Дизельный атмосферный двигатель: Атмосферный дизельный двигатель

Атмосферный дизельный двигатель

Атмосферный дизельный двигатель — простой и надежный агрегат, хорошо зарекомендовавший себя на легковых автомобилях. Воздух в камеру сгорания поступает за счет разрежения, возникающего в цилиндрах при работе мотора.

Двигатель

История создания атмосферного дизельного двигателя

Первые двигатели с воспламенением от сжатия, фамилия изобретателя которых и дала название этому семейству силовых агрегатов, увидели свет в 1897 году. Воздух для образования топливно-воздушной смеси подавался традиционным компрессором в те времена, так же происходит и в современных «атмосферниках».

 

Устройство и принцип работы атмосферного дизельного двигателя

По конструкции атмосферный дизельный двигатель мало отличается от бензинового. Та же система цилиндр-поршень-шатун-коленвал, трансформирующая расширение сгорающей топливно-воздушной смеси (ТВС) в крутящий момент. Основное отличие дизеля – в принципе воспламенения ТВС. Если в бензиновых моторах топливо смешивается с воздухом до попадания в цилиндры и поджигается принудительно электрической искрой, то в дизелях топливо и воздух поступают в цилиндры раздельно. Фазу сжатия проходит только воздух, при уплотнении нагревающийся до 700-900 градусов. В точке максимального сжатия в цилиндр под большим давлением через специальные форсунки впрыскивается топливо. Из-за высокой температуры происходит его самовозгорание, после чего следует цикл процессов, идентичных для всех двигателей внутреннего сгорания – расширение и выхлоп.

Виды камер сгорания дизельных двигателей

Абсолютное большинство атмосферных дизельных моторов различаются только конструкцией камеры сгорания. В классических дизелях применена неразделенная камера сгорания — топливо подается в надпоршневое пространство. До последнего времени такой тип камеры сгорания применялся, в основном, на низкооборотных двигателях большого объема для грузовых машин, так как именно эти дизели отличаются высоким уровнем шума и вибрации. Однако в наше время, при появлении топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и стабилизации процесса сгорания топливно-воздушной смеси эти проблемы на автомобильных дизелях практически удалось изжить.

Самыми распространенными в легковых автомобилях сегодня стали дизели с раздельной камерой сгорания – вихрекамерные и форкамерные. В них впрыск топлива осуществляется не напрямую в цилиндр, а в соединенную с ним дополнительную камеру в головке блока цилиндров. Вихревая камера соединяется с цилиндром одним каналом с таким расчетом, чтобы при попадании в нее воздух интенсивно закручивался. Это улучшает процесс смесеобразования и самовоспламенения. Топливно-воздушная смесь в этом случае воспламеняется в два этапа – процесс начинается в вихревой камере и переходит в камеру сгорания. Таким образом давление в цилиндре нарастает более плавно, что дает снижение шумности и повышение максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели в настоящее время составляют около 90% силовых агрегатов этого типа на легковых авто и внедорожниках. Более сложными, и от того менее распространенными являются форкамерные дизели. Возгорание топливно-воздушной смеси происходит в специальной вставной форкамере, соединенной с цилиндром несколькими каналами малого сечения. Их форма и диаметр подбираются так, чтобы между цилиндром и форкамерой возникал перепад давления, увеличивающий скорость течения газов. Эта технология позволяет обеспечить большой ресурс, дополнительное снижение уровня шума и токсичности, а также максимально плавную динамику крутящего момента.

Атмосферный дизельный двигатель | Статья от автосервиса «Автоцарапина»

На сегодняшний день наиболее мощным, а заодно надежным и простым агрегатом является атмосферный двигатель. Именно этому автомобильному «ингредиенту» удалось зарекомендовать себя с положительной стороны на рынке легковых авто.

Причина популярности атмосферного дизельного двигателя лежит на поверхности: воздух, Ремонт кожи поступающий в камеру сгорания, «приходит» туда за счет разрежения, которое возникает в цилиндрах в то время, когда работает мотор.

Первый атмосферный двигатель, ставший предтечей современного агрегата, был изобретен более ста лет назад, в конце девятнадцатого столетия. Для образования воздушно-топливной смеси был необходим воздух, который подавался при помощи стандартного компрессора. С того дня практически ничего не изменилось, и в том, что касается современных дизельных атмосферных двигателей, все происходит таким же способом.

Устройство агрегата

Если говорить о конструкции, то данный агрегат практически не отличается от своего бензинового «собрата». Здесь есть место и аналогичной системе цилиндр-поршень-шатун-коленвал, которая успешно трансформирует расширение сгорающей воздушно-топливной смеси в крутящий момент.

Отличие имеется, и заключается оно в принципиально ином принципе воспламенения ТВС. В бензиновом моторе топливо активно «сотрудничает» с воздухом еще до «путешествия» в цилиндры и воспламеняется при помощи электрической искры, то в отношении дизельного двигателя все обстоит несколько иначе: воздух и топливо «приходят» в цилиндр исключительно раздельно. Если при уплотнении воздух нагреется до 700-900 градусов, то он непременно пройдет фазу сжатия.

Под огромным давлением, при помощи специальных форсунок в месте максимального сжатия в цилиндр поступает топливо. Возгорание его происходит в виду высокой температуры. После этого идет целая «серия» процессов, шумоизоляция салона ваз 2107 характерных для абсолютно всех двигателей внутреннего сгорания — в частности, расширение, а затем и выхлоп.

10 самых надежных дизельных двигателей

Количество вариаций дизельных двигателей на рынке велико, при этом немало тех, чей ресурс и надежность вряд ли обрадуют владельца. Однако, есть и проверенные моторы, которые можно назвать настоящими долгожителями

Иван Матиешин

Опираясь на свой многолетний опыт работы на СТО, я рекомендую обратить внимание именно на эти 10 моторов – автомобили с ними дольше всего не будут создавать проблем своему владельцу.

PSA 2.0 HDI

Дизель 2.0 HDI от французского концерна PSA Peugeot Citroen – является очень надежным агрегатом, особенно если он из первого поколения. Такие двигателя устанавливались на автомобили Пежо, Ситроен, Сузуки, Форд и Фиат выпускавшихся с 1999 по 2006 год. Самые популярные авто с таким мотором это: Peugeot 206, 306, 307, 406, Partner, Citroen C5 I, Berlingo, Xsara и Suzuki Vitara. Французский 8-клапанный дизель легко ходит более 500 тыс. км, не требуя сложного обслуживания, но соблюдать регламентные сроки нужно в любом случае. Мощность первых агрегатов составляла 90 – 109 л. с., позже мощность выросла – от 136 до 180 л.с. Эти моторы до сих пор не вызывают нареканий у автовладельцев, особенно, если оборудованы топливной системой фирмы Bosch, а не Siemens (их пьезофорсунки мало служат и плохо ремонтируются).

VOLVO 2.4 D

У «шведов» тоже есть весьма надежный двигатель. Так автоконцерн Volvo, который известен разработкой целой серии удачных бензиновых двигателей, еще в 2001 году выпустил отличный дизельный мотор 2.4 D с пятью цилиндрами. Такие агрегаты устанавливались на седаны, универсалы и кроссоверы, а именно: S60, V60, S80, V70, XC70, XC90. Двигатель имел 10- или 20-клапанный ГРМ (в зависимости от года выпуска) и систему турбонаддува. Популярностью пользуются версии от 130 до 205 л.с. – эти движки (в случае регулярного обслуживания) без проблем выхаживают 500-700 тыс. км.

VAG 1.9 TDI

Этот дизель от группы VAG нельзя оставить без внимания. Его модификации доступна уже более 20 лет (с некоторыми изменениями). Устанавливался 1.9 TDI на различные модели Сеат (Леон, Толедо, Ибица, Алхамбра), Ауди (А3, А4, А6), Шкода (Октавия), Фольксваген (Кадди, Гольф, Пассат, Шаран) и некоторые другие. Двигатель знаменит надежностью, но это справедливо только в том случае, если владелец будет использовать качественное топливо и масло, а периодичность ТО сократит с 15 до 10 тыс. км. Также желательно следить за клапаном управления наддувом N75, это слабое его место. Несмотря на некоторые поломки у определенных модификаций, этот мотор вполне способен отходить 400 тыс. км.

BMW M57

Дизели серии M57 от баварского автоконцерна также заслужили немало хороших отзывов от автовладельцев. Рядные двигатели имели по 6 цилиндров, их мощность, в зависимости от модификации, составляла от 201 до 286 л. с. Выпускались такие дизели с 1998 по 2008 годы и устанавливались на большинство моделей BMW, с 3-й по 7-ю серию: E39, E46, E90, E60, E83, E53, E70, а также на Range Rover L322. У некоторых модификаций дизеля M57 возникают некрупные поломки, однако в целом он способен отходить 400 – 500 тыс. км.

HONDA 2.2 i-CTDi

Это дизель имеет настолько хорошую репутацию, что приобрести оснащенный им автомобиль задешево невозможно, даже если речь о машине с большим пробегом. Однако, все-таки, некоторые мелкие недоработки в данном моторе имеются. Так, если вы живете в северном регионе, то подогрев топлива может не справиться с температурой от -15 и ниже. Ресурс хондовского двигателя 2.2 i-CTDi оценивается в 350 тыс. км. Ставился такой мотор на Accord 7, Civic 8, CR-V второго и 3-го поколений.

TOYOTA 1HD

Двигатель Тойота 1HD объемом 4,2 литра, который ставился на Ленд Крузер J80 и J100,  относят к категории ветеранов-долгожителей, как по пробегу (как правило, не менее 600 тыс. км.), так и по времени производства (с 1990 по 2007 год). Однако если относится к нему небрежно, полагаясь на его надежность, не производить регулярное обслуживание, то это станет причиной различных поломок. Стоит уделить внимание газораспределительному механизму и регулярной проверке зазоров клапанов дизельного мотора.

OPEL 1.7 CDTI

Дизель 1.7 CDTI хоть и бюджетный, но очень выносливый. Разрабатывался совместно с Isuzu и GM, а устанавливался на Опель Астра H, J и Зафира B. За годы производства было много модификаций этого мотора и типов топливных систем для них. Чем они сложнее, тем больше вероятность поломок, но, как правило, эти двигатели без проблем преодолевают 400 тыс. км. пробега без какого-то существенного ремонта.

FIAT 2.4 JTD

От продукции итальянского автопрома, как правило, не ожидаешь надежности, но турбодизельный двигатель 2.4 JTD – приятное исключение из этого правила. Ставили такой агрегат на многие модели Fiat, а также Alfa Romeo и Lancia. Он имеет 5 цилиндров и систему Common Rail. Отличительные качества – экономичность и хорошая тяга. Версия с 20-ю клапанами иногда требует снятия выпускного коллектора – по причине облома шпильки случается прорыв выхлопных газов. С годами вопросы появятся к системе EGR, а после 250 000 км может потребоваться ремонт турбины. При этом, само железо вполне может выдержать 500, а то и 700 тыс. км пробега.

HYUNDAI/KIA 1.6 CRDi (D4FB)

Корейский дизельный мотор 1.6 CRDi мощностью от 90 до 136 л. с. тоже можно отнести к разряду лучших. Его выпуск стартовал в 2006 году, двигатель получил широкое распространение в моделях Киа и Хендэ, которые изготавливались для рынка Европы. Стоит такой мотор на Hyundai Elantra 4, Elantra 6, Accent RB, i20, i30, ix20, Kia Ceed, Cerato и Soul. Отличаясь простотой конструкции, этот двигатель вышел неприхотливым и надежным, правда, достаточно требовательным к качеству топлива. А в первых годах выпуска его слабым местом была турбина, которая часто страдала масляным голоданием. Но «детские болезни» успешно вылечили и в настоящее время нарекания могут вызвать разве что датчик наддува, да регулятор давления топлива. Но в целом ресурс такого двигателя составляет не менее 300 тыс. км.

MERCEDES-BENZ 3.0 CDI (OM642)

Трехлитровая дизельная «шестерка» ОМ642 от Mercedes-Benz является продолжателем успешных моторов-миллионников. Она имела много модификаций и вариантов мощности, скрываясь под индексами 280, 300, 320 и 350 CDI. Устанавливалась на Мерседес, Крайслер, Додж и Джип с 2005 года. По железу является традиционно крепким. А чтобы не было проблем с сажевым фильтром, необходимо заправиться качественным топливом и использовать моторное масло с соответствующим допуском. Единственным проколом стал выпускной коллектор. При нагреве, в местах его сварки, могут откалываться маленькие частички и попадать в турбину, что приводит к выходу ее из строя.

Материал предоставлен порталом etlib.ru

Хочу получать самые интересные статьи

сравниваем двигатели по экономичности, мощности и надежноси

Консалтинговое агентство J.D. Power Asia Pacific провело исследование. Выяснилось, что четверть всех автомобилей работают на дизельных двигателях. Согласно прогнозам, ежегодно число автомобилей с дизельными двигателями будет расти на 1-2%. Это обусловлено тем, что характеристики таких моторов постоянно улучшаются.

