Автогаз | Тракторно-строительный завод Wiki

Автозаправочная станция Shell Autogas.

Автогаз — это общее название сжиженного нефтяного газа (СНГ), когда он используется в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания в транспортных средствах, а также в стационарных устройствах, таких как генераторы. Это смесь пропана и бутана.

Автогаз широко используется в качестве «зеленого» топлива, поскольку он снижает выбросы выхлопных газов. В частности, он снижает выбросы CO ₂ примерно на 35% по сравнению с бензином. Один литр бензина при сгорании производит 2,3 кг CO ₂ , тогда как эквивалентное количество автогаза дает только 1.5 кг CO ₂ при сгорании. ^[1] Он имеет октановое число (MON / RON) от 90 до 110 и энергосодержание (более высокая теплотворная способность — HHV) от 25,5 мегаджоулей на литр (для чистого пропана) до 28,7 мегаджоулей на литр ( для чистого бутана) в зависимости от фактического состава топлива.

Автогаз является третьим по популярности автомобильным топливом в мире, примерно 16 миллионов из 600 миллионов легковых автомобилей работают на этом топливе, что составляет менее 3% от общей доли рынка. Примерно половина всех легковых автомобилей, работающих на автомобильном газе, находится на пяти крупнейших рынках (в порядке возрастания): Турции, Южной Корее, Польше, Италии и Австралии. ^[2]

Варианты терминологии

В странах, где бензин обозначается как , бензин , а не , бензин , автогаз обычно обозначается просто как , бензин . ^{[ необходима ссылка ]} Это может сбивать с толку людей из стран, где бензин называется бензин , поскольку они часто используют газ как сокращение от бензина.

В Соединенных Штатах автомобильный газ более известен под названием его основного компонента — пропан . Термин автогаз используется в Соединенных Штатах для обозначения автомобильного бензина в небольших самолетах с поршневым двигателем. Владельцы самолетов, использующие это топливо вместо более распространенного авиационного топлива avgas , требуют дополнительного сертификата типа, выданного Федеральным авиационным агентством США.

В Великобритании и Австралии СНГ и автогаз взаимозаменяемы.В Италии и Франции используется GPL (аббревиатура от gas di petrolio liquefatto и gaz de pétrole liquéfié ), а в Испании GLP ( gas licuado del petróleo ).

В азиатских странах, особенно в странах с историческим влиянием Америки, таких как Филиппины, термин autogas обычно не считается общим термином, а использование терминов LPG или autoLPG более широко используется потребителями. особенно водителями такси, многие из которых используют переоборудованные автомобили. ^[3] Переоборудованные автомобили обычно называются автомобилями, работающими на сжиженном нефтяном газе, или автомобилями, работающими на сжиженном нефтяном газе, .

Производители автомобилей

Toyota произвела ряд двигателей, работающих только на СНГ, в семействе двигателей M , R и Y .

Ряд производителей автомобилей — Citroën, Fiat, Ford, Hyundai, General Motors (включая Daewoo, Holden, Opel / Vauxhall, Saab), Maruti Suzuki, Peugeot, Renault (включая Dacia), Skoda, Tata Motors, Toyota, Volvo. , а недавно и Volkswagen — имеют OEM двухтопливные модели , которые одинаково хорошо работают как на СНГ, так и на бензине.Holden Special Vehicles (HSV) также предлагает двухтопливные модели, однако в транспортных средствах используется система, отличная от системы их транспортных средств-доноров от Holden, при этом HSV использует технологию от Orbital Autogas Systems, которая впрыскивает автогаз в двигатель в виде жидкости вместо газ для повышения эффективности. ^[4]

Автомобили с бензиновым двигателем, которые не были оснащены системами сжиженного нефтяного газа / автогаза от производителей, обычно могут принимать системы сторонних производителей, позволяющие использовать как сжиженный нефтяной газ, так и бензин.

Vialle производит OEM-скутеры, работающие на сжиженном нефтяном газе, и мопеды, работающие на сжиженном нефтяном газе, которые одинаково хорошо работают на сжиженном нефтяном газе. Ford Australia предлагает вариант своей модели Falcon, работающий только на сжиженном нефтяном газе, с 2000 года.

Страны

График мирового потребления автомобильного газа за 2008 год.

Автогаз пользуется большой популярностью во многих странах и территориях, включая Австралию, Хорватию, Литву, Европейский Союз, Гонконг, Индию, Филиппины, Республику Македония, Южную Корею, Сербию и Турцию.Он также доступен на крупных заправочных станциях в нескольких странах. В Республике Армения, например, министерство транспорта оценивает от 20 до 30% транспортных средств, использующих автогаз, поскольку он предлагает очень дешевую альтернативу как дизельному, так и бензину, будучи менее чем вдвое дешевле бензина и примерно на 40%. дешевле дизеля. Последние ^{[ когда? ]} рост цен на нефтяное топливо значительно увеличил разницу.

Алжир

С 1980-х годов правительство Алжира проводит политику поощрения использования автомобильного газа в Алжире.Два основных стимула для правительства претворять в жизнь эту политику заключались в том, чтобы воспользоваться преимуществами крупного производства сжиженного нефтяного газа и уменьшить загрязнение городов. В конце 2003 года на дорогах находилось около 120 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, при поддержке более 300 заправочных станций, что составляло 14% национальной сети автомобильного топлива. ^[5]

Правительство Алжира устанавливает цены на все автомобильное топливо. Стоимость автогаза в Алжире составляет 61% от цены дизельного топлива, что делает его доступным вариантом. ^[5]

Австралия

LPG популярен в Австралии, поскольку в городах он дешевле половины бензина (примерно 0,59–0,75 австралийских долларов за литр, в отличие от 1,10–1,35 австралийских долларов за литр для неэтилированного топлива и 1,15–1,30 австралийских долларов за литр для дизельного топлива. , по состоянию на февраль 2010 г.) и местного производства. Три основных местных производителя (Ford, Holden и Toyota) предлагают заводской автогаз для некоторых моделей своих местных больших легковых и коммерческих автомобилей. Компания Mitsubishi Australia ранее производила на месте заводские автомобили, работающие на газе, но прекратила производство в 2008 году. Все заводские автомобили, работающие на газе, за исключением модели Ford Falcon E-Gas , являются двухтопливными автомобилями , что означает, что они могут работать на бензине, автогазе или их комбинации. ^[6] Следует отметить, что Holden Special Vehicles предлагает другую систему автогаза по сравнению с ее материнской компанией Holden, которая впрыскивает автогаз в двигатель в виде жидкости для повышения эффективности. ^[7]

На дорогах Австралии находится более 615 000 автомобилей с бензиновым двигателем и более 3 200 автозаправочных станций. ^[8] Автомобильный газ особенно популярен среди такси, за исключением отдаленных районов, где транспортные расходы делают цены на автомобильный газ неконкурентоспособными.

В то время как автомобильный газ в настоящее время не облагается акцизом, акциз будет взиматься со всех видов автомобильного топлива, которое в настоящее время не облагается акцизом, и будет увеличиваться постепенно с 2011 по 2015 год. Акциз на автомобильный газ начнется с 2,5 цента за литр в 2011 году и достигнет 12,5 цента за литр к 2015 году. Для сравнения, акциз на бензин останется на уровне 38 центов за литр.Дополнительный акциз на автомобильный газ в некоторой степени компенсируется субсидией, которая была введена в 2006 году для частных автомобилистов, которые платят либо 2000 австралийских долларов за преобразование их существующего автомобиля на автогаз, либо 1000 австралийских долларов за покупку нового транспортного средства, которое было произведено для работы на автомобильном газе. ^[9] Субсидия не распространяется на коммерческие автомобили или автомобили с полной массой более 3500 кг. В дополнение к субсидии, предоставляемой федеральным правительством Австралии, правительство Западной Австралии также предоставляет субсидию в размере 1000 австралийских долларов в рамках долгосрочной схемы субсидирования сжиженного нефтяного газа.

