Įvairių šalių specialistai atlieka tyrimus naujų kuro ir energijos šaltinių naudojimo kelių transporte srityje. Taip yra dėl ženkliai išaugusio transporto priemonių skaičiaus ir didėjančios aplinkos taršos.
į efektyviausią ir perspektyvios rūšys variklio kuro apima gamtines dujas, vandenilį, propano-butano mišinį, metanolį ir kt.
Perspektyvus automobilių kuras yra bet koks cheminis energijos šaltinis, kurio panaudojimas tradiciniuose ar kuriamuose automobilių varikliuose leidžia kažkiek išspręsti energijos problemą ir sumažinti žalingas poveikis apie aplinką. Remiantis tuo, suformuluotos penkios pagrindinės naujų energijos šaltinių perspektyvų sąlygos:
pakankamų energijos išteklių prieinamumas;
masinės gamybos galimybė;
technologinis ir energetinis suderinamumas su transporto elektrinėmis;
priimtinus energijos naudojimo proceso toksinius ir ekonominius rodiklius;
eksploatacijos sauga ir saugumas.
Yra keletas skirtingų perspektyvių automobilių degalų klasifikacijų. Didelį praktinį susidomėjimą kelia energetinė klasifikacija, pagrįsta tradicinio skystosios anglies kuro kaloringumu.
Tradiciniam skysčiui angliavandenilių kuro didžiausias energijos tankis, todėl juo važiuojantis automobilis turi mažą kuro bako dydį ir masę bei kuro įranga ir nereikalauja sudėtingos degalų tiekimo ir saugojimo sistemos. Angliavandenilių dujos ir vandenilis turi didesnį masės energijos intensyvumą, tačiau dėl mažo tankio turi žymiai blogesnius tūrinius energijos rodiklius. Todėl naudoti šiuos degalus galima tik suslėgtus arba suskystintus, o tai kai kuriais atvejais labai apsunkina automobilio konstrukciją.
Vandenilio kuras. Didelės viltys dedamos į vandenilio kurą kaip į ateities kurą. Taip yra dėl didelio energetinio naudingumo, daugumos toksiškų medžiagų nebuvimo degimo produktuose ir praktiškai neribotos išteklių bazės. Daug žadanti energijos plėtra siejama su vandeniliu.
Pagal masės energijos intensyvumą vandenilis apie 3 kartus viršija angliavandenilių kurą; alkoholiai - 5-6 kartus. Tačiau dėl labai mažo tankio jo energijos tankis yra mažas. Vandenilis turi nemažai savybių, kurios labai apsunkina jo naudojimą: suskystėja esant 24K; turi didelį difuzijos pajėgumą; kelia didelius reikalavimus besiliečiančioms medžiagoms, sprogi. Tačiau nepaisant to, daugelio šalių mokslininkai kuria transporto priemones, varomas vandeniliu. Daugybė galimo jo naudojimo automobilyje schemų skirstomos į dvi grupes: vandenilis kaip pagrindinis kuras ir kaip priedai prie šiuolaikinių variklių degalų. Pagrindinis sunkumas naudojant vandenilį suskystintoje būsenoje yra jo žema temperatūra. Paprastai skystas vandenilis gabenamas dvisieniuose kriogeniniuose rezervuaruose, tarp kurių esantis tarpas užpildomas izoliacija. Kad skystas vandenilis veiktų saugiai, būtina visiškai užsandarinti degalų tiekimo sistemą ir užtikrinti perteklinio slėgio išleidimą.
Vandenilio technologija, vandenilio energetika – apie jas vis atkakliau kalbama dėl to, kad šis cheminis elementas yra vienintelio šiandien žinomo kuro, kuris degdamas nesudaro liūdnai pagarsėjusio anglies monoksido ir todėl yra mažiausiai kenksmingas aplinkai, pagrindas. Be to, jo atsargos gamtoje yra praktiškai neišsenkančios. Štai kodėl daug metų buvo bandoma naudoti vandenilį vidaus degimo varikliams. Maskvos automobilių institutas, Baumano Maskvos valstybinis technikos universitetas ir daugelis kitų institutų dirbo šia kryptimi dar 1930-aisiais.
Didžiojo Tėvynės karo metu vandenilio kuro idėja buvo praktiškai pritaikyta oro gynybos pajėgų automobiliams Leningrado fronte.
Pokario metais akademikas E. A. Chudakovas ir profesorius I. L. Varšavskis SSRS mokslų akademijos Automobilių laboratorijoje vartojo vieno cilindro variklį vandeniliu. Šią problemą sprendė akademikas V. V. Struminskis ir kiti tyrinėtojai. Tačiau tada eksperimentai nebuvo plačios apimties. Jie tapo aktualesni ir atnaujinami vėliau. Tik JAV iki 1976 m. Tyrimus šia tema atliko 15 eksperimentinio projektavimo grupių, kurios sukūrė 42 „vandenilinių“ variklių rūšis. Panašias paieškas pradėjo Vokietijos ir Japonijos mokslininkai.
Tokį didelį susidomėjimą vandeniliu kaip kuru paaiškina ne tik jo nauda aplinkai, bet ir fizikinės bei cheminės savybės: jo kaloringumas tris kartus didesnis nei naftos produktų, mišinio degumo su oru ribos plačios, vandenilis. turi didelį liepsnos plitimo greitį ir mažą užsidegimo energiją – 10-12 kartų mažesnę nei benzino.
Mūsų šalyje daug mokslinių tyrimų centrų aktyviai atlieka daug vandenilio naudojimo automobilių varikliams.
Šio cheminio elemento gavimo būdą naudojant vadinamąsias energiją akumuliuojančias medžiagas detaliai sukūrė Ukrainos mokslų akademijos Mechanikos inžinerijos problemų institutas, kuris taip pat atlieka fundamentiniai tyrimai vystosi vandenilio-oro ir benzino-vandenilio-oro mišinių degimo procesai grandinių schemos elektrinė transporto priemonė su skirtingais naujų degalų laikymo būdais.
Vandenilis, kaip variklių degalai, turi tam tikrų savybių dėl savo savybių. Plačios degumo ribos leidžia geriau kontroliuoti variklio veikimą. Dėl to galima padidinti efektyvumą esant dalinėms apkrovoms – režimui, kai automobilio variklis „gyvena“ gana ilgai. Vienalyčio vandenilio ir oro mišinio kaloringumas yra mažesnis nei benzino. Todėl variklio galia su vandeniliu labiau nei naudojant benziną priklauso nuo mišinio susidarymo būdo.
Benzino-vandenilio-oro ir vandenilio-oro mišinių atsparumo detonacijai tyrimai parodė, kad jų polinkis detonuoti labai priklauso nuo oro pertekliaus koeficiento. Ir šiuo atžvilgiu, naudojant vandenilį kaip kurą, buvo atskleisti kiti modeliai nei benzinas. Variklių veikimo vandenilio-oro ir benzino-vandenilio-oro mišiniuose tyrimas parodė didelį darbo proceso stabilumą. Palyginus optimalaus uždegimo laiko kitimo ribas dirbant su vandeniliu ir benzinu, matyti, kad pirmuoju atveju tai labai priklauso nuo oro pertekliaus koeficiento. Kai mišinys yra sodrinamas, palankiausias uždegimo laikas žymiai sumažėja. Todėl varikliui dirbant su vandeniliu reikia kitų šio parametro reguliavimų.
Galiausiai, deginant vandenilį išmetamosiose dujose nėra tokių kenksmingų komponentų kaip CO, angliavandeniliai ir PbO. Išmetamosiose dujose lieka tik vienas toksiškas komponentas – NO (ir tada mažesniais kiekiais nei naudojant benziną). Naudojant vandenilį kaip priedą, kenksmingų komponentų kiekis smarkiai sumažėja dėl visiško degimo. Be to, sumažėja poreikis benzine naudoti kenksmingų antidetonacinių švino priedų.
Eksperimentai parodė, kad vidaus degimo varikliai gali sėkmingai veikti tiek grynu vandeniliu, tiek jo mišiniu su benzino garais. Įdomu tai, kad net 10% (suvartoto kuro masės) vandenilio gali turėti reikšmingą poveikį, sumažinti išmetamųjų dujų toksiškumą ir pagerinti ekonominius rodiklius. Tai labai išplečia mišinio degumo ribas, o tai sudaro sąlygas veiksmingai kontroliuoti degimo procesą. Praktiškai tai reiškia galimybę stabiliai veikti labai liesuose benzino-vandenilio-oro mišiniuose su dideliu oro pertekliaus santykiu, o tai užtikrina reikšmingą benzino taupymą. Atsižvelgiant į tai, kad variklis miesto sąlygomis iki 30% laiko dirba tuščiosios eigos arba dalinės apkrovos režimu, galima įsivaizduoti, kokią ekonominę naudą duoda vandenilio naudojimas. Variklio veikimas esant dideliam oro pertekliaus santykiui lydi beveik visišką mišinio degimą, todėl išmetamosiose dujose nėra toksiškų komponentų. Ukrainos mokslų akademijos Mechanikos inžinerijos problemų institutas jau sukūrė automobilių jėgaines, veikiančias naudojant vandenilio kurą. Jiems vandenilis gaunamas iš vandens (naudojant energiją akumuliuojančias medžiagas, kurių pagrindą sudaro metalų oksidai), taip pat iš hidridų – medžiagų, galinčių sugerti vandenilį vėsdamas, o kaitinant jį atiduoti.