Преимущества и недостатки дизельных двигателей

Дизельный двигатель работает на дизтопливе. Его главные преимущества:

• Экономичность — потребление топлива такими движками на 30-40% ниже по сравнению с бензиновыми аналогами.
• Экологичность — в выхлопном газе низкое содержание углекислого газа.
• Долговечность — дизельные агрегаты служат почти в два раза дольше, чем бензиновые.
• Простота устройства — в нем не предусмотрена система зажигания, поэтому обслуживание и эксплуатация мотора проще.
• Низкое потребление масла — солярка выполняет функцию масла, смазывает основные функциональные узлы мотора.
• Водостойкость — даже при большом количестве конденсата двигатель не теряет технических характеристик.
• Высокий КПД — в полезную энергию преобразуется 36% энергии, а у бензиновых моторов всего 26%.
• Низкая вероятность возгорания из-за отсутствия системы зажигания

Кроме того, дизельное топливо пока остается дешевле бензина. Вкупе с низким потреблением топлива мотор позволяет экономить на заправке транспортного средства.

Несмотря на многие преимущества, у дизельных агрегатов есть существенные недостатки. В их числе:

• Чувствительность к качеству топлива — некачественная солярка быстро уничтожит форсунки.
• Звук мотора — он громче, чем у бензиновых агрегатов, и прогревать машину придется дольше.
• Высокая стоимость обслуживания — на 20% выше по сравнению с агрегатами, которые работают на бензине.
• Чувствительность топлива к морозу — в зимние месяцы приходится использовать специальное топливо с высокой морозостойкостью.

Мини-рейтинг самых лучших дизельных двигателей на рынке

Все лучшие агрегаты можно разделить на несколько групп по странам происхождения:

• Азиатские. Бренды Toyota и Hyundai постоянно работают над высокими динамическими показателями, при этом не забывают о надежности. Их продукция устойчива к низкому качеству топлива, отличается долговечностью и высоким коэффициентом полезного действия.
• Американские. Известные компании Chrysler и Ford пытаются совместить важные характеристики: работают над мощностью и экономичностью, при этом стараются уменьшить расход топлива. Их агрегаты мощные и надежные, при этом потребляют мало.
• Немецкие. Бренды Mercedes и BMW славятся отменным качеством, присущим всем изделиям из Германии. Концерны используют самые современные технологии, поэтому их продукция отличается высокими технологическими показателями и надежностью.

В зависимости от параметров оценки, можно выделить несколько лучших двигателей, работающих на дизеле.

Самый экономичный

От Volkswagen. Самым экономичным мотором можно по праву назвать 1,6-литровый TDI от компании Volkswagen. Его устанавливают на хетчбеки Golf, кроссоверы Tiguan, бизнес-седан Passat. Также такой силовой агрегат устанавливают на автомобили дочерних предприятий — Audi, SEAT, Skoda и так далее.

Обновленная версия мотора пришла на смену старой 1,9-литровой комплектации. Инженеры увеличили давление в топливной раме и немного модифицировали турбину. За счет этого удалось значительно снизить «аппетиты» установки, при этом ничуть не потерять в мощности. Так, в зависимости от авто, она может достигать 120 лс.

Максимальные показатели экономичности реализованы в авто Passat BlueMotion. Был заявлен расход топлива 3,2-3,3 литра на каждые 100 километров. По результатам испытаний от независимого эксперта он составил 3,14 литра на 100 километров. Журналист из Британии Гэвин Конуэй проехал на авто с таким силовым устройством проехал более 2 400 километров, не заправляясь. Эта цифра была занесена в Книгу Рекордов Гиннеса.

У других автомобилей «аппетиты» больше, потому что они отличаются худшими показателями аэродинамики. Так, хетчбек Golf «ест» 3,5 литра каждые 100 километров.

От Toyota. В ответ на агрегат компании Volkswagen концерн Toyota выпустил свой дизельный агрегат с уменьшенным расходом топлива. Его используют на полноприводном авто Urban Cruiser. Объем мотора составляет 1,4 литра, а мощность — 90 лошадиных сил. Не самый высокий показатель, однако «аппетит» устройства составляет 4,5 литра на каждые 100 километров. В городских условиях он увеличивается до 5-5,6 литров.

Volkswagen также выпускает еще один экономичный мотор. Под капот хетчбека SEAT Ibiza Ecomotive устанавливают трехцилиндровый мотор объемом 1,4 литра мощностью 75 лс. Средний расход топлива достигает 3,1 литра на «сотку». Таким образом, самые экономичные кроссоверы на дизтопливе — у Toyota, самые экономные малолитражки — у Volkswagen.

Самый мощный

Рекорд по самому мощному дизельному двигателю принадлежит концерну BMW. С самого начала появления агрегатов компания ратовала за одну турбину в моторах, позднее стала использовать две турбины. Потом инженеры представили разработку, которая удивила всех: 6-цилиндровый мотор объемом 3 литра с тремя турбинами с изменяемой геометрией. Он построен на базе уже используемой модульной технологии. Мощность такого дизельного агрегата равна 381 лошадиной силе, что делает двигатель практически единственным самым мощным агрегатом. По удельной мощности ему нет равных среди моторов, работающих на дизельном топливе.

Такими агрегатами комплектуют полноразмерные кроссоверы X5 и X6, а также седаны BMW пятой и седьмой серии. Технические характеристики таких транспортных средств просто поражают. Например, «седьмой» седан весом более 2 тонн разгоняется до 100 километров в час всего за 5-6 секунд. При этом расход агрегата составляет всего 5-6 литров на 100 километров. Для сравнения, аналогичные бензиновые моторы с такими же техническими характеристиками тратят на езду около 20 литров на те же 100 километров в час.

Самый надежный

От Mercedes. Концерн выпускал легендарный мотор ОМ602. Эти пятицилиндровые силовые агрегаты с двумя клапанами выпускались немногим более двадцати лет — с 1985 по 2002 год. Их устанавливали на внедорожники, фургоны и другие автомобили. Так, их до сих пор можно увидеть на Mercedes в кузове W124 или фургоне Sprinter.

Такие моторы отличались экономичностью и надежностью. Несмотря на небольшую мощность, она достигала 130 лошадиных сил, такие силовые агрегаты обладали весьма внушительными техническими характеристиками. Так, пробег некоторых экземпляров превышает 1 500 000 километров. Рекордные показатели перевалили за 2 миллиона километров на одном двигателе.

От BMW. Баварский концерн выпускает не только самые мощные, но и самые надежные моторы. Так, одними из самых надежных силовых агрегатов считаются шестицилиндровые дизели. Их устанавливали на Range Rover, E46 и другие автомобили, в том числе дочерних предприятий. Эти силовые агрегаты выпускались ровно 10 лет — с 1998 по 2008 год.

Мощность дизелей больше, чем у аналогов от концерна Mercedes. В зависимости от модели, она варьируется в пределах 201-286 лошадиных сил. Ресурс моторов достаточно высокий. У них может быть достаточно много мелких проблем, однако крупных поломок практически нет. Так, двигатели прекрасно работают без поломок до пробега в 400-500 тысяч километров.

Самый «российский»

Самый ориентированный на российские условия дизель — силовой агрегат U2 I4. Это — практически совместная разработка инженеров концернов Toyota и Hyundai. Этот двигатель отличается оптимизированной формой камеры сгорания, экономичностью и турбокомпрессором переменной геометрии. Мотор U2 I4 самый тихий в своем классе, к тому же прекрасно справляется с суровыми российскими реалиями — например, он устойчив к некачественному топливу, которое можно встретить на заправках. 

Выбирая новый или поддержанный автомобиль, обращайте особое внимание на характеристики его «сердца» — мотора. Чтобы не тратить деньги на ремонт, заправляйтесь на проверенных заправках или покупайте дизельное топливо у нас. Мы продаем его с доставкой по Москве, области и в другие регионы, с сертификатами качества и индивидуальными скидками в зависимости от объема покупок.

ООО «Компания «Нипетойл» поставляет дизельное топливо в Москву и область. У нас есть собственный автопарк из 16-ти бензовозов и нефтебаза, поэтому мы гарантируем стабильность поставок. Предоставляем на каждую партию паспорт качества. Позвоните нам, и вы более подробно узнаете об условиях покупки, нефтепродуктах, доставке и оплате.

Названы самые надежные автомобильные двигатели — Российская газета

Renault K7M

Высоким ресурсном и надежностью и при этом, что не маловажно, доступной ценой отличаются бензиновые моторы семейства К компании Renault. Речь прежде всего о начальном силовом агрегате малолитражек Logan и Sandero и бюджетного SUV Duster с индексом K7M.

При сравнительно небольшом рабочем объеме (1,6 л) и восьмиклапанной конструкции такой агрегат имеет архаичную конструкцию и невысокую степень форсировки. В разных исполнениях мотор выдает 82-87 л.с., что обеспечиваем ему ресурс до 400 000 км.

Чугунный блок цилиндров, конструкция поршневой группы, минимизирующая расход масла и стойкость к перегреву, считаются важными техническими преимуществами такого мотора. Минусы тоже хорошо известны. Это повышенный расход топлива, случается, что на холостом ходу плавают обороты, раз в 20-30 тыс. км приходится регулировать клапана, поскольку гидрокомпенсаторов не предусмотрено.

Привод ГРМ ременной, обрыв ремня чреват загибанием клапанов, поэтому ремень рекомендуется менять каждые 60 тыс. км. Кроме того, мотор шумный и вибронагруженный. С другой стороны, при использовании качественных расходных материалов и комплектующих французский мотор прохаживает даже больше вышеупомянутых 400 000 км.

Renault K4M

Двигатель K4M — близкий родственник агрегата K7M. А именно — речь идет о более современной и мощной 16-клапанной версии того же мотора. В частности этот агрегат объемом 1,6 л устанавливался с 1999 года на модели Logan, Duster, Clio 2, Laguna 1,2, Megane, Kangoo, Fluence и другие. Кроме того, до недавних пор таким агрегатом оснащали вазовский Lada Largus. Джентльменский набор здесь тот же — чугунный блок цилиндров, распределенный впрыск топлива и ременный привод ГРМ.

Впрыск — распределенный, во впускной коллектор. Некоторые версии двигателя Рено 1.6 K4M оснащены фазовращателем, расположенном на впускном распредвалу. Мощность разных модификаций варьируется от 102 до 108 л.с.

Существенно, что мотор требует минимального технического обслуживания благодаря гидрокомпенсаторам в приводе клапанов. К недостаткам «16-клапанника» отнесем недешевые запчасти и проблему с гнущимися при обрыве ремня ГРМ клапанами.

Ремень ГРМ соответственно необходимо менять каждые 60 000 км. При этом менять ремень несподручно. На ряде версий этого двигателя на шкиве распредвала нет шпонки, а фиксирующий болт нужно затягивать с правильным моментом. Меток на валах также нет, поэтому коленвал и распредвалы нужно выставлять при помощи фиксаторов. К распространенным неисправностям двигателя K4M относят выход из строя катушек зажигания, загрязнение топливных форсунок, неисправность датчика положения коленвала, подсос воздуха через трещины или уплотнения впускного коллектора, течь масла и антифриза.

Toyota 2AR-FE

Владельцы бестселлеров RAV4 и Camry наверняка станут расхваливать вам «беспроблемные» двигатели 2AR-FE, имеющие объем 2,5 л и отдачу в разных исполнениях от 165 до 180 л.с.

Серия тойотовских двигателей AR начала свою историю сравнительно недавно — в 2008 году. Гильзы цилиндров установлены методом мокрого гильзования и отлиты в блок. ГРМ — цепной, 16-клапанный с гидрокомпенсаторами. Коленчатый вал здесь кованный, имеет восемь противовесов и шестеренный механизм для привода балансирных валов.

Для эластичности двигателя в газораспределительный механизм устанавливается продвинутая система изменения фаз газораспределения Dual VVT-i. Она призвана управлять временем открытия впускных и выпускных клапанов, оптимизируя работу мотора как на низких, так и высоких оборотах.

Так удается добиться максимальной топливной эффективности и экологичности двигателя. Надежная топливная система и умеренная мощность сулят надежность в эксплуатации. К тому же в этом поколении моторов японцы отказались от ряда технологий, примененных в предшественниках. Как следствие, силовой агрегат стал выдавать меньше мощности на полезный объем, но в то самое время стал экономичнее на 10-12 %.

Не менее важно, что возросла ремонтопригодность, поскольку тонкостенные алюминиевые блоки цилиндров остались в прошлом. Как следствие, до первого капремонта при правильной эксплуатации этот двигатель может отъездить 250 000, а то и 300 000 тыс. км. Максимальный же ресурс составляет 400-500 тыс. километров пробега. Цепь ГРМ придется обновить на 150 000 км. В списке редких проблем значится повышенный шум в районе механизма ремня ГРМ при работе неразогретого двигателя. Также насос охлаждающей жидкости требует внимания из-за случающихся протечек.

Toyota 1VD-FTV

Долговечностью отличается также тойотовский дизельный 8-цилиндровый 4.5-литровый агрегат 1VD-FTV. Мощность этой установки варьируется от 202 до 286 л.с. Двигатели с двумя турбокомпрессорами устанавливали на Land Cruiser 200 и Lexus LX450d.

Дефорсированная версия с одним турбокомпрессором была предназначена для Land Cruiser 70. Такой агрегат может похвастать чугунным блоком цилиндров и почти вечным цепным приводом с усовершенствованной системой непосредственного впрыска топлива под давлением Common Rail, а также турбокомпрессорами изменяемой геометрии.