Бельгия

Использование автогаза когда-то было очень популярным в Бельгии благодаря субсидиям, предоставляемым государством на установку комплектов для переоборудования. С 2003 года, когда исчезли субсидии, количество автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе, уменьшилось, а количество автомобилей, работающих на дизельном топливе, увеличилось. В последние годы на использование автомобильного газа в качестве автомобильного топлива приходилось менее 2% автомобильного топлива в Бельгии. По состоянию на конец 2003 года в Бельгии насчитывалось около 93 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, и 600 автозаправочных станций. ^[5] Цена литра автогаза составляет примерно 50% от цены дизельного топлива, благодаря низкому налогообложению автогаза правительством Бельгии.

Болгария

Потребление автомобильного газа в Болгарии составило 14% от общего расхода топлива в 2003 году, а с 1999 года эта цифра выросла втрое. К концу 2003 года на дорогах находилось около 195 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, и около 1500 заправочных станций. Автогаз также очень популярен среди коммерческих пользователей в Болгарии, так как 90% микроавтобусов и такси могли работать на топливе. Транспортные средства, первоначально изготовленные для работы на автомобильном газе, практически отсутствуют в Болгарии, поэтому подавляющее большинство транспортных средств являются переделками сторонних производителей. ^[5]

Канада

По оценкам, в 2003 году на дорогах Канады находилось 92 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, что составляло 0,8% от общего объема потребления автомобильного топлива. В конце 1980-х — начале 1990-х годов потребление автомобильного газа в Канаде было повсеместным, но в конце 1990-х годов его потребление снизилось. ^[5]

В начале 1980-х годов в Канаде было мало автомобилей, работающих на автомобильном бензине.Затем канадское правительство учредило грант на перевод автомобилей с бензиновым двигателем для работы на альтернативных видах топлива в попытке решить или улучшить проблемы энергетической безопасности страны. Грант оказался успешным, и компания Autogas с большим отрывом стала самым популярным альтернативным топливом для транспортных средств в Канаде. Для облегчения бума было построено более 5000 автозаправочных станций, а пик продаж автомобильного газа пришелся на 1992 год, когда было продано 700 000 тонн. В середине 1990-х годов национальный грант на конверсию был отменен, и компоненты стали дороже.Это привело к значительному снижению продаж автомобильного газа и автомобилей более чем наполовину, при этом в 2003 году было продано всего 310 000 тонн, что составляет 0,8% от общего потребления автомобильного топлива. По оценкам, в 2005 году на дорогах Канады уцелело 92 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, большинство из которых принадлежало коммерческим пользователям. Многие из предыдущих пользователей автомобильного газа с тех пор перешли на дизельное топливо или КПГ.

Китай

Потребление автомобильного газа в Китае быстро росло с 1990-х годов, замедлилось в начале 2000-х годов, но в последние годы снова начало расти.В 2009 году заправочные станции Autogas распространились в 25 городах и стали основным альтернативным топливом в Китае. Мотоциклы составляют большую часть автогаза, только в Шанхае более 260 000 мотоциклов. В Шэньяне местное правительство поощряет перевод общественного транспорта на автомобильный газ, и по состоянию на 2009 год более 160 000 такси работают на этом топливе, а также более 2500 автобусов. В 2009 году на город Гуанчжоу приходилось 46,56% национального потребления автомобильного газа. Только 24% сжиженного нефтяного газа в Китае производится внутри страны. ^{[5] [10]}

Хорватия

По состоянию на 2008 год около 30 000 хорватов использовали автомобильный газ, который в то время можно было получить на 90 станциях по всей стране. В 2009 году было подсчитано, что на дорогах Хорватии было 60 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, ^[11] , а в 2010 году, по оценкам, 150 000 водителей в Хорватии использовали автогаз. Этот недавний рост популярности в значительной степени объясняется более низкой ценой на автогаз по сравнению с бензином или дизельным топливом. ^[12]

В 2009 году Хорватия экспортировала 51% произведенного внутри страны сжиженного нефтяного газа (СНГ), оставив только 49% для потребления. Из этих 49% 45% сжиженного нефтяного газа, продаваемого на внутреннем рынке, используется в качестве автогаза. Дамир Стамбук из Министерства экономики Хорватии, которое также отвечает за энергетику, сказал, что Хорватия еще не готова к регулярному рынку автогаза из-за небольшой сети заправок, но в будущем она будет. ^[13]

Чешская Республика

По состоянию на конец 2003 года на дорогах Чешской Республики было примерно 145 000 автомобилей с бензиновым двигателем и 350 заправочных станций. ^[5]

Дания

Автогаз — редкость в Дании, поэтому здесь всего около 13 заправочных станций. Станции находятся в ведении Shell, YX, OK, Uno-X, Q8 и Statoil. ^[14]

Франция

По оценкам, к концу 2010 года во Франции будет более 62 500 автомобилей, работающих на автомобильном газе. ^[15] К концу 2003 года в эксплуатации находилось около 190 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, с почти 1900 заправочными станциями. В 2005 году на долю автогаза приходилось около 0.4% от общего использования автомобильного топлива. ^[5]

Гонконг

В Гонконге все такси используют автомобильный газ. Многие общественные легковые автобусы также используют автогаз.

Италия

Автогаз очень популярен в Италии. С более чем 1 000 000 автомобилей на автомобильном газе на дорогах ^[16] это второй по величине рынок автомобильного газа в Европейском Союзе после Польши. Италия была одной из первых стран в мире, которая ввела автогаз, что произошло в 1950-х годах. ^[5] Только за первое полугодие 2010 года было зарегистрировано более 170 000 новых автомобилей на автогазе. ^[17] General Motors добилась особого успеха в Италии: две трети автомобилей, проданных в 2008 году, были пригодны для использования на газе. ^[18]

Мальта

Autogas был представлен на Мальте 22 мая 2012 года компанией Liquigas. Первая заправочная станция находится в международном аэропорту Мальты.

Япония

Автогазовый вилочный погрузчик в Японии.

В настоящее время в Японии на дорогах находится около 280 000 автомобилей, работающих на автомобильном газе, что меньше, чем в последние годы.Однако количество автомобилей на автомобильном газе на дорогах Японии было очень нестабильным. Первые автогазовые такси были введены в Японии в 1960-1970-х годах. После резкого снижения в 1990-х годах их число снова начало расти в 2003 году. Где-то между 2004 и 2010 годами это число уменьшилось. Подавляющее большинство автомобилей на автомобильном газе на дорогах Японии — это такси или коммерческие автомобили. ^[5] Вот почему в 2010 году Японская ассоциация сжиженного нефтяного газа выступила с инициативой, чтобы поощрить корпорации и автомобилистов перейти на автомобили, работающие на автомобильном газе. В этой инициативе участвуют 27 000 японских розничных торговцев, которые каждые три года вводят в свой автопарк автомобильный бензин. Многие из этих корпораций уже имеют автомобили, работающие на автомобильном газе, но Макото Арахата из Японской ассоциации сжиженного газа говорит, что есть еще много возможностей для улучшения. ^[19]

Нидерланды

Использование автогаза в Нидерландах было разным. Он рос в 1980-х годах и с тех пор снижается, за исключением увеличения в 2005 году. ^[20] В 2010 году на дорогах находится около 220 000 автомобилей, работающих на автомобильном топливе (общее количество автомобилей составляет чуть менее 8 миллионов). ^[21]

Автогаз настолько распространен, что на очень немногих заправочных станциях его нет. Метко названный голландский байонет — это стандартное устройство для наполнения.

Дорожный налог на автомобили, работающие на газе, может быть до 2 раз выше, чем налог на автомобили с бензиновым двигателем. В современных системах газоснабжения G3 разница в налоге равна нулю для автомобилей весом до 850 кг, но увеличивается для более тяжелых автомобилей. ^[22] (Сравните налог на дизельное топливо, который вдвое превышает налог на бензин.) Но поскольку цена на автогаз составляет менее половины стоимости бензина, дооснащение автомобиля бензобаком экономически целесообразно после примерно 10 000 км / год.

Польша

Польский дорожный знак, указывающий на заправочную станцию.