Surišti vandenilį su hidridais būtina saugumo sumetimais, nes nutekėdamas iš balionų jis, maišydamasis su oru, susidaro sprogus mišinys, kuris yra labai degus (atminkite dažnos avarijos dirižablius su vandeniliu užpildytais bakais). Tačiau svarbiau yra tai, kad hidridai yra racionalesnis būdas laikyti vandenilį automobilyje pagal tūrinius rodiklius.
Bendra kuro jėgainės schema: vandenilio kuras, gaunamas sąveikaujant energiją kaupiančioms medžiagoms su vandeniu, maitinimo sistema tiekiamas į variklį. Variklio galią valdo komponentai, tiekiami į reaktorių, kad būtų išleistas surištas vandenilis.
Jėgainė gali būti gaminama tiek atviru, tiek uždaru ciklais. Pirmuoju atveju į transporto priemonę dedami tik energijos kaupimo medžiagų ir vandens talpos, o degimo produktai išmetami į atmosferą. Uždarame cikle papildomai įvedamas šilumokaitis ir kondensatorius, leidžiantys naudoti vandens garus iš išmetamosios dujos. Į reaktorių patenkantis vanduo su energijos kaupimo medžiagomis vėl tarnauja kaip vandenilio gamybos šaltinis. Taigi uždarame cikle vanduo tarnauja kaip kuro „nešėjas“, o energiją akumuliuojančios medžiagos – energija. Abiejų ciklų vandenilio kuras gali būti naudojamas grynas arba kaip priedai (5–10 % masės). Pastaruoju atveju benzino tiekimo sistema lieka mašinoje. Vandenilio „gavyba“ iš vandens vyksta reaktoriuje, kuriame yra energijos kaupimo medžiagų. Paprasčiausias yra nuolatinis reaktorius, kuriame slėgis palaikomas reguliuojant komponentų tiekimą į reakcijos zoną.
Kuro gavimo procesas jame nevyksta akimirksniu, tai yra, jis turi tam tikrą inerciją. Todėl reaktoriuje išsiskiriantis vandenilis turi būti tiekiamas į variklį per pavarų dėžės reguliatorių, kuris palaiko optimalus slėgis prieš tiekimo purkštukus.
Pagal sukurtus bandymų metodus naudojant energijos kaupimo medžiagas metalų oksidų pagrindu, taip pat naudojant hidridus, serijinius automobiliai„Moskvič“ ir „VAZ“.
Pirmasis eksperimentas (naudojant energiją akumuliuojančias medžiagas – automobilį „Moskvich“) – benzino tiekimo sistema liko nepakitusi. Mašinoje sumontuoti du reaktoriai 1, kurie užtikrina vandenilio gamybą iš vandens, ir reduktorius 5, skirtas dozuoti kuro tiekimą įvairiais variklio darbo režimais.
Paketiniai reaktoriai turi nuolatinę energijos kaupimo medžiagų apkrovą silicio arba aliuminio pagrindu su kontroliuojamu vandens tiekimu. Siurbliai aukštas spaudimas 4, varomas elektros varikliu, tiekia vandenį iš rezervuaro per šildytuvą ir filtrą į reaktorių, kur jis purškiamas purkštukais. Vandens sistemoje sumontuoti atbuliniai vožtuvai, kad nutrūkus vandens tiekimui į ją nepatektų vandenilio. Be to, jame yra čiaupas 3, kuris perjungia vandens tiekimą iš vieno reaktoriaus į kitą. Visi šios eksperimentinės sąrankos įrenginiai montuojami ant bendro rėmo ir dedami į bagažinę.
Įrengimas naudojant energiją akumuliuojančias medžiagas varikliui tiekti vandeniliu: 1 - periodiniai reaktoriai; 2 -- vandens bakas; 3 - vožtuvas vandens tiekimui į reaktorių; 4 - siurblių blokas su elektrine pavara; 5 -- reduktorius vandenilio tiekimo sistemoje
Vandenilis iš reaktorių tiekiamas į sumontuotą vožtuvą prietaisų skydelis, kuriuo vairuotojas jungia veikiantį reaktorių 1 su vandenilio tiekimo sistema. Pastarąjį sudaro reduktorius, drėgmės separatorius, dujų skaitiklis ir reduktorius vandenilio tiekimui reguliuoti (valdomas specialiu pedalu). Degalai įleidžiami į įsiurbimo kolektorių, prieš pat įsiurbimo vožtuvą.
Norint dirbti su vandeniliu, gautu iš hidridų, taip pat buvo išsaugota benzino tiekimo sistema ir įrengta papildoma vandenilio kaupimo ir tiekimo sistema (automobilyje VAZ). Jį sudaro hidrido bakas 1, šildomas išmetamosiomis dujomis, pavarų dėžė su visu režimu vakuumo reguliatorius 9 vandenilio suvartojimas ir maišytuvas 8, pagamintas serijinio karbiuratoriaus pagrindu. Sistema automatiškai reguliuoja vandenilio išsiskyrimo greitį hidridu (valdymo blokas 10, slėgio jungiklis 2, sklendė su elektromagnetine pavara 7 ant išmetimo vamzdžio), palaiko pastovų vandenilio slėgį sistemoje, nepriklausomai nuo variklio režimo. Hidrido bakas kraunant aušinamas vandeniu.
Montavimas naudojant hidridus: 1 - hidrido bakas; 2 -- slėgio jungiklis; 3 -- užpildymo vožtuvas; 4 -- hidrido bako išmetimo vamzdis; 5 -- duslintuvas; 6 -- benzino bakas; 7 -- elektromagnetinės sklendės pavara; 8 - maišytuvas; 9 -- vandenilio slėgio ir srauto reguliatorius; 10 -- elektroninis valdymo blokas
Vandenilio kaip papildomo kuro panaudojimas karbiuratoriniams varikliams atveria galimybę iš esmės naujam požiūriui į darbo proceso organizavimą. Minimaliai modifikavus variklį, daugiausia susijusį su maitinimo sistema, galima ženkliai padidinti jo degalų naudojimo efektyvumą (benzino eksploatacinės sąnaudos sumažėja 35–40%) ir sumažinti išmetamųjų dujų toksiškumą.
13 lentelė Išmetamųjų dujų toksiškumas,
Vandens ir kuro emulsijos. Vandens naudojimas vidaus degimo variklio darbo procese pastaraisiais metais nėra naujovė. Vandens įpurškimas buvo naudojamas vidaus degimo varikliams varyti, naudojant mažą oktaninį kurą, jau praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje.
Dabar pagrindinis dėmesys naudojant vandenį kaip kuro priedą skiriamas galimybei pagerinti efektyvumą ir sumažinti transporto priemonių išmetamųjų dujų toksiškumą.
Vandens ir kuro emulsijos yra skystas kuras, kurio maži vandens lašeliai yra tolygiai paskirstyti per kuro tūrį. Emulsija ruošiama tiesiai ant transporto priemonės. Kad emulsija neatsiskirtų, į kurą įpilama 0,2-0,5% emulsiklio. Vandens kiekis vandens ir kuro emulsijoje gali siekti 30-40%.
Vandens ir kuro emulsijas galima naudoti tiek karbiuratoriuose, tiek dyzeliniuose varikliuose. Bet į karbiuratorinis variklis vandens ir degalų emulsijų naudojimas kai kuriais atvejais sukelia kai kurių rodiklių pablogėjimą (ypač degalų efektyvumą), gedimus, kai droselis yra visiškai atidarytas, ir nutrūkimus važiuojant mažu greičiu. Geriausi rezultatai leidžia naudoti vandens ir kuro emulsijas dyzeliniams varikliams. Vandens tiekimas į degimo kamerą užtikrina papildomą kuro purškimą dėl susmulkinimo perkaitintais vandens garais. Specifinės degalų sąnaudos sumažėja 4--10%.