К основным преимуществам относят отличную динамику, невысокий расход топлива (при скорости в 70-80 км/ч он держится на уровне около 8-9 литров на 100 км). При этом автомобили с 1VD-FTV демонстрируют отличные внедорожные характеристики благодаря тяговитости силовой установки.

К слабым местам можно отнести требовательность к качеству масла. Еще один недостаток — водяной насос, который может утратить герметичность уже на 50 тыс. км. Тем не менее, если не экономить на качественном масле и хорошем топливе, то ресурс такого мотора может превышать 400 000 км.

Honda R20A

Бензиновый 2-литровый «атмосферник» R20A выпускается японским концерном с 2006 г. и устанавливается на автомобили Civic, Accord и на кроссовер CR-V. Этот двигатель целиком «алюминиевый», имеет балансирные валы, трехрежимный впускной коллектор, головку блока цилиндров с одним распредвалом и 16-ю клапанами и систему изменения фаз газораспределения i-VTEC.

Как и предшественники, R20A не оснащен гидрокомпенсаторами, регулировать клапана приходится каждые 45 000 км. При этом R20A надежен и конструктивно прост. Схема регулировки клапанов «винт — гайка» не требует подбора и замены толкателей клапанов. Не наблюдается также протечек масла и антифриза. Принципиально и то, что в серии R был сделан особый упор на экологичность, соответственно, меньше внимания уделено динамике. Словом, этот мотор справляется с ролью рабочей лошадки и при этом имеет достаточную для динамичной езды мощность (до 155 л.с), а его ресурс часто превышает 300 000 км. Запчасти, впрочем, недешевы, поэтому капитальный ремонт выйдет дорогим.

Hyundai/Kia G4FC

К числу долгоиграющих «зарулевцы» относят также корейский агрегат G4FC, выпускающийся с рабочим объемом 1,4 и 1,6 литра с 2010 года. В настоящее время время мотор продолжают устанавливать на Hyundai Creta, Solaris и Kia Rio. Эта бензиновая рядная «четверка» с двумя распредвалами имеет 16 клапанов. Мотор экономичен, впрыск регулируется ЭБУ.

Двигатель оснащен цепью ГРМ, за которой не нужно старательно ухаживать — производитель указывает, что она не имеет ограничений по эксплуатации. Фактически же цепь ходит не меньше 150 000 км. К этому пробегу возникает необходимость регулировки клапанов. Поршневая при хорошем масле ходит до 250 000-300 000 км. При использовании топлива невысокого качества возможен преждевременный выход из строя каталитического нейтрализатора.

Дизельные двигатели японских автомобилей

Многие ведущие японские автомобилестроительные фирмы традиционно производят и устанавливают на свои автомобили дизели собственной разработки. Исключение составляют фирмы Honda, Subaru и Suzuki, выпускающие только бензиновые моторы.

Вообще, дизели японского производства весьма разнообразны по конструкции и интересны по техническим и технологическим решениям. Можно даже сказать, что японская техника имеет свой собственный «стиль», отличающий ее от конкурентов из Европы. В одной из статей мы отметили. например, меньшие запасы прочности отдельных деталей японских дизелей. Но «меньшие» — это не значит «недостаточные». Просто японские дизели технически более совершенны, спроектированы рациональнее и в эксплуатации демонстируют высокие надежность и моторесурс. Правда, когда они попадают в неумелые руки, то нередко быстро выходят из строя. Но, как известно, неумелые руки — зло даже для их обладателя. В то же время, как это ни покажется странным, японские инженеры по части конструкторских решений дизельных моторов довольно консервативны. К примеру, некоторые модели дизелей выпускаются в течение 15 и более лет без серьезных изменений, а последние новинки в дизелестроении. такие как электронное управление топливоподачей, иногда внедряются на несколько лет позже, чем в Европе. Да и не стоит забывать, что топливная аппаратура японских дизелей выпускается тремя фирмами — Diesel Kiki Nippon Densel и Zexel по лицензии фирмы Bosch. Правда,при сохранении ряда общих узлов и деталей она все же заметно отличается от немецкого «оригинала». Например, форсунки и распылители японских моторов обычно раза в полтора меньше европейских аналогов.

Многообразие дизелей японских автомобилей не позволяет в рамках одной статьи рассмотреть те или иные особенности всех моторов. Поэтому мы остановимся только на самых распространенных в России, исключив, к примеру, редкие экземпляры фирм Toyota (дизели 12Н, В, 1KZ) и Daihatsu, а также дизели фирмы Isuzu, о которых мы уже рассказывали ранее. Не забудем при этом, что, в отличие от европейских, японские дизели, как и автомобили, имеют разные модификации для внутреннего рынка и для экспорта.

Дизели фирмы Toyota

Двигатели моделей 1С (1.8 л) атмосферный и 2С (2.0 л) атмосферный и с турбонаддувом устанавливались на модели малого класса Corsa, Corolla, Carina, Sprinter и микроавтобусы Lite Асе, Town Асе. Эти моторы — верхневальиые, с непосредственным приводом клапанов через толкатели с регулируемым шайбами зазорои (такая конструкция наиболее часто встречается у дизелей всех японских фирм). Привод гаэораспределительного механизма и ТНВД у моторов 1С и 2C осуществляется зубчатым ремнем. Топливная аппаратура Diesel Kiki. Из интересных особенностей топливной системы не только их двигателей, но и вообще всех японских автомобилей, можно отметить необычную конструкцию форсунок. Они не имеют штуцеров для присоединения резиновых шлангов обратного слива излишков топлива (на жаргоне механиков — «обраток»), а соединены между собой единой металлической трубкой, уплотняемой алюминиевыми кольцами и крепящейся к форсункам гайками. При правильном и своевременном техобслуживании такая система герметичнее и надежнее традиционной «европейской», а сама форсунка намного проще и дешевле в производстве. Однако если металлическая трубка «обратки» давно не снималась, то почти наверняка она будет сломана при демонтаже из-за «прикипания» к форсунке. Из эксплуатационных особенностей двигателей 1С и 2С можно отметить довольно высокую надежность механизма газораспределения — случаи разрушения зубчатого ремня редки и связаны обычно с грубым нарушением сроков его замены. Результат печален: гнутся клапаны, почти всегда ломается распредвал, а направляющие втулки клапанов получают трещины.

Двигатели 2L (2.4 л) атмосферный, 2LT (2.4 л) турбодизель и 3L (2.8 л) атмосферный и турбодизель — одни из наиболее распространенных. Эти моторы устанавливаются на автомобили Hi-Асe, Hi-Lux, Camri, 4-Ranner, Landcruiser. Кстати, известны мелкосерийные образцы российских УАЗ, ГАЗ-31092, 3110 с двигателем 3L, который устанавливается на них одной из нижегородских фирм. Двигатели этой серии, как и предыдущей, тоже вихрекамерные верхневальные с непосредственным приводом клапанов цилиндрическими толкателями с регулировкой зазора шайбами. Отметим также простоту их конструкции, надежность, отсутствие конструктивных дефектов, доступность для обслуживания и ремонта специалистами даже не слишком высокой квалифиции. Пожалуй, это действительно оптимальный выбор для российских автомобилей, особенно атмосферные модификации.

На автомобилях Landcruiser устанавливают также рядные шестицилиндровые диэели объемом 4.2 л. Такие моторы имеют несколько принципиально разных модификаций, среди которых самый простой и надежный — вихрекамерный дизель 1HZ без турбонаддува. Этот двигатель — верхневальный с непосредственным приводом клапанов толкателями и регулировкой зазора шайбами. Привод механизма газораспределения и ТНВД выполнен несколько необычно: от шестерни коленчатого вала через паразитную шестерню приводится ТНВД, а от последнего зубчатым ремнем осуществляется привод распредвала. Такая конструкция существенно снижает нагрузку на зубчатый ремень за счет исключения из его функции привода ТНВД. Правда, при этом повышаются нагрузки на шестерни и их оси, что при использовании низкокачественного масла приводит к быстрому износу этих деталей. Для увеличения жесткости блока цилиндров коренные крышки подшипников коленвала диэеля 1HZ выполнены в виде единой «плиты», представляющей собой нижнюю часть блока. Еще одной особенностью моторов 1НZ является наличие у стандартных вкладышей нескольких размерных групп (5 для шатунных и 5 для коренных вкладышей). При замене стандартных вкладышей надо устанавливать новые той же группы, чтобы точно выдержать оптимальный зазор в подшипниках.

Двигатели 1HD-T и 1HD-FT аналогичны по конструкции блока цилиндров двигателю 1НZ но имеют непосредственный впрыск топлива, а двигатель 1HD-FT — еще и четырехклапанное газораспределение. Оба двигателя — с турбонаддувом, топливные насосы — обычные, с механическим управлением подачей. Двигатели очень требовательны к качеству топлива и масла: несмотря на большой ресурс, нередки случаи попадания в капитальный ремонт моторов этой серии с небольшим пробегом из-за задиров в поршневой группе. Атмосферным вихрекамерным двигателям 1НZ это свойственно в гораздо меньшей степени. Кстати, отсюда следует наша однозначная рекомендация: при покупке автомобилей Landcruiser для России простой мотор намного предпочтительнее турбонаддувного и особенно 24- клапанного с точки зрения надежности и долговечности.

Дизели фирмы Nissan

Эта фирма, так же как и Toyota, выпускает полную гамму двигателей — от 1.7 л до рядных «шестерок» 4.2 л (есть и большего объема, но это уже не для легковых автомобилей). Дизели СD17и СD20 объемом 1.7л и 2.0л соответственно применяются на автомобилях малого класса Sunny, Almera, Primera. Двигатель СD17 в настоящее время не выпускается. Оба мотора вихрекамерные верхневальные с прямым приводом клапанов и регулируемыми шайбами клапанными зазорами. Привод ГРМ зубчатым ремнем, а ТНВД приводится отдельным зубчатым ремнем. Моторы этой серии не имеют выраженных конструктивных особенностей и недостатков. Средний ресурс их около 200 тыс. км. У двигателя CD20 разных лет выпуска имеются отличия в головке блока, приносящие большие проблемы при поиске нужных запчастей. Особенно это относится к прокладкам головки блока — их легко перепутать и даже установить не ту, которую надо.

Двигатель LD20 — довольно «древний » агрегат, устанавливавшийся в разные годы на автомобили Bluebird и микроавтобусы Vanette Это верхневальный вихрекамерный двигатель с ременным приводом распредвала и ТНВД. На части моторов применен привод распредвала двухрядной цепью, а привод ТНВД — зубчатым ремнем. Такая конструкция дороже, но надежнее. На моделях Bluebird устанавливалась также модификация с наддувом. Из регулировочных особенностей дизелей Nissan надо отметить следующее. У двигателей с единым ремнем привода ТНВД и ГРМ меткам на шкивах соответствуют метки не на корпусных деталях, а на зубчатом ремне. На старом ремне эти метки, естественно, стерты, поэтому без применения нового ремня осуществить правильную установку фаз газораспределения и впрыска может только очень опытный механик. Цена ошибки велика — чаще всего это будет поврежденная головка блока.

Дизель LD28 — рядная «шестерка», аналогичная по конструкции LD20, но с цепным приводом ГРМ и ременным приводом ТНВД. Этот мотор выпускается как с турбонаддувом, так и без него. Особенность двигателя — рядный ТНВД фирмы Nippon Denso, обычно не применяемый японцами на легковых автомобилях. А устанавливался этот дизель в основном на легковые Laurel и Cedric. Семейство двигателей TD23, TD25 и TD277 объединяет моторы, аналогичные по конструкции, но различающиеся по объему (соответственно 2.3, 2.5 и 2.7 л). Эти дизели устанавливались на микроавтобусы Urvan, джипы Теггапо, Теггапо II, Pathfinder. Двигатели данной серии — вихрекамерные, с чугунной головкой блока, нижним расположением распредвала (OHV) и приводом клапанов штангами и коромыслами. Привод распредвала и ТНВД — шестернями. Двигатели довольно надежные, хотя тяжелые и шумные. На последних модификациях Terrano // механический ТНВД заменен на электронный. При этом электронным стало также управление турбокомпрессором и клапаном рециркуляции (EGR). Двигатель RD28T — рядный вихрекамерный шестицилиндровый объемом 2.8 л, устанавливался в основном на Patrol. В большинстве случаев выпускался с турбонаддувом, атмосферные модификации встречаются очень редко. Двигатель верхневальный (ОНС), с прямым приводом клапанов через гидротолкатели. Привод ТНВД и распредвала — зубчатым ремнем. Вообще это хорошо уравновешенный «тихий» мотор. Топливный насос фирмы Zexel до 1997 года механический, а с 1997 года — с электронным управлением. Метки ТНВД и ГРМ нанесены аналогично двигателю LD20 — на ремне ГРМ. Основные проблемы этого дизеля обычно связаны с головкой блока цилиндров, которая не отличается надежностью. В эксплуатации известны даже случаи, когда из-за сильного износа фасок клапанов и последующей посадки на упор плунжеров гидротолкателей «зависали» клапаны, и происходило резкое падение компрессии. Тем не менее, надо заметить, что повреждения головки нередко вызываются неисправностями топливной системы, охлаждения или несвоевременным техобслуживанием.