Польша — это один из старейших и наиболее успешных рынков автомобильного газа в Европе. В 2011 году на дорогах находилось 6050 автозаправочных станций и 2 500 000 автотранспортных средств. Количество автомобилей на газе в Польше увеличилось на 8% в 2011 году, однако продажи автогаза снизились на 3,7%. В основном это связано с заменой старых автомобилей на новые, более экономичные. Почти половина сжиженного нефтяного газа в Польше поступает из России. ^[23] По состоянию на 2011 год количество автомобилей на газе превысило 2 500 000 единиц. ^[24]

Россия

АГЗС Казань

Автогаз широко используется в России. В современном виде он используется с 1970-х годов. Также существует два типа автогазового оборудования и автогаз. Это LPG (смесь пропана и бутана) и газ под давлением (метан). Основным потребителем СУГ является коммерческий транспорт. Газ под давлением теряет свои позиции по сравнению со сжиженным нефтяным газом и теперь редко встречается в автобусах общественного транспорта. ^{[ требуется ссылка ]} . Есть несколько источников, поддерживаемых сообществом, где люди указывают местоположение заправочной станции на карте. АЗС на карте. АЗС на карте 2 (пропан) / АЗС на карте 2 (метан). Эти источники могут быть использованы некоторыми путешественниками, едущими в Россию на автомобиле. Первая ограниченная серия автомобилей, работающих на многотопливе, в том числе на метане, появилась в середине 20 века.

Турция

В Турции самый высокий процент использования автомобильного газа в мире.Около 37% легковых автомобилей работают на автогазе, и потребление автогаза в настоящее время превышает потребление бензина. Правительство Турции регулировало цены на автогаз, чтобы обеспечить потребителям чистую экономическую выгоду в размере 20-35%. По состоянию на конец 2010 года в стране насчитывалось 8 500 автозаправочных станций, а рост рынка поддерживался сетью из 1000 лицензированных переоборудованных цехов. ^[25]

По данным Турецкого статистического института (TUIK), правительственной организации, в январе 2012 года в стране было более 16 500 000 автомобилей.50,3% — легковые автомобили. 16,2% легкие грузовики, 15,7% мотоциклы, 9,2% тракторы, 4,6% тяжелые грузовики, 2,5% мини-автобусы для перевозки, 1,4% автобусы и 0,1% автомобили специального назначения.

В настоящее время ежемесячно продается в среднем 50 000 автомобилей нового поколения.

СНГ в основном используется в Турции в качестве автогаза, в то время как автомобили, переоборудованные для КПГ, насчитывают всего около 500 автомобилей и есть только 2 заправочные станции.

В Турции ни у кого не хватает смелости переводить дизельные автомобили на сжиженный нефтяной газ после безуспешных применений в прошлом.По этой причине в переоборудованных цехах не производится установка на легкие и тяжелые грузовики, тракторы, автобусы, мини-автобусы и мотоциклы.

8,3 миллиона — легковые автомобили. 33% легковых автомобилей (2 739 000) — дизельные, 67% — бензиновые (5,561 000). Поскольку переоборудование на дизельные автомобили не производится, среди 5,561 000 легковых автомобилей с бензиновым двигателем, согласно отчетам MMO (Отдел инженеров-механиков, уполномоченный проводить испытания на утечки и выбросы выхлопных газов транспортных средств, работающих на сжиженном нефтяном газе), заявлено, что автомобили, работающие на сжиженном нефтяном газе 3.1 миллион к концу 2011 года.

Это означает, что более 55% легковых автомобилей с бензиновым двигателем уже переведены на сжиженный газ.

Переделанные автомобили были в основном с карбюраторными двигателями. Более или менее 90% старых карбюраторных двигателей уже переоборудованы, и изо дня в день владельцы автомобилей нового поколения также выбирают СНГ в качестве альтернативного топлива.

Причина такого высокого применения сжиженного нефтяного газа заключается в применении правительством Турции невероятно высоких налогов на топливо + OTV (специальный налог на потребление), особенно в отношении цен на бензин и дизельное топливо, и по этой причине турецкий народ использует самое дорогое топливо в мир почти 50 лет.(Несмотря на то, что Турция граничит со странами ОПЕК, экспортирующими сырую нефть и нефтепродукты в мир, и имеет самые низкие транспортные расходы) Турецкий народ нашел единственное решение сэкономить деньги на дорожных расходах, переоборудовав свои автомобили на автогаз, что дает им преимущество в 35 % до 40% экономии.

Это крупное преобразование является успехом турецких производителей комплектов для автомобильного газа и резервуаров для автомобильного газа, начиная с 1995 года, хотя использование автомобильного газа стало законным в 2000 году. В то же время итальянские компании также поставляли системы через свои несколько компаний.

Соединенное Королевство

По данным ассоциации торговли сжиженным нефтяным газом ^[26] в Великобритании около 1500 заправочных станций, которые обслуживают 160 000 транспортных средств, работающих на сжиженном нефтяном газе, на дорогах Великобритании. Это составляет менее 1% транспортных средств. Единственным стимулом для правительства использовать СНГ является более низкий налог на дорожное топливо, применяемый к СНГ по сравнению с бензином. По состоянию на январь 2012 года экономия около 60 пенсов за литр является самой высокой из когда-либо существовавших, и это в сочетании с исторически низким уровнем конверсионных цен должно привести к увеличению конверсии сжиженного нефтяного газа.Технология достигла точки, когда почти все преобразования являются «последовательным впрыском пара», и в Великобритании существует большое количество комплектов ^{[27] США}

Ford van Wayne, работающий на пропане, Мичиган

Автогаз в Соединенных Штатах растет. По состоянию на февраль 2012 года, ^[28] в Соединенных Штатах насчитывается более 270 000 транспортных средств, использующих автомобильный газ, что составляет всего 2% от общего количества автомобилей в мире, а по состоянию на 2011 год в Соединенных Штатах насчитывается более 2600 заправочных станций для автомобильного газа, что делает это водителям проще заправляться по стране. ^[29] У Министерства энергетики США есть веб-сайт, на котором водители автогаза могут легко найти рядом с ними заправочные станции, а также другие альтернативные виды топлива. ^[30] Стоимость перевода автомобиля на бензин или автогаз при повороте ручки начинается от 3000 долларов США. ^[31] Использование автомобильного газа водителями может помочь Соединенным Штатам снизить зависимость от иностранной нефти, поскольку 90% всего американского автомобильного газа производится в США. ^{[32] [33]} В 2005 году было принято положение, предусматривающее налоговую скидку в размере 50 процентов за галлон на пропановый автогаз в рамках программы H.4853 рэнда, что делает его в среднем на 1 доллар за галлон дешевле, чем бензин. Кредит на альтернативное топливо был предоставлен в 2010 году и действует до конца 2011 года.

Компания «Автогаз для Америки» утверждает, что является единым голосом газовой промышленности США. «Автогаз для Америки», состоящий из экспертов по автогазу, транспортной отрасли и защитников окружающей среды, заявляет, что «использует отраслевое сотрудничество для расширения признания автогаза среди населения США, средств массовой информации и правительства». ^[34]

Типы систем

Vialle LPI для впрыска жидкости на Lexus IS 300 2JZ-GE 2003 года выпуска.

В разных газовых системах обычно используются один и тот же тип наполнителя, баков, трубопроводов и фитингов, но в моторном отсеке используются разные компоненты. В системах впрыска жидкости используются специальные баки с циркуляционными насосами и обратными линиями, аналогичные системам впрыска бензина.

Существует три основных типа автогазовых систем. Самая старая из них — это обычная система преобразователя и смесителя , которая существует с 1940-х годов и до сих пор широко используется. Два других типа известны как системы впрыска и , но между ними есть существенные различия.

Система преобразователь-смеситель использует преобразователь для преобразования жидкого топлива из бака в пар, а затем подает этот пар в смеситель, где он смешивается с всасываемым воздухом. Это также известно как система Вентури или «одноточечная» система.

В системах впрыска паровой фазы также используется преобразователь, но, в отличие от смесительной системы, газ выходит из преобразователя с регулируемым давлением. Затем газ впрыскивается во впускной коллектор через серию инжекторов с электрическим управлением. Время открытия форсунок контролируется блоком управления автогазом. Этот блок работает примерно так же, как блок управления впрыском бензинового топлива. Это позволяет более точно дозировать топливо, подаваемое в двигатель, чем это возможно при использовании смесителей, повышая экономичность и / или мощность при одновременном снижении выбросов. В системах впрыска жидкой фазы не используется преобразователь, а вместо этого жидкое топливо подается в топливную рампу почти так же, как в системе впрыска бензина. Эти системы все еще находятся в зачаточном состоянии. Поскольку топливо испаряется во впускном отверстии, воздух вокруг него значительно охлаждается.Это увеличивает плотность всасываемого воздуха и потенциально может привести к значительному увеличению выходной мощности двигателя до такой степени, что такие системы обычно настроены на , чтобы избежать повреждения других частей двигателя. Впрыск жидкой фазы может обеспечить гораздо лучшую экономию и мощность, а также более низкие уровни выбросов, чем это возможно при использовании смесителей или инжекторов паровой фазы.