Vandens įpylimas į kurą leidžia sumažinti tam tikrų toksinių medžiagų kiekį išmetamosiose dujose, sumažinant maksimalias temperatūras degimo kameroje, kurios vertė lemia NOx kiekį. Naudojant vandens ir kuro emulsijas, NOx kiekis gali būti sumažintas 40-50%. Taip pat mažėja išmetamųjų dujų neskaidrumas, nes suodžiai, esant vandens garams, sąveikauja su jomis, sudarydami anglies dioksidą ir azotą. CO emisija praktiškai nesikeičia, lyginant su vidaus degimo variklio darbu degalais nepridedant vandens, o SpNsh emisija šiek tiek padidėja. Šios rūšies kuras dar nebuvo plačiai pritaikytas kelių transportas, sudėtingėjant automobilio dizainui, eksploatuojant iškyla nemažai problemų žiemos laikotarpis, vandens poveikis vidaus degimo variklio darbo sąlygoms ir ilgaamžiškumui nėra pakankamai ištirtas.
sintetiniai alkoholiai. Kaip automobilių vidaus degimo variklių kuras, metanolis ir etanolis buvo naudojami tiek gryna forma, tiek kaip daugiakomponentių mišinių dalis.
Daugiausia alkoholio kuro varomų automobilių yra Brazilijoje, kuri importuoja 80-85% naftos produktų, už juos atsiskaitant užsienio valiuta. Kuro sąnaudos kiekvienais metais auga ir siekia milijardus dolerių. Todėl šalis su entuziazmu paskelbė prezidentas paskelbė 1975 m. transporto alkoholizavimo projektas. kuro bakai braziliški automobiliaiįpilkite degalų alkoholio ir benzino mišiniu santykiu 1:4.
Laikui bėgant planuojama visą laivyną perkelti į etilo alkoholio, o ne benzino naudojimą. Alkoholis gaunamas iš cukranendrių (Brazilija yra didžiausia pasaulyje šios kultūros gamintoja). Per metus iš 1 hektaro galima gauti iki 80 tonų biomasės. Naujo kuro poreikiui patenkinti pakaks plantacijų, užimančių 2% šalies teritorijos.
Specialistų teigimu, 1 litras alkoholio kainuoja 30-35% pigiau nei benzinas.
Meksika, antra pagal gyventojų skaičių Lotynų Amerikos šalis, yra pasirengusi pasekti Brazilijos pavyzdžiu. JAV taip pat domisi kuro alkoholio gamyba iš medienos, žemės ūkio ir kitų atliekų.
Energetiniu požiūriu alkoholio degalų pranašumas yra didelis efektyvumas darbo procesas ir didelis degalų atsparumas detonacijai, tačiau alkoholių kaloringumas yra maždaug perpus mažesnis nei benzino. Mažas alkoholių energijos kiekis padidina specifines degalų sąnaudas.
Alkoholių naudojimas reikalauja palyginti nedidelio automobilio dizaino pakeitimo. Pagrindinės priemonės – degalų bakų tūrio didinimas ir įrenginių, užtikrinančių stabilų variklio užvedimą bet kokiu oru, įrengimas. Taip pat reikia pakeisti kai kuriuos metalus ir tarpiklių medžiagas, ypač plastikinį metanolio bako pamušalą. Taip yra dėl didelio alkoholių korozinio poveikio ir būtinybės kruopščiau užsandarinti kuro tiekimo sistemą, nes metanolis yra neurovaskulinis nuodas. Naudojant benzometanolio mišinį, keliami kiti specifiniai reikalavimai. Visų pirma griežtinami reikalavimai benzino sočiųjų garų slėgiui, nes net ir pridedant 5% metanolio jis žymiai padidėja. Norint išvengti mišinio atsiskyrimo, jį laikant, transportuojant ir naudojant, būtina laikytis tam tikros temperatūros ir neleisti į jį patekti vandeniui. Tam tikros sintetinės medžiagos, naudojamos kuro sistemose ir automobilių sistemos mityba, pasirodė esanti nestabili benzometanolio mišiniui. Perkeliant automobilį iš benzino į benzometanolio mišinį, teko keisti pralaidumas purkštukais, tuo pačiu šiek tiek padidinant bendras degalų sąnaudas. Tuo pačiu metu buvo nustatyta, kad mišinys, kuriame metanolio yra iki 15%, nepablogina pagrindinių techninių ir eksploatacinių rodiklių. sunkvežimiai. Aukštos alkoholių antidetonacinės savybės leidžia padidinti vidaus degimo variklio suspaudimo laipsnį iki 14-15 vienetų.
Alkoholinio kuro naudojimas sumažina toksinių medžiagų kiekį išmetamosiose dujose, o tai paaiškinama žemesne alkoholio kuro degimo temperatūra.
Nuo aštuntojo dešimtmečio pradžios, kai energetikos ir aplinkos padėtis smarkiai pablogėjo, beveik visos pramoninės šalys pradėjo platų alternatyvių energijos šaltinių, galinčių pakeisti benziną ir dyzelinį kurą, paieškas. Tarp alternatyvių degalų Ypatingas dėmesys dėmesys kreipiamas į vandenilį: jo panaudojimas vidaus degimo varikliams leidžia išspręsti tiek žaliavų, tiek aplinkosaugos problemas, ir tai padaryti nepertvarkant šiuolaikinės variklių gamybos techninės bazės radikaliai. Visų pirma tyrimai parodė, kad naudojant vandenilį kaip pagrindinį arba papildomą kurą varikliams su priverstiniu uždegimu, jų degalų vartojimo efektyvumas padidėja 30–40% ir smarkiai sumažėja išmetamųjų dujų toksiškumas, nes variklio savybės leidžia varikliui dirbti su liesais mišiniais su aukštos kokybės galios reguliavimu. Užsienyje automobilių „vandenilinių“ vidaus degimo variklių kūrimo darbus pažangios išsivysčiusios šalys vykdė ilgą laiką ir gana sėkmingai. Visų pirma, automobilių įmonė„Daimler-Benz“ (Vokietija) gamino automobilius ir mikroautobusus pagal gamybos modeliai, kurio variklius varo ir benzinas, pridedant vandenilio, ir „grynas“ vandenilis. Iš trijų variklinėms transporto priemonėms priimtinų vandenilio laikymo būdų – suslėgto iki 20 MPa, suskystinto 20 K temperatūroje arba chemiškai surišto metalo hidridais – paskutinis buvo naudojamas eksperimentiniuose Daimler-Benz kompanijos automobiliuose.
Lemiama transporto įtaka aplinkos būklei reikalauja ypatingo dėmesio naujų aplinkai nekenksmingų degalų naudojimui. Tai visų pirma suskystintos arba suslėgtos dujos.
Pasaulinėje praktikoje kaip variklių kuras dažniausiai naudojamos suslėgtos gamtinės dujos, kuriose yra ne mažiau kaip 85 % metano.
Susijusios naftos dujos naudojamos rečiau; kuris yra daugiausia propano ir butano mišinys. Šis mišinys gali būti skystos būsenos įprastoje temperatūroje, esant slėgiui iki 1,6 MPa. Norint pakeisti 1 litrą benzino, reikia 1,3 litro suskystintų naftos dujų, o jo ekonominis efektyvumas pagal ekvivalentines kuro sąnaudas yra 1,7 karto mažesnis nei suslėgtų dujų. Reikia pažymėti, kad gamtinės dujos, skirtingai nei naftos dujos, nėra toksiškos.
Analizė rodo, kad naudojant dujas išmetama mažiau: anglies oksidų - 3-4 kartus; azoto oksidai - 1,5-2 kartus; angliavandeniliai (išskyrus metaną) - 3-5 kartus; dyzelinių variklių suodžių dalelės ir sieros dioksidas (dūmingumas) - 4-6 kartus.
Dirbant su gamtinėmis dujomis, kai oro pertekliaus santykis a=1,1, PAH išmetimai deginant kurą ir tepalinę alyvą (įskaitant benzo(a)pireną) variklyje sudaro 10 % išmetamųjų teršalų, kai variklis veikia benzinu. Gamtinių dujų varikliai jau atitinka visus šiuolaikinius dujinių ir kietųjų komponentų kiekio išmetamosiose dujose standartus.
|
Toksiški išmetamųjų dujų komponentai |
|||||
|
Kuro rūšis |
(be metano) |
Benzopirenas |
|||
|
Benzinas (varikliai su neutralizavimu) | |||||
|
Dyzelinis kuras | |||||
|
Dujos + dyzelinas | |||||
|
propano butanas | |||||
|
prigimtis, suspausta | |||||
Atskirai reikėtų paminėti angliavandenilių emisijas, kurios, veikiant ultravioletiniams spinduliams (pagreitinamos esant NOx), atmosferoje vyksta fotochemiškai oksiduojantis. Šių oksidacinių reakcijų produktai sudaro vadinamąjį smogą. Benzininiuose varikliuose pagrindinis angliavandenilių kiekis yra etanas ir etilenas, o dujiniuose - metanas. Taip yra dėl to, kad ši emisijų dalis benzininiai varikliai Jis susidaro dėl benzino garų įtrūkimų nedegioje mišinio dalyje esant aukštai temperatūrai, o nedegus metanas nevyksta jokių transformacijų dujų varikliuose.