Двигатель SD33T — вихрекамерный турбодизель объемом 3.3 л, устанавливался на старые джипы Patrol до 1989 г. Реже встречаются безнаддувные модификации этого мотора. Дизель данной серии нижневальный (OHV) с приводом распредвала и ТНВД шестернями. Применен рядный ТНВД Diesel Kiki. В целом SD33T — надежный неприхотливый силовой агрегат, не имеющий явных недостатков. Дальнейшим развитием модели является TD42 — рядный вихрекамерный шестицилиндровый атмосферный двигатель объемом 4.2 л. По конструкции он аналогичен: шестеренчатый привод ГРМ и ТНВД, нижнее расположение распредвала (OHV), ТНВД Diesel Kiki распределительного типа. Дизель ТD42 устанавливается на Patrol с 1987г. Дизели фирмы Nissan

Дизели фирмы Mitsubishi

На автомобилях Lancer, Galant, Space и Delica ставится дизель 4D65 объемом 1.8 атмосферный и турбодизель. Этот двиг верхневальный, с приводом ТНВД и ГРМ: тым ремнем, а клапанов — коромыслами. Для повышения уравновешенности и снижения вибраций на нем, как и на других двигателях Mitsubishi (в том числе, бензиновых) применены два балансирных вала, приводимых во вращение отдельным зубчатым ремнем. Несмотря на очень сложную конструкцию, трудно отметить их преимущества по шумности и вибронагруженности по сравнению, например, с двигателями Toyota или Nissan аналогичного объема.

Дизели 4D55, 4D56 — двигатели объемом 2.3л и 2.5л турбодизели и атмосферные. Устанавливались на микроавтобусы L200, L300 и джипы Pajero, а по лицензии — на корейские Hyundai. По конструкции они похожи на 4065, но, естественно, значительно больших размеров. Это, пожалуй, самый распространенный у нас двигатель Mitsubishi, который при грамотном и своевременном техобслуживании достаточно надежен и долговечен. Основные его неисправности — обрыв ремня ГРМ вследствие несвоевременной замены или разрушения подшипника натяжного ролика. «Ломающиеся» коромысла привода клапанов при этом не предохраняют сами клапаны от повреждений. Частой неисправностью этого мотора является заклинивание одного из балансирных валов (чаще верхнего) из-за недостатка смазки. Правда, это обычно проявляется после некачественного ремонта. Вообще же замена втулок балансирных валов с проверкой их посадочных мест при капремонте обязательна. Часто встречаются у этих дизелей трещины и прогары форкамер из-за нарушений регулировок топливной аппаратуры (применена топливная аппаратура фирмы Nippon Denso с ТНВД распределительного типа и механическим управлением). Одна из последних разработок Mitsubishi — турбодизель 4M40 объемом 2.8 л, с 1993 года устанавливается на микроавтобусы и джипы Pajero. Это вихрекамерный верхневальный двигатель, имеющий шестеренчатый привод ТНВД и привод распредвала цепью от ТНВД. Топливная аппаратура фирмы Zexel, ТНВД распределительного типа с механическим управлением. По надежности дизель 4М40 превосходит 4D56, причем явных недостатков не имеет.

Дизели фирмы Mazda

Самый маленький из них имеет шифр PN. Этот атмосферный вихрекамерный дизель объемом 1.7 л устанавливался на легковые автомобили Mazda 323. Двигатель имеет верхнее расположение распредвала, привод ГРМ и ТНВД зубчатым ремнем, привод клапанов непосредственно через толкатели с регулируемым зазором. Топливный насос Diesel Kiki распределительного типа.

На автомобили среднего класса Mazda 626 ставился двигатель RF — вихрекамерный дизель объемом 2.0 л. Это тоже верхневальный двигатель с прямым приводом клапанов и регулируемыми шайбами зазорами. Привод ТНВД и ГРМ — зубчатым ремнем, причем до 1987 г. ТНВД приводился отдельным ремнем, после — общим. Интересной особенностью этих моторов, правда, для моделей внутреннего рынка Японии является применение компрессора наддува с принудительным ременным приводом. Такое решение на дизелях нигде больше не встречается.

Другой атмосферный дизель модели R2, имеет объем 2.2 л и является одним из самых распространенных, правда, не на автомобилях Mazda, а на корейских, куда он устанавливался по лицензии. А вообще R2 ставился иа микроавтобусы Mazda E2200 и Kia Besta, джипы Kia Sportrage и Asia Rocsta. R2, как и RF, вихрекамерный дизель с верх ним расположением распредвала, прямым приводом клапанов и с регулировкой зазора шайбами. Привод ГРМ и ТНВД зубчатым ремнем, топливный насос DieselKiki распределительного типа с механическим управлением, правда, на некоторые Kia Sportrage устанавливались ТНВД с электронным управлением. В целом это надежный мотор, хотя и чуть шумноватый.

В заключение — о некоторых общих для всех «японцев» особенностях эксплуатации дизелей. Выше мы отметили, что металлические «обратки» всех японских моторов часто повреждаются при снятии. Если их неудачно запаять (что делают на некоторых СТО), то проходное сечение топливопровода может недопустимо сузиться. В этом случае двигатель перестает нормально работать, начинают плавать обороты, пропадает тяга, появляется дым. Данную неисправность обнаружить непросто, хотя она встречается часто. К таким же последствиям приводит и повторное использование алюминиевых уплотнительных шайб под «обратку», если они недопустимо деформированы. Другой неисправностью, тоже характерной для всех «японцев», является подсос воздуха через насос ручной подкачки топлива — «лягушку». Не стоит ее пытаться ремонтировать — надо сразу менять. При замене распылителей нельзя использовать номера распылителей, не соответствующие каталожным — японские моторы очень чувствительны к правильной регулировке системы топливоподачи. Ну и, конечно, следует соблюдать все рекомендации по срокам замены ремня ГРМ и масла, действующие для любых моторов. Только так можно рассчитывать на высокие надежность и ресурс японского дизеля.

(С) Григорий ЦВЕЛЕВ

чьи лошади сильнее? — журнал За рулем

Кто лучше тянет? Кто быстрее разгоняется? Сравниваем бензиновый и дизельные двигатели.

До сих пор встречаются чудаки, свято верящие в то, будто бы 100 лошадиных сил дизеля соответствуют примерно 140 «бензиновым» силам. Дело, как они полагают, в крутящем моменте, который у дизеля гораздо выше.

Материалы по теме

Грамотно прояснить ситуацию оказалось не так-то просто. Пришлось то и дело консультироваться в самых различных местах — на ВАЗе и УАЗе, ГАЗе и ЯМЗе. В итоге трактат получил всеобщее «одобрям-с», но автору посоветовали заранее спрятаться от потока помидоров, запущенного недовольными апологетами того или иного двигателя. Мол, будет та же реакция, как если бы спартаковский фанат в своих красно-белых тонах забрался на зенитовскую трибуну…

В общем, разбираемся, чьи силы сильнее. А попутно, чтобы стало веселее, попытаемся ответить на простейший, казалось бы, вопрос:

«Даны два автомобиля, максимально близких по конструкции, — бензиновый и дизельный. Исходные условия: современные моторы одинаковой мощности, идеально подобранные для каждого коробки передач, образцовые водители (почти роботы!), отличное сцепление с дорогой. Какой автомобиль окажется на трассе быстрее?»

Простой вопрос? Оказалось, что не очень…

Лошадиный момент

Для разгона машины нужна энергия. Чем больше энергии можно потратить в единицу времени, тем быстрее машина разгонится. Иными словами, речь идет о мощности. Чем выше мощность, тем быстрее машина: всё, казалось бы, просто. Но…

Материалы по теме

Но на практике картина другая. Максимальная мощность мотора, как бензинового, так и дизельного, достигается им только при полной подаче топлива — понятно, что это соответствует положению «педаль в пол». А вот основная жизнь автомобиля протекает в режимах частичной подачи топлива, при которых развиваемая мотором мощность явно ниже максимальной.

Напомним, что крутящий момент и мощность — это почти что близнецы-братья, как у Маяковского. Друг без друга они не существуют: ведь мощность — это крутящий момент, помноженный на частоту вращения коленчатого вала. И если на какой-то частоте вращения ДВС способен выдать более высокий крутящий момент, чем его конкурент, то и мощность его в этот момент также должна быть выше. Одно без другого просто немыслимо. Поэтому разговоры о том, что у кого-то при равной мощности момент на тех же оборотах выше, сразу пресекаем: это несерьезно.

Материалы по теме

Пару слов о коробках передач. Очень часто споры вокруг двигателей упираются именно в коробку, а потому уходят в сторону от основной темы. Понятно, что коробка способна изменять момент на ведущих колесах в широких пределах, но одновременно она меняет и частоту вращения колес: изменять мощность она, естественно, не может. Поэтому в дальнейшем условно считаем коробку на бензиновой и дизельной машинах неким идеальным атрибутом и больше к ней не возвращаемся. Для ясности также не принимаем во внимание тот факт, что дизельный двигатель априори тяжелее бензинового той же мощности.

Если бы крутящий момент был постоянным во всем диапазоне частот вращения коленвала, то внешняя скоростная характеристика, показывающая зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения, превратилась бы в прямую линию, а мощность была бы прямо пропорциональна показаниям тахометра. Тогда разницы в поведении бензинового и дизельного моторов равной мощности не было бы вообще. Однако именно своеобразность протекания момента по дизельной кривой и породила неодинаковость их поведения.

Дело в том, что в массовом сознании дизельные моторы всегда отличала их способность выдавать относительно высокие значения мощности и крутящего момента на низах. Субъективно это воспринималось так, что в этом диапазоне частот дизель откликался на правую педаль охотнее, чем бензиновый коллега. Даже атмосферные дизели за счет более высокого эффективного давления в цилиндрах могли развить более высокий момент, чем бензиновые. Однако без наддува ширина «полки» крутящего момента была при этом практически такой же, то есть практически отсутствовала. А вот с применением наддува полка сразу появилась, причем в левой части характеристики — «на низах».

Материалы по теме

Что это дало? Именно то, чем любят хвалиться приверженцы дизелей — «тягу на низах». В этом диапазоне дизельный двигатель способен развить большую мощность, чем бензиновый, а его момент на ведущих колесах действительно может быть выше.

На всякий случай напоминаю: момент существует только там, где есть сопротивление — без него он равен нулю. Грубо говоря, мотор бульдозера готов его выдать, но только в том случае, если встретит кучу щебня перед своим отвалом. Поэтому до тех пор, пока дорога гладкая и ровная, бензиновая и дизельная машины будут примерно в равных условиях. Но как только дорога пойдет в гору или, скажем, подует встречный ветер, то машина, у которой в данном диапазоне оборотов есть запас мощности (или момента — это не важно), сможет за его счет выйти вперед.

А если раскрутить бензиновый мотор до более высоких оборотов? Тогда ситуация выровняется. Мало того, поскольку диапазон частот вращения коленвала у «бензинок» заведомо шире, чем у дизелей, то и отыграться за все обиды они могут именно там, «на верхах». Дизель, быстрее достигнув пика мощности, «заткнется» — его ВСХ пойдет на спад, а вот бензиновый мотор будет продолжать раскручиваться дальше, так как пик его мощности достигается при более высоких частотах вращения.

Впрочем, на этом этапе рассуждений мы упираемся в особенности конкретных моторов. Строго говоря, бензиновый двигатель тоже может быть «низовым». И если у двух моторов, низового и верхового, заявленная максимальная мощность одинакова, то поначалу вперед вырвется именно машина с «низовым» мотором. Как справедливо указал один из наиболее грамотных форумчан, при установке на автомобиль движков от «эмочки» и Таврии, мощность которых примерно одинакова, с «эмочным» мотором разгон будет интенсивнее.

У кого шире?

Материалы по теме

Между прочим, широкая полка момента, которой так любят хвастаться дизелеводы, сегодня уже не является их козырной картой. У бензинового движка с непосредственным впрыском и турбонаддувом она ни в чем не уступает дизельной, а то и превосходит. Более того, как подсказали нам на ЯМЗе, при построениях ВСХ заметно, что по мере снижения частоты вращения турбокомпрессоры «бензинок» держатся дольше, чем их дизельные коллеги. И это объяснимо: дизелю нужно больше воздуха, а потому турбокомпрессоры начинают задыхаться раньше. А с учетом широкого диапазона частот вращения бензиновый мотор вполне может оставить дизель позади.

Пора посмотреть на картинки. Из широкой гаммы вольвовских моторов нам любезно предоставили внешние скоростные характеристики тех, кто имеет воплощение в дизельном и бензиновом вариантах при равных или почти равных заявленных мощностях. Из них видно, что «полка» крутящего момента у бензиновых движков вовсе не уже, а шире, чем у дизельных собратьев по внутреннему сгоранию.

Слева на графиках — ВСХ 190-сильного бензинового мотора B4204T19 (V40 Cross Country, S60). Справа — ВСХ дизельного мотора D4204T5 той же мощности (S60, V 60 Cross Country, S80, XC60, XC70)

Слева показана ВСХ бензинового мотора B4204T36 мощностью 249 л.с. (XC40). Справа — ВСХ дизельного движка D4204T23 в 240 л.с. (Polestar XC60 New, V90 Cross Country, XC90)

Материалы по теме

Что касается вопроса, какой из автомобилей окажется быстрее в гонках с общего старта и чей разгон динамичнее, то теоретические рассуждения дают только один верный ответ: надо посмотреть на ВСХ их моторов. Решение подсказывает площадь под кривой крутящего момента — математики вспомнят слово «интеграл». Фактически эта площадь и есть мерило динамики машины. Чем характеристика «прямоугольнее», тем лучше. Чем равномернее «размазан» по оборотам крутящий момент, тем проще угодить и экологам, и мотористам. Лучше других выглядят бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбонаддувом, хуже — высокофорсированные безнаддувные «бензинки» с пиком мощности под 8000 об/мин и момента на 6000. Высокофорсированный наддувный дизель будет гораздо ближе к первому варианту, чем ко второму.