Компоненты системы

Заливная горловина в E-Gas Ford Falcon

Заливная горловина со снятыми креплениями и крышкой

Заливная горловина

Топливо перекачивается в бак транспортного средства в виде жидкости путем подсоединения топливозаправщика на заправочной станции к штуцеру заливной горловины на транспортном средстве.

Транспортные средства часто оснащены только одним баком, но в некоторых используется несколько баков. Приложения. В легковых автомобилях бак обычно представляет собой либо цилиндрический бак, установленный в багажнике автомобиля, либо тороидальный бак, либо набор постоянно соединенных между собой цилиндров, размещенных в нише запасного колеса.В коммерческих транспортных средствах цистерны обычно представляют собой цилиндрические цистерны, установленные либо в грузовом пространстве, либо на шасси под кузовом.

Баки имеют штуцеры для наполнения, слива жидкости, аварийного сброса избыточного давления, указатель уровня топлива, а иногда и выход пара. Это могут быть отдельные клапаны, установленные в ряд из 3-5 отверстий в пластине, приваренной к корпусу резервуара, или могут быть собраны на многоклапанный блок , который прикручивается болтами к одному большому отверстию на выступе, приваренном к корпусу резервуара. .

Заправочный клапан и AFL

Современные заправочные клапаны обычно оснащены автоматическим ограничителем заполнения (AFL) для предотвращения переполнения. AFL имеет поплавок, который значительно ограничивает поток, но не перекрывает его полностью. Это предназначено для того, чтобы давление в трубопроводе поднялось настолько, чтобы дать команду топливозаправщику прекратить перекачку, но не вызвать опасно высокое давление. До того, как были введены AFL, было обычным делом, чтобы наполнитель (со встроенным обратным клапаном) ввинчивался непосредственно в резервуар, так как оператору приходилось открывать клапан незаполненного объема на резервуаре во время заполнения, позволяя парам выходить из верхней части резервуара. бак и прекращение наполнения, когда жидкость начала выходить из клапана незаполненного объема, чтобы указать, что бак был заполнен.Современные резервуары не оснащены клапанами незаполненного объема.

Выпускное отверстие для жидкости обычно используется для подачи топлива в двигатель и обычно называется рабочим клапаном . Современные сервисные клапаны оснащены электрическим запорным соленоидом. В приложениях с очень маленькими двигателями, такими как небольшие генераторы, пар может выводиться из верхней части бака вместо жидкости из нижней части бака.

Клапан аварийного сброса давления в резервуаре называется клапаном сброса гидростатического давления.Он предназначен для открытия, если давление в резервуаре опасно высокое, таким образом выпуская пар в атмосферу, чтобы снизить давление в резервуаре. Выпуск небольшого количества пара снижает давление в резервуаре, что вызывает испарение некоторой части жидкости в резервуаре, чтобы восстановить равновесие между жидкостью и паром. Скрытая теплота испарения вызывает охлаждение резервуара, что еще больше снижает давление.

Датчик датчика обычно представляет собой устройство с магнитной связью, с поплавковым рычагом внутри резервуара, вращающим магнит, который вращает внешний датчик.Внешний датчик обычно читается напрямую, и в большинстве из них также есть электронный датчик для управления указателем уровня топлива на приборной панели.

Клапаны

В автогазовых системах используется несколько типов клапанов. Наиболее распространены запорные клапаны или с фильтром , которые используются для остановки потока в линии обслуживания. Они могут работать от вакуума или электричества. В двухтопливных системах с бензиновым карбюратором аналогичный запорный клапан обычно устанавливается в бензопроводе между насосом и карбюратором.

Обратные клапаны установлены в заливной горловине и на заправочном отверстии топливного бака для предотвращения обратного потока топлива в обратном направлении.

Сервисные клапаны устанавливаются на выходе из резервуара в линию обслуживания. У них есть кран для включения и выключения топлива. Кран обычно закрывается только во время работы с баком. В некоторых странах в рабочий клапан встроен электрический запорный клапан.

Два клапана Sherwood. 1995 слева, 1989 справа

Если установлено несколько баков, обычно устанавливается комбинация обратных клапанов и гидростатического предохранительного клапана, чтобы предотвратить перетекание топлива из одного бака в другой.В Австралии для этого есть обычная сборка. Это комбинированный сдвоенный обратный клапан и гидростатический предохранительный клапан, выполненный в виде тройника, так что трубопроводы от резервуаров проходят по бокам клапана, а выход к преобразователю выходит с конца. Поскольку существует только одна общая марка этих клапанов, они в просторечии известны как клапаны Шервуда .

Преобразователь

Конвертер (также известный как испаритель) представляет собой устройство, предназначенное для преобразования топлива из жидкости под давлением в пар с давлением около атмосферного для подачи в смеситель или инжекторы паровой фазы.Из-за хладагентных характеристик топлива преобразователь должен подводить тепло к топливу. Обычно это достигается за счет циркуляции охлаждающей жидкости двигателя через теплообменник, который передает тепло от этой охлаждающей жидкости к СНГ.

Существует два совершенно разных основных типа преобразователя для использования с системами смесительного типа. Преобразователь European типа представляет собой более сложное устройство, которое включает в себя контур холостого хода и предназначено для использования с простым фиксированным смесителем Вентури.Преобразователь American представляет собой более простую конструкцию, которая предназначена для использования с регулируемым смесителем Вентури, который включает в себя контур холостого хода.

Двигатели с малой выходной мощностью, такие как; скутеры, квадроциклы и генераторы могут использовать более простой тип преобразователя (также известный как регулятор или регулятор). Эти преобразователи питаются топливом в виде паров. Испарение происходит в баке, где происходит охлаждение жидкого топлива при кипении. Большая площадь поверхности баков, подверженная воздействию температуры окружающего воздуха, в сочетании с низкой выходной мощностью (потребляемой топливом) двигателя делают этот тип системы жизнеспособным.Охлаждение топливного бака пропорционально потребности в топливе, поэтому такое расположение используется только на небольших двигателях. В преобразователь этого типа может подаваться пар с давлением в баллоне (называемый двухступенчатым регулятором) или через установленный на резервуаре регулятор с фиксированным пониженным давлением (называемый одноступенчатым регулятором).

Смеситель OHG X-450 с открытым воздушным клапаном до положения полной нагрузки

Смеситель

Смеситель — это устройство, которое подмешивает топливо в воздух, поступающий в двигатель. Смеситель включает трубку Вентури, предназначенную для втягивания топлива в воздушный поток за счет движения воздуха.

Системы смесительного типа существуют с 1940-х годов, и некоторые конструкции за это время мало изменились. В настоящее время смесители все чаще заменяются инжекторами.

Форсунки парофазные

В большинстве систем впрыска паровой фазы соленоиды монтируются в блоке коллектора или в направляющей инжектора , затем подводятся шланги к форсункам, которые ввинчиваются в отверстия, просверленные и нарезанные на направляющих впускного коллектора.Обычно на каждый цилиндр приходится по одной форсунке. Некоторые системы впрыска пара напоминают впрыск бензина, имея отдельные форсунки, которые входят в коллектор или головку так же, как бензиновые форсунки, и подаются топливом через топливную рампу .

Форсунки паровой фазы

Форсунки жидкой фазы

Форсунки жидкой фазы устанавливаются на двигатель аналогично бензиновым форсункам, устанавливаются непосредственно на впускном коллекторе и подают жидкое топливо из топливной рампы.

Электрическое и электронное управление

Существует четыре различных электрических системы, которые могут использоваться в автогазовых системах — датчик указателя уровня топлива, отключение подачи топлива, контроль смеси с обратной связью по замкнутому контуру и контроль впрыска.