Nesotieji angliavandeniliai, tokie kaip etilenas, lengviausiai oksiduojasi ultravioletinių spindulių įtakoje. Riboti angliavandeniliai, įskaitant metaną, yra stabilesni, nes fotocheminei reakcijai reikalinga stipresnė (trumpo bangos ilgio) spinduliuotė. Saulės spinduliuotės spektre metano oksidaciją inicijuojančio komponento intensyvumas, lyginant su kitų angliavandenilių oksidacijos iniciatoriais, yra toks mažas, kad metano oksidacija praktiškai nevyksta. Todėl daugelyje šalių automobilių išmetamų teršalų ribojamuosiuose standartuose į angliavandenilius atsižvelgiama be metano, nors metano konversija atliekama.
Taigi, nepaisant to, kad gamtines dujas naudojančių variklių išmetamosiose dujose angliavandenilių kiekis yra toks pat kaip ir benzininiuose, o dujiniuose dyzeliniuose varikliuose dažnai didesnis, oro taršos šiais komponentais dujomis poveikis yra kelis kartus mažiau nei su skysčiu.
Taip pat svarbu nepamiršti, kad naudojant dujinį kurą padidėja variklio variklio resursas – 1,4-1,8 karto; uždegimo žvakių tarnavimo laikas - 4 kartus ir variklio alyva - 1,5-1,8 karto; kapitalinis remontas - 1,5-2 kartai. Tai sumažina triukšmo lygį 3-8 dB ir degalų papildymo laiką. Visa tai užtikrina greitą transporto priemonių perkėlimo į dujinį kurą išlaidų atsipirkimą.
Specialistų dėmesį patraukia dujinių variklių kuro naudojimo saugos klausimai. Paprastai sprogus dujinio kuro mišinys su oru susidaro 1,9-4,5 karto. Tačiau dujų nuotėkis per nesandarias jungtis kelia tam tikrą pavojų. Šiuo atžvilgiu suskystintos naftos dujos yra pavojingiausios, nes. jo garų tankis didesnis nei oro, o suslėgto oro – mažesnis (atitinkamai 3:1,5:0,5). Vadinasi, išėjus iš nuotėkio, suslėgtų dujų nuotėkis pakyla ir išnyksta, o suskystintųjų dujų nuotėkiuose susidaro vietinės sankaupos ir, kaip ir skysti naftos produktai, „išsilieja“, kuri užsidegus padidina ugnį.
Be suskystintų ar suslėgtų dujų, daugelis ekspertų prognozuoja puikią ateitį skystam vandeniliui, kaip beveik idealiam, aplinkosaugos požiūriu, variklių kurui. Prieš kelis dešimtmečius skysto vandenilio kaip kuro naudojimas atrodė gana toli. Be to, tragiška vandenilio pripildyto dirižablio „Hindenburt“ žūtis Antrojo pasaulinio karo išvakarėse taip sugadino „ateities kuro“ reputaciją visuomenėje, kad jis ilgą laiką buvo pašalintas iš rimtų projektų.
Spartus kosmoso technologijų vystymasis vėl privertė mus kreiptis į vandenilį, šį kartą jau skystą, kaip beveik idealų kurą tyrinėjant ir plėtojant pasaulinę erdvę. Tačiau sudėtingos inžinerinės problemos, susijusios tiek su paties vandenilio savybėmis, tiek su jo gamyba, neišnyko. Kaip transporto kurą patogiau ir saugiau naudoti skystą vandenilį, kur, skaičiuojant vieną kilogramą, kalorijų kiekis žibalą viršija 8,7 karto, o skystą metaną – 1,7 karto. Tuo pačiu metu skysto vandenilio tankis yra beveik eilės tvarka mažesnis nei žibalo, o tam reikia daug didesnių rezervuarų. Be to, vandenilis turi būti laikomas atmosferos slėgyje labai žemoje – 253 laipsnių Celsijaus – temperatūroje. Vadinasi, reikia tinkamos rezervuarų šilumos izoliacijos, kuri taip pat reiškia papildomą svorį ir tūrį. Dėl aukštos vandenilio degimo temperatūros susidaro didelis kiekis aplinkai kenksmingų azoto oksidų, jei oksidatorius yra oras. Ir galiausiai – liūdnai pagarsėjusi saugumo problema. Jis vis dar išlieka rimtas, nors dabar jis laikomas labai perdėtu. Atskirai reikėtų pasakyti apie vandenilio gamybą. Beveik vienintelės vandenilio gamybos žaliavos šiandien yra tas pats iškastinis kuras: nafta, dujos ir anglis. Todėl tikrą proveržį pasaulinėje vandenilio kuro bazėje galima pasiekti tik iš esmės pakeitus jo gamybos būdą, kai žaliava tampa vanduo, o pirminiu energijos šaltiniu – Saulė arba krintančio vandens jėga. Vandenilis yra iš esmės pranašesnis už visus iškastinį kurą, įskaitant gamtines dujas, savo grįžtamumu, ty savo praktiniu neišsemiamumu. Skirtingai nuo kuro, išgaunamo iš žemės, kuris negrįžtamai prarandamas po degimo, vandenilis išgaunamas iš vandens ir vėl sudega į vandenį. Žinoma, norint gauti vandenilį iš vandens, reikia išeikvoti energijos ir daug daugiau, nei vėliau galima panaudoti jį deginant. Tačiau tai nesvarbu, ar vadinamieji pirminiai energijos šaltiniai yra neišsenkantys ir nekenksmingi aplinkai.
Taip pat vystomas antrasis projektas, kuriame Saulė naudojama kaip pirminės energijos šaltinis. Skaičiuojama, kad ± 30-40 laipsnių platumose mūsų šviesulys įkaista apie 2-3 kartus stipriau nei šiauresnėse platumose. Tai lemia ne tik aukštesnė Saulės padėtis danguje, bet ir šiek tiek plonesnė atmosfera tropiniuose Žemės regionuose. Tačiau beveik visa ši energija greitai išsisklaido ir išnyksta. Skysto vandenilio gavimas jo pagalba yra natūraliausias būdas kaupti saulės energiją, vėliau ją tiekiant į šiaurinius planetos regionus. Ir neatsitiktinai Štutgarte organizuojamas tyrimų centras turi būdingą pavadinimą „Saulės vandenilis – ateities energijos šaltinis“. Saulės šviesą akumuliuojantys įrenginiai pagal nurodytą projektą turėtų būti Sacharoje. Taip sukoncentruota dangiškoji šiluma bus naudojama elektrą gaminančioms garo turbinoms varyti. Tolesnės schemos jungtys yra tokios pačios kaip ir Kanados versijoje, tik skirtumas tas, kad skystas vandenilis į Europą tiekiamas per Viduržemio jūrą. Esminis abiejų projektų panašumas, kaip matome, yra tai, kad jie yra draugiški aplinkai visais etapais, įskaitant net suskystintų dujų transportavimą vandeniu, nes tanklaiviai vėl važiuoja vandenilio kuru. Jau dabar tokios visame pasaulyje žinomos Vokietijos kompanijos kaip „Linde“ ir „Messergrisheim“, įsikūrusios Miuncheno apylinkėse, gamina visą reikalingą įrangą skysto vandenilio gamybai, skystinimui ir transportavimui, išskyrus kriogeninius siurblius. Didžiulę skystojo vandenilio panaudojimo raketų ir kosmoso technologijose patirtį sukaupė Miunchene įsikūrusi ir beveik visose prestižinėse Vakarų Europos kosminių tyrimų programose dalyvaujanti įmonė MBB. Kompanijos tyrimų įranga kriogenikos srityje naudojama ir amerikietiškuose erdvėlaiviuose. Gerai žinoma Vokietijos aviakompanija Deutsche Airbus kuria pirmąjį pasaulyje oro autobusą, skraidantį skystuoju vandeniliu. Be aplinkosaugos sumetimų, skystojo vandenilio naudojimas įprastinėje ir viršgarsinėje aviacijoje yra pageidautinas ir dėl kitų priežasčių. Taigi, orlaivio kilimo svoris sumažėja apie 30%, visi kiti dalykai yra vienodi. Tai savo ruožtu leidžia trumpesnį kilimo bėgimą ir statesnę kilimo kreivę. Dėl to sumažėja triukšmas – tai šiuolaikinių oro uostų, dažnai esančių tankiai apgyvendintose vietovėse, rykštė. Taip pat neatmetama galimybė sumažinti priekinį orlaivio pasipriešinimą stipriai aušinant oro srautą atitinkančias jo nosies dalis.
Visa tai, kas pasakyta, leidžia daryti išvadą, kad perėjimas prie vandenilio degalų pirmiausia aviacijoje, o vėliau ir sausumos transporte taps realybe jau pirmaisiais naujojo šimtmečio metais. Iki to laiko bus įveiktos techninės problemos, galutinai panaikintas nepasitikėjimas vandeniliu, kaip pernelyg pavojingu kuru, sukurta reikiama infrastruktūra.