Надо отметить, что свою лепту в путаницу вносят «электронные педали газа». На пальцах это выглядит так: вы вдавили педаль в пол, а компьютер начинает советоваться с партией зеленых, оценивая предстоящие выбросы вредностей. Поэтому в любой современной машине всё определяется программным обеспечением и скоростью процессора, который порой может и не поспевать отслеживать меняющиеся условия работы. Можно привести и другой пример по части экологии: современные дизели имеют электронные ограничители времени работы на оборотах максимальной мощности, поскольку в таком режиме дизельный двигатель изрыгает сажу.

Всем, кто имеет свое суждение о превосходствах того или иного двигателя, предлагаю высказаться. Аргументы типа «„Зенит“ — чемпион»» прошу не употреблять: хочется услышать технически обоснованную аргументацию.

А вообще-то…

А, вообще-то, подобные споры скоро прекратятся. Одна компания за другой заявляют о полном прекращении новых разработок дизелей. А потом и ДВС в целом… Впереди эпоха гибридов различных мастей и, конечно же, электромобилей. Впрочем, недавно прозвучала команда вспомнить про метан, так что — посмотрим…

Я никогда не любил дизели. Но мне их жалко.

Фото: depositphotos

Отличия атмосферного двигателя от турбированного

В легковых автомобилях или автодомах мы можем найти бензиновых и дизельных двигателей (по понятным причинам большинство автодомов оснащены дизельными двигателями) — как без наддува, так и с турбонаддувом. К сожалению, для большой группы водителей различия между этими типами двигателей ( с точки зрения затрат на техническое обслуживание , производительность и характеристики ) остаются неизвестными.

По такой прозаической причине многие из нас выбирают автомобиль, который оказывается слишком дорогим в обслуживании, чем мы ожидали ранее. Однако, прежде чем принять окончательное решение, мы должны познакомиться с наиболее важными отличиями между агрегатами с наддувом и турбонаддувом.

Непонятно, почему многие водители считают, что любой бензиновый двигатель (даже с турбонагнетателем и другим сложным оборудованием) прост в конструкции и эксплуатации, что означает низкие затраты на обслуживание.Нет ничего более далекого от истины — современный бензиновый агрегат тоже доставляет проблемы.

Безнаддувный двигатель

Еще в 90-е годы огромной популярностью пользовались дизельные двигатели со свободным наддувом . Эти атмосферные гравитационные двигатели имели низкую мощность и крутящий момент , а взамен не требовали слишком многого. В отличие от современных дизельных агрегатов — их обслуживание ограничивается только штатными маслами , фильтрами и ГРМ. Любые серьезные отказы почти всегда возникают по вине пользователя или экстремального износа оборудования.Более того — система впрыска дизельного двигателя без наддува в прошлом была чрезвычайно сильной. — использование дизельного топлива низкого качества (и даже топочного мазута) не вызывает никаких повреждений. Аналогичная ситуация и с бензиновыми двигателями без дорогостоящего оборудования — они требуют только регулярного обслуживания.

Агрегаты с турбонаддувом

Гораздо сложнее обстоит дело с двигателями, оснащенными турбокомпрессором . Независимо от того, имеем ли мы дело с бензиновым двигателем или дизельным двигателем — мы должны знать о расширенной структуре и, как следствие, о более высоких эксплуатационных расходах. Сама турбина через некоторое время потребует замены или регенерации ( 200 — 340 евро за регенерацию, 340 — 1100 евро за обмен ). Двигатели с турбонаддувом также имеют точный впрыск топлива , который не терпит некачественного топлива — даже небольшие ошибки могут привести к серьезным повреждениям . К сожалению — даже правильно подержанный автомобиль потребует замены форсунок (что будет стоить даже 400 евро за штуку ).

Также обслуживание турбированных агрегатов на сложнее . Дополнительное оборудование двигателя не облегчает задачу для неопытного механика — оно также занимает много места под капотом, фактически затрудняя доступ к двигателю.

В автомобилях и автодомах, производимых в настоящее время , используются почти исключительно двигатели, оснащенные турбокомпрессором. Их более высокая экономичность, динамика, культура труда и расход топлива говорят в пользу аналогичной конструкции. Однако по долговечности они не похожи на атмосферники.

Турбины, нагнетатели и безнаддувные двигатели

Безнаддувные двигатели раньше были стандартной моделью, с турбонаддувом или нагнетателем либо высокопроизводительными моделями, либо после рыночных модификаций. Однако по мере того, как автомобильный ландшафт менялся, двигатели с турбонаддувом становились все более распространенными.

ЧТО-ТО ЗА НИЧЕГО?

Безнаддувные двигатели или естественно «дышащие» двигатели — это двигатели, которые всасывают воздух в нормальных условиях при нормальном атмосферном давлении.

Чем больше воздуха попадает в камеры сгорания двигателя, тем больше топлива может быть добавлено, вызывая более крупные взрывы и генерируя больше энергии. По мере увеличения скорости транспортного средства скорость, с которой воздух поступает в двигатель, также увеличивается, что дает ему возможность производить необходимую мощность на более высоких скоростях.

Безнаддувные двигатели обычно имеют больший рабочий объем, поскольку им не хватает дополнительной мощности, обеспечиваемой системой принудительного впуска. Они компенсируют это либо увеличением количества цилиндров, либо увеличением диаметра их цилиндров, что приводит к увеличению объема пространства внутри камер сгорания.

Системы принудительной индукции работают, чтобы нагнетать в двигатель больше воздуха, чем он мог бы в противном случае, позволяя двигателю вырабатывать даже больше мощности, чем обычно при тех же условиях.Обычно используется одна из двух систем; Нагнетатели или турбокомпрессоры.

A Supercharger — это компрессор, установленный в точке забора воздуха и работающий непосредственно от двигателя через ремень или цепь. Их преимущество перед турбокомпрессорами состоит в том, что они всегда работают, а это означает, что дополнительная мощность не задерживается.

Поскольку скорость потока, создаваемая ими, напрямую зависит от частоты вращения двигателя, он в любое время обеспечивает необходимый объем воздушного потока. Однако обратная сторона заключается в том, что он работает непосредственно от двигателя, при его питании теряется некоторая энергия, а двигатель менее экономичен, чем мог бы быть.

Не заблуждайтесь, потерянная энергия, которая идет на питание нагнетателя, более чем восстанавливается благодаря эффекту, который она оказывает на увеличение мощности двигателя; для этого просто потребуется много топлива.

Турбокомпрессоры необходимо монтировать дальше в двигателе, так как они также должны быть подключены к выхлопной системе. Они используют давление выхлопных газов, выходящих из камеры сгорания, для питания своего компрессора, который нагнетает больше воздуха в двигатель и увеличивает мощность.

Эта более высокая выходная мощность приводит к увеличению давления выхлопных газов и еще большему питанию системы. Эта самовоспроизводящаяся природа делает их удивительно эффективными, поскольку они используют потраченную впустую энергию и превращают ее в огромные приросты мощности.

Обратной стороной турбонагнетателя является то, что компрессору необходимо достичь минимальной скорости, чтобы его эффекты ощущались, и это приводит к задержке выдачи мощности. Турбо-лаг — это то, что характерно практически для всех двигателей с опытом работы с турбокомпрессором.

Внезапные запросы на ускорение задерживаются двигателем, ожидающим, пока турбонагнетатель нагонит, прежде чем мощность поступит довольно быстро, когда компрессор достигнет скорости, необходимой для обеспечения желаемого прироста мощности.

НЕОБХОДИМОСТЬ В СКОРОСТИ

Поскольку производители столкнулись с растущим давлением, требующим сокращения выбросов из своих двигателей, эффективность использования топлива была определена как простой способ сделать это — меньше сжигаемого топлива меньше образующихся выхлопных газов. Меньшие двигатели потребляли меньше топлива, и за счет включения системы принудительного впуска, чтобы компенсировать снижение уровней мощности, генерируемых этими меньшими двигателями, они смогли поддерживать постоянные уровни производительности, несмотря на потерю объема двигателя.

Усовершенствования в других технологиях двигателей означали, что двигатели меньшего размера обеспечивали большую мощность, чем раньше, но этого было бы недостаточно, чтобы покрыть дефицит вместе с растущей массой современных автомобилей и ожиданиями покупателей в отношении производительности.

Турбокомпрессоры

были естественным выбором, аккуратно решив проблему, обеспечив необходимый прирост мощности при сохранении небольших размеров двигателя. Их рекуперация энергии обеспечивала мощность, не увеличивая потребность двигателя в топливе, как это делают нагнетатели, тем самым повышая топливную эффективность и снижая выбросы.

ДИЗЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ

Дизельные двигатели были основной движущей силой увеличения турбонаддува. Рост затрат на вождение и лучший пробег значительно увеличили их популярность, и, хотя ранее они считались грязными дизелями, более жесткие правила выбросов заставили производителей действовать и очистить свои характеристики и свой имидж.

Поскольку турбокомпрессор был естественным выбором для системы принудительного впуска в серийных автомобилях, дизельные двигатели были идеальным хозяином.

Дизельные двигатели

работают на гораздо более низких оборотах, чем двигатели, работающие на бензине, и этот более узкий диапазон означал, что один турбонаддув мог охватывать большинство диапазонов мощности и обеспечивать большую выгоду. Дизельные двигатели также производят более мощный выхлоп, что делает их более эффективными при питании самого турбонагнетателя.

Кроме того, поскольку время впрыска топлива происходит позже в цикле двигателя, дизельные двигатели не страдают от проблем с детонацией перед зажиганием, вызванных более высокой температурой воздуха, нагнетаемого в камеру сжатия, что устраняет необходимость в промежуточных охладителях — занимая меньше места и снижение затрат на запчасти.

ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ

Turbos может иметь смысл для повышения эффективности, но это не дешевая деталь. Турбокомпрессоры работают с ошеломляющими скоростями до 250 000 об / мин по сравнению с частотой вращения двигателя всего несколько тысяч об / мин, и поэтому они должны быть спроектированы с высокой точностью, чтобы выдерживать нагрузки, которым они подвергаются.

Дизельные двигатели сегодня стоят больше, чем бензиновые, из-за использования дополнительных технологий, но производители опасались повышать цены для клиентов, которые выбирали их из соображений экономии.

Маловероятно, что турбины получили бы такое широкое распространение, если бы цели по выбросам не заставляли производителей. Стоимость установки дополнительных деталей и перепроектирования новых двигателей была значительной, но вполне вероятно, что штрафы, понесенные за нарушение этих целевых показателей выбросов, превысили эти затраты, поэтому вместо этого они решили использовать двигатели с турбонаддувом.

Как оказалось, это не помешало продажам оставаться популярными, и теперь турбины входят в стандартную комплектацию большинства дизельных двигателей.Однако наддувы по-прежнему предназначены для двигателей с высокими характеристиками, которые не беспокоятся о том, сколько миль они проезжают на галлон — и ответ будет немного.

MAT FOUNDRY GROUP ЯВЛЯЕТСЯ ВЕДУЩИМ ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ СЕРЫХ И ЧУГУННЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ. ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О НАС ПРОСМОТРЕТЬ НАШИ ПРОДУКТЫ ИЛИ СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ СЕГОДНЯ

Что такое атмосферный двигатель?

Безнаддувные двигатели — это двигатели, которые работают без турбонагнетателей или нагнетателей, что означает, что они дышат воздухом при атмосферном давлении вместо использования «принудительной индукции» для повышения производительности.

Что мне нужно знать о двигателях без наддува?

Традиционно стандартные бензиновые двигатели были безнаддувными (также называемыми безнаддувными двигателями или даже просто NA), в то время как дизельные двигатели должны регулярно использовать турбокомпрессоры для повышения мощности и экономии.

Однако производители все чаще прибегают к турбонаддуву как бензиновых двигателей, так и дизелей, поскольку покупатели по-прежнему хотят одновременно большей мощности и большей экономии топлива.

Двигатели

с турбонаддувом часто показывают лучшие результаты в официальных тестах на экономию топлива, и они могут обеспечить больший разброс характеристик от низких до средних оборотов двигателя и выше, а это означает, что вам не нужно работать с двигателем так тяжело для того же ускорения.

Каковы преимущества атмосферных двигателей?

В то время как двигатели с турбонаддувом могут обеспечивать большую мощность, чем безнаддувные альтернативы того же размера, безнаддувные двигатели обладают и другими преимуществами.

Безнаддувные двигатели обычно гораздо быстрее реагируют на нажатие педали акселератора — давая им то, что восторженные водители назвали бы большей реакцией — тогда как при внезапном запросе увеличения скорости от двигателей с турбонаддувом может возникнуть задержка.

Эта турбо-задержка является результатом дополнительной сложности, которая в конечном итоге позволяет двигателям с турбонаддувом вырабатывать дополнительную мощность.

