Specialisté z různých zemí provádějí výzkum v oblasti využití nových druhů paliv a zdrojů energie v silniční dopravě. Je to způsobeno výrazným nárůstem počtu vozidel a zvyšujícím se znečištěním životního prostředí.
k nejúčinnějším a perspektivní druhy motorové palivo zahrnují zemní plyn, vodík, směs propan-butanu, metanol atd.
Perspektivním automobilovým palivem je jakýkoli chemický zdroj energie, jehož použití v tradičních nebo vyvíjejících se automobilových motorech umožňuje do určité míry vyřešit energetický problém a snížit škodlivý účinek na životní prostředí. Na základě toho je formulováno pět hlavních podmínek pro vyhlídky nových zdrojů energie:
dostupnost dostatečných energetických zdrojů;
možnost hromadné výroby;
technologická a energetická kompatibilita s dopravními elektrárnami;
přijatelné toxické a ekonomické ukazatele procesu využití energie;
bezpečnost a zabezpečení provozu.
Existuje několik různých klasifikací slibných automobilových paliv. Z praktického hlediska je velmi zajímavá energetická klasifikace, která je založena na výhřevnosti tradičního kapalného uhlíkového paliva.
Pro tradiční kapalinu uhlovodíkové palivo nejvyšší hustotu energie, takže vůz na ní jedoucí má malou velikost a hmotnost palivové nádrže a palivové zařízení a nevyžaduje složitý palivový a skladovací systém. Uhlovodíkové plyny a vodík mají vyšší hmotnostní energetickou náročnost, ale pro svou nízkou hustotu mají výrazně horší objemové energetické ukazatele. Proto je použití těchto paliv možné pouze ve stlačeném nebo zkapalněném stavu, což v některých případech značně komplikuje konstrukci vozu.
Vodíkové palivo. Velké naděje jsou vkládány do vodíkového paliva jako paliva budoucnosti. Je to dáno jeho vysokou energetickou náročností, nepřítomností většiny toxických látek ve spalinách a prakticky neomezenou základnou zdrojů. Právě s vodíkem je spojen slibný rozvoj energetiky.
Pokud jde o hmotnostní energetickou náročnost, vodík převyšuje uhlovodíková paliva asi 3x; alkoholy - 5-6krát. Ale vzhledem k jeho velmi nízké hustotě je jeho hustota energie nízká. Vodík má řadu vlastností, které značně komplikují jeho použití: zkapalňuje při 24K; má vysokou difúzní kapacitu; klade vysoké nároky na stykové materiály, výbušniny. Navzdory tomu však vědci v mnoha zemích pracují na vytvoření vozidel na vodíkové palivo. Četná schémata jeho možného použití v automobilu se dělí do dvou skupin: vodík jako hlavní palivo a jako přísada do moderních motorových paliv. Hlavním problémem při použití vodíku ve zkapalněném stavu je jeho nízká teplota. Kapalný vodík se obvykle přepravuje v dvouplášťových kryogenních nádržích, jejichž prostor je vyplněn izolací. Pro bezpečný provoz kapalného vodíku je nutné úplné utěsnění systému přívodu paliva a zajištění uvolnění přetlaku.
Vodíková technologie, vodíková energie - o nich se mluví stále vytrvaleji z toho důvodu, že tento chemický prvek je základem jediného dnes známého paliva, které při spalování netvoří ten notoricky známý oxid uhelnatý, a proto je nejméně škodlivé pro životní prostředí. Jeho zásoby v přírodě jsou navíc prakticky nevyčerpatelné. To je důvod, proč po mnoho let byly činěny pokusy využít vodík pro spalovací motory. Moskevský automobilový institut, Bauman Moskevská státní technická univerzita a řada dalších institutů pracovaly tímto směrem již ve 30. letech 20. století.
Během Velké vlastenecké války byla myšlenka vodíkového paliva prakticky aplikována na automobily v silách protivzdušné obrany na Leningradské frontě.
V poválečných letech akademik E. A. Chudakov a profesor I. L. Varšavskij používali vodík k pohonu jednoválcového motoru v Automobilové laboratoři Akademie věd SSSR. Tímto problémem se zabýval akademik VV Struminsky a další badatelé. Experimenty pak ale nedostávaly široký záběr. Staly se relevantnějšími a pokračovaly později. Pouze v USA do roku 1976. Výzkum na toto téma provedlo 15 experimentálních konstrukčních skupin, které vytvořily 42 druhů „vodíkových“ motorů. Podobné pátrání zahájili vědci z Německa a Japonska.
Tak velký zájem o vodík jako palivo se vysvětluje nejen jeho ekologickými přínosy, ale také jeho fyzikálně-chemickými vlastnostmi: jeho výhřevnost je třikrát vyšší než u ropných produktů, hořlavost směsi se vzduchem má široké limity, vodík má vysokou rychlost šíření plamene a nízkou zápalnou energii - 10-12x nižší než benzín.
V naší zemi se v mnoha výzkumných centrech aktivně věnuje rozsáhlé práci na využití vodíku pro automobilové motory.
Metodu získávání tohoto chemického prvku pomocí tzv. látek akumulujících energii podrobně vypracoval Ústav problémů strojního inženýrství Akademie věd Ukrajiny, který rovněž vede základní výzkum rozvíjí spalovací procesy směsí vodík-vzduch a benzín-vodík-vzduch schémata zapojení elektrárna vozidlo s různými způsoby skladování nového paliva na palubě.
Vodík jako motorové palivo má díky svým vlastnostem některé vlastnosti. Široké limity hořlavosti umožňují lepší kontrolu výkonu motoru. V důsledku toho je možné zvýšit účinnost při částečném zatížení - režim, ve kterém motor automobilu "žije" poměrně dlouho. Výhřevnost homogenní směsi vodíku a vzduchu je nižší než u benzínu. Proto výkon motoru na vodík ve větší míře než při použití benzínu závisí na způsobu tvorby směsi.
Studie detonační odolnosti směsí benzín-vodík-vzduch a vodík-vzduch ukázaly, že jejich sklon k detonaci do značné míry závisí na součiniteli přebytku vzduchu. A v tomto ohledu se při použití vodíku jako paliva odhalily jiné vzorce než u benzínu. Studium provozu motorů na směsi vodík-vzduch a benzín-vodík-vzduch prokázalo vysokou stabilitu pracovního procesu. Porovnáním mezí změny optimálního časování zážehu při provozu na vodík a benzín je vidět, že v prvním případě výrazně závisí na součiniteli přebytku vzduchu. Když se směs obohatí, nejpříznivější načasování zážehu se výrazně sníží. Proto při provozu na vodík potřebuje motor další úpravy tohoto parametru.
Konečně při spalování vodíku neobsahují výfukové plyny takové škodlivé složky jako CO, uhlovodíky a PbO. Ve výfuku zůstává pouze jedna toxická složka - NO (a to v menším množství než při provozu na benzín). Při použití vodíku jako přísady je obsah škodlivých složek prudce snížen kvůli úplnosti spalování. Kromě toho se snižuje potřeba používání škodlivých antidetonačních přísad olova v benzínu.