Visame pasaulyje iškastinis kuras ir toliau visur naudojamas kaip energijos šaltinis, kuris, nors ir kasmet gerėja aplinka, tarša iš išmetamųjų dujų išlieka viena iš pagrindinių aplinkos problemų. Tai verčia mokslininkus ir inžinierius susimąstyti apie galimybę naudoti alternatyvųjį kurą kaip kitus energijos šaltinius.
Yra daug tokių pokyčių, tačiau ne tiek daug aplinkai nekenksmingų degalų rūšių pereina į serijinį naudojimą.
suspausto oro slėgio
Pneumatinė pavara buvo sukurta Prancūzijoje ir Indijoje beveik vienu metu. Dabar tokie automobiliai jau gaminami masiškai. Judėjimui naudojama suspausto oro sukuriama jėga. Tokia transporto priemonė išvysto iki 35 km/h greitį (sunaudodama menką degalų kiekį iki 90 km/h). Vartojimas suspaustas oras benzino ekvivalentu yra apie vieną litrą 100 kilometrų.
alkoholio variklis
Etanolis arba etilo alkoholis yra vienas iš labiausiai paplitusių alternatyvių degalų rūšių. JAV ir Brazilijoje apie 32 tūkst degalinės parduoti etilo kurą. Jį naudoja daugiau nei 230 milijonų transporto priemonių visame pasaulyje. Įvairių kultūrų fermentacijos metu gaunama medžiaga suteikia pakankamai energijos, o jos degimo produktai nedaro jokios žalos aplinkai.
Biodyzelino arba augalinio aliejaus energija
Dizainas dyzelinis variklis pats savaime yra efektyvesnis nei benzinas. Ir jei užpildysite jį augaliniu aliejumi, tai taip pat nekenksminga aplinkai. Kalbame apie specialiai apdorotą aliejų. Tokio kuro galite gauti net namuose, naudodami paprastus technologinius procesus. Ši technologija turi daug privalumų: ant jau surinktų automobilių nereikia keisti variklių konstrukcijos, jos gamybai naudojami atsinaujinantys ištekliai, o išmetamosios dujos yra visiškai saugios aplinkai.
Vandenilio variklis
XXI amžiaus pradžioje buvo sukurtas vandenilinis variklis. Technologiškai galima naudoti vandenilio kurą įprastinis variklis vidaus degimo, bet tada galia krenta 60 – 82 proc. Jei atliksite reikiamus uždegimo sistemos pakeitimus, tada, priešingai, galia padidės tik 117%, šiuo atveju padidėjus azoto oksidų išeigai sudegs stūmokliai ir vožtuvai, o Vandenilio susidarymas reaguojant su kitomis medžiagomis sukelia greitas nusidėvėjimas variklis. Patobulintoje jo versijoje ateityje galbūt netgi būtų galima naudoti vandenį kaip kurą. Be to, vandenilis yra labai lakus, todėl jį sunku laikyti skystu pavidalu kuro bakas BMW vandenilis ( automobilis nuotraukoje) vos per savaitę nenaudojant išgaruoja pusė bako vandenilinio kuro.
elektrinis variklis
Yra toks variklis, kuris visiškai neišskiria išmetamųjų dujų – elektrinis. Technologijos savo istoriją pradeda XIX amžiuje. Populiarumas elektrinis variklis Tramvajai ir troleibusai prisidėjo kaip miesto transportas, tačiau šiuo atveju transportui reikėjo nuolatinės elektros srovės laidų pavidalu. Elektromobilis tuo metu taip ir nesulaukė populiarumo, nors pasirodė anksčiau nei automobilis su vidaus degimo varikliu. Dabar elektromobiliai gaminami masiškai, miestuose įrengiamos joms skirtos elektros degalinės, technologija populiarėja.
hibridinis automobilis
Ypač populiarūs yra hibridiniai automobiliai, kuriuose vienu metu naudojamas elektros variklis ir vidaus degimo variklis, leidžiantis automobilį vairuoti ir nuo elektros įkrovimo, ir nuo įprastų degalų. hibridiniai automobiliai, žinoma, ne visiškai pašalinkite atmosferą nuo kenksmingų teršalų, bet sumažinkite išmetamųjų dujų kiekį, tuo pačiu leisdami žymiai sutaupyti degalų ir sumažinti našumą.
Maskvos vyriausybė nusprendė aplinką tausojančio kuro ir energijos šaltinių platinimą miesto autotransporte patikėti tam tikroms automobilių įmonėms. , kuris nedaug skiriasi nuo benzino, yra mažiau praktiškas nei alternatyvus kuras.
Įmonės atliko darbus su jau eksperimentiniais automobilių modeliais, pritaikytais naudoti suslėgtas gamtines dujas, tai yra metaną.
Pusė visų įmonės automobilių parko automobilių yra varomi alternatyviais degalais.
Iki šiol tokia įranga Rusijos miestuose niekada nebuvo naudojama, dabar aktyviai įgyjama patirtis leidžia įgyti reikiamų žinių, kurios sudarys sąlygas plėstis ir diegti naujoves visuose šalies regionuose.
Šeštajame dešimtmetyje beveik visos labai išsivysčiusios šalys turėjo energetikos sektorių, priklausantį nuo naftos. Vakarų šalys laimėjo pigios naftos eksporto rinkinį, barelis joms kainavo apie 5 USD. Kas lėmė gana aukštą. Po 13 metų arabų naftą eksportuojančių šalių organizacija įvedė naftos importo į Jungtines Amerikos Valstijas embargą dėl to, kad kare tarp Izraelio ir Sirijos bei Egipto Šiaurės Amerika palaikė Izraelį. Po šio incidento tos šalys, kurios save vadino labai išsivysčiusiomis, priėjo prie išvados, kad dabartiniai ekonominiai planai nebėra veiksmingi, reikia skubiai kurti naujus, atsižvelgiant į visiškai skirtingas kuro rūšis. Silpniausia vieta buvo transporto pramonė, kurioje buvo naudojamas angliavandenilių kuras.
Kita priežastis, dėl kurios buvo ieškoma alternatyvos naftai, buvo ta, kad jos gavyba kasmet brango, o jos atsargos žemės gelmėse buvo sunaudojamos labai sparčiai, o maždaug po 50 metų galėjo visai išnykti.
Įdomiausia tai dujinis variklis visai ne mūsų laikų naujovė, nes jį dar labai tolimame XIX amžiuje išrado inžinierius iš Prancūzijos Lenuaras, jis, žinoma, dirbo su dujomis. Šiais laikais automobiliuose naudojant alternatyvius degalus, dažniausiai naudojamos dujos.
Nepainiokite su buitinėmis dujomis, nes degalinėse pilant degalus į automobilį naudojami specialūs propano-butano komponentai, tai yra suskystintos naftos dujos. Jo naudojimas yra pigesnis ir nekenksmingas aplinkai, palyginti su benzinu. Automobiliai pildomi specialiuose kompleksuose, skirtuose degalų papildymui alternatyviomis rūšimis.
Geriausias kuras automobiliams.
Gamtinės dujos, metanas, yra tai, kas aplenkia ir benziną, ir naftos dujas. Paprastai jas automobiliais užpildo tie, kurie už tuos pačius pinigus, didesnį atstumą nori nukeliauti dvigubai daugiau.
Neprovokuoja suodžių, variklio alyva nėra keičiamas. Daug mažiau žalos padaroma stūmokliams ir cilindrams, geras variklio darbas. Nėra suodžių, variklio alyva nesuskystėja. Mažiau susidėvi stūmokliai ir cilindrai, pailgėja variklio tarnavimo laikas. Alyvos suodžiai, plius suodžiai, oksiduoja alyvą, žymiai sumažindami tepimo savybes.
Yra labai mažai specializuotų punktų, kuriuose galite be problemų papildyti degalus. Yra degalinių tinklas. Daug vietų užpildyti.
Nereikalauja jokio apdorojimo, tinka naudoti pradine forma. Mišinys, kuriam reikia tam tikrų proporcijų, atsižvelgiant į metų laikus. Reikalingos naftos perdirbimo įmonės.
Pristatymas vykdomas dujų transportavimo maršrutais. Jie vežami specialiais traktoriais. Kaip ir propanas-butanas, jis į degalines pristatomas cisternose.
Ištirtų telkinių žmonijai turėtų pakakti apie 200 metų. Kadangi dujos išgaunamos iš naftos, jų užteks apie 50 metų. Pagaminta iš naftos, atsargos ne ilgesnės nei 50 metų.
Gana pigu ir nereikalauja mažai investicijų. Tai turi Vidutinė kaina. Nestabili kaina ta prasme, kad kiekvienais metais jos tik auga.
