Состав дизельного двигателя: Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС) — Что такое Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)?

устройство, принцип действия, достоинства и недостатки (фото и видео)

Французский ученый С. Карно в 1824 году создал основы термодинамики. В этой работе он, в числе многого другого, утверждал, что заставить тепловую машину работать наиболее экономично можно, доводя рабочее тело до температуры вспышки топлива сжатием. Фактически он сформулировал принцип, на котором работают дизельные двигатели. Оставалось только взять и сделать такой двигатель. Но этого пришлось ждать еще несколько десятков лет.

Рудольф Дизель

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на первый двигатель, работающий на сжатии воздуха до температуры вспышки. В 1987 году первый «дизель-мотор» (так немцы называют двигатель с воспламенением от сжатия) заработал и доказал свою эффективность.

Патент, выданный Рудольфу Дизелю на его изобретение

По сравнению с «отто-мотором» (бензиновый двигатель со свечами зажигания) новый двигатель был более тяжелым и поначалу не внушал большого энтузиазма. Но только поначалу. Устройство дизельного двигателя первых образцов включало воздушный компрессор для впрыскивания топлива.

Сам Дизель вначале предполагал применить совсем уж экзотический вариант: угольная пыль. Смесь угольной пыли и воздуха, конечно, способна работать в двигателе, но за сколько часов абразивные частицы съедят кольца, поршни, седла и тарелки клапанов, об этом как-то не подумали. Да и саму угольную пыль получить не так просто.

Из-за тяжелого компрессора двигатель оказывалось невозможно применить на наземном транспорте. Но в работе он расходовал так мало горючего и работа его была настолько устойчивой, что отказаться от него было уже невозможно. Расчеты показывали, что от двигателя можно ожидать значительно большую мощность, если решить проблему с подачей топлива.

У инженеров возникла идея заменить компрессор плунжерным насосом. Качать топливо в жидком виде было чрезвычайно выгодно, на это уходит гораздо меньше энергии, а насос можно сделать совсем небольшим. Однако, изготовить плунжерную пару было не так просто. Дело в особой точности изготовления — расстояние между деталями составляет 2-3 микрона.

Все же дизелям нашлась работа. Впервые они были установлены на немецких подводных лодках еще при кайзере Вильгельме. (Возможно, с этим как раз связано темная история исчезновения самого изобретателя, утонувшего в Ла-Манше по дороге в Англию.)

В 1920 году Роберт Бош наконец, получает качественный плунжерный насос. В цилиндры двигателя научились подавать больше топлива. Теперь обороты дизельного двигателя и его удельная мощность, становятся достаточными для установки на автотранспорте. Вместе с насосом Бош разрабатывает и очень удачную форсунку для топлива.

Сгорание топлива в дизельном двигателе

Проще всего понять, как работает дизельный двигатель, если посмотреть на сгорание топлива в нем. В дизелях используется тяжелое топливо. Это означает, что двигатель внутреннего сгорания такого типа может работать на керосине (известном как солярка), мазуте, сырой нефти, и даже на некоторых растительных маслах.

Все эти виды топлива более калорийны, чем бензин. Так что, рабочая температура дизельного двигателя заметно выше, чем у бензинового. Но тяжелые виды топлива горят хуже, чем бензин, медленнее и трудно поджигаются. Для их воспламенения требуется большая степень сжатия, воздушно-топливная смесь должна нагреваться до 700-800°С.

Вязкость любого из дизельных видов топлива, даже в подогретом состоянии, выше бензиновой, а распылять его необходимо до мельчайшего состояния, особенно в быстроходных дизелях. Еще экспериментальный двигатель Дизеля работал при впрыске топлива под давлением не менее 50 бар (атм), а практический двигатель требует 100-200 бар.

Однако, у тяжелых калорийных топлив есть свое преимущество перед бензином. Давление в цилиндре дизеля практически постоянно на всем такте расширения, поэтому крутящий момент у них весьма значителен и стабилен. Благодаря постоянному давлению, угол опережения зажигания также остается постоянным и регулировки не требует. Ресурс дизельного двигателя больше, чем у бензинового. Есть области, где дизель практически незаменим, например в сельскохозяйственном тракторе.

Разновидности дизельных двигателей

Принцип действия дизельного двигателя для всех из них одинаков: сначала производится сжатие свежего заряда рабочего тела (воздуха), затем впрыскивается топливо. От высокой температуры смесь воспламеняется и сгорает, поднимая давление. Под его действием поршень двигается обратно и в нижней точке выпускной клапан цилиндра открывается, выпуская отработанный газ. В основном, это углекислый газ, дизельные двигатели экологически чище бензиновых.