Точно так же, если вы позволите двигателю упасть слишком низко, некоторые двигатели с турбонаддувом могут чувствовать себя очень запаздывающими, поскольку турбокомпрессору требуется больше времени для восстановления и возврата к скорости.Это не проблема для большинства атмосферных двигателей.

Кроме того, безнаддувные автомобили должны быть дешевле в покупке, более надежными и простыми в обслуживании, поскольку они менее сложны.

Модели

с турбонаддувом также не всегда так экономичны в реальном вождении, особенно при более интенсивной работе двигателя — это может привести к большим расхождениям между заявленным и реальным расходом топлива на галлон, особенно для бензиновых автомобилей с турбонаддувом.

Бензин без турбонаддува, как правило, не страдает такими большими различиями; Mazda, например, в значительной степени избегала турбонаддува своих недавних бензиновых двигателей и в результате имеет тенденцию предоставлять впечатляющие показатели реальной экономики.

Однако вы обнаружите, что автомобили без турбонаддува невероятно медленные. Поэтому их лучше избегать.

Альтернативы / Похожи на

Турбокомпрессор

Нагнетатель

Ищете более сложные автомобильные значения? Перейдите на страницу глоссария автомобилей Parkers и ознакомьтесь с другими нашими определениями

границ | Преимущества и недостатки дизельных одно- и двухтопливных двигателей

Введение

Обедненная смесь с воспламенением от сжатия (CI) и прямым впрыском (DI) является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010).Он производит выбросы оксидов азота и твердых частиц (ТЧ) из двигателя, которые нуждаются в последующей очистке, чтобы соответствовать чрезвычайно низким пределам, установленным для транспортных средств (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007), несмотря на то, что качество воздуха невысокое. не только под влиянием транспортных выбросов, но и из многих других источников. Одних только стратегий сжигания (Khair and Majewski, 2006) было недостаточно для достижения пороговых значений 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 во всем мире сталкивались со все более строгими законами о выбросах (Knecht, 2008; Zhao, 2009) ценой постепенного отказа от технологии, нацеленной на нереалистичные минимальные дополнительные улучшения.

У дизеля есть как все плюсы, так и минусы. Он имеет эффективность преобразования топлива при полной и частичной нагрузке, превышающую 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 электроэнергию. По данным EIA (2018), в 2017 году в США угольные парогенераторы работали со средней эффективностью 33,98%. Парогенераторы, работающие на нефти и природном газе, работают примерно с одинаковой эффективностью 33.45 и 32,96%. Газотурбинные генераторы работают с пониженным КПД 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 на нефти с КПД 34,78%, а на природном газе с 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 у CIDI ICE плохая репутация, 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 досадный случай был разыграен против CIDI ICE, чтобы создать впечатление, что этот двигатель экологически вреден для выбросов загрязняющих веществ, хотя это не так.

Значительные выбросы NOx двигателей CIDI ICE являются результатом большого образования NOx в цилиндрах при избыточном обеднении 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 при доочистке, решили вводить меньше мочевины, чем необходимо, если это не строго требуется сертификацией выбросов. Точно так же некоторые производители также сосредоточились на вопросах управляемости и экономии топлива, а не на выбросах, когда их строго не спрашивали, вдали от условий эксплуатации, вызывающих озабоченность при сертификации выбросов. Таким образом, несоблюдение требований по выбросам NOx в случайно выбранных условиях не было фундаментальным недостатком двигателей CIDI ICE в целом, а только конкретных продуктов, разработанных с учетом нормативов выбросов и требований рынка в конкретное время.Противники CIDI ICE не считают, что эти двигатели оснащены уловителями твердых частиц с почти идеальной эффективностью, 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 при выходе из двигателя, а также CO _{. 2} и освобождаясь от компромисса PM-NOx, влияющего на стратегии впрыска только дизельного топлива, также сокращают выбросы NOx при выходе из двигателя.Также рассмотрены тенденции развития двухтопливных двигателей CIDI ICE.

Использование биодизеля для производства низкоуглеродного дизельного топлива с использованием однотопливного подхода, безусловно, является еще одним вариантом сокращения выбросов CO ₂ . Хотя эта возможность не влияет на выбросы загрязняющих веществ, производство биотоплива в целом растет, но не ожидаемыми темпами (IEA, 2019), и вопрос о соотношении продуктов питания и топлива (Ayre, 2007; Kingsbury, 2007; Inderwildi) and King, 2009) также может иметь негативный вес в мире с прогнозируемым неизбежным водным и продовольственным кризисом (United Nations, 2019).Кроме того, преимущества биотоплива перед LCA — давняя и противоречивая дискуссия 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 мощным парниковым газом, этот аспект следует должным образом учитывать при сокращении выбросов парниковых газов. Существует не только возможность утечки метана из транспортных средств, оснащенных двухтопливными дизельными двигателями, работающими на СПГ. Также существуют выбросы метана при добыче нефти и газа.Помимо выбросов метана при добыче природного газа, существуют выбросы электроэнергии, связанные с эксплуатацией завода по производству СПГ. Хотя СПГ (и КПГ), безусловно, будет иметь преимущества по сравнению с дизельным топливом, это преимущество может быть меньше, чем то, что можно было бы вывести из отношения C-H в топливе. 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 удельным крутящим моментом. Если природный газ смешивается (окуривается) с всасываемым воздухом перед впуском 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 всасывания, 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 Совета по воздушным ресурсам Калифорнии (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 транспортных средствах 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 угольными электростанциями, был прямой заменой традиционного бензинового топлива (Olah, 2004 , 2005). H ₂ -ICE стал историей после того, как CARB рассмотрел BMW Hydrogen 7, первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который был поставлен на рынок, не квалифицируемый как автомобиль с нулевым выбросом (CO ₂ ). В 2005 году BMW предложила автомобиль Hydrogen 7 как автомобиль с нулевым уровнем выбросов.Горел водород, в выхлопной трубе был в основном водяной пар и абсолютно не выделялся CO ₂ , но Агентство по охране окружающей среды США не согласилось с нулевым уровнем выбросов CO ₂ (Nica, 2016). Агентство по охране окружающей среды США заявило, что у транспортного средства все еще был ДВС, с возможностью того, что масло, используемое для смазки, могло попасть в цилиндр, образуя CO ₂ . Тот факт, что общий расход масла составлял ничтожно малые 0,04 л масла на 1000 км, не учитывался. Из-за неофициальных обсуждений BMW отказалась от исследования водородных ДВС.Все остальные производители оригинального оборудования впоследствии 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 расширения запаса хода (Ramsbrock et al., 2013; Scott and Burton, 2013). . Расширителем запаса хода был небольшой бензиновый ДВС, приводивший в действие генератор для подзарядки аккумулятора. Внедрение расширителя диапазона позволило увеличить запас хода автомобиля и снизить стоимость, вес и объем аккумуляторной батареи, что является серьезной проблемой для экономики и окружающей среды.Поскольку производство планируется начать только в 2013 году, CARB сразу же поспешил установить правила, предотвращающие оптимизацию этой концепции, выпустив в 2012 году (CARB, 2012) чрезмерно долгое постановление, предписывающее, что расширитель диапазона должен использоваться только для достижения ближайшей подзарядки. точка. В промежутке между другими требованиями CARB запросил у транспортного средства с расширителем запаса хода номинальный запас хода на полностью электрической основе не менее 75 миль, диапазон меньше или равный диапазону заряда батареи от вспомогательной силовой установки, и, наконец, чтобы Вспомогательная силовая установка не должна включаться до тех пор, 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 обернуться экономической и экологической катастрофой.Таким образом, концерн Volkswagen стал мишенью скандала « дизельные ворота ». Дизельные ДВС обеспечивали низкие выбросы CO ₂ , конкурируя с аккумуляторными электромобилями в анализах 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 правильным оборудованием. Международный совет по чистому транспорту (ICCT) организовал случайное вождение по дороге 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 могли обеспечить такие же удельные выбросы при любых 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 аккумуляторных электромобилей, финансирование инфраструктуры подзарядки электромобилей в Соединенных Штатах отдельными поставщиками (O’Boyle, 2018). Затем « Diesel-gate » использовался для определения конца мобильности на базе ICE (Raftery, 2018; Taylor, 2018).

Предполагаемый избыточный выброс NOx транспортными средствами, оснащенными дизельными ДВС CIDI, 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 превышающих ». Эта работа не является объективной при анализе выбросов дизельного двигателя. Неверно утверждать, что дизельные автомобили в ЕС выбрасывают на дороге гораздо больше NOx, чем нормативные ограничения. Как было написано ранее, правила выбросов регулируют выбросы загрязняющих веществ в конкретных условиях лабораторных испытаний, а не во всех других возможных условиях.Неразумно ожидать определенной экономии топлива и выбросов регулируемых загрязнителей и углекислого газа, которые не зависят от конкретного испытания. Чтобы иметь выбросы «, превышение », сначала необходимо установить предел для конкретного 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.Требование также основано на завышенной оценке количества смертей на счет этого дифференциального выброса. Эти два предположения не подтверждаются проверенными данными.

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

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

Преимущества и недостатки экономичного двигателя CIDI

Основным преимуществом сжигания обедненной смеси, CIDI ICE, является эффективность преобразования топлива, которая намного выше, чем у стехиометрических, SI ICE, как при полной нагрузке, так и, более того, при частичной нагрузке (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Чёке, 2010).В то время как у легковых автомобилей с обедненной топливной смесью CIDI ICE на дизельном топливе пиковая эффективность преобразования топлива составляет около 45%, пиковая эффективность легковых автомобилей со стехиометрическими двигателями SI ICE, работающими на бензине, составляет всего около 35%. Снижение нагрузки за счет количества впрыскиваемого топлива, эффективности преобразования топлива при сжигании обедненной смеси, CIDI ICE является высоким в большей части диапазона нагрузок. И наоборот, при уменьшении нагрузки, дросселируя впуск, эффективность преобразования топлива стехиометрического, SI ICE резко ухудшается при уменьшении нагрузки.Это дает возможность легковым автомобилям, 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).

Бедное сжигание после обработки в целом (дизельные ДВС CIDI изначально работают на обедненной смеси, за исключением случаев экстремального использования рециркуляции выхлопных газов, EGR), однако, намного менее эффективно, чем стехиометрическое 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 гораздо более продолжительными и требуют, чтобы двигатель работал в значительной степени полностью прогретым, намного больше в ДВС, работающем на обедненной смеси, чем стехиометрические ДВС. Кроме того, двигатели CIDI ICE, работающие на обедненной смеси, содержат твердые частицы, что является обычным недостатком, даже в меньшей степени, двигателей с прямым впрыском, включая SI DI ICE. ТЧ возникают, когда закачиваемая жидкость, еще жидкая, взаимодействует с пламенем, образуя сажу.Сажа образуется в богатых топливом областях камеры сгорания (Hiroyasu and Kadota, 1976; Smith, 1981; Neeft et al., 1997). Постное сжигание, CIDI ICE, таким образом, нуждаются в ловушках для частиц (Neeft et al., 1996; Saracco et al., 2000; Ambrogio et al., 2001; Mohr et al., 2006). Это, однако, также является возможностью, поскольку циркуляция в областях с фоновыми частицами может обеспечить лучшее качество воздуха в выхлопной трубе, чем во впускной. Кроме того, двигатели CIDI ICE, работающие на обедненной смеси, эти двигатели, как правило, с турбонаддувом, стоят дороже.Двухтопливный режим работы с LPG, CNG или LNG не имеет никаких недостатков с точки зрения регулируемых загрязняющих веществ или CO ₂ , а дает только преимущества.

Эффективность преобразования топлива

Без нацеливания на рекуперацию отработанного тепла (WHR) дизельные двигатели CIDI ICE доказали свою способность достигать максимальной эффективности преобразования топлива около 50%, обеспечивая при этом чрезвычайно высокое среднее эффективное давление 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 ахиллесова пята традиционных WHR. Кроме того, WHR увеличивают вес, тепловую инерцию, проблемы с упаковкой и сложность. Инновационные концепции WHR, использующие контур охлаждающей жидкости в качестве подогревателя модифицированного «турбо-отпаривателя » (Freymann et al., 2008, 2012) без необходимости использования двойного контура, требуют значительных усилий в области 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.Рабочий объем 5,5 л был распределен на два цилиндра меньше. Двигатель имел примерно 440 кВт и крутящий момент более 1050 Нм. Верхний BMEP превышал 24 бара. Затем, с 2011 по 2013 год, Audi перешла на V6 TDI в Audi R18 TDI, R18 ultra и R18 e-Tron Quattro. Уменьшение объема двигателя позволило довести рабочий объем двигателя до 3,7 л. Легкий и компактный двигатель V6 TDI развивал 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 переработанным двигателем V6 TDI с рабочим объемом 4,0 л. Максимальная мощность составляла 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 г.) 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 6 МДж (ERS) для торможения максимальный расход топлива составлял 71,4 кг / ч. Для дизельного топлива с низшей теплотворной способностью (НТС) 43,4 МДж / кг мощность потока топлива составила 860,8 кВт. Таким образом, максимальная мощность была получена при пиковом КПД торможения η = 0,475, что намного больше, чем максимальный КПД многих серийных высокоскоростных дизельных двигателей, которые могут работать, вплоть до максимального КПД η = 0.45 при более низких оборотах двигателя.