Experimenty ukázaly, že spalovací motory mohou úspěšně fungovat jak na čistý vodík, tak na jeho směs s benzínovými parami. Je zvláštní, že i 10% přídavek (z hmotnosti spotřebovaného paliva) vodíku může mít významný dopad, snížit toxicitu výfukových plynů a zlepšit ekonomickou výkonnost. Velmi rozšiřuje limity hořlavosti směsi, což vytváří podmínky pro efektivní řízení spalovacího procesu. V praxi to znamená možnost stabilního provozu na velmi chudé směsi benzín-vodík-vzduch s velkým poměrem přebytku vzduchu, což zajišťuje výrazné úspory benzínu. Vzhledem k tomu, že motor v městských podmínkách běží až 30 % času na volnoběh nebo v režimu částečného zatížení, lze si představit, jaké ekonomické výhody využití vodíku přináší. A provoz motoru při vysokých poměrech přebytku vzduchu je doprovázen téměř úplným spálením směsi, a proto ve výfukových plynech nejsou žádné toxické složky. Ústav problémů strojního inženýrství Akademie věd Ukrajiny již vyvinul automobilové elektrárny pracující na vodíkové palivo. Vodík se pro ně získává z vody (pomocí látek akumulujících energii na bázi oxidů kovů) a také z hydridů - látek schopných vodík při ochlazení absorbovat a při zahřátí ho odevzdávat.
V zájmu bezpečnosti je nutné vázat vodík s hydridy, protože při úniku z lahví vytváří smícháním se vzduchem výbušnou směs, která je vysoce hořlavá (pamatujte časté nehody vzducholodě s nádržemi naplněnými vodíkem). Důležitější je ale fakt, že hydridy jsou z hlediska objemových ukazatelů racionálnější metodou skladování vodíku na palubě auta.
Obecné schéma palivové elektrárny: vodíkové palivo, získané v důsledku interakce látek akumulujících energii s vodou, je dodáváno z energetického systému do motoru. Výkon motoru je řízen komponentami přiváděnými do reaktoru, aby se uvolnil vázaný vodík.
Elektrárna může být provedena v otevřeném i uzavřeném cyklu. V prvním případě jsou na palubu vozidla umístěny pouze nádoby na látky akumulující energii a vodu a spaliny jsou vypouštěny do atmosféry. V uzavřeném cyklu je navíc zaveden tepelný výměník a kondenzátor, umožňující využití vodní páry z výfukové plyny. Voda vstupující do reaktoru s látkami akumulujícími energii opět slouží jako zdroj pro výrobu vodíku. Voda tedy v uzavřeném koloběhu slouží jako „nosič“ paliva a látky akumulující energii jako energie. Vodíkové palivo v obou cyklech může být použito v čisté formě nebo jako aditiva (5--10 % hmotnosti). V druhém případě zůstává systém přívodu benzínu na stroji. „Extrakce“ vodíku z vody probíhá v reaktoru obsahujícím látky akumulující energii. Nejjednodušší je permanentní reaktor, ve kterém se tlak udržuje úpravou přívodu komponent do reakční zóny.
Proces získávání paliva v něm nenastává okamžitě, to znamená, že má určitou setrvačnost. Vodík uvolněný v reaktoru musí být proto přiváděn do motoru přes regulátor převodovky, který udržuje optimální tlak před přívodními tryskami.
Podle vyvinutých metod pro testování pomocí látek pro skladování energie na bázi oxidů kovů, stejně jako pomocí hydridů, sériové auta"Moskvič" a "VAZ".
První experiment (použití látek akumulujících energii - automobil Moskvič) - systém zásobování benzínem zůstal nezměněn. Na stroji jsou namontovány dva reaktory 1, které zajišťují výrobu vodíku z vody, a reduktor 5, určený k dávkování paliva při různých provozních režimech motoru.
Vsádkové reaktory mají stálou zátěž energetických zásobních látek na bázi křemíku nebo hliníku s řízenou dodávkou vody. čerpadla vysoký tlak 4, poháněné elektromotorem, přivádějí vodu z nádrže přes ohřívač a filtr do reaktoru, kde je rozstřikována tryskami. Ve vodním systému jsou instalovány zpětné ventily, které zabraňují pronikání vodíku do něj při přerušení dodávky vody. Navíc má kohout 3, který přepíná přívod vody z jednoho reaktoru do druhého. Všechny jednotky tohoto experimentálního uspořádání jsou namontovány na společném rámu a umístěny v kufru.
Instalace s využitím látek akumulujících energii pro zásobování motoru vodíkem: 1 - vsádkové reaktory; 2 -- nádrž na vodu; 3 - ventil pro přívod vody do reaktoru; 4 - blok čerpadel s elektrickým pohonem; 5 -- reduktor v systému přívodu vodíku
Vodík z reaktorů je přiváděn do ventilu nainstalovaného na přístrojová deska, kterým strojvedoucí spojuje provozní reaktor 1 se systémem dodávky vodíku. Ten se skládá z redukčního převodu, odlučovače vlhkosti, plynoměr a reduktor pro regulaci dodávky vodíku (ovládaný speciálním pedálem). Palivo se přivádí do sacího potrubí těsně před sací ventil.
Pro provoz na vodík získaný z hydridů byl zachován také systém zásobování benzinem a byl instalován další systém skladování a dodávky vodíku (vozidlo VAZ). Skládá se z hydridové nádrže 1 vyhřívané výfukovými plyny, převodovky s celorežimovým provozem regulátor podtlaku 9 spotřeba vodíku a směšovač 8, vyrobený na bázi sériového karburátoru. Systém automaticky reguluje rychlost vývoje vodíku hydridem (řídicí jednotka 10, tlakový spínač 2, klapka s elektromagnetickým pohonem 7 na výfukovém potrubí), udržuje tlak vodíku v systému konstantní, bez ohledu na režim motoru. Při nabíjení je hydridová nádrž chlazena vodou.
Instalace pomocí hydridů: 1 - hydridová nádrž; 2 -- tlakový spínač; 3 -- plnicí ventil; 4 -- výfukové potrubí hydridové nádrže; 5 -- tlumič výfuku; 6 -- benzínová nádrž; 7 -- elektromagnetický pohon klapky; 8 - mixér; 9 -- regulátor tlaku a průtoku vodíku; 10 -- elektronická řídicí jednotka
Použití vodíku jako přídavného paliva pro karburátorové motory otevírá možnost zásadně nového přístupu k organizaci pracovního procesu. Minimální úpravou motoru, týkající se především systému napájení, lze dosáhnout výrazného zvýšení jeho palivové účinnosti (sníží se provozní spotřeba benzínu o 35–40 %) a snížit toxicitu výfukových plynů.
Tabulka 13 Toxicita výfukových plynů,
Emulze voda-palivo. Využití vody v pracovním procesu spalovacího motoru není v posledních letech žádnou novinkou. Vstřikování vody bylo používáno pro pohon spalovacích motorů na nízkooktanová paliva již ve 30. letech 20. století.
Nyní je hlavní pozornost při použití vody jako přísady do paliva věnována možnosti zlepšení účinnosti a snížení toxicity výfukových plynů vozidel.
Emulze voda-palivo jsou kapalná paliva s malými kapkami vody rovnoměrně rozmístěnými po objemu paliva. Emulze se připravuje přímo na vehikulu. Aby se zabránilo separaci emulze, přidává se do paliva emulgátor v množství 0,2 až 0,5 %. Obsah vody v emulzi voda-palivo může dosáhnout 30--40%.
Použití emulzí voda-palivo je možné jak v karburátorových, tak i naftových motorech. Ale v karburátorový motor použití emulzí voda-palivo v některých případech vede ke zhoršení některých ukazatelů (zejména palivové účinnosti), poruchám při plném otevření škrticí klapky a přerušením jízdy při nízké rychlosti. Nejlepší výsledky umožňuje použití emulzí voda-palivo u dieselových motorů. Přívod vody do spalovací komory zajišťuje dodatečné rozprašování paliva v důsledku drcení přehřátou vodní párou. Specifická spotřeba paliva je snížena o 4--10%.