В некоторых случаях датчик уровня топлива, установленный на баке автомобильного газа, совпадает с оригинальным датчиком уровня топлива в автомобиле. В других случаях добавляется дополнительный датчик для отображения уровня топлива в бензобаке отдельно от существующего указателя уровня бензина.

В большинстве современных установок электронное устройство, называемое тахометрическим реле или предохранительным выключателем , используется для управления электрическими отключающими соленоидами. Они работают, определяя, что двигатель работает, обнаруживая импульсы зажигания. В некоторых системах вместо этого используется датчик давления моторного масла. Во всех установках есть блокировка фильтра (состоящая из узла фильтра и запорного клапана с вакуумным или электрическим соленоидом), расположенного на входе в преобразователь. В преобразователях European в преобразователе также есть соленоид для отключения цепи холостого хода.Оба этих клапана обычно подключаются к выходу тахометрического реле или реле давления масла. Если на выходах топливных баков установлены соленоиды, они также подключаются к выходу тахометрического реле или реле давления масла. В установках с несколькими баками может быть установлен переключатель или переключающее реле , чтобы водитель мог выбрать, из какого бака использовать топливо. На двухтопливном топливе переключатель, используемый для переключения между видами топлива, используется для выключения тахометрического реле.

В системах обратной связи с замкнутым контуром используется электронный контроллер, который работает во многом так же, как и в системах впрыска бензинового топлива, с использованием кислородного датчика для эффективного измерения топливно-воздушной смеси путем измерения содержания кислорода в выхлопных газах и регулирующего клапана на конвертер или в паропроводе для регулировки смеси. Системы смесительного типа, в которых отсутствует обратная связь с обратной связью, иногда называют системами с открытым контуром .

В системах впрыска используется компьютеризированная система управления, которая очень похожа на ту, что используется в системах впрыска бензина. Практически во всех системах система управления впрыском объединяет тахометрическое реле и функции обратной связи с обратной связью.

Дополнительная защита клапана

Электронная система защиты клапана INTEC

Многие установщики оборудования для сжиженного нефтяного газа рекомендуют установку так называемых систем защиты клапана.В простейшем случае это может быть бутылка, содержащая жидкость для защиты клапана. Жидкость всасывается в систему впуска воздуха и распределяется по цилиндрам двигателей вместе с топливом и воздухом.

Более сложные системы могут состоять из дополнительного ЭБУ, который синхронизируется с ЭБУ форсунки сжиженного нефтяного газа. Это приводит к более точному впрыску жидкости для защиты клапана. ^{[ требуется ссылка ]}

Работа конвертерно-смесительной системы

Конструкции преобразователей и смесителей согласованы друг с другом за счет соответствия размеров и форм компонентов внутри них.

В большинстве регионов мира слово «конвертер» не используется. РЕГУЛЯТОР LPG — РЕДУКТОР — или ИСПАРИТЕЛЬ более популярны.

Потому что он выполняет 3 основные функции:

1- РЕДУКТОР: снижает высокое давление поступающего жидкого сжиженного нефтяного газа до атмосферного.

2- РЕГУЛЯТОР: Регулирует поток газа в соответствии с требованиями двигателя.

3- ИСПАРИТЕЛЬ: Он переводит жидкую форму сжиженного нефтяного газа в газовую форму с помощью циркуляции горячей охлаждающей жидкости в двигателе.

В системах европейского типа размер и форма трубки Вентури соответствуют преобразователю. В системах американского типа воздушный клапан и дозирующие штифты в смесителе имеют размер, соответствующий размеру диафрагмы и жесткости пружины преобразователя. В обоих случаях компоненты подбираются производителями, и во время установки и настройки требуются только базовые настройки.

Карбюратор для автогаза, состоящий из смесителя OHG X-450, адаптера и дроссельной заслонки Rochester

Карбюратор для автомобильного газа может состоять просто из дроссельной заслонки и смесителя, иногда соединяемых вместе с помощью переходника.

Обогащение холодного пуска достигается за счет того, что охлаждающая жидкость двигателя холодная, когда двигатель холодный. Это приводит к подаче более плотного пара в смеситель. По мере прогрева двигателя температура охлаждающей жидкости повышается до тех пор, пока двигатель не достигнет рабочей температуры, а смесь не перейдет в нормальную рабочую смесь. В зависимости от системы может потребоваться дальнейшее удержание дроссельной заслонки в открытом положении при холодном двигателе так же, как и в случае с бензиновым карбюратором. В других случаях нормальная смесь должна быть несколько бедной, и увеличение дроссельной заслонки при холодном запуске не требуется. Благодаря способу обогащения, дополнительный штуцер бабочка не требуется для холодного запуска на сжиженном нефтяном газе.

Температура двигателя имеет решающее значение для настройки газовой системы. Термостат двигателя эффективно регулирует температуру преобразователя, тем самым напрямую влияя на смесь. Неисправный термостат или термостат неправильного диапазона температур для конструкции системы могут работать некорректно.

Выходная мощность системы ограничена способностью преобразователя обеспечивать стабильный поток пара.Температура охлаждающей жидкости ниже, чем предполагаемая, снизит максимально возможную выходную мощность, равно как и пузырьки воздуха, захваченные в охлаждающем контуре, или полная потеря охлаждающей жидкости. У всех конвертеров есть предел, за которым смеси становятся нестабильными. Нестабильные смеси обычно содержат крошечные капельки жидкого топлива, которые не были достаточно нагреты в конвертере, и будут испаряться в смесителе или приемном устройстве, образуя чрезмерно богатую смесь. Когда это произойдет, смесь станет настолько богатой, что двигатель затопит и заглохнет.Поскольку температура снаружи конвертера будет равна или ниже 0 ° C, когда это произойдет, водяной пар из воздуха замерзнет на внешней стороне конвертера, образуя ледяной белый слой. Некоторые преобразователи очень подвержены взлому, когда это происходит.

Впрыск сжиженного нефтяного газа для автомобилей с дизельным двигателем

LPG может использоваться в качестве дополнительного топлива для дизелей всех типоразмеров. Галлон дизельного топлива содержит 128 700 БТЕ на галлон США, в то время как пропан содержит 91 690 БТЕ на галлон США. Если сжиженный нефтяной газ на 30-40% дешевле, вполне может быть экономия.

Фактическая экономия зависит от относительной стоимости дизельного топлива по сравнению со сжиженным нефтяным газом. В Австралии, где дизельное топливо стоит значительно дороже, чем сжиженный нефтяной газ, заявленная экономия составляет от 10 до 20%. ^[36]

Вышеупомянутые системы добавляют небольшие количества сжиженного нефтяного газа с основной целью повышения экономии, но можно впрыскивать гораздо большие количества сжиженного нефтяного газа для увеличения мощности. Даже на полной мощности дизельный двигатель работает на 50% бедной стехиометрической смеси, чтобы избежать образования черного дыма, поэтому во всасываемом заряде содержится значительное количество кислорода, который не расходуется в процессе сгорания.Таким образом, этот кислород используется для сжигания значительной части СУГ, что приводит к значительному увеличению выходной мощности.

Успешная система последовательного впрыска сжиженного нефтяного газа предлагает «Solaris Diesel» (www.solarisdiesel.eu), система, хорошо подходящая для больших дизельных двигателей грузовых автомобилей и грузовых автомобилей.

См. Также

Список литературы

Внешние ссылки

границ | Преимущества и недостатки дизельных одно- и двухтопливных двигателей

Введение

Бедная 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 обработке, чтобы соответствовать чрезвычайно низким пределам, установленным для транспортных средств (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007), несмотря на то, что качество воздуха остается не только под влиянием транспортных выбросов, но и из многих других источников. Одних только стратегий сжигания (Khair and Majewski, 2006) было недостаточно для достижения 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 CIDI ICE страдает от плохой репутации, что ставит под угрозу его потенциал. Дизельные двигатели CIDI ICE в недавнем прошлом не смогли обеспечить удельные выбросы NOx для сертификационных циклов холодного пуска во время прогретых реальных графиков вождения, которые сильно отличались от сертификационных циклов (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Этот 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, работающих в условиях избыточного обедненного воздуха стехиометрии, в сочетании с неправильной работой системы последующей обработки. Катализатор сжигания обедненной смеси в ДВС CIDI менее развит, чем трехкомпонентный каталитический преобразователь (TWC) стехиометрических ДВС SI (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010; Решитоглу и др., 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 требований по выбросам и рыночных требований того времени.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 дополнительно снизить выбросы ТЧ из двигателя вне двигателя, а также CO _{. 2} выбросов и освобождение 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 являются давними и противоречивыми дебатами в литературе (McKone et al., 2011).