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

Выбросы при лабораторных испытаниях

Прошлая сертификация выбросов, которая проводилась производителями оригинального оборудования (OEM) и не подвергалась независимым испытаниям, была связана с неточностями в тестах и ​​несоответствием цикла сертификации (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Короткий, сильно стилизованный новый европейский ездовой цикл (NEDC) был чрезвычайно далек от реальных условий вождения, с которыми сталкиваются европейские пассажиры. Поскольку более двух десятилетий OEM-производители были вынуждены сосредоточить свои RandD на производстве двигателей, соответствующих требованиям и экономичных во время этого цикла, из-за ухудшения состояния из-за холодного запуска, другие возможные применения не регулировались и оставались на усмотрение OEM.Неточности (и осторожность) в способе проведения испытаний привели к множеству несоответствий, начиная с большого разброса выбросов углекислого газа (CO ₂ ) 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 (дизельным) 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 понимать, что чрезмерные запросы по одному критерию могут привести к невозможности удовлетворить другие критерии.

Выбросы от вождения в реальном мире

Только недавно Европейский Союз (ЕС) ввел тесты на выбросы выхлопных газов в реальных условиях движения (RDE). Выбросы от дорожных транспортных средств теперь измеряются с помощью портативных анализаторов выбросов (PEM). Тест RDE должен длиться 90–120 минут и включать один городской (<60 км / ч), один сельский (60–90 км / ч) и один автомагистральный (> 90 км / ч) сегмент равного веса, покрывающий расстояние. не менее 16 км.Затем в пределах выбросов RDE используются коэффициенты соответствия, которые относятся 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. Другие 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 транспортных средств, выпущенных до введения новых правил, предложены ABMARC (ABMARC, 2017). В отчете, подготовленном для Австралийской автомобильной ассоциации, представлены результаты испытаний на выбросы и расход топлива 30 различных легковых и легких коммерческих автомобилей, измеренные с помощью PEMS на австралийских дорогах. Большинство автомобилей соответствовали стандартам Евро 4, 5 и 6, а один из них соответствовал стандартам Евро 2. Реальный расход топлива протестированных автомобилей по сравнению с результатами цикла сертификации был в среднем на 23% выше, на 21% выше для автомобилей с дизельным двигателем, с 4% ниже до 59% выше и на 24% выше для автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 3% ниже до 55% выше.У одного транспортного средства, работающего на сжиженном нефтяном газе, реальный расход топлива на 27% выше, чем результат цикла сертификации. Один подключаемый к сети гибридный автомобиль имел реальный расход топлива на 166% выше, чем результат цикла сертификации с полным состоянием заряда, и на 337% выше при испытании 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 последних правилах ЕВРО автомобили должны соответствовать все более строгим стандартам выбросов регулируемых загрязняющих веществ, а также сокращать выбросы CO ₂ . Поскольку эти требования противоречили друг другу и их трудно было удовлетворить, несоответствие между реальным расходом топлива и результатами цикла сертификации увеличивается с увеличением стандарта. Автомобили, соответствующие стандарту Euro 6, имеют наибольшее расхождение между реальными результатами и результатами цикла сертификации.

Что касается выбросов, то у 13 транспортных средств превышены удельные выбросы NOx, предписанные для сертификационного цикла. 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, установленный в сертификационном цикле. 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 прямым впрыском 2-х бензинового бензина (GDI) выбрасывается 26% от предельного количества ТЧ сертификационного цикла.Что касается выбросов NOx от двигателей с обедненным горением, измеренные результаты были лучше, чем заявленные для « дизельный затвор » или заявленные в таких работах, как (Chossière et al., 2018).

Новые правила были введены после « дизельный затвор », а дизельные двигатели CIDI были улучшены. Реальные европейские данные о выбросах транспортных средств после введения новых правил представлены ACEA (2018a). В ходе правильно проведенной экспериментальной кампании, в повторяемых условиях, с соответствующим 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, совместимых с 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 выделяют низкие выбросы загрязняющих веществ на дорогах и являются экономичными. Испытания проводились в реальных условиях вождения водителями различных национальных органов по официальному утверждению типа.270 новых типов дизельных автомобилей, сертифицированных по последнему стандарту Euro 6d-TEMP, были представлены на европейском рынке в течение предыдущего года. Все эти дизельные автомобили показали очень хорошие результаты ниже порогового значения NOx теста RDE, которое теперь применяется ко всем новым типам автомобилей с сентября 2017 года. Большинство этих автомобилей имеют выбросы NOx значительно ниже более строгого порога, который будет обязательным с января 2020 года. test гарантирует, что уровни выбросов загрязняющих веществ, измеренные во время новых лабораторных испытаний WLTP, подтверждаются на дороге.Каждый протестированный автомобиль представляет собой « семейство », состоящее из похожих автомобилей различных вариантов. Эта деятельность доказывает, что автомобили с дизельным двигателем, которые сейчас доступны на рынке, имеют низкий уровень выбросов в любом приемлемом состоянии. Немецкий автомобильный клуб (ADAC) недавно подсчитал, что на 30 октября 2018 года было доступно 1206 различных автомобилей, совместимых с RDE, как с бензиновым, так и с дизельным двигателем (ADAC, 2018a). Следовательно, дизельные ДВС CIDI не заслуживают плохой репутации, которую они получили из-за «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 достижении целей по качеству воздуха при одновременном повышении топливной эффективности и сокращении выбросов CO ₂ в краткосрочной и среднесрочной перспективе . Недавние дорожные испытания, проведенные ADAC (2018b), показали, что новейшие автомобили с дизельным двигателем выбрасывают в среднем на 85% меньше NOx, чем автомобили стандарта Евро 5, а самые эффективные дизельные автомобили стандарта Евро 6, соответствующие требованиям RDE, выбрасывают на 95–99% меньше NOx по сравнению с автомобилями Euro 5.Каждый протестированный автомобиль выделяет меньше лимитов для каждого регулируемого загрязнителя. Эти автомобили также обеспечивают исключительную экономию топлива. Кроме того, есть возможность производить еще меньше CO ₂ и менее регулируемых загрязняющих веществ, переходя на двухтопливное дизельное топливо — СПГ, КПГ или СНГ.

PM Преимущества дизельных автомобилей

Дизельные двигатели не являются мишенью из-за того, что транспортный сектор вносит свой вклад в общее качество воздуха. Однако, поскольку качество воздуха во многих частях мира оставляет желать лучшего, а дизельные фильтры твердых частиц могут помочь улучшить качество воздуха, аргумент PM может фактически быть использован в пользу мобильности на основе дизельного топлива, а также против альтернатив, таких как электрические. мобильность.Хотя неверно утверждать, что более современные автомобили с дизельным двигателем выделяют « излишков » NOx и ухудшают качество воздуха, более современные автомобили с дизельным двигателем способствуют очистке воздуха загрязненных территорий, например, от ТЧ. Из Таблицы 1 видно, что 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, домашних хозяйствах, 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.

Табачный дым в окружающей среде (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 из автомобиля с дизельным двигателем Euro 3, работающего 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 PM ₁₀ на здоровье городского населения 13 крупных итальянских городов, оцениваемое как 8220 случаев смерти в год, что связано с концентрациями PM ₁₀ выше 20 мкг / м. Это 9% смертности от всех причин (без учета несчастных случаев) среди населения старше 30 лет. Эти уровни PM ₁₀ не являются результатом использования новейших автомобилей с чистым дизельным двигателем.

Эффективность дизельных сажевых фильтров (DPF) относительно сложна (Fiebig et al., 2014). Новейшие технологии DPF более эффективны для больших размеров, в то время как менее эффективны или даже отрицательны для меньших нанометрических размеров. Мониторинг часто ограничивается PM ₁₀ — частицами диаметром 10 микрометров — или PM _2,5 — частицами диаметром 2,5 микрометра. DPF может улавливать от 30% до более 95% микрометрических ТЧ (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 учитывает загрязнение 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, включая легковые автомобили, 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 множества типов аэрозольных частиц, циркулирующих в атмосфере, одним из самых разрушительных является PM _2,5 . Во многих областях Китая и Индии уровни PM _2,5 и PM ₁₀ намного превышают рекомендованные ВОЗ, 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 окружающего воздуха колеблется от <10 до более 100 мкг / м ³ для PM _2.5 , и от <10 до более 200 мкг / м ³ , для PM ₁₀ . Случаи плохого качества воздуха широко распространены не только в Китае и Индии. Однако промышленный центр южного побережья Китая является одним из районов с наиболее высоким уровнем загрязнения, как Пекин и Дели. В то время как Пекинский « airpocalypse » подавляется решительными мерами, в основном направленными на использование угля, но также ограничивающими движение любого транспортного средства (South China Morning Post, 2018), « airpocalypse » Дели достигает нового чрезвычайно высокий, также благодаря « выжиганию стерни, » из окрестностей (Indiatimes, 2018).

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

Качество воздуха в Гонконге не самое лучшее (Haas, 2017). Уровни загрязняющих веществ 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, заряжаемые электростанциями, работающими на горючем топливе, электромобили могут фактически способствовать загрязнению ТЧ. Согласно Hodan and Barnard (2004), самый большой 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 выше, чем можно найти. в выхлопной трубе автомобилей, оснащенных новейшими дизельными двигателями CIDI, таблица 1 и NO ₂ концентрации также довольно велики. Двухтопливный режим работы на СПГ, КПГ или СНГ с неизменным в остальном транспортным средством, в котором установлен сажевый фильтр, может еще больше способствовать очистке окружающего воздуха от твердых частиц.

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

Преимущества двухтопливного дизельного топлива — СПГ / СНГ / КПГ

Современные технологии

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

Дизельные двигатели по-прежнему выделяют значительное количество углекислого газа (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 за счет 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 выбросах 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 выходной мощности с примерно такой же эффективностью преобразования топлива.CNG — это нагнетаемый газ. СПГ также является газом в нормальных условиях. LPG в нормальных условиях жидкий, но испаряется намного быстрее, чем дизельное топливо. Это практически сводит к нулю выбросы твердых частиц (кроме выбросов 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 решена при работе на двух видах топлива (westport.com, 2019a, b). Воспламенение вызывает небольшое количество дизельного топлива. СПГ, КПГ или СНГ, впрыснутые до или после зажигания впрыска дизельного топлива, могут затем сгореть в смеси с предварительным смешиванием или диффузией.Первая фаза сгорания вызывает быстрое повышение давления. Скорость сгорания второй фазы определяется скоростью впрыска СПГ, КПГ или СНГ и предназначена для поддержания давления во время первой части такта расширения.

Одной из основных проблем, связанных с использованием СПГ или КПГ, является удельный объем топлива, поскольку плотность газа в 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 новейших дизельных форсунок.Это также проблема для хранения, поскольку объем топлива, необходимый для данного количества энергии на борту транспортного средства, намного больше, чем у дизельного топлива. СПГ имеет лучшую объемную плотность, но для поддержания низкой температуры требуется криогенная система. КПГ имеет меньшую объемную плотность и дополнительно требует 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 пилотного / предварительного впрыска дизельного топлива.В последнее время HPDI развивается в сторону более сложных стратегий, регулирующих предварительно смешанное и диффузионное сжигание природного газа, как было предложено Боретти (2013).

Традиционный HPDI в тяжелых ДВС позволяет ДВС, работающему на природном газе, сохранять рабочие характеристики, аналогичные характеристикам дизеля, при этом большая часть энергии обеспечивается за счет природного газа. Небольшой пилотный впрыск дизельного топлива (5–10% энергии топлива) используется для зажигания непосредственно впрыскиваемой газовой струи. Природный газ горит в режиме диффузионного 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 последних 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 были рассмотрены 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 нагнетания.

Стратегии сжигания с контролируемой диффузией и с частичным предварительным смешиванием рассматриваются Florea et al. (2016) с помощью Westport HPDI. Сгорание с частичным предварительным смешиванием, называемое DI ₂ , является многообещающим, повышая эффективность 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 перед зажиганием впрыска дизельного топлива. Показано, что такое сгорание природного газа с частичной предварительной смесью улучшает как термическую 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 с сжиганием с регулируемой диффузией по базовой линии, когда впрыск природного газа происходит после впрыска дизельного зажигания.

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 пилотной массой, что обычно увеличивает количество ТЧ при сжигании с регулируемым смешиванием HPDI. LPI, пост-впрыск 10–25% от общего количества топлива, происходящий после основного сгорания, приводит к значительному сокращению выбросов твердых частиц с незначительным влиянием на другие выбросы и характеристики двигателя. Основное сокращение PM от LPI связано с уменьшением количества топлива при первом впрыске. Вторая закачка вносит незначительный чистый вклад в общее количество ТЧ.

Двухтопливный инжектор дизель-СПГ Westport HPDI дает отличные результаты. Однако у этого подхода есть фундаментальный недостаток. 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 изучены, например, в (Boretti, 2011b, c). Один инжектор использовался для дизельного топлива, а другой — для водорода. Смоделированный дизельный двигатель, преобразованный в двухтопливный дизель-водород после этого подхода, продемонстрировал КПД при полной нагрузке до 40–45% и снижение потерь в КПД, снижая нагрузку, работающую немного лучше, чем базовое дизельное топливо в каждой рабочей точке.Хотя использование двух форсунок на цилиндр не представляет проблемы для новых двигателей, сложно установить две форсунки при модернизации существующих дизельных двигателей. Специальные 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 является одним 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. Однородное 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 происходило 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 наилучшей эффективности преобразования топлива. в пределах ограничений по выбросам из двигателя, скорости нарастания давления и пиковому давлению.