Přídavek vody do paliva umožňuje snížit obsah některých toxických látek ve výfukových plynech snížením maximálních teplot ve spalovacím prostoru, jejichž hodnota určuje množství NOx. Při použití emulzí voda-palivo lze množství NOx snížit o 40-50 %. Snižuje se také opacita výfukových plynů, protože saze v přítomnosti vodní páry s nimi interagují za vzniku oxidu uhličitého a dusíku. Emise CO zůstávají prakticky nezměněny ve srovnání s provozem spalovacího motoru na palivo bez přidání vody a emise SpNsh se mírně zvyšují. Tento typ paliva zatím nenašel široké uplatnění v silniční doprava, jelikož se konstrukce vozu komplikuje, vzniká při provozu v ní řada problémů zimní období, vliv vody na pracovní podmínky a životnost spalovacího motoru nebyl dostatečně prozkoumán.
syntetické alkoholy. Jako palivo pro spalovací motory automobilů se metanol a etanol používají jak v čisté formě, tak jako součást vícesložkových směsí.
Nejrozšířenější auta na alkohol jsou v Brazílii, která dováží 80 – 85 % ropných produktů a platí za ně v cizí měně. Náklady na palivo rok od roku rostou a dosahují miliard dolarů. Proto země s nadšením oznámila prezident v roce 1975. projekt dopravní alkoholizace. palivové nádrže brazilská auta natankujte směs alkoholu a benzínu v poměru 1:4.
Postupem času se plánuje převedení celého vozového parku na používání etylalkoholu místo benzínu. Alkohol se získává z cukrové třtiny (Brazílie je největším světovým producentem této plodiny). Za rok je možné získat až 80 tun biomasy z 1 hektaru. Plantáže, zabírající 2 % území země, budou stačit k uspokojení potřeby nového paliva.
Podle odborníků stojí 1 litr alkoholu o 30–35 % levněji než benzín.
Mexiko, druhá nejlidnatější země Latinské Ameriky, je připravena následovat příklad Brazílie. V USA je také zájem o výrobu topného lihu ze dřeva, zemědělských a jiných odpadů.
Z energetického hlediska je výhoda lihových paliv vysoká účinnost pracovní proces a vysoká antidetonační odolnost paliva, ale výhřevnost alkoholů je asi poloviční než u benzínů. Nízký energetický obsah alkoholů vede ke zvýšení měrné spotřeby paliva.
Použití alkoholů vyžaduje poměrně malou změnu v designu vozu. Hlavními opatřeními je zvětšení objemu palivových nádrží a instalace zařízení, která zajistí stabilní start motoru za každého počasí. Vyžaduje také výměnu některých kovů a materiálů těsnění, zejména plastového obložení nádrže na metanol. To je způsobeno vysokou korozivností alkoholů a potřebou důkladnějšího utěsnění systému přívodu paliva, protože metanol je neurovaskulární jed. Použití směsi benzomethanolu klade řadu dalších specifických požadavků. Zpřísňují se zejména požadavky na tlak nasycených par benzínu, protože i při 5% přídavku metanolu se výrazně zvyšuje. Aby nedocházelo k separaci směsi při jejím skladování, přepravě a používání, je nutné dodržovat určitou teplotu a zabránit vniknutí vody. Některé syntetické materiály používané v palivových systémech a v automobilové systémy výživy, se ukázalo být nestabilní vůči benzomethanolové směsi. Při přechodu auta z benzínu na benzometanolovou směs jsem musel přestoupit propustnost trysky, přičemž se mírně zvyšuje celková spotřeba paliva. Zároveň bylo zjištěno, že směs s obsahem metanolu do 15 % nezhoršuje hlavní technické a provozní ukazatele nákladní automobily. Vysoký antidetonační výkon alkoholů umožňuje zvýšit kompresní poměr spalovacího motoru až na 14-15 jednotek.
Použití lihových paliv snižuje obsah toxických látek ve výfukových plynech, což se vysvětluje nižší teplotou spalování lihového paliva.
Od začátku 70. let, kdy se energetická a ekologická situace prudce zhoršila, zahájily téměř všechny průmyslové země rozsáhlé hledání alternativních zdrojů energie, které mohou nahradit benzín a naftu. Mezi alternativní paliva Speciální pozornost pozornost je věnována vodíku: jeho použití ve spalovacích motorech umožňuje řešit jak problémy surovin, tak problémy životního prostředí, a to bez radikální restrukturalizace technické základny moderní konstrukce motorů. Studie zejména ukázaly, že použití vodíku jako hlavního nebo doplňkového paliva u motorů s nuceným zapálením náplně zvyšuje jejich palivovou účinnost o 30–40 % a výrazně snižuje toxicitu výfukových plynů, protože vlastnosti motoru umožňují provoz na chudé směsi s kvalitní regulací výkonu. V zahraničí práce na vytvoření automobilových „vodíkových“ spalovacích motorů provádějí vyspělé vyspělé země již dlouhou dobu a poměrně úspěšně. Zejména, automobilka Daimler-Benz (Německo) vyráběl automobily a minibusy na základě produkční modely, jejíž motory pohání jak benzin s přídavkem vodíku, tak „čistý“ vodík. Ze tří způsobů skladování vodíku přijatelných pro motorová vozidla - stlačený na 20 MPa, zkapalněný při teplotě 20 K nebo chemicky vázaný v hydridech kovů - byl poslední použit na experimentálních vozech firmy Daimler-Benz.
Rozhodující vliv dopravy na stav životního prostředí vyžaduje zvláštní pozornost věnovanou používání nových ekologicky šetrných paliv. Mezi ně patří především zkapalněný nebo stlačený plyn.
Ve světové praxi se jako motorové palivo nejvíce používá stlačený zemní plyn obsahující minimálně 85 % metanu.
Použití souvisejícího ropného plynu je méně běžné; což je směs převážně propanu a butanu. Tato směs může být v kapalném stavu za běžných teplot pod tlakem až 1,6 MPa. K nahrazení 1 litru benzínu je zapotřebí 1,3 litru zkapalněného ropného plynu a jeho ekonomická účinnost z hlediska ekvivalentních nákladů na palivo je 1,7krát nižší než u stlačeného plynu. Je třeba poznamenat, že zemní plyn, na rozdíl od ropného plynu, není toxický.
Analýza ukazuje, že používání plynu snižuje emise: oxidů uhlíku - 3-4krát; oxidy dusíku - 1,5-2 krát; uhlovodíky (kromě metanu) - 3-5krát; částice sazí a oxid siřičitý (kouřivost) dieselových motorů - 4-6x.
Při provozu na zemní plyn s poměrem přebytku vzduchu a=1,1 tvoří emise PAH ze spalování paliva a mazacích olejů (včetně benzo(a)pyrenu) v motoru 10 % emisí z benzínového provozu. Motory na zemní plyn již splňují všechny moderní normy pro obsah plynných a pevných složek ve výfukových plynech.
|
Toxické součásti výfuku |
|||||
|
Druh paliva |
(bez metanu) |
Benzopyren |
|||
|
Benzín (motory s neutralizací) | |||||
|
Nafta | |||||
|
Plyn + nafta | |||||
|
propan butan | |||||
|
příroda, stlačený | |||||
Zvláště je třeba zmínit emise uhlovodíků, které podléhají fotochemické oxidaci v atmosféře vlivem ultrafialového záření (urychleného v přítomnosti NOx). Produkty těchto oxidačních reakcí tvoří tzv. smog. V benzinových motorech je hlavním množstvím uhlovodíkových emisí ethan a etylen a v plynových motorech - metan. To je způsobeno tím, že tato část emisí benzinové motory Vzniká v důsledku krakování benzinových par v nehořlavé části směsi při vysokých teplotách a nehořlavý metan nepodléhá v plynových motorech žádným přeměnám.