Камеры сгорания дизелей могут выполняться непосредственно в днище поршня — там делается выемка особой формы — или в ряде случаев используют предкамеры (или форкамеры, как это говорят на родине двигателя). Первый вариант — самый экономичный, второй считался оптимальным в прежние годы. Сейчас, когда экономичность, во многих случаях, считается решающей, от предкамерных вариантов снова отказываются.

Рабочий процесс в дизеле может протекать, как и в бензиновом двигателе, в два или четыре такта. Подавляющее большинство дизелей — четырехтактные. Двухтактные проще реверсировать, поэтому они распространены на морских судах, где применяется жесткая связь с гребным валом. Камеры сгорания в двухтактных дизелях не разделяются из-за очевидных проблем с продувкой форкамеры.

Конструкция дизельного двигателя зависит от его мощности и назначения. Наиболее мощные двигатели, применяемые на судах и некоторых электростанциях, имеют крейцкопф — устройство для снижения боковых сил на поршень. Все мощные дизели имеют сложно устроенное дно, потому, что подвергаются высокой температуре.

Часть, обращенная в цилиндр, делается стальной, а остальная часть поршня (юбка) — алюминиевой. Кроме того, в поршне сделаны канавки для системы масляного охлаждения.

Типы дизельных двигателей различаются и по расположению цилиндров. Бывает рядовое, V-образное и даже такое, при котором цилиндры располагаются с разворотом на 180 градусов. Это зависит от тех условий, которые имеются на месте установки двигателя. Например, на современном грузовике или автобусе, скорее всего, будет применен двухрядный дизель, установленный под полом кабины водителя. Как устроен дизельный двигатель, будет зависеть и от наличия наддува.

Турбонаддув дизелей

Мощность дизельного двигателя, без увеличения расхода топлива, можно повысить при помощи турбокомпрессора. Тогда можно использовать еще неплохой кусочек диаграммы цикла Карно. Эксплуатация дизельного двигателя с турбокомпрессором имеет то преимущество, что используя энергию выхлопных газов можно раскрутить турбину, и на том же валу установить другую турбину — компрессор.

Этот компрессор будет нагнетать воздух, поступающий через впускной коллектор, увеличится заряд воздуха в цилиндрах, и, таким образом, мощность двигателя заметно возрастет. (Работу таких двигателей легко узнать по характерному свисту в момент раскручивания турбины.)

Плюсы и минусы дизельных двигателей

Преимущества дизельного двигателя — это высокий и постоянный крутящий момент в сочетании с высокой экологичностью выхлопных газов (это относится, правда, только к современным двигателям). Также вне конкуренции их высокий КПД, самый высокий среди ДВС. Известны дизели (MAN) дающие свыше 50%, (что считалось «теоретическим» максимумом). Там использован максимум всех современных достижений. Экономичность достигает до 40%, если провести сравнение с бензиновыми.

Проблемы дизельных двигателей, а без них техники не бывает, заключаются в тяжелом пуске, из-за высокой степени сжатия (до 25 в современных двигателях), на автомобилях приходится ставить мощный стартер и аккумулятор. Большая точность изготовления деталей насосов высокого давления и форсунок затрудняет обслуживание.

Дизели крайне чувствительны к механическим загрязнениям топлива, для очистки которого приходится применять даже центрифугу в составе топливной аппаратуры. При равном объеме в литрах, дизельный двигатель уступает бензиновому по мощности, при равной мощности дизель тяжелее. Дизельный двигатель требует более качественных сплавов для своего изготовления и заметно дороже бензинового.

И все же, сравнивая преимущества и недостатки дизельного двигателя, можно сделать выбор в пользу дизеля. Особенно этому способствует технический прогресс в области электроники и блоков управления двигателями. Система «общая магистраль» (common rail) и электромагнитные форсунки позволяет сильно упростить ТВНД, а блок управления доводит экономию топлива до максимума, поскольку работает на любых переходных режимах и успевает все отследить.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: двигатель, двс, устройство автомобиля

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным. Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

  • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
  • увеличенный расход масла;
  • необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

АМФ

Состав бензина и дизельного топлива

И бензин, и дизельное топливо состоят из сотен различных молекул углеводородов. Кроме того, распространены некоторые компоненты биологического происхождения, такие как этанол в смеси с бензином.

