнить различия между дизельным двигателем и бензиновым двигателем. Основные отличия бензинового двигателя от дизельного:

• Бензиновый двигатель берет смесь газа и воздуха, сжимает ее и воспламеняет смесь искрой.Дизельный двигатель забирает воздух, сжимает его, а затем впрыскивает топливо в сжатый воздух. Тепло сжатого воздуха самопроизвольно воспламеняет топливо. Дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.
• Бензиновый двигатель сжимает в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный двигатель сжимает в соотношении от 14: 1 до 25: 1. Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к повышению эффективности.
• Бензиновые двигатели обычно используют либо карбюрацию, при которой воздух и топливо смешиваются задолго до того, как воздух поступает в цилиндр, либо впрыск топлива через порт, при котором топливо впрыскивается непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра).Следовательно, в бензиновом двигателе все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается. Сжатие топливно-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если он слишком сильно сжимает воздух, топливно-воздушная смесь самопроизвольно воспламеняется и вызывает детонацию. В дизельных двигателях используется прямой впрыск топлива, то есть дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Дизельный двигатель сжимает только воздух, поэтому степень сжатия может быть намного выше. Чем выше степень сжатия, тем больше генерируется мощность.
• Форсунки для дизельного топлива, в отличие от бензиновых, должны выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом подавать топливо в виде мелкого тумана. Чтобы туман равномерно распределялся по цилиндру, некоторые дизельные двигатели оснащены специальными впускными клапанами или камерами предварительного сгорания. Более новые дизельные двигатели оснащены топливными системами Common Rail высокого давления. См. «Основы дизельной топливной системы» для получения дополнительной информации об этом типе топливной системы.
• Дизельные двигатели могут быть оснащены свечой накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять температуру воздуха настолько, чтобы воспламенилось топливо. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку, которая способствует зажиганию топлива при холодном двигателе. Свечи накаливания обычно устанавливаются на небольших дизельных двигателях. Бензиновые двигатели не требуют свечей накаливания, поскольку они не полагаются на самовозгорание.

Дизельный двигатель предлагает эффективный метод выработки энергии.