Nenasycené uhlovodíky, jako je etylen, se nejsnáze oxidují vlivem ultrafialového záření. Limitní uhlovodíky včetně metanu jsou stabilnější, protože vyžadují pro fotochemickou reakci tvrdší (krátkovlnné) záření. Ve spektru slunečního záření má složka, která iniciuje oxidaci metanu, oproti iniciátorům oxidace jiných uhlovodíků tak nízkou intenzitu, že k oxidaci metanu prakticky nedochází. Proto jsou v omezujících normách pro automobilové emise v řadě zemí zohledňovány uhlovodíky bez metanu, i když přeměna se provádí na metan.
Přestože je tedy množství uhlovodíků ve výfukových plynech motorů na zemní plyn stejné jako u benzínových motorů a u plynových dieselových motorů je často vyšší, vliv znečištění ovzduší těmito složkami plynovým palivem je několikrát méně než u kapaliny.
Je také důležité mít na paměti, že použití plynového paliva zvyšuje motorový zdroj motoru - 1,4-1,8krát; životnost zapalovacích svíček - 4krát a motorového oleje - 1,5-1,8krát; generální oprava - 1,5-2 krát. Tím se snižuje hlučnost o 3-8 dB a doba doplňování paliva. To vše zajišťuje rychlou návratnost nákladů na převod vozidel na plynové pohonné hmoty.
Pozornost odborníků přitahuje bezpečnostní otázky používání plynového motorového paliva. Obecně platí, že výbušná směs plynných paliv se vzduchem vzniká v koncentracích 1,9-4,5krát. Určité nebezpečí však představuje únik plynu netěsnými spoji. V tomto ohledu je nejnebezpečnější zkapalněný ropný plyn, protože. hustota jeho par je větší než hustota vzduchu a pro stlačený vzduch je menší (respektive 3: 1,5: 0,5). V důsledku toho po opuštění úniků úniky stlačeného plynu stoupají a mizí, zatímco úniky zkapalněného plynu vytvářejí místní nahromadění a podobně jako kapalné ropné produkty se „rozlévají“, což při vznícení zvyšuje požár.
Kromě zkapalněného či stlačeného plynu mnozí odborníci předpovídají velkou budoucnost kapalnému vodíku, jako téměř ideálnímu, z hlediska životního prostředí, motorovému palivu. Před několika desetiletími se zdálo použití kapalného vodíku jako paliva docela vzdálené. Tragická smrt vodíkem plněné vzducholodě „Hindenburt“ v předvečer druhé světové války navíc natolik pošramotila veřejnou pověst „paliva budoucnosti“, že byla na dlouhou dobu vyloučena z jakýchkoli seriózních projektů.
Rychlý rozvoj vesmírných technologií nás opět donutil obrátit se na vodík, tentokrát již kapalný, jako téměř ideální palivo pro průzkum a rozvoj světového vesmíru. Nezmizely však složité inženýrské problémy spojené jak s vlastnostmi samotného vodíku, tak s jeho výrobou. Jako dopravní palivo je výhodnější a bezpečnější používat vodík v kapalné formě, kde v přepočtu na jeden kilogram převyšuje petrolej 8,7krát kaloricky a kapalný metan 1,7krát. Hustota kapalného vodíku je přitom téměř o řád menší než u petroleje, což vyžaduje mnohem větší nádrže. Vodík se navíc musí skladovat za atmosférického tlaku při velmi nízké teplotě – 253 stupňů Celsia. Z toho plyne potřeba vhodné tepelné izolace nádrží, což s sebou nese i další hmotnost a objem. Vysoká teplota spalování vodíku vede k tvorbě značného množství ekologicky škodlivých oxidů dusíku, pokud je oxidačním činidlem vzduch. A nakonec notoricky známý bezpečnostní problém. Stále zůstává vážný, i když je nyní považován za značně přehnaný. Samostatně je třeba říci o výrobě vodíku. Téměř jedinou surovinou pro výrobu vodíku jsou dnes stejná fosilní paliva: ropa, plyn a uhlí. Skutečného průlomu v globální palivové základně založené na vodíku lze proto dosáhnout pouze zásadní změnou způsobu jeho výroby, kdy se voda stává surovinou a Slunce nebo síla padající vody se stává primárním zdrojem energie. Vodík svou vratností, tedy praktickou nevyčerpatelností, zásadně předčí všechna fosilní paliva včetně zemního plynu. Na rozdíl od paliv vytěžených ze země, která jsou po spalování nenávratně ztracena, se vodík získává z vody a spálí se zpět do vody. K získání vodíku z vody je samozřejmě potřeba vynaložit energii a mnohem více, než lze později využít při jejím spalování. To ale nevadí, pokud jsou tzv. primární zdroje energie zase nevyčerpatelné a šetrné k životnímu prostředí.
Rozvíjí se také druhý projekt, kde se jako zdroj primární energie využívá Slunce. Odhaduje se, že v zeměpisných šířkách ± 30-40 stupňů se naše svítidlo zahřívá asi 2-3krát silněji než v severnějších zeměpisných šířkách. Může za to nejen vyšší poloha Slunce na obloze, ale také o něco řidší atmosféra v tropických oblastech Země. Téměř všechna tato energie se však rychle rozptýlí a zmizí. Získávání kapalného vodíku s jeho pomocí je nejpřirozenějším způsobem akumulace sluneční energie s jejím následným dodáváním do severních oblastí planety. A není náhoda, že výzkumné centrum pořádané ve Stuttgartu nese příznačný název „Solární vodík – zdroj energie budoucnosti“. Zařízení, která akumulují sluneční světlo, se mají podle zadaného projektu nacházet na Sahaře. Takto koncentrované nebeské teplo bude využito k pohonu parních turbín, které vyrábějí elektřinu. Další vazby schématu jsou stejné jako v kanadské verzi, jen s tím rozdílem, že kapalný vodík je do Evropy dodáván přes Středozemní moře. Zásadní podobnost obou projektů, jak vidíme, spočívá v tom, že jsou šetrné k životnímu prostředí ve všech fázích, včetně přepravy zkapalněného plynu po vodě, protože tankery opět jezdí na vodíkové palivo. Již takové světoznámé německé společnosti jako Linde a Messergrisheim sídlící v oblasti Mnichova vyrábějí všechna potřebná zařízení pro výrobu, zkapalňování a dopravu kapalného vodíku, s výjimkou kryogenních čerpadel. Obrovské zkušenosti s využitím kapalného vodíku v raketové a kosmické technice nashromáždila společnost MBB sídlící v Mnichově a účastnící se téměř všech prestižních západoevropských programů průzkumu vesmíru. Výzkumné zařízení společnosti v oblasti kryogeniky se používá i na amerických raketoplánech. Známá německá letecká společnost Deutsche Airbus vyvíjí první airbus na světě létající na kapalný vodík. Kromě ohledů na životní prostředí je použití kapalného vodíku v konvenčním a nadzvukovém letectví výhodnější z dalších důvodů. Tím je vzletová hmotnost letadla snížena asi o 30 %, všechny ostatní věci jsou stejné. To zase umožňuje kratší dobu vzletu a strmější křivku vzletu. Díky tomu se snižuje hluk – to je metla moderních letišť, která se často nacházejí v hustě obydlených oblastech. Není vyloučena ani možnost snížení čelního odporu letounu pomocí silného chlazení jeho příďových částí, které se setkávají s prouděním vzduchu.