Бензин содержит в основном алканы (парафины), алкены (олефины) и ароматические соединения. Дизельное топливо состоит в основном из парафинов, ароматических углеводородов и нафтенов. Углеводороды бензина обычно содержат 4–12 атомов углерода с температурой кипения от 30 до 210 °C, тогда как дизельное топливо содержит углеводороды с приблизительно 12–20 атомами углерода и температурой кипения от 170 до 360 °C. Бензин и дизельное топливо содержат примерно 86 мас.% углерода и 14 мас.% водорода, но соотношение водорода к углероду несколько меняется в зависимости от состава.

Парафиновые углеводороды, особенно нормальные парафины, улучшают качество воспламенения дизельного топлива, но низкотемпературные свойства этих парафинов имеют тенденцию к ухудшению. Ароматические соединения в бензине имеют высокие октановые числа. Однако ароматические соединения и олефины могут ухудшить чистоту двигателя, а также увеличить отложения в двигателе, что является важным фактором для новых сложных двигателей и устройств доочистки. Ароматические соединения могут привести к образованию канцерогенных соединений в выхлопных газах, таких как бензол и полиароматические соединения. Олефины в бензине могут привести к увеличению концентрации реакционноспособных олефинов в выхлопных газах, некоторые из которых являются канцерогенными, токсичными или могут увеличить потенциал образования озона. Для обеспечения адекватных свойств бензина и дизельного топлива могут потребоваться присадки.

Традиционный бензин и дизельное топливо не охвачены подробно в «Системе информации о топливе AMF». Вместо этого основное внимание уделяется альтернативным вариантам смешивания или замены бензина и дизельного топлива. Тем не менее, технология двигателя вместе с законодательством и стандартами для бензина и дизельного топлива обсуждаются кратко.

Бензин – законодательство и стандарты

Двигатель и технология доочистки выхлопных газов предъявляют требования к качеству топлива. Основные анализы топлива были разработаны для проверки общих характеристик и работоспособности топлива в двигателях внутреннего сгорания. Свойства топлива, важные с точки зрения окружающей среды, такие как совместимость топлива с устройствами ограничения выбросов, были определены впоследствии. Функциональность и общие характеристики бензина можно определить, например, с точки зрения октанового числа, летучести, содержания олефинов и присадок. Экологические характеристики можно определить, например, с точки зрения содержания ароматических соединений, олефинов, бензола, оксигенатов, летучести и серы (свинец запрещен в большинстве стран). Свойства топлива регулируются законодательством и стандартами на топливо. Существует также ряд других региональных и национальных стандартов на топливо.

В Европе Директива о качестве топлива 2009/30/EC определяет требования к основным характеристикам топлива для бензина. Европейский стандарт EN 228 включает более обширные требования, чем Директива по качеству топлива, для обеспечения надлежащего функционирования бензина на рынке. CEN (Европейский комитет по стандартизации) разрабатывает стандарты в Европе.

В США ASTM D 4814 является спецификацией для бензина. Стандарт ASTM включает ряд классов, изъятий и исключений с учетом климата, региона и, например, содержания этанола в бензине. В 2011 году Агентство по охране окружающей среды США приняло отказ от использования смеси этанола 15 об.% для автомобилей 2001 года и новее. В США бензино-оксигенатные смеси считаются «практически аналогичными», если они содержат углеводороды, алифатические эфиры, алифатические спирты, отличные от метанола, до 0,3 об. % метанола, до 2,75 об.% метанола с равным объемом бутанола или спирт с более высокой молекулярной массой. Топливо должно содержать не более 2,0 мас.% кислорода, за исключением топлива, содержащего алифатические эфиры и/или спирты (за исключением метанола), которые не должны содержать более 2,7 мас.% кислорода. В США для автомобилей FFV разрешено так называемое топливо серии P, состоящее из бутана, пентанов, этанола и сорастворителя метилтетрагидрофурана (MTHF), полученного из биомассы.

Производители автомобилей и двигателей определили рекомендации по топливу во «Всемирной топливной хартии» (WWFC). Категория 4 является наиболее строгой категорией WWFC для «рынков с дополнительными повышенными требованиями к контролю выбросов, позволяющими использовать сложные технологии последующей обработки NOx и твердых частиц».

Отдельные требования и свойства топлива показаны в таблицах 1 и 2 ниже.

Таблица 1. Отдельные требования к свойствам бензина в Европе и США, а также рекомендации автопроизводителей (WWFC). Полные требования и стандарты можно получить в соответствующих организациях.