Существует возможность выбросов метана из двухтопливных дизельных двигателей, работающих на природном газе (Camuzeaux et al., 2015). Поскольку метан является 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, в то время как фумигация природного газа для двухтопливных дизельных двигателей широко используется, поскольку она намного проще и может быть достигнута с помощью низкотехнологичных преобразований, и, таким образом, большинство транспортных средств используют этот подход, дизельные двигатели переведены на дизельное топливо и фумигированный 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 впуска, как в обычных бензиновых двигателях, а не количеством впрыскиваемого топлива, как в дизельном двигателе.Поскольку цель состоит в том, чтобы обеспечить равные или лучшие характеристики (мощность, крутящий момент, переходный режим) и выбросы новейшего дизельного топлива с двухтопливной конструкцией, эта двухтопливная конструкция должна предусматривать прямой впрыск дизельного и газообразного топлива.

Происхождение плохой репутации дизеля

Плохая репутация дизеля и двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в целом является результатом действий Совета по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB), а также Агентства по охране окружающей среды США (EPA) (Parker , 2019), с « Diesel-gate » только 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 экономики метанола, 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, первое транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, которое было поставлено на рынок, не квалифицировалось как автомобиль с нулевым уровнем выбросов (CO ₂ ). В 2005 году BMW предложила автомобиль Hydrogen 7 как автомобиль с нулевым уровнем выбросов.При сжигании водорода в выхлопной трубе был в основном водяной пар и абсолютно не выделялся CO ₂ , но Агентство по охране окружающей среды США не согласилось с нулевым уровнем выбросов CO ₂ (Nica, 2016). Агентство по охране окружающей среды США заявило, что у транспортного средства все еще был ДВС, с возможностью того, что масло, используемое для смазки, могло попасть в цилиндр, образуя CO ₂ . Тот факт, что общий расход масла составлял ничтожно малые 0,04 л масла на 1000 км, не учитывался. Из-за неофициальных обсуждений BMW отказалась от исследования водородных ДВС.Все остальные производители оригинального оборудования 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 2015 « diesel-gate » и последующий « дизель-фобию ». Дизельный двигатель был популярен (для легковых автомобилей) в основном в Европе, и ЕС продвигал дизельные автомобили для решения проблем изменения климата. В то время было ясно, что преждевременный переход к электромобильности мог привести к экономической и экологической катастрофе.Таким образом, концерн Volkswagen стал мишенью скандала « дизельные ворота ». Дизельные ДВС обеспечивали низкий уровень выбросов CO ₂ , конкурируя с аккумуляторными электромобилями при анализе жизненного цикла, при этом выделяя меньше, чем предписано, загрязняющих веществ в ходе испытаний, предписанных в то время. Легковые автомобили тестировались на соответствие правилам выбросов в течение заданного цикла, в лаборатории, в повторяемых условиях с правильным оборудованием. Международный совет по чистому транспорту (ICCT) организовал случайную езду по дорогам на различных дизельных транспортных средствах и измерения загрязняющих веществ с помощью PEM.Они обнаружили, что транспортные средства, оптимизированные для производства низкого удельного (на км) 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 больше, чем на ». 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 приложения, а затем мера «, превышение » при определенных условиях. Утверждение 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 доказанными данными.

Поскольку более современные дизельные автомобили заменили еще больше загрязняющих окружающую среду автомобилей, единственное возможное объективное утверждение, 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, могли выделять 0,18, 0,25 и 0,50 г / км 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 двигателя CIDI с экономным расходом топлива

Основным преимуществом сжигания обедненной смеси, CIDI ICE является эффективность преобразования топлива, которая намного выше, чем у стехиометрических, SI ICE, как при полной нагрузке, так и, более того, при частичной нагрузке (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Чёке, 2010).В то время как у легковых автомобилей с обедненной топливной смесью CIDI ICE на дизельном топливе пиковая эффективность преобразования топлива составляет около 45%, пиковая эффективность легковых автомобилей со стехиометрическими двигателями SI ICE, работающими на бензине, составляет всего около 35%. Снижение нагрузки за счет количества впрыскиваемого топлива, эффективности преобразования топлива при сжигании обедненной смеси, CIDI ICE является высоким в большей части диапазона нагрузок. И наоборот, при уменьшении нагрузки, дросселируя впуск, эффективность преобразования топлива стехиометрического, SI ICE резко ухудшается при уменьшении нагрузки. Это дает возможность легковым автомобилям, оборудованным 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, гораздо менее эффективны, чем стехиометрическая после обработки преобразователями TWC бензиновых ДВС SI (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007).Следовательно, выбросы регулируемых загрязняющих веществ, в частности NOx, в течение рабочих циклов, которые в значительной степени отклоняются от сертификационных циклов, являются 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 топлива, включая двигатели 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). Однако это также есть возможность, 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 быстродействию форсунок, 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 для WHR, использующие контур охлаждающей жидкости в качестве подогревателя модифицированного «турбокомпрессора » (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 десять лет разработок, 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 на 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 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. Дальнейшие разработки в области гонок были в пределах легкой досягаемости, в то время как деятельность была остановлена ​​после « diesel-gate ». Более высокое давление впрыска и более совершенный турбонаддув, такой как современный F1 e-turbo или супер турбонаддув (Boretti and Castelletto, 2018; Boretti and Ordys, 2018), могли бы быть полезны для обычных серийных дизельных двигателей для легковых автомобилей.

Лабораторные испытания выбросов

Прошлая сертификация выбросов, которая проводилась производителями оригинального оборудования (OEM) и не подвергалась независимым испытаниям, 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 используются в часы пик в густонаселенных районах (Boretti and Lappas, 2019).

С исторической точки зрения, правила выбросов из года в год ужесточаются и ужесточаются, но заявлено, что они измеряются только в ходе предписанных лабораторных испытаний. В таблице 1 представлены нормы выбросов Европейского Союза (ЕС) для легковых автомобилей (категория M) с принудительным (бензин) и компрессионным (дизель) воспламенением. 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, 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 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 Euro 4, 5 и 6, а 1 из них соответствовал стандартам Euro 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 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 цикла сертификации. Из этих 13 автомобилей 11 были дизельными. Только 1 из 12 автомобилей с дизельным двигателем произвел выброс NOx в пределах цикла сертификации. Пять автомобилей с бензиновым двигателем превысили лимит выбросов CO в 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 CI, результаты измерений были лучше, чем заявленные для «, дизельные ворота » или заявленные в таких работах, как (Chossière et al., 2018).

Новые правила были введены после « дизельный затвор », а дизельные двигатели CIDI были улучшены. Европейские реальные данные 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 дороге 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, существует возможность производить еще меньше CO ₂ и менее регулируемых загрязнителей, переходя на двухтопливное дизельное топливо — СПГ, КПГ или СНГ.

PM Преимущества дизельных автомобилей

Дизельные двигатели не являются мишенью из-за того, что транспортный сектор вносит свой вклад в общее качество воздуха. Однако, поскольку качество воздуха во многих частях мира оставляет желать лучшего, и дизельные фильтры твердых частиц могут помочь улучшить качество воздуха, аргумент PM может фактически быть использован в пользу мобильности на основе дизельного топлива, а также против альтернатив, таких как электрические. мобильность.Хотя неверно утверждать, что более современные автомобили с дизельным двигателем выделяют « излишков » NOx и ухудшают качество воздуха, более современные автомобили с дизельным двигателем способствуют очистке воздуха загрязненных территорий, например, от ТЧ. 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 от двигателя с дизельным двигателем Euro 3 на холостом ходу (Invernizzi et al., 2004). Пределы PM были значительно 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 на здоровье PM ₁₀ 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, произведенных из других источников, которые не являются адекватным направлением деятельности директивных органов. . Случай Гонконга, который не является худшим на Земле, описан в Haas (2017).Помимо местных выбросов из различных источников, в том числе от легковых автомобилей, в Гонконг присутствует значительное количество загрязняющих веществ, привезенных из материкового Китая. Хотя данные о загрязнителях в Китае ограничены, хорошо известно, что Гонконг сталкивается с серьезными проблемами со здоровьем, связанными с загрязнением воздуха, в основном импортируемым с материка. Загрязнение воздуха в Гонконге не так плохо, как в Китае или Индии, где токсичное облако, получившее название « airpocalypse », часто покрывает значительную часть этих стран, но это все еще один хороший пример того, что более современные дизельные автомобили заменяют на дорога старые автомобили оказывают положительное влияние.