Альтернатива электрической мобильности все еще преждевременна

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

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

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 вырабатывается электричество, которое без огромного увеличения накопления энергии, а не просто увеличение зарегистрированной мощности ветра и солнца, нуждается в поддержке 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, что связано с дополнительными проблемами, связанными с материалами, необходимыми для производства аккумуляторов, которые подвержены большему риску истощения, чем ископаемое топливо (Boretti, 2018). . Кроме того, эти материалы добываются неэтично в очень немногих местах.

Amnesty International (Onstad, 2019) недавно отметила, что индустрия электромобилей (EV) позиционирует 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 подключенных к сети аккумуляторных систем 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 из проблем загрязнения воздуха, связанных с транспортом, маловероятно, что это может произойти в ближайшее время, она не решает проблемы загрязнения из других источников, и в целом это еще не так. , где все включено. Потребление топлива для сжигания все еще резко увеличивается, и существует очень мало примеров технологических возможностей для преобразования химической энергии топлива в механическую или электрическую энергию с более высокой эффективностью преобразования энергии топлива и снижением выбросов загрязняющих веществ дизельных ДВС CIDI.Переход на электрическую мобильность в транспортном секторе потребует огромных затрат, в том числе с точки зрения выбросов парниковых газов.

Обсуждение и выводы

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

Дизельные ДВС

CIDI могут быть улучшены и более экологичны благодаря дальнейшим усовершенствованиям в системе впрыска, а также в системе дополнительной обработки. ДВС CIDI также можно улучшить, просто приняв двухтопливную конструкцию со сжиженным нефтяным газом, сжиженным 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 ТЧ и NOx из двигателя.

В дополнение к лучшему соотношению CH для выбросов CO ₂ , преимущества двухтопливных двигателей CIDI ICE с СПГ, КПГ или сжиженным нефтяным газом также проистекают из возможности регулирования фаз сгорания с предварительным смешиванием и диффузии путем впрыска второй фазы. топливо, которое намного легче испаряется и менее склонно к самовоспламенению до, после или после предварительного / пилотного дизельного топлива. Также особенно важен для СПГ охлаждающий эффект за счет криогенного впрыска. Дальнейшие разработки в системе впрыска являются предметом особого внимания при разработке этих новинок 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, это может вскоре оказаться неправильным 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 привести к смертности, улучшая качество воздуха, ограничивая при этом истощение природных ресурсов и выбросы CO ₂ , не требуя непозволительных усилий и кардинальные изменения.

Авторские взносы

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

Конфликт интересов

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

Список литературы

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашок Б., 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 в полевых условиях 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 грузовика, 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 сгорания и рекуперации отработанного тепла для водородных двигателей. Внутр. J. Hydr. Energy 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 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 испытания, подтверждающие экономию топлива и выбросы в реальных условиях вождения. Adv. Technol. Innovat. 4, 59–72.

Google Scholar

Боретти А., Ордис А. (2018). Супертурбонаддув 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. Aerosol. 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 воздействие большегрузных грузовиков, работающих на природном газе, на климат. 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 Барретт, 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. (2017a). Влияние стратегий нагнетания на выбросы от экспериментального 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 двигателя прямого впрыска природного газа — 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 двух видов топлива с частичной предварительной смесью 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). Турбореактивный пароход второго поколения. MTZ Worldwide 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, внедряющая принцип когенерации в автомобильную промышленность. MTZ Worldwide 69, 20–27. DOI: 10.1007 / BF03226909

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуди, Д., Данн, М., Мунши, С. Р., Лайфорд-Пайк, Э., Райт, Дж., Дуггал, В. и др. (2004). Разработка сверхмощного экспериментального двигателя с воспламенением от сжатия, работающего на природном газе, с низким уровнем выбросов NOx (№ 2004-01-2954) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper. 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. Контроль над табаком 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) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2001-01-3679

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, Т.В. (2009). Обзор дизельных выбросов 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. Заявл. Энергия 88, 4264–4273. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2011.06.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафлин, М., и Бернхэм, А. (2016). Пример : региональные грузовые автомобили 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). Горение и выбросы парных сопел в газовом двигателе прямого впрыска с пилотным зажиганием .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. Энергия 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. Aerosol. Sci. 38, 1079–1118. DOI: 10.1016 / j.jaerosci.2007.08.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартуцци М., Митис Ф., Явароне И. и Серинелли М. (2006). Воздействие PM10 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

МакТаггарт-Коуэн Г., Манн К., Хуанг Дж., Сингх А. и др. (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 из дизельного топлива. Топливный процесс. Technol. 47, 1–69. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (96) 01002-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Найджуис, Т. X., 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). КПД и характеристики выбросов при сжигании двух видов топлива с частичным предварительным смешиванием 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 биодизель-КПГ. Заявл. 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) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper.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 дизельном двигателе большой мощности и бензиновом двигателе легкового автомобиля. 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, работающих 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 топлива: дизельные двигатели .Кембридж: Издательство Вудхед.

Google Scholar

Как работают дизельные автомобили?

Автомобили с дизельным двигателем похожи на автомобили с бензиновым двигателем, поскольку оба используют двигатели внутреннего сгорания. Одно отличие состоит в том, что дизельные двигатели имеют систему впрыска с воспламенением от сжатия, а не систему с искровым зажиганием, используемую в большинстве бензиновых автомобилей. В системе с воспламенением от сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя и воспламеняется за счет высоких температур, достигаемых при сжатии газа поршнем двигателя.В отличие от систем контроля выбросов на автомобилях с бензиновым двигателем, многие автомобили с дизельным двигателем имеют дополнительные компоненты доочистки, которые уменьшают выброс твердых частиц и разлагают выбросы опасного оксида азота (NO _x ) на безвредные азот и воду. Дизель — обычное транспортное топливо, и в некоторых других вариантах топлива используются аналогичные системы и компоненты двигателя. Узнайте об альтернативных вариантах топлива.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты легкового автомобиля с дизельным двигателем

Система последующей обработки: Эта система состоит из нескольких компонентов, которые отвечают за фильтрацию выхлопных газов двигателя в соответствии с требованиями выхлопных газов.После того, как выхлопные газы двигателя фильтруются через сажевый фильтр (DPF) и катализатор окисления дизельного топлива для уменьшения твердых частиц, жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF) впрыскивается в смесь выхлопных газов, затем восстанавливается до азота и воды путем химического преобразования. в селективном каталитическом восстановителе (SCR) перед выбросом в атмосферу через выхлопную трубу автомобиля.

Батарея: Батарея обеспечивает электричеством для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Заливной патрубок для выхлопных газов дизельного двигателя: Этот порт предназначен для заполнения бака с жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя.

Бак с жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF): В этом баке содержится жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя, водный раствор мочевины, который впрыскивается в поток выхлопных газов во время избирательного каталитического восстановления.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; предохраняет двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный насос: Насос, перекачивающий топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя по топливопроводу.

Топливный бак (дизель): Хранит топливо на борту транспортного средства до тех пор, пока оно не понадобится для работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с воспламенением от сжатия): В этой конфигурации топливо впрыскивается в камеру сгорания и воспламеняется за счет высокой температуры, достигаемой при сильном сжатии газа.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

Скучаете по безнаддувным двигателям?

Я делаю.

Эта мысль возникла во время двойного теста между Mazda 3 и Hyundai i30. Невинное сравнение, которое неожиданно напомнило мне, насколько забавными и приятными могут быть двигатели без форсированного двигателя.

Вопрос возник, когда я метался между высокотехнологичным Mercedes-AMG с принудительной индукцией двигателя и олдскульной Americana на гоночной трассе. У обоих были свои достоинства, но диапазон мощности Ford Mustang Mach 1 имел определенную бурю в этой среде.

Ответ пришел, когда я сел за руль 13-летней Honda Civic Type R с легендарным двигателем марки «K20A».Здесь ограничение скорости 8500 об / мин было интуитивно полезным опытом, которого больше нет в основных автомобильных продуктах.

Почти все современные автомобили имеют ту или иную форму принудительной индукции, и в основном это турбонаддув. Если посмотреть на рынок в деталях, то лишь немногие предлагают продукты без компрессоров.

Быстрый анализ показывает, что Mazda, Hyundai, Honda и Kia поддерживают эту формулу в основном в избранных автомобилях для пешеходов. Jeep делает это в более суровых условиях. Lexus — подавляющее большинство поставщиков, но почти все они ориентированы на эффективность.

Многие из них не имеют отношения к тому, кто ищет атрибуты жанра, более ориентированные на производительность.

Есть несколько необычных моделей, таких как Mazda 3, которые обладают достаточным шармом атмосферного двигателя. Те, кто может предложить больше всего, включают основной дуэт Toyota 86 / Subaru BRZ и Mazda MX-5.

Это мелкие сборы — если у вас нет больших денежных резервов.

Так что же нам не хватает?

Ощущение получения бумажных фигурок двигателя кажется более полезным, когда он атмосферный.Они не чувствуют, что их регулирует ничто, кроме вашей стопы.

Двигатели, которые полагаются исключительно на атмосферное давление, создают мощность и, что более важно, крутящий момент линейно. Они естественным образом крещендо восходят, создавая пиковую крутящую силу в точке, относительно высокой в ​​его спектре оборотов.

Это по сравнению с чем-то с турбонаддувом, когда воздушный насос нагнетает давление в двигатель и заставляет его поршни создавать больший крутящий момент намного раньше.

Однако степень разделения увеличивается, когда ваша нога, в свою очередь, заставляет катушку турбонагнетателя, пронизанного электроникой, которая в конечном итоге решает, сколько воздуха должно пройти.

Ключевое слово есть электроника. Механические автомобили старой школы с турбонаддувом снова стали другими. Другими словами, медленные.

Те, у которых есть своя ниша и культ. На ум приходят такие автомобили, как «производитель вдов» — кодовое слово для Porsche 930 turbo. Это были мощные двигатели с механическим усилением, почти экспериментальные.

Даже некоторые изделия из более позднего японского металла, в которых не было ничего, кроме базового соленоида включения / выключения, регулирующего вакуум на механическом перепускном клапане, все еще сохраняли достаточную механическую связь.

Они тоже были пронизаны слабостями, из которых наш разум, кажется, экстраполирует характер.

Современные автомобили с турбонаддувом, однако, имеют умные, чисто электронные системы управления давлением наддува и другие формы регулирования, которые обеспечивают стабильную и ровную кривую крутящего момента.

Этот невидимый цифровой барьер из единиц и нулей иссушает душу. Это умное программирование, которое кажется явно искусственным.

С другой стороны, цифровые технологии турбонаддува позволили сделать двигатели чище, чем когда-либо прежде.Системы тщательного мониторинга — это спасательный круг для быстрых автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Это позволяет им соответствовать все более строгим экологическим стандартам.

Это необходимо подтвердить.

Так что с наддувом?

Воздуходувки с ременным приводом стремятся сохранить присущие безнаддувному двигателю качества, а также решить проблему мощности на литр. Однако они действительно страдают от паразитических потерь, которые имеют тенденцию лишать двигатель его яркости.

Еще есть проблема с теплом, для решения которой требуется экзотическая металлургия, а это недешево.

Однако, может быть, технология решит эти проблемы? Кто знает?

Скучаете по безнаддувным двигателям? Я делаю.

---

Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.

Скучаете по безнаддувным двигателям?

Как работает турбокомпрессор | Cummins

Существенная разница между дизельным двигателем с турбонаддувом и традиционным бензиновым двигателем без наддува : воздух, поступающий в дизельный двигатель, сжимается перед впрыском топлива .Именно здесь турбокомпрессор имеет решающее значение для выходной мощности и эффективности дизельного двигателя.

Работа турбокомпрессора заключается в сжатии большего количества воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Когда воздух сжимается, молекулы кислорода собираются ближе друг к другу. Это увеличение количества воздуха означает, что для безнаддувного двигателя такого же размера можно добавить больше топлива. Это приводит к увеличению механической мощности и повышению общей эффективности процесса сгорания. Следовательно, размер двигателя может быть уменьшен для двигателя с турбонаддувом, что приведет к лучшей компоновке, преимуществам экономии веса и общей улучшенной экономии топлива.

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса (1) и корпуса турбины (2) . Корпус турбины направляет выхлопные газы (3) в рабочее колесо турбины. Энергия выхлопного газа вращает турбинное колесо, и затем газ выходит из корпуса турбины через зону выхода выхлопных газов (4) .

Компрессор также состоит из двух частей: крыльчатки компрессора (5) и корпуса компрессора (6) .Принцип действия компрессора противоположен турбине. Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали (7) , и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Корпус компрессора затем преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в воздушный поток высокого давления и низкого давления посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух (8) проталкивается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для выработки большей мощности.

1. Колесо турбины
2. Корпус турбины
3. Выхлопной газ
4. Выходное отверстие для выхлопных газов
5. Колесо компрессора
6. Корпус компрессора
7. Вал стальной кованый
8. сжатый воздух

Узнайте, как работает Turbo

.

No related posts.