Brangi įranga, labai mažai specialistų. Rusijos Federacija, montavimas ir gamyba, taip pat instaliacijų remontas. Nepigi įranga. Nereikia papildomos įrangos.
Metano vagystės degalinėse ar iš automobilių cisternų galimybės nėra. Jūs negalite vogti iš degalinių. Lengva perparduoti.
Mažėjant temperatūrai beveik nekeičia savo savybių. Savybės mažėja, kai temperatūra mažėja Maži savybių pokyčiai, jei temperatūra nukrenta.
Turi aukščiausią 4 saugumo klasę. Nelabai saugus, nes turi tik 2 saugumo klasę. Stabili apsauga, 3 klasė.
Išvada rodo, kad metanas turi tik tris trūkumus, palyginti su kitomis kuro rūšimis. Problemas su specialistais išspręsti nesunku, o brangi įranga vis tiek laikui bėgant atsiperka, sutaupius tiek pat. Metanas yra degalai, kurių našumas yra geriausias tarp kitų degalų.
Šiandien beveik visi automobiliai gali būti užpildyti metanu, tačiau 90-aisiais buvo manoma, kad jis buvo skirtas sunkvežimiams ir autobusams. Jis buvo dedamas į specialius plieninius cilindrus, galinčius atlaikyti 200 atmosferų slėgį. Tačiau 100 kilogramų cilindro svoris atbaidė vairuotojus, todėl mažai žmonių perleido savo „žvėrį“ į šį kurą. Dabar tai taip pat paprasta, kaip ir bet kuris kitas kuras.
Šiandien plieninius cilindrus pakeitė mažiau patvarūs kompozitiniai lydiniai, patikimumas tapo lengvumo, tai yra mažesnio cilindro svorio, auka. Cilindrai, kaip ir plienas, atlaiko slėgį ir aukštą temperatūrą. Sprogingumas pervertintas, metanas sugeba užsidegti tik tada, kai temperatūra pasiekia 600 laipsnių, o benzinas – 250, jau nekalbant apie jo garus, kurių užtenka 170 laipsnių.
Taikymas Europos šalyse
Plačiai paplitęs naudojimas didėja. Dabar yra 10 milijonų SND mašinų. Rusija yra dujų kuro tiekimo lyderė Vakarų rinkoje.
Šiuolaikinės gamyklos būtinai užsiima vieno ar dviejų dujų balionų modelių kūrimu ir gamyba. Audi automobiliai, Honda, Toyota ir kt. Visi jie pradeda kurti automobilių gamybą.
Buvo įvertinta energetinė nauda skirtingos salys, esant skirtingoms ekonominėms sąlygoms. Automatinis, galintis naudoti dujinis kuras, galima rasti nuo JAV iki Azijos. Rusijoje gamyklinių dujomis užpildytų automobilių yra labai mažai, dažniausiai galite rasti benzininius analogus, konvertuotus į dujas.
Automobiliai su tokiu alternatyviu kuru kaip dujos yra gerai gaminami tokiose šalyse kaip Vokietija ir Čekija. Taip yra dėl to, kad pirmasis turi puikią degalų papildymo infrastruktūrą, antrąjį planuojama pakeisti ekonomiškesniais 10% kuro analogais. Italija yra šalis, kurioje jau plačiai naudojamos SND transporto priemonės. Daugiau nei 779 tūkst. GBA, keliaujančių šios šalies platybėmis.
Kelių transportas kaip aplinkos taršos šaltinis. Toksiškų komponentų susidarymo vidaus degimo variklių išmetamosiose dujose priežastys
IN pastaraisiais metais Didėjant eismo tankumui miestuose, smarkiai išaugo atmosferos tarša variklių degimo produktais. Vidaus degimo variklių (ICE) išmetamosios dujos daugiausia susideda iš nekenksmingų kuro degimo produktų – anglies dioksido ir vandens garų. Tačiau palyginti nedideliais kiekiais juose yra toksinį ir kancerogeninį poveikį turinčių medžiagų. Tai anglies monoksidas, įvairios cheminės sudėties angliavandeniliai, azoto oksidai, kurie susidaro daugiausia aukšta temperatūra ir spaudimas.
Deginant angliavandenilių kurą, susidaro nuodingos medžiagos, susijusios su degimo sąlygomis, mišinio sudėtimi ir būkle. Priverstinio uždegimo varikliuose anglies monoksido koncentracija pasiekia dideles reikšmes, nes trūksta deguonies visiškai oksiduoti degalus, kai jie veikia degalų turinčiu mišiniu.
Važiuojant mieste ir kintamo nuolydžio ir dažnai keičiamo greičio keliais su įjungta pavara ir atidarytu akceleratoriumi, priverstinės tuščiosios eigos režimu varikliai turi dirbti apie 1/3 kelionės laiko. Esant priverstinei tuščiąja eigai, variklis nepasiduoda, o, priešingai, sugeria automobilio sukauptą energiją. Tuo pačiu metu neracionaliai suvartojamas kuras, kurio padidinta absorbcija lemia didžiausią toksiškų CO ir CH dujų išmetimą į atmosferą.
Automobilių išmetamosios dujos yra maždaug 200 medžiagų mišinys. Juose yra angliavandenilių – nesudegusių arba nevisiškai sudegusių kuro komponentų, kurių dalis smarkiai išauga, jei variklis dirba mažais sūkiais arba greičio didinimo momentu startuojant, t.y. kamščių metu ir degant raudonam šviesoforo signalui. Būtent šiuo momentu, paspaudus akceleratorių, išsiskiria daugiausia nesudegusių dalelių: apie 10 kartų daugiau nei dirbant normaliai varikliui. Prie nesudegusių dujų priskiriamas ir įprastas anglies monoksidas, kurio vienoks ar kitoks kiekis susidaro visur, kur kas nors dega. Variklio, varomo įprastu benzinu ir normaliai veikiant, išmetamosiose dujose anglies monoksido yra vidutiniškai 2,7 %. Sumažėjus greičiui, ši dalis padidėja iki 3,9%, o esant mažam greičiui - iki 6,9%.
Pagrindiniai eksploataciniai veiksniai, turintys įtakos kenksmingų variklio emisijų lygiui, yra veiksniai, apibūdinantys cilindrų-stūmoklių grupės (CPG) dalių būklę. Padidėjęs nusidėvėjimas CPG dalys ir nukrypimai nuo jų teisingos geometrinės formos sukelia toksinių komponentų koncentracijos padidėjimą išmetamosiose dujose (EG) ir karterio dujose (CG).
Pagrindinė CPG dalis, nuo kurios priklauso variklio veikimas ir ekologiškumas, yra cilindras, nes degimo kameros sandarumas priklauso nuo žiedo sandarumo kartu su cilindru. Iš techninė būklė Cilindrai ir stūmoklio žiedai daugiausia priklauso nuo tarpų tarp žiedų ir stūmoklio griovelių augimo intensyvumo. Taigi tarpo tarp žiedo ir cilindro stebėjimas ir reguliavimas eksploatacijos metu yra reikšmingas rezervas kenksmingų priemaišų kiekiui išmetamosiose dujose ir išmetamosiose dujose sumažinti, gerinant kuro degimo sąlygas ir mažinant alyvos, likusios viršyje, kiekį. - stūmoklio erdvė.
Vidaus degimo variklių toksinės emisijos yra išmetamosios dujos ir karterio dujos. Su jais į atmosferą patenka apie 40% nuodingų priemaišų iš bendros emisijos. Angliavandenilių kiekis išmetamosiose dujose priklauso nuo variklio techninės būklės ir nustatymų, o tuščiąja eiga svyruoja nuo 100 iki 5000% ar daugiau. Kai bendras nedidelis karterio dujų kiekis yra lygus 2–10% išmetamųjų dujų bendra tarša atmosferoje, karterio dujų dalis sudaro apie 10 proc susidėvėję varikliai ir išauga iki 40 % dirbant varikliui su susidėvėjusiu cilindrų-stūmoklių grupė, nes angliavandenilių koncentracija karterio dujose yra 15-10 kartų didesnė nei panaudotame variklyje. CG skaičius, taip pat jų cheminė sudėtis priklauso nuo CPG dalių, kurios sandarina degimo kamerą, būklės. Dujų prasiskverbimas iš cilindro į karterį ir atgal priklauso nuo tarpų tarp besitrinančių CPG dalių dydžio. Tuo pačiu metu didėja kancerogeninių savybių turinčių angliavandenilių dalis dėl padidėjusių alyvos atliekų ir padidėjusio karterio dujų srauto per uždarą karterio vėdinimo sistemą.
Pasiekus variklio susidėvėjimo ribą išmetamųjų teršalų kiekis padidėja vidutiniškai 50%. NAMI atliktų pagreitintų bandymų pavyzdžiu buvo nustatyta, kad dėl variklio susidėvėjimo angliavandenilių emisija padidėja 10 kartų. Didžioji dalis variklių padidėjęs neskaidrumas EG krenta ant pravažiavusių variklių kapitalinis remontas.