Из многих типов аэрозольных частиц, циркулирующих в атмосфере, одним из самых разрушительных является PM _2,5 . Во многих областях Китая и Индии уровни PM _2,5 и PM ₁₀ намного превышают рекомендованные ВОЗ, рис. 2. Руководящие принципы ВОЗ (среднегодовые): PM _2,5 из 10 мкг / м ³ и PM ₁₀ из 20 мкг / м ³ . Во всем мире средний уровень загрязнения 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 Пекин « 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, в том числе благодаря « сожженной стерни, » из окрестностей (Indiatimes, 2018).

Рисунок 2 . Карта PM _2.5 для Азии осенью 2018 года почти в реальном 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 импортируемые ТЧ составляют 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, значительное распространение последних 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 предпочтительнее в легковых и легких 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 посредством 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 мощности с примерно такой же эффективностью преобразования топлива.CNG — это нагнетаемый газ. СПГ также является газом в нормальных условиях. LPG в обычных условиях жидкий, но испаряется намного быстрее, чем дизельное топливо. Это практически сводит к нулю выбросы твердых частиц (за исключением выбросов пилотного дизельного топлива). Поскольку СПГ, КПГ и СНГ представляют собой высокооктановое топливо с низким цетановым числом, их трудно использовать отдельно в двигателе с воспламенением от сжатия. Проблема решается при работе на двух видах топлива (westport.com, 2019a, b). Воспламенение вызывает небольшое количество дизельного топлива. СПГ, КПГ или СНГ, впрыскиваемые до или после зажигания впрыска дизельного топлива, могут затем сгореть в смеси с предварительным смешением или диффузией.Первая фаза сгорания вызывает быстрое повышение давления. Скорость сгорания второй фазы определяется скоростью впрыска СПГ, КПГ или СНГ и предназначена для поддержания давления во время первой части такта расширения.

Одной из основных проблем, 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 смешения и сгорания. Значительное повышение эффективности и снижение PM достигаются при высоких нагрузках, и особенно на 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, улучшая КПД двигателя более чем на 2 пункта по сравнению со стратегией сгорания с контролируемой диффузией.Модуляция двух фаз горения, потенциально более полезная, в работе не исследуется.

Режим горения DI ₂ также изучается в Neely et al. (2017). Природный газ впрыскивается во время такта сжатия до зажигания впрыска дизельного топлива. Показано, что такое сгорание природного газа с частичной предварительной смесью улучшает как 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 контрольной массой, что обычно увеличивает количество ТЧ при сгорании HPDI с регулируемым смешиванием. 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 дает незначительный нетто-вклад в общие PM.

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. Специализированные форсунки прямого действия для СПГ, СНГ или КПГ требуют дальнейшего развития для конкретного применения.

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

Возможны разные режимы горения. « Controlled » HCCI — один из таких режимов.В управляемом HCCI второе топливо впрыскивается первым, и воспламенение дизельного топлива происходит до ожидаемого начала самовоспламенения HCCI (Boretti, 2011a, b). HCCI не имеет преимуществ с точки зрения эффективности преобразования топлива по сравнению с объемным сгоранием в центре камеры, окруженной воздушной подушкой. 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 продолжалось, управляемое диффузией, и там оно горит. 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 в противном случае задумывались о преждевременном переходе к электрической мобильности, 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 обсуждали 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, а также возникают дополнительные проблемы, связанные с материалами, необходимыми для производства батарей, которые подвержены большему риску истощения, чем ископаемое топливо (Boretti, 2018). . Кроме того, эти материалы добываются неэтично в очень немногих местах.

Amnesty International (Onstad, 2019) недавно отметила, что индустрия электромобилей (EV) продает себя как экологически чистые, но при этом многие из своих аккумуляторов производят с использованием ископаемого топлива и минералов, полученных из неэтичных источников, зараженных нарушениями прав человека.Маловероятно, что имеется достаточно сырья для удовлетворения ожидаемого резкого спроса на литий-ионные батареи электромобилей и 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 нанести значительный ущерб экономике 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, 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.

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

В дополнение к лучшему соотношению CH для выбросов CO ₂ , преимущества двухтопливных двигателей CIDI ICE с СПГ, КПГ или СНГ также проистекают из возможности регулирования фаз предварительного смешивания и диффузии сгорания путем впрыска второй фазы. топливо, которое намного легче испаряется и менее склонно к самовоспламенению до, в настоящее время 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 вызвать смертность, улучшить качество воздуха, ограничивая истощение природных ресурсов и выброс CO ₂ , не требуя непозволительных усилий и кардинальные изменения.

Авторские взносы

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

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось 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 сжигания и утилизации 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 двигателя внутреннего сгорания после «Diesel-Gate. Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2017-28-1933. DOI: 10.4271 / 2017-28-1933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти, А., Кастеллетто, С. (2018). «Бензиновый двигатель с супер-турбонаддувом и непосредственным впрыском с реактивным зажиганием», 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). Супер-турбонаддув двухтопливного дизельного двигателя с системой зажигания . Технический документ SAE 2018-28-0036. DOI: 10.4271 / 2018-28-0036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Burtscher, Х. (2005). Физические характеристики выбросов твердых частиц из дизельных двигателей: обзор. J. 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

Энгерер, 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 . Варрендейл, Пенсильвания: 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 пилотного двигателя прямого впрыска природного газа — Часть II: Горение с небольшим предварительным смешиванием . Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2017-01-0763. DOI: 10.4271 / 2017-01-0763

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейманн, Р., Ринглер, Дж., Зайферт, М., и Хорст, Т. (2012). Турбопарогонщик второго поколения. 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. МТЗ в мире 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). «Сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия», in Internal Combustion Engine Fundamentals (New York, NY: McGraw-Hill), 522–562.

Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзянь Д., Сяохун Г., Гешэн Л. и Синьтан З. (2001). Исследование двухтопливных двигателей дизель-СНГ (№ 2001-01-3679) . 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

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Макки, М., и Мулиджн, Дж. А. (1996). Контроль выбросов твердых частиц 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 частичной предварительной смесью путем совместного прямого впрыска ПГ и дизельного топлива (DI2) — Часть 2 . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-0766. DOI: 10.4271 / 2017-01-0766

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сарако, Г., Руссо, Н., Амброджо, 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 из 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 с приводом от теплоотвода 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 в дизельном двигателе большой мощности и бензиновом двигателе малой грузоподъемности. 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

Может ли впрыск водорода спасти дизельный двигатель?

Величайшей автомобильной историей этого века стал заговор «Дизельгейт». Это не только подорвало установленный режим в VW, но и пошатнуло основы дизельного транспорта.

VW уже начал развертывание исправления в Европе, к чему многие из нас относятся скептически, но все еще «ведем переговоры» с законодателями в Северной Америке.Эта задержка открыла дверь для многих менее известных технологий, чтобы предложить решение; некоторые из них змеиное масло, некоторые демонстрируют реальный потенциал.

Изображение предоставлено: www.drive.com.au

Одной из таких технологий является впрыск водорода, также известный как HHO.

Сорок лет впрыска водорода.

Впрыск водорода применяется с 1970-х годов и работает за счет впрыска водорода в модифицированный двигатель внутреннего сгорания, что позволяет двигателю сжигать более чистый воздух с большей мощностью и меньшими выбросами.Водород впрыскивается в воздух перед поступлением в камеру сгорания. Водород горит в 10 раз быстрее, чем дизельное топливо, и при смешивании с дизельным топливом в камере сгорания увеличивает скорость, с которой горит дизельное топливо.