Vše výše uvedené nám umožňuje dospět k závěru, že přechod na vodíkové palivo, především v letectví a poté v pozemní dopravě, se stane realitou již v prvních letech nového století. Do té doby budou překonány technické problémy, definitivně odstraněna nedůvěra k vodíku jako příliš nebezpečnému palivu a vytvořena potřebná infrastruktura.
Na celém světě jsou fosilní paliva i nadále používána jako zdroj energie všude, což, i když se každý rok zlepšuje, znečištění z výfuků zůstává jedním z hlavních ekologických problémů. To nutí vědce a inženýry přemýšlet o možnosti využití alternativních paliv jako dalších zdrojů energie.
Takových vývojů je mnoho, ale do sériového používání se nestěhuje tolik druhů ekologicky šetrných paliv.
tlak stlačeného vzduchu
Pneumatický pohon byl vyvinut ve Francii a Indii téměř současně. Nyní se již taková auta vyrábí sériově. K pohybu se využívá síla vytvářená stlačeným vzduchem. Takové vozidlo vyvine rychlost až 35 km/h (při použití mizivého množství paliva až 90 km/h). Spotřeba stlačený vzduch v benzínovém ekvivalentu je asi jeden litr na 100 kilometrů.
alkoholový motor
Ethanol neboli etylalkohol je jedním z nejběžnějších alternativních paliv. V USA a Brazílii asi 32 tis čerpacích stanic prodávat ethyl palivo. Celosvětově jej používá více než 230 milionů vozidel. Látka získaná při fermentaci různých plodin poskytuje dostatečné množství energie a produkty jejího spalování nezatěžují životní prostředí.
Energie z bionafty nebo rostlinného oleje
Design dieselový motor sám o sobě je účinnější než benzín. A pokud jej naplníte rostlinným olejem, pak je také šetrný k životnímu prostředí. Mluvíme o speciálně zpracovaném oleji. Takové palivo můžete získat i doma, a to pomocí jednoduchých technologických postupů. Tato technologie má mnoho výhod: u již smontovaných vozů není třeba měnit konstrukci motorů, k její výrobě se využívají obnovitelné zdroje a výfuk je zcela bezpečný pro životní prostředí.
Vodíkový motor
Na začátku 21. století byl vyvinut vodíkový motor. Technologicky je možné použít vodíkové palivo v konvenčním motorem vnitřního spalování, ale pak výkon klesne o 60 - 82%. Pokud provedete nezbytné změny v zapalovacím systému, pak se naopak výkon zvýší pouze o 117%, v tomto případě zvýšení výkonu oxidů dusíku vede ke spálení pístů a ventilů a vstupu vodíku do reakce s jinými materiály vede k rychlé opotřebení motor. Jeho vylepšená verze by v budoucnu možná mohla používat vodu jako palivo. Kromě toho je vodík vysoce těkavý, takže je obtížné jej skladovat v kapalné formě palivová nádrž BMW vodík ( auto na obrázku) za pouhý týden nepoužívání se vypaří polovina nádrže vodíkového paliva.
elektrický motor
Existuje typ motoru, který neprodukuje vůbec žádné výfukové plyny – elektrický. Technologie začíná svou historii v 19. století. Popularita elektrický motor tramvaje a trolejbusy přispívaly jako městská doprava, ale v tomto případě doprava potřebovala stálý elektrický proud ve formě drátů. Elektromobil si v té době nikdy nezískal oblibu, i když se objevil dříve než vůz se spalovacím motorem. Nyní se elektrická vozidla vyrábí sériově, ve městech se pro ně vybavují elektrické čerpací stanice a tato technologie získává na popularitě.
hybridní auto
Oblíbené jsou zejména hybridní vozy se současným využitím elektromotoru a spalovacího motoru, což umožňuje pohon vozu jak na elektrický náboj, tak na klasické palivo. hybridní auta, samozřejmě zcela nezbaví atmosféru škodlivých emisí, ale sníží množství výfukových plynů a zároveň umožní výrazně ušetřit palivo a snížit výkon.
Moskevská vláda se rozhodla svěřit distribuci ekologických paliv a zdrojů energie v městské automobilové dopravě některým automobilovým podnikům. , který se příliš neliší od benzínu, je méně praktický než alternativní paliva.
Podniky prováděly práce na již experimentálních modelech automobilů, které jsou přizpůsobeny použití stlačeného zemního plynu, tedy metanu.
Polovina všech vozidel ve vozovém parku společnosti jezdí na alternativní paliva.
Až dosud se takové zařízení v ruských městech nikdy nepoužívalo, zkušenosti, které se nyní aktivně získávají, umožňují získat potřebné znalosti, které vytvoří podmínky pro expanzi a implementaci inovací ve všech regionech země.
V téměř 60. letech měly téměř všechny vysoce rozvinuté země energetický sektor závislý na ropě. Západní země vyhrály za sadu levného vývozu ropy, barel je stál asi 5 dolarů. Což vedlo k poměrně vysokému . O 13 let později organizace arabských zemí vyvážejících ropu uvalila embargo na dovoz ropy do Spojených států amerických, což bylo způsobeno tím, že ve válce mezi Izraelem a Sýrií a Egyptem, Severní Amerika podporoval Izrael. Po tomto incidentu ty země, které se nazývaly vysoce rozvinutými, dospěly k závěru, že současné ekonomické plány již nejsou účinné, je naléhavě nutné vyvinout nové s ohledem na zcela odlišné druhy paliva. Nejslabším místem byl dopravní průmysl, který používal uhlovodíková paliva.
Dalším důvodem pro hledání alternativy k ropě bylo, že její produkce se každým rokem prodražovala a její zásoby v útrobách země byly spotřebovávány velmi vysokou rychlostí a mohly by úplně zmizet asi za 50 let.
Nejzajímavější na tom je plynový motor není vůbec novinkou naší doby, protože jej vynalezl již ve velmi vzdáleném 19. století francouzský inženýr Lenoir, pracoval samozřejmě na plynu. V dnešní době na alternativní paliva v automobilech se nejčastěji používá plyn.
Nepleťte si ho s plynem pro domácnost, protože při tankování do auta čerpací stanice používají speciální komponenty propan-butanu, jedná se o zkapalněný ropný plyn. Jeho použití je ve srovnání s benzínem levnější a šetrnější k životnímu prostředí. Auta se tankují ve speciálních komplexech pro tankování alternativních druhů paliva.
Nejlepší palivo pro vozidla.
Zemní plyn, metan, je to, co z hlediska výkonu obchází benzín i ropný plyn. Obvykle je plní auty ti, kteří chtějí cestovat dvakrát tolik za stejné peníze, větší vzdálenost.
Nevyvolává saze, motorový olej nepodléhá změnám. Mnohem menší poškození pístů a válců, dobrý výkon motoru. Žádné saze, motorový olej nezkapalňuje. Menší opotřebení pístů a válců, prodlužuje životnost motoru. Olejové saze plus saze oxidují olej a výrazně snižují mazací vlastnosti.
Specializovaných míst, kde lze bez problémů natankovat, je velmi málo. Je zde síť čerpacích stanic. Spousta míst k zaplnění.
Nevyžaduje žádné zpracování, vhodné pro použití v původní podobě. Směs, která vyžaduje určité proporce s přihlédnutím k ročním obdobím. Jsou vyžadovány ropné rafinérie.
Dodávka se uskutečňuje po přepravních cestách plynu. Přepravují se speciálními tahači. Stejně jako propan-butan se dodává na čerpací stanice v cisternách.
Prozkoumaná ložiska by měla lidstvu vystačit zhruba na 200 let. Vzhledem k tomu, že plyn se získává z ropy, vydrží asi 50 let. Vyrobeno z ropy, zásoby ne více než 50 let.