Degimo kameros dekompresijos laipsnis priklauso nuo CPG dalių susidėvėjimo, jų makrogeometrijos nukrypimo nuo teisingos geometrinės formos. Padidėjus degimo kameros nuotėkiui, pablogėjus kuro degimo sąlygoms, padidėja CO ir CH bei sumažėja CO2. Be to, kad pablogėja darbo proceso organizavimo kokybė, tarpai tarp žiedo ir cilindro, taip pat tarpai tarp žiedo ir stūmoklio griovelio padidina alyvos, patekusios į viršų, kiekį. -stūmoklio erdvė, padidėjus nuokrypiui nuo nurodytos šilumos išsiskyrimo degimo proceso metu dinamikos, taigi ir į bendros toksinių emisijų masės padidėjimą. Alyva sudaro 30-40% išmetamųjų dujų kietųjų dalelių.
Pagrindinė CPG dalis yra cilindras, nuo kurio priklauso ekonominis ir aplinkosauginis variklio veikimo pagrįstumas. Cilindrų įdėklų susidėvėjimas turi ryškią ovalo formą, kurios pagrindinė ašis yra švaistiklio svyravimo plokštumoje. Cilindrų ovalumo susidarymo priežastis daugiausia yra padidėjusi stūmoklių apkrova įvorėms švaistimo strypų svyravimo plokštumoje. Cilindrų blokų surinkimo technologijos netobulumas turi įtakos ir cilindrų ovalumui. Surinkus variklį pasikeitus cilindrų makrogeometrijai (ovalumui ir kūgiui), pablogėja stūmoklio žiedų prigludimas prie cilindro veidrodžio. Yra žinoma, kad montuojant rankoves blokuose įvairių prekių ženklų ICE, ovalumas cilindruose padidėja 2-3 kartus.
Labai svarbu pažymėti, kad cilindrų įdėklų makrogeometrijos iškraipymo pobūdis po surinkimo ir eksploatacijos metu yra toks pat daugumos cilindrų blokų su „ šlapių kriauklių“. Surinkimo metu susidariusio cilindro ovalo didžioji ašis viršutinio suspaudimo žiedo sustojimo zonoje viršutiniame stūmoklio taške yra ta pati kryptis kaip ir eksploatacijos metu susidariusio ovalo pagrindinės ašies. Toks cilindrų deformacijos pobūdis paaiškinamas didesne bloko deformacija vietose tarp įvorėms skirtų angų.
Cilindrų ovalumo sumažinimas padeda sumažinti stūmoklio žiedų ir griovelių nusidėvėjimą, o tai apskritai pagerina stūmoklio žiedų veikimą ir pagerina degimo kameros sandarumą. Yra žinoma, kad pakeitimas alyvos grandiklio žiedai išvysčius ribinius išteklius, tam tikru mastu atsistato vidutinis lygis variklio toksiškumas. Be jokios abejonės, jei keičiant žiedus cilindrų ovalumas pritaikomas prie ribinės vertės naujų įdėklų gamybai, poveikis bus daug reikšmingesnis.
Sukūrus naujus maišymo ir tirpinimo metodus bei matematinį atitinkamų priedų ir priedų poveikio naftos degaluose apibūdinimą, gerokai sutrumpės laikas, per kurį bus kuriamos naujos alternatyvių degalų sudėties ir numatomos jų fizikinės ir cheminės savybės, o tai leis. galima pagerinti variklio darbo eigą naudojant naujus alternatyvius degalus.
Išanalizavus vidaus ir užsienio literatūrą, paaiškėjo, kad perėjimo prie naujų degalų rūšių plėtra vyks tris pagrindinius etapus. Pirmajame etape bus naudojami standartiniai naftos degalai, alkoholiai, vandenilio ir vandenilio turinčio kuro priedai, dujinis kuras ir įvairūs jų deriniai, kurie išspręs dalinio taupymo problemą. naftos kuro. Antrasis etapas bus pagrįstas sintetinio kuro, panašaus į naftą, gamyba iš anglies, naftingųjų skalūnų ir kt. Šiame etape bus išspręstos ilgalaikio esamo variklių parko aprūpinimo naujomis rūšimis problemos. Paskutinis, trečiasis etapas pasižymės perėjimu prie naujų energijos nešėjų ir elektrinių tipų (vandeniliu varomų variklių, branduolinės energijos panaudojimo).
Vidaus degimo variklių pakeitimas į vandenilį ir vandenilio turinčius degalus yra sudėtingas socialinis ir ekonominis procesas, dėl kurio reikės iš esmės pertvarkyti daugelį pramonės šakų, todėl pirmajame etape priimtiniausias variantas yra dyzelinių variklių eksploatavimas. pridedant vandenilio turinčio kuro. Itin ribota literatūroje pateikta informacija apie angliavandenilių kuro deginimo vandenilio ir amoniako priedais dyzeliniuose varikliuose ypatumus neleidžia vienareikšmiškai atsakyti į klausimą apie vandenilio turinčių degalų poveikį dyzelinio variklio veikimui.
Taip pat itin menkai ištirtas iš anglies gaminamo sintetinio skystojo kuro (GTL) panaudojimo dyzeliniuose varikliuose klausimas. Įvairūs literatūros duomenys neleidžia vienareikšmiškai įvertinti GTL poveikio darbo procesui, nes jo fizikinės ir cheminės savybės labai priklauso nuo žaliavos ir perdirbimo technologijos.
Alkoholiai yra labiausiai tikėtinas variklių degalų šaltinis, tačiau naudojant dyzeliniuose varikliuose reikėtų atsižvelgti į itin prastas jų variklio savybes. Taikomi alkoholio kuro naudojimo būdai reikalauja papildomo projektavimo sudėtingumo (karbiuratorių, uždegimo žvakių ar antrosios kuro sistemos montavimas) arba degalų sąnaudų padidėjimo (cetaninį skaičių didinančių priedų naudojimas). Optimaliausias šioje situacijoje gali būti etanolio arba metanolio tirpalų su dyzeliniu kuru panaudojimas dyzeliniuose varikliuose.
Įvairių rūšių alternatyvių degalų įtakos tyrimas buvo atliktas kelių tipų greitaeigiams dyzeliniams varikliams su skirtingais maišymo būdais, todėl reikėjo gauti kuo išsamesnę informaciją apie kuro padavimo eigą, degimą, suodžių susidarymą. , toksiškumas ir kt. Todėl buvo sukurta ir įdiegta automatizuota informacijos įrašymo ir apdorojimo sistema, pagrįsta kompiuteriu. Šiam kompleksui buvo sukurtas taikomosios programos paketas, apimantis informacijos rinkimo iš įvairių jutiklių programą bandymų metu, gautų duomenų apdorojimo programas indikatorių diagramos analizei, optinės indikacijos, degalų tiekimo ir režimo parametrų skaičiavimo rezultatams. .
Vienu metu ciklinei dyzelinio kuro ir dujų daliai tiekti į cilindrą autorius sukūrė specialų dviejų degalų antgalį, kurį papildė atskira linija, susidedančia iš dujų tiekimo jungties ir kanalų purkštuko ir purkštuko korpuse. Purkštuko korpuso kanale pagamintas Patikrink vožtuvą prispaustas prie sėdynės spyruokle. Į purkštuvo kanalą įspaudžiamas cilindrinis įdėklas, kurio paviršiuje yra sraigtinis sriegis, kuris sudaro maišymo-akumuliacijos kamerą, sujungtą su purkštuko purkštuvo ertme po adata.
Sukurto purkštuko pagrindu a Degalų sistema dyzelinis variklis, leidžiantis į degalus tiekti įvairaus tipo dujinius priedus.
Veiksmingiausia atsižvelgti į darbo proceso ypatumus naudojant alternatyvųjį kurą, turint informacijos apie suodžių koncentracijos ir temperatūros laukų erdvinį pasiskirstymą. Iki šiol daugiausia yra dvimatis temperatūros ir koncentracijos nehomogeniškumo vaizdas dyzelino cilindre. Dėl to iškelta temperatūros laukų ir suodžių koncentracijų erdvinio pasiskirstymo eksperimentinio tyrimo problema. Darbe panaudota originali eksperimentinė suodžių masės koncentracijos nustatymo įranga, pagrįsta balionų optine indikacija, bei programine įranga įdiegti temperatūrinių laukų nustatymo metodai.
Dujų tirpumo (vandenilio, amoniako ir kt.) skaičiavimo tyrimai buvo pagrįsti šiomis prielaidomis: pirma, tirpimo procesas vyksta maišymo-akumuliacinėje kameroje ir purkštuko purkštuve; antra, tirpimas vyksta pagal paviršiaus atsinaujinimo modelį, t.y. kuro ir dujų kontaktinis paviršius atnaujinamas tam tikru dažniu lygus dažniui kuro slėgio svyravimai aukšto slėgio įpurškimo vamzdyne.