Не путайте впрыск водорода с технологией водородных топливных элементов, они сильно отличаются:

• Электромобиль на водородных топливных элементах приводится в движение группой отдельных топливных элементов, известной как батарея топливных элементов. Электроэнергия, вырабатываемая батареей топливных элементов, приводит в действие электродвигатель, приводящий в движение транспортное средство.
Каждый топливный элемент представляет собой анод, катод и протонообменную мембрану, зажатую между ними. Водород из бака на борту транспортного средства попадает на анодную сторону топливного элемента. Кислород, вытягиваемый из воздуха, попадает на катодную сторону. Когда молекула водорода встречает мембрану, катализатор заставляет ее расщепляться на электрон и протон. Протон движется через батарею топливных элементов, а электрон следует по внешней цепи, подавая ток на электродвигатель и другие компоненты транспортного средства.На катодной стороне протон и электрон снова соединяются, а затем соединяются с кислородом, образуя единственную выхлопную трубу автомобиля — воду.

Изображение предоставлено: Hydrogen Injection Technologies

• В системах впрыска водорода, таких как дополнительная система подачи водорода по запросу, разработанная Hydrogen Injection Technologies (HIT), используется электролиз для производства водорода по запросу. Этот газообразный водород синтезируется из атмосферы и попадает в воздухозаборник любого двигателя внутреннего сгорания, работающего на топливе.(Система может быть заменена NRE на любой промышленный двигатель, автомобиль, лодку, жилой дом, генератор и т. Д. Объемом до 20 литров)

За последние 40 лет было проведено несколько испытаний для изучения влияния впрыска водорода на производительность и выбросы. В одном из таких испытаний, недавно опубликованном SAE, дизельный двигатель с прямым впрыском (DI) был испытан на его производительность и выбросы в двухтопливном (водородно-дизельном) режиме.

Используя электронный газовый инжектор, управляемый электронным блоком управления (ЭБУ), время и продолжительность впрыска были изменены для одного цилиндра, KIRLOSKAR AV1, DI Diesel.Время впрыска водорода было зафиксировано в ВМТ, а продолжительность впрыска — для углов поворота коленвала 30 °, 60 ° и 90 °.

Время впрыска дизеля было зафиксировано на 23 ° до ВМТ. Использование водорода и дизельного топлива в качестве топлива позволяет снизить выбросы углекислого газа (HC), оксида углерода (CO) и оксидов азота (NOx) без увеличения количества дыма.
Полученный максимальный тепловой КПД тормоза составил около 30% при полной нагрузке для оптимизированного момента впрыска 5 ° после верхней мертвой точки газообмена (AGTDC) и для продолжительности впрыска при угле поворота коленчатого вала 90 °.Выбросы NOx имеют тенденцию снижаться до более низкого значения 888 частей на миллион (ppm) в условиях полной нагрузки для оптимизированного времени впрыска 5 ° AGTDC и при продолжительности впрыска 90 ° по сравнению с чистым дизельным топливом.

Интересная в саге VW водородная дополнительная топливная система, разработанная Hydrogen Injection Technologies, прошла полевые и лабораторные испытания (CEE, Inc., лаборатория, сертифицированная CARB) в качестве единственного аппаратного решения, снижающего NOx более чем на 50%.

В отличие от водородных топливных элементов, для HHO не требуется громоздкий сосуд высокого давления для хранения газа, поскольку это система низкого давления, которая генерирует водород путем электролиза воды.

В качестве модернизации разрешено использовать генератор водородных элементов (также называемый водородными бустерными элементами) для добавления HHO в воздухозаборник, что может привести к снижению расхода топлива на 10–30% (заявлено).

По словам Боба Бойса, первого производителя бустерных ячеек h3O, эффективность системы зависит от выработки качественного гидроксигаза. Это требует более высокого спинового состояния HHO, близкого к уровню дейтерия, для достижения стабильного увеличения расхода топлива, и элементов, которые могут работать 24/7 без нагрева.Значительный выигрыш достигается, когда HHO связывается с молекулами углеводорода, тем самым завершая горение.

Двигаясь вперед в производстве водорода.

В 2014 году ученые из Стэнфордского университета разработали процесс с использованием 1,5-вольтовой батареи с сухими элементами для разделения воды на водород и кислород при комнатной температуре, что потенциально обеспечивает недорогой метод питания топливных элементов в транспортных средствах и зданиях с нулевым уровнем выбросов.

Разделитель воды изготовлен из сравнительно дешевых металлов — никеля и железа.Он работает, посылая электрический ток от одноэлементной батареи AAA через два электрода.

По словам профессора химии и ведущего исследователя Хунцзе Дая: «Это первый случай, когда кто-либо использовал катализаторы из неблагородных металлов для расщепления воды при столь низком напряжении». «Это замечательно, потому что обычно для достижения такого напряжения нужны дорогие металлы, такие как платина или иридий».

Транспортные средства на топливных элементах широко критиковались за их высокую стоимость, отсутствие инфраструктуры для доставки топлива и их низкую энергоэффективность после учета усилий, необходимых для производства сжатого водорода (часто с участием крупных промышленных предприятий, использующих энергоемкие процесс, сочетающий пар и природный газ).

«На протяжении десятилетий мы постоянно стремились создать недорогие электрокатализаторы с высокой активностью и длительным сроком службы, — объясняет Дай. «Когда мы узнали, что катализатор на основе никеля так же эффективен, как и платина, это стало полной неожиданностью».

Катализатор никель-металл / оксид никеля, открытый аспирантом Стэнфорда Мин Гун, также требует значительно более низких напряжений для расщепления воды по сравнению с чистым никелем или чистым оксидом никеля. Однако эта новая технология еще не совсем готова к коммерческому производству.

«Электроды довольно стабильны, но со временем они медленно разрушаются», — говорит Гонг. «Текущее устройство, вероятно, проработает несколько дней, но предпочтительнее — недели или месяцы. Эта цель достижима на основе моих последних результатов ».
Следующий шаг — улучшить скорость распада и протестировать версию, которая работает на электричестве, производимом солнечной энергией, а не батареей AAA.

Преимущества HHO

В 2013 году, после восьми лет исследований, Марк Дэнси опубликовал статью на сайте www.Revolution-green.com, где он выделил следующие преимущества:

1. HHO снижает содержание окиси углерода до 90%. Окись углерода является топливом, а HHO действует как катализатор, способствуя его сгоранию
2. HHO снижает содержание углеводородов примерно на 10–90%
3. HHO снижает уровень твердых частиц, особенно органических, на 10% — 70%
4. HHO снижает EGT (температура выхлопных газов) от 50 до 150 градусов по Фаренгейту (в зависимости от нагрузки двигателя)
5. HHO также снижает механический шум (был заметен в каждом лабораторном тесте всеми техническими специалистами, но не измерялся)
6.HHO не всегда снижает NOx, а в некоторых случаях увеличивает его (закачка воды действительно хорошо снижает его)
7. Для достижения значительных результатов требуется лишь небольшое и очень конкретное количество HHO. Если подается слишком много, эффективность двигателя будет снижена при использовании электролиза для производства HHO
8. Мощность в лошадиных силах увеличивается от 3% до 12% в зависимости от двигателя и используемого цетанового числа дизельного топлива.
9. HHO улучшенные и очищенные сильно карбонизированные двигатели. Часто после нескольких недель работы эффективность использования топлива повышается за счет этого процесса очистки.В одном случае было получено улучшение на 13%, и когда водородный блок был удален, он все еще сохранил улучшение на 11%.
10. HHO лучше всего работает на повышенных оборотах двигателя. На холостом ходу никаких преимуществ не было.

Хотя эмпирические результаты показывают, что технология впрыска водорода по требованию действительно повышает эффективность и снижает выбросы, трудно найти точные данные испытаний в соответствии с признанными европейскими и североамериканскими автомобильными стандартами.

Я, например, хотел бы, чтобы тесты до и после были проведены в соответствии с согласованными стандартами вождения, чтобы подтвердить преимущества, заявленные Dansie, Hydrogen Injection Technologies и другими заинтересованными сторонами.

Как раз вовремя! В условиях, когда Франция сокращает стимулы для покупки новых автомобилей с дизельным двигателем, приближаются испытания Euro6c и реальных испытаний, а также затруднительное положение VW в Америке, дизельным двигателям требуется новый подход к очистке выхлопных газов дизельных двигателей, чтобы выдержать натиск.

Автомобильные сокращения