Docela levné a vyžaduje malé investice. Má to průměrná cena. Nestabilní náklady v tom smyslu, že rostou pouze každý rok.
Drahé vybavení, velmi málo specialistů. Ruská Federace, instalace a výroba, jakož i opravy instalací. Ne levné vybavení. Není potřeba další vybavení.
Na čerpacích stanicích nebo z automobilových cisteren není možnost krádeží metanu. Na čerpacích stanicích se krást nedá. Snadno znovu prodat.
S klesající teplotou téměř nemění své vlastnosti. Vlastnosti klesají s poklesem teploty Malé změny vlastností, pokud teplota klesá.
Má nejvyšší 4 třídu bezpečnosti. Nepříliš bezpečné, jelikož má pouze 2. bezpečnostní třídu. Stabilní zabezpečení, 3. třída.
Závěr se naznačuje, že metan má ve srovnání s jinými druhy paliva pouze tři nevýhody. Problémy se specialisty se dají snadno vyřešit a vysoké náklady na vybavení se časem stále vyplatí, a to za sadu stejných úspor. Metan je palivo, které má nejlepší výkon mezi ostatními palivy.
Dnes se metanem dají naplnit téměř všechna auta, ale v 90. letech se věřilo, že je určen pro nákladní auta a autobusy. Byl umístěn ve speciálních ocelových lahvích, které vydržely tlak 200 atmosfér. Hmotnost válce 100 kilogramů ale vyděsila motoristy, a tak svou „šelmu“ na toto palivo přenesl jen málokdo. Nyní je to stejně jednoduché jako jakékoli jiné palivo.
Ocelové válce byly dnes nahrazeny méně odolnými kompozitními slitinami, spolehlivost se stala obětí lehkosti, tedy menší hmotnosti válce. Válce, stejně jako ocel, odolávají tlaku a vysokým teplotám. Výbušnost je přeceňována, metan je schopen vzplanout až při teplotě 600 stupňů, zatímco benzín je na 250, nemluvě o jeho výparech, které stačí na 170 stupňů.
Aplikace v evropských zemích
Široce rozšířené používání roste mílovými kroky. Nyní existuje 10 milionů LPG strojů. Rusko je lídrem v dodávkách plynového paliva na západním trhu.
Moderní továrny se nutně zabývají vývojem a výrobou jednoho nebo dvou modelů plynových lahví. vozy Audi, Honda, Toyota a další. Všichni začínají zakládat výrobu automobilů.
Energetické přínosy byly posouzeny rozdílné země s různými ekonomickými podmínkami. Auto schopné použití plynové palivo, lze nalézt od USA po Asii. V Rusku je velmi málo továrních automobilů plněných plynem, nejčastěji najdete benzínové protějšky přeměněné na plyn.
Auta s tak alternativním palivem, jako je plyn, se dobře vyrábějí v zemích, jako je Německo a Česká republika. To je způsobeno skutečností, že první z nich má vynikající infrastrukturu pro doplňování paliva, druhá se plánuje nahradit ekonomičtějšími analogy 10% paliva. Itálie je zemí, která má již rozšířené používání vozidel na LPG. Více než 779 tisíc GBA cestujících přes rozlohy této země.
Silniční doprava jako zdroj znečišťování životního prostředí. Důvody vzniku toxických složek ve výfukových plynech spalovacích motorů
V minulé roky V souvislosti s nárůstem hustoty dopravy ve městech prudce vzrostlo znečištění ovzduší zplodinami spalování motorů. Výfukové plyny spalovacích motorů (ICE) se skládají převážně z neškodných produktů spalování paliva – oxidu uhličitého a vodní páry. V relativně malém množství však obsahují látky, které mají toxické a karcinogenní účinky. Jedná se o oxid uhelnatý, uhlovodíky různého chemického složení, oxidy dusíku, které vznikají především při vysoké teploty a tlak.
Při spalování uhlovodíkových paliv dochází ke vzniku toxických látek souvisejících s podmínkami spalování, složením a stavem směsi. U zážehových motorů dosahuje koncentrace oxidu uhelnatého vysokých hodnot kvůli nedostatku kyslíku k úplné oxidaci paliva, když běží na směs bohatou na palivo.
Při jízdě ve městě a na silnicích s proměnlivým sklonem a častou změnou rychlosti se zařazeným převodovým stupněm a otevřenou škrticí klapkou musí motory pracovat asi 1/3 doby jízdy v režimu nuceného volnoběhu. Při nuceném volnoběhu se motor nevzdává, ale naopak absorbuje energii naakumulovanou autem. Přitom se iracionálně spotřebovává palivo, jehož zvýšená absorpce vede k největším emisím toxických plynů CO a CH do atmosféry.
Automobilové výfukové plyny jsou směsí přibližně 200 látek. Obsahují uhlovodíky - nespálené nebo nedokonale spálené složky paliva, jejichž podíl prudce narůstá, pokud motor běží v nízkých otáčkách nebo v okamžiku zvýšení otáček při startu, tzn. v zácpách a na semaforech na červenou. Právě v tuto chvíli se při sešlápnutí akcelerátoru uvolňuje nejvíce nespálených částic: asi 10x více než při běžném provozu motoru. Mezi nespálené plyny patří i obyčejný oxid uhelnatý, který vzniká v tom či onom množství všude tam, kde se něco spálí. Výfukové plyny motoru běžícího na normální benzín a za normálního provozu obsahují v průměru 2,7 % oxidu uhelnatého. S poklesem rychlosti se tento podíl zvyšuje na 3,9 % a při nízké rychlosti až na 6,9 %.
Hlavními provozními faktory ovlivňujícími úroveň škodlivých emisí motoru jsou faktory charakterizující stav dílů skupiny válec-píst (CPG). Zvýšené opotřebeníčástí CPG a odchylky od jejich správného geometrického tvaru způsobují zvýšení koncentrace toxických složek ve výfukových plynech (EG) a plynech z klikové skříně (CG).
Základní částí CPG, na které závisí výkon a šetrnost motoru k životnímu prostředí, je válec, neboť těsnost spalovacího prostoru závisí na těsnící schopnosti kroužku ve spojení s válcem. Z technický stav válců a pístních kroužků závisí především na intenzitě růstu mezer mezi kroužky a pístními drážkami. Sledování a seřizování mezery mezi kroužkem a válcem za provozu je tedy významnou rezervou pro snížení množství škodlivých nečistot ve výfukových plynech a výfukových plynech zlepšením podmínek pro spalování paliva a snížením množství oleje zbývajícího v přetlaku. -pístový prostor.
Toxické emise spalovacích motorů jsou výfukové plyny a plyny z klikové skříně. S nimi se do atmosféry dostává asi 40 % toxických nečistot z celkové emise. Obsah uhlovodíků ve výfukových plynech závisí na technickém stavu a seřízení motoru a na volnoběh se pohybuje od 100 do 5000 % i více. S celkovým malým množstvím plynů z klikové skříně, které se rovná 2-10 % výfukových plynů uvnitř obecné znečištění V atmosféře je podíl plynů z klikové skříně u několika málo lidí asi 10 %. opotřebované motory a roste až o 40 % při provozu motoru s opotřebeným skupina válec-píst, protože koncentrace uhlovodíků v plynech z klikové skříně je 15-10krát vyšší než ve spotřebovaném motoru. Počet CG, stejně jako jejich chemické složení závisí na stavu částí CPG, které utěsňují spalovací komoru. Průnik plynů z válce do klikové skříně a zpět závisí na velikosti mezer mezi třecími částmi CPG. Současně se zvyšuje podíl uhlovodíků s karcinogenními vlastnostmi v důsledku zvýšeného odpadu ropy a zvýšeného průtoku plynu klikovou skříní přes uzavřený systém odvětrávání klikové skříně.