Vienas iš būdų, kaip įveikti sunkumus ruošiant dyzelinio kuro mišinius su alternatyviais, yra trečiojo komponento – bendro dyzelinio kuro ir alkoholio tirpiklio – panaudojimas. Bendras tirpiklis turi turėti dyzelinio kuro ir alkoholio savybių, t.y. jo molekulė turi turėti ir polinių savybių, ir alifatinį komponentą, kad susidarytų ryšiai su angliavandeniliais.
Bandymai naudoti vandenilį kaip kurą vidaus degimo varikliams buvo žinomi jau seniai. Pavyzdžiui, praėjusio amžiaus 20-ajame dešimtmetyje buvo ištirta galimybė naudoti vandenilį kaip priedą prie pagrindinio dirižablių vidaus degimo variklių kuro, o tai leido padidinti jų skrydžio diapazoną.
Vandenilio, kaip vidaus degimo variklių kuro, naudojimas yra sudėtinga problema, apimanti daugybę problemų:
Galimybė modernius variklius paversti vandeniliu;
Variklių darbo proceso studijavimas dirbant su vandeniliu;
Apibrėžimas geriausi būdai darbo eigos reguliavimas, užtikrinantis minimalų toksiškumą ir maksimalų kuro efektyvumą;
Kuro tiekimo sistemos, užtikrinančios efektyvaus darbo eigos vidaus degimo variklio cilindruose organizavimą, sukūrimas;
Veiksmingų vandenilio laikymo transporto priemonėse metodų kūrimas;
Vandenilio naudojimo vidaus degimo varikliams aplinkosauginio efektyvumo užtikrinimas;
Variklių degalų papildymo ir vandenilio akumuliavimo galimybės užtikrinimas.
Tačiau šių problemų sprendimas turi variantų lygmenį, bendra būklėšios problemos tyrimai gali būti laikomi realiu vandenilio praktinio taikymo pagrindu. Tai patvirtina praktiniai bandymai, variklių, veikiančių vandeniliu, tyrimai. Taigi, pavyzdžiui, bendrovė „Mazda“ remiasi vandeniliu rotacinis stūmoklinis variklis.
Šios srities tyrimai išsiskiria plačiomis vandenilio panaudojimo galimybėmis išorinės ir vidinės karbiuracijos varikliams, naudojant vandenilį kaip priedą, iš dalies pakeičiant kurą vandeniliu ir varikliui dirbti tik su vandeniliu.
Platus tyrimų sąrašas lemia jų sisteminimo ir kritinės analizės poreikį. Vandenilio naudojimas yra žinomas varikliuose, naudojančiuose tradicinius naftos pagrindu pagamintus degalus, taip pat kartu su alternatyviais degalais. Taigi, pavyzdžiui, su alkoholiais (etilo, metilo) arba su gamtinėmis dujomis. Vandenilį galima naudoti kartu su sintetiniu kuru, mazutu ir kitais degalais.
Šios srities tyrimai žinomi tiek benzininiams, tiek dyzeliniams varikliams, tiek kitų tipų varikliams. Kai kurie darbų šia tema autoriai mano, kad vandenilis yra neišvengiamybė ir būtina geriau pasiruošti, kad ši neišvengiamybė būtų patenkinta.
Išskirtinis bruožas vandenilis – tai aukštas energetinis efektyvumas, unikalios kinetinės charakteristikos, ekologiškumas ir praktiškai neribota išteklių bazė. Pagal masės energijos intensyvumą vandenilis 2,5-3 kartus lenkia tradicinį angliavandenilių kurą, alkoholius - 5-6 kartus, amoniaką - 7 kartus.
Kokybinį poveikį vandenilio vidaus degimo variklio darbo procesui pirmiausia lemia jo savybės. Jis turi didesnį difuzijos pajėgumą, daugiau greičio degimas, plačios degumo ribos. Vandenilio uždegimo energija yra eilės tvarka mažesnė nei angliavandenilių kuro. Realus darbo ciklas lemia aukštesnį ICE darbo proceso tobulumo laipsnį, geriausius efektyvumo ir toksiškumo rodiklius.
Kad atitiktų esamus dizainus stūmokliniai vidaus degimo varikliai, benzininius ir dyzelinius variklius, kad jie veiktų naudojant vandenilį kaip pagrindinį kurą, būtini tam tikri pakeitimai, pirmiausia degalų tiekimo sistemos konstrukcija. Yra žinoma, kad naudojant išorinį mišinio formavimą, dėl mažo vandenilio tankio ir didelio lakumo sumažėja variklio užpildymas šviežiu oksidatoriumi, taigi ir galia sumažėja iki 40%. Naudojant vidinį mišinio formavimą, vaizdas keičiasi, vandenilio dyzelinio variklio įkrovos energijos intensyvumas gali padidėti iki 12%, arba gali būti užtikrintas lygiu, atitinkančiu dyzelinio variklio darbą naudojant tradicinį angliavandenilį. dyzelinis kuras. Darbo eigos organizavimo ypatybės vandenilio variklis lemia vandenilio savybės oro mišinys, būtent: užsidegimo ribos, užsidegimo temperatūra ir energija, liepsnos plitimo greitis priekyje, liepsnos gesinimo atstumas.
Beveik visuose žinomuose vandenilio variklio darbo proceso tyrimuose pastebimas sunkiai kontroliuojamas vandenilio ir oro mišinio užsidegimas. Poveikis išankstiniam uždegimui, įleidžiant vandenį į įsiurbimo vamzdyną arba įpurškiant „šalto“ vandenilio, buvo ištirtas teigiamais rezultatais.
Likusios dujos ir degimo kameros karštosios vietos sustiprina išankstinį vandenilio-oro mišinio uždegimą. Ši aplinkybė reikalauja papildomų priemonių, kad būtų išvengta nekontroliuojamo užsidegimo. Tuo pačiu metu maža užsidegimo energija plačiame oro pertekliaus santykio diapazone leidžia naudoti esamų sistemų užsidegimas, kai varikliai paverčiami vandeniliu.
Savaiminis vandenilio-oro mišinio variklio cilindre užsidegimas, kai suspaudimo laipsnis atitinka dyzelinius variklius, nevyksta. Kad šis mišinys užsidegtų savaime, suspaudimo pabaigos temperatūra turi būti bent 1023 K. Gali būti, kad oro mišinys užsidega nuo angliavandenilių kuro bandomosios dalies, dėl padidėjusios suspaudimo pabaigos temperatūros, naudojant slėgį arba šildymą oro įleidimo angoje.
Vandenilis, kaip dyzelinis kuras, pasižymi didelis greitis liepsnos fronto plitimas. Šis greitis gali viršyti 200 m/s ir sukelti slėgio bangą, kuri degimo kameroje sklinda didesniu nei 600 m/s greičiu. Didelis greitis Vandenilio-oro mišinių deginimas, viena vertus, turėtų turėti teigiamą poveikį darbo proceso efektyvumui didinti, kita vertus, tai lemia aukštas ciklo maksimalaus slėgio ir temperatūros reikšmes, didesnį vandens standumą. vandenilio variklio darbo procesas. Padidėjus maksimaliam ciklo slėgiui, sutrumpėja variklio eksploatavimo laikas, o padidinus maksimalią temperatūrą, intensyviai susidaro azoto oksidai. Galima sumažinti maksimalų slėgį deformuojant variklį arba deginant vandenilį, nes jis tiekiamas į cilindrą jėgos takto metu. Sumažinti azoto oksidų emisiją iki nereikšmingo lygio galima išeikvojus darbinis mišinys arba naudojant į įvadinį vamzdyną tiekiamą vandenį. Taigi, esant > 1,8, azoto oksidų emisija praktiškai nėra. Kai vandens tiekiama masės 8 kartus daugiau nei vandenilio, azoto oksidų emisija sumažėja 8 ... 10 kartų.
SGD leidžiama tiesiogiai miesto gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų kvartaluose. Be to, daugelyje šalių leidžiama transporto priemones papildyti gamtinėmis dujomis požeminiuose garažuose. 1.6. Automobilių dujų įrangos gamyba. Šiais laikais Italija perėmė geriausio pasaulyje dujinės automobilių įrangos gamintojo šlovę. O dabar pasaulinėje rinkoje didžiausia paklausa...
Modelis, gavęs pavadinimą „H2R“, išvysto greitį virš 300 km/val. Nauja vandenilio kuro variklių kūrimo kryptis, pagrįsta Stirlingo variklio naudojimu, atrodo daug žadanti. Šis variklis iki XX amžiaus pabaigos. nėra plačiai naudojamas motorinėse transporto priemonėse dėl sudėtingesnės konstrukcijos, palyginti su vidaus degimo varikliu, didesnių medžiagų sąnaudų ir sąnaudų. ...