Dosažením hranice opotřebení motoru se emise zvyšují v průměru o 50 %. Na příkladu zrychlených testů provedených v NAMI bylo zjištěno, že opotřebení motoru zvyšuje emise uhlovodíků 10krát. Většina motorů zvýšená neprůhlednost EG padá na motory, které prošly generální oprava.
Stupeň dekomprese spalovacího prostoru závisí na opotřebení dílů CPG, odchylce jejich makrogeometrie od správného geometrického tvaru. Se zvýšením netěsnosti spalovacího prostoru dochází v důsledku zhoršení podmínek spalování paliva ke zvýšení CO a CH a poklesu CO2. Kromě snížení kvality organizace pracovního procesu vedou mezery mezi kroužkem a válcem, stejně jako mezery mezi kroužkem a drážkou pístu, ke zvýšení množství oleje, který se dostal do přetlaku. -pístového prostoru, ke zvýšení odchylky od dané dynamiky uvolňování tepla při procesu spalování a následně ke zvýšení celkové hmotnosti toxických emisí. Olej tvoří 30-40 % pevných částic ve výfukových plynech.
Základní částí CPG je válec, na kterém závisí ekonomická a ekologická proveditelnost provozu motoru. Opotřebení vložek válců má výrazný oválný tvar, jehož hlavní osa je umístěna v rovině výkyvu ojnice. Důvodem vzniku oválnosti válců je především zvýšené zatížení pístů na objímky v rovině výkyvu ojnic. Nedokonalost technologie montáže bloku válců má vliv i na oválnost válců. Změna makrogeometrie válců (ovalita a kuželovitost) po sestavení motoru vede také ke zhoršení lícování pístních kroužků se zrcadlem válce. Je známo, že při instalaci objímek do bloků různé značky ICE, ovalita ve válcích se zvyšuje 2-3krát.
Je velmi důležité poznamenat, že povaha zkreslení makrogeometrie vložek válců po montáži a během provozu je stejná pro většinu konstrukcí bloků válců s „ mokré skořápky". Hlavní osa oválu válce vytvořeného během montáže, v oblasti dorazu horního kompresního kroužku v horní úvrati pístu, má stejný směr jako hlavní osa oválu vytvořeného během provozu. Tento charakter deformace válců se vysvětluje větší deformací bloku v místech mezi otvory pro pouzdra.
Snížení ovality válců pomáhá snižovat míru opotřebení pístních kroužků a drážek, což obecně zlepšuje činnost pístních kroužků a zlepšuje utěsnění spalovací komory. Je známo, že náhrada kroužky na stírání oleje po rozvoji mezního zdroje se do určité míry obnoví průměrná úroveň toxicita motoru. Nepochybně, pokud se při výměně kroužků upraví ovalita válců na úroveň limitní hodnoty pro výrobu nových vložek, pak bude efekt mnohem výraznější.
Vývoj nových metod míchání a rozpouštění a matematický popis účinku odpovídajících aditiv a aditiv v ropných palivech výrazně zkrátí čas pro vývoj nových složení alternativních paliv a predikci jejich fyzikálně-chemických vlastností, což umožní možné zlepšit pracovní postup motoru při použití nových alternativních paliv.
Analýza domácí i zahraniční literatury ukázala, že vývoj přechodu na nové druhy paliv bude procházet třemi hlavními etapami. V první fázi budou využívána standardní ropná paliva, alkoholy, aditiva vodíku a paliv obsahující vodík, plynná paliva a různé jejich kombinace, které vyřeší problém částečných úspor ropné palivo. Druhá etapa bude založena na výrobě syntetických paliv, podobných ropě, vyráběných z uhlí, ropných břidlic atd. V této fázi budou vyřešeny problémy dlouhodobého zásobování stávající flotily motorů novými druhy paliva. Závěrečná, třetí etapa bude charakterizována přechodem na nové typy nosičů energie a elektráren (vodíkové motory, využití jaderné energie).
Přeměna spalovacích motorů na vodík a palivo obsahující vodík je složitý socioekonomický proces, který si vyžádá rozsáhlou restrukturalizaci řady průmyslových odvětví, proto je v první fázi nejpřijatelnější možností provoz dieselových motorů. s přídavkem paliv obsahujících vodík. Extrémně omezené informace v literatuře o vlastnostech spalování uhlovodíkových paliv s přísadami vodíku a amoniaku ve vznětových motorech neumožňují jednoznačnou odpověď na otázku vlivu paliv obsahujících vodík na výkon vznětového motoru.
Také problematika využití syntetického kapalného paliva (GTL) vyrobeného z uhlí v dieselových motorech je extrémně špatně prostudována. Různé literární údaje neumožňují jednoznačné posouzení vlivu GTL na pracovní proces, protože jeho fyzikálně-chemické vlastnosti jsou velmi závislé na vstupní surovině a technologii zpracování.
Alkoholy jsou nejpravděpodobnějším zdrojem motorového paliva, ale při použití v dieselových motorech je třeba vzít v úvahu jejich extrémně špatné motorické vlastnosti. Aplikované způsoby použití lihových paliv vyžadují další komplikaci konstrukce (instalace karburátorů, zapalovacích svíček nebo druhého palivového systému), případně zvýšení ceny paliva (použití aditiv zvyšujících cetanové číslo). Nejoptimálnější v této situaci může být způsob použití roztoků etanolu nebo metanolu s motorovou naftou v dieselových motorech.
Studium vlivu různých druhů alternativních paliv bylo prováděno pro více typů vysokootáčkových naftových motorů s různým způsobem míchání, proto bylo nutné získat co nejúplnější informace o průběhu dodávky paliva, spalování, tvorbě sazí. , toxicita atd. Proto byl vyvinut a implementován automatizovaný systém pro záznam a zpracování informací na bázi PC. Pro tento komplex byl vyvinut aplikační softwarový balík zahrnující program pro sběr informací z různých senzorů během testů, programy pro zpracování získaných dat pro analýzu indikátorového diagramu, výsledky optické indikace, dodávky paliva a výpočet parametrů režimu .
Pro současnou dodávku cyklické části motorové nafty a plynu do válce autor vyvinul speciální dvoupalivovou trysku, která byla doplněna samostatnou řadou skládající se z plynové armatury a kanálků v trysce a těle atomizéru. V kanálu tělesa trysky je vytvořen zpětný ventil přitlačený k sedadlu pružinou. Do kanálu atomizéru je zalisována válcová vložka se šroubovým závitem na povrchu, která tvoří směšovací akumulační komoru spojenou s podjehlovou dutinou atomizéru trysky.
Na základě vyvinutého vstřikovače, a palivový systém dieselový motor, který umožňuje dodávat do paliva různé druhy plynných přísad.
Nejúčinnější je vzít v úvahu vlastnosti pracovního procesu při použití alternativních paliv, mít informace o prostorovém rozložení koncentrace sazí a teplotních polích. Dosud existuje především dvourozměrné znázornění teplotně-koncentrační nehomogenity v naftovém válci. V důsledku toho byl stanoven problém experimentálního studia prostorového rozložení teplotních polí a koncentrací sazí. V práci bylo použito původní experimentální zařízení pro stanovení hmotnostní koncentrace sazí na základě optické indikace válců a softwarově implementované metody pro stanovení teplotních polí.
Výpočtové studie rozpustnosti plynů (vodík, čpavek atd.) vycházely z následujících předpokladů: za prvé, proces rozpouštění probíhá ve směšovací-akumulační komoře a tryskovém atomizéru; za druhé, rozpouštění probíhá v souladu s modelem obnovy povrchu, tzn. kontaktní povrch paliva a plynu je aktualizován s frekvencí rovna frekvenci kolísání tlaku paliva ve vysokotlakém vstřikovacím potrubí.
Jedním ze způsobů, jak překonat obtíže při přípravě směsí motorové nafty s alternativními, je použití třetí složky - společného rozpouštědla motorové nafty a alkoholu. Spolurozpouštědlo musí mít vlastnosti motorové nafty a lihu, tzn. jeho molekula musí mít jak polární vlastnosti, tak alifatickou složku, aby tvořila vazby s uhlovodíky.
Pokusy využít vodík jako palivo pro spalovací motory jsou známy již dlouhou dobu. Například ve 20. letech 20. století byla zkoumána možnost použití vodíku jako přísady do hlavního paliva pro spalovací motory vzducholodí, což umožnilo zvýšit jejich letový dosah.
Použití vodíku jako paliva pro spalovací motory je komplexní problém, který zahrnuje širokou škálu problémů:
Možnost přestavby moderních motorů na vodík;
Studium pracovního procesu motorů při práci na vodíku;
Definice nejlepší způsoby regulace pracovního postupu zajišťující minimální toxicitu a maximální účinnost paliva;
Vývoj systému přívodu paliva, který zajišťuje organizaci efektivního pracovního postupu ve válcích spalovacího motoru;
Vývoj účinných metod skladování vodíku na palubě vozidel;
Zajištění ekologické účinnosti využívání vodíku pro spalovací motory;
Zajištění možnosti tankování a akumulace vodíku pro motory.
Řešení těchto problémů má však variantní rovinu, obecný stav výzkum tohoto problému lze považovat za skutečný základ pro praktickou aplikaci vodíku. To potvrzují praktické testy, studie variant motorů na vodík. Takže například společnost "Mazda" spoléhá na vodík motor s rotačním pístem.
Výzkum v této oblasti se vyznačuje širokou škálou možností využití vodíku pro motory s vnějším i vnitřním karburací, využitím vodíku jako aditiva, částečné náhrady paliva vodíkem a provozování motoru pouze na vodík.
Rozsáhlý seznam studií určuje potřebu jejich systematizace a kritické analýzy. Použití vodíku je známé v motorech poháněných tradičními palivy na bázi ropy, stejně jako v kombinaci s alternativními palivy. Tedy například s alkoholy (ethyl, methyl) nebo se zemním plynem. Vodík je možné používat v kombinaci se syntetickými palivy, topnými oleji a dalšími palivy.
Výzkum v této oblasti je známý jak u benzinových motorů, tak u dieselových motorů, ale i u jiných typů motorů. Někteří autoři prací na toto téma se domnívají, že vodík je nevyhnutelnost a je nutné se na tuto nevyhnutelnost lépe připravit.
Výrazná vlastnost vodík je jeho vysoký energetický výkon, jedinečné kinetické vlastnosti, šetrnost k životnímu prostředí a prakticky neomezená základna zdrojů. Pokud jde o hmotnostní energetickou náročnost, vodík převyšuje tradiční uhlovodíková paliva 2,5-3krát, alkoholy - 5-6krát, amoniak - 7krát.
Kvalitativní dopad na pracovní proces spalovacího motoru vodíku je dán především jeho vlastnostmi. Má vyšší difúzní kapacitu, větší rychlost spalování, široké meze hořlavosti. Energie vznícení vodíku je řádově menší než energie uhlovodíkových paliv. Reálný pracovní cyklus určuje vyšší stupeň dokonalosti pracovního procesu ICE, nejlepší ukazatele účinnosti a toxicity.
Pro přizpůsobení stávajícím návrhům pístové spalovací motory, benzinové a naftové motory pro provoz na vodík jako hlavní palivo, jsou nutné určité změny, především konstrukce systému přívodu paliva. Je známo, že použití vnější tvorby směsi vede ke snížení plnění motoru čerstvým okysličovadlem, a tím ke snížení výkonu až o 40 %, v důsledku nízké hustoty a vysoké těkavosti vodíku. Při použití vnitřní tvorby směsi se obraz mění, energetická náročnost náplně vodíkového naftového motoru se může zvýšit až o 12 %, nebo může být zajištěna na úrovni odpovídající provozu naftového motoru na tradiční uhlovodíkové palivo. nafta. Vlastnosti organizace pracovního postupu vodíkový motor určeno vlastnostmi vodíku směs vzduchu, a to: meze vznícení, teplota a energie vznícení, rychlost šíření čela plamene, vzdálenost uhašení plamene.
Téměř ve všech známých studiích pracovního procesu vodíkového motoru je zaznamenáno obtížně ovladatelné zapalování směsi vodíku a vzduchu. S pozitivními výsledky byl zkoumán vliv na předzápal zaváděním vody do sacího potrubí nebo vstřikováním „studeného“ vodíku.
Zbytkové plyny a horká místa spalovací komory zesilují předzápal směsi vodíku a vzduchu. Tato okolnost vyžaduje dodatečná opatření, aby se zabránilo nekontrolovanému vznícení. Nízká zápalná energie v širokém rozsahu poměru přebytečného vzduchu zároveň umožňuje použití stávající systémy zapalování při přeměně motorů na vodík.
Nedochází k samovznícení směsi vodíku a vzduchu ve válci motoru při kompresním poměru odpovídajícím dieselovým motorům. Pro samovznícení této směsi je nutné zajistit teplotu konce komprese minimálně 1023K. Je možné, že se vzduchová směs zapálí z pilotní části uhlovodíkového paliva v důsledku zvýšení teploty na konci komprese použitím tlakování nebo ohřevu na vstupu náplně vzduchu.
Vodík jako motorová nafta se vyznačuje tím vysoká rychlostšíření čela plamene. Tato rychlost může přesáhnout 200 m/s a způsobit, že se ve spalovací komoře šíří tlaková vlna rychlostí přesahující 600 m/s. Vysoká rychlost spalování směsí vodík-vzduch by na jedné straně mělo mít pozitivní vliv na zvýšení účinnosti pracovního procesu, na druhé straně to předurčuje vysoké hodnoty maximálního tlaku a teploty cyklu, vyšší tuhost pracovní proces vodíkového motoru. Zvýšení maximálního tlaku cyklu vede ke snížení životnosti motoru a zvýšení maximální teploty vede k intenzivní tvorbě oxidů dusíku. Maximální tlak je možné snížit deformací motoru nebo spalováním vodíku, který je dodáván do válce během zdvihu. Snížení emisí oxidů dusíku na nevýznamnou úroveň je možné vyčerpáním pracovní směs nebo pomocí vody přiváděné do vstupního potrubí. Takže při hodnotě > 1,8 emise oxidů dusíku prakticky chybí. Když je voda dodávána hmotnostně 8krát více než vodík, emise oxidů dusíku se sníží 8 až 10krát.
CNG je povoleno přímo v městských blocích obytných a veřejných budov. V mnoha zemích je navíc povoleno tankovat zemní plyn do vozidel v podzemních garážích. 1.6. Výroba plynových zařízení pro automobily. V současné době Itálie zachytila slávu nejlepšího světového výrobce plynového automobilového zařízení. A nyní je na světovém trhu největší poptávka...
Model, který dostal označení „H2R“, vyvine rychlost přes 300 km/h. Nový směr ve výrobě motorů na vodíková paliva, založený na použití Stirlingova motoru, se zdá slibný. Tento motor až do konce XX století. není v motorových vozidlech široce používán kvůli složitější konstrukci ve srovnání se spalovacím motorem, větší spotřebě materiálu a ceně. ...