Таблица 2. Примеры некоторых неограниченных свойств бензина.

Дизельное топливо – законодательство и стандарты

Двигатель и технологии доочистки выхлопных газов предъявляют требования к качеству топлива. Основные анализы топлива были разработаны для проверки общих характеристик и работоспособности топлива в двигателях внутреннего сгорания. Свойства топлива, важные с точки зрения окружающей среды, такие как совместимость топлива с устройствами ограничения выбросов, были определены впоследствии. Функциональность и общие характеристики дизельного топлива можно определить, например, с точки зрения качества воспламенения, перегонки, вязкости и присадок. Экологические характеристики можно определить по содержанию ароматических соединений и серы.

Свойства топлива регулируются законодательством и стандартами на топливо. В Европе Директива о качестве топлива 2009/30/EC определяет требования к основным свойствам дизельного топлива. Европейский стандарт EN 590 включает более обширные требования, чем Директива по качеству топлива, для обеспечения надлежащей функциональности дизельного топлива на рынке. В Европе стандарты разрабатывает CEN (Европейский комитет по стандартизации).

В США ASTM D 975 является спецификацией для дизельного топлива. Стандарт ASTM включает несколько классов. Существует также ряд других региональных и национальных стандартов на топливо.

Производители автомобилей и двигателей определили рекомендации по топливу во «Всемирной топливной хартии» (WWFC). Категория 4 является наиболее строгой категорией WWFC для «рынков с дополнительными повышенными требованиями к контролю выбросов, позволяющими использовать сложные технологии последующей обработки NOx и твердых частиц».

Отдельные требования и свойства топлива показаны в таблицах 3 и 4 ниже.

Таблица 3. Отдельные требования к свойствам дизельного топлива в Европе и США вместе с рекомендациями автопроизводителей (WWFC). Полные требования и стандарты можно получить в соответствующих организациях.

Таблица 4. Примеры некоторых неограниченных свойств дизельного топлива. a,b

Технология двигателя

БЕНЗИН – Бензиновые двигатели с искровым зажиганием являются основным источником энергии для легковых автомобилей. Двигатели с искровым зажиганием просты и дешевы по сравнению с дизельными двигателями с воспламенением от сжатия. Кроме того, стехиометрическое соотношение воздух-топливо позволяет использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), который способен восстанавливать монооксид углерода (CO), углеводороды (HC) и оксиды азота (NO 9).0081 x ) излучения одновременно и эффективно. Недостатком двигателей с искровым зажиганием является их более низкий КПД по сравнению с двигателями с воспламенением от сжатия. Поэтому расход топлива двигателей с искровым зажиганием выше, чем у двигателей, работающих на дизельном топливе, как в энергетическом, так и в объемном выражении.

Бензиновые автомобили с карбюраторными двигателями выпускались до конца 1980-х гг. Сегодня двигатели с искровым зажиганием представляют собой двигатели с распределенным впрыском топлива, в основном с многоточечным впрыском топлива (MPFI, впрыск топлива во впускной канал). В 19В 90-х годах на рынке появились двигатели с искровым зажиганием и непосредственным впрыском, отличающиеся более высоким КПД и меньшим расходом топлива. Модели, работающие на обедненной смеси с избытком воздуха, также были представлены в 1990-х годах, но вскоре исчезли с рынка. Двигатели с искровым зажиганием, как с непрямым, так и с непосредственным впрыском, теперь основаны на стехиометрическом соотношении воздух/топливо и оснащены катализатором TWC.

Выбросы выхлопных газов двигателей с искровым зажиганием, использующих стехиометрическое соотношение воздух/топливо, можно эффективно контролировать с помощью трехкомпонентного катализатора (TWC). В ТВС происходит окисление оксида углерода и несгоревших углеводородов одновременно с восстановлением оксидов азота. С TWC даже больше 9Достигнуто 0% снижение выбросов CO, HC и NO x при выходе из двигателя, а выбросы происходят в основном при холодном запуске или резком ускорении. Однако в некоторых условиях катализатор TWC может генерировать выбросы аммиака и закиси азота. TWC эффективно работают только в очень узком лямбда-диапазоне, близком к стехиометрическому соотношению воздух/топливо, и поэтому TWC нельзя использовать в двигателях, работающих на обедненной смеси, таких как дизельные двигатели. Преимущество обедненной смеси будет заключаться в улучшении расхода топлива, но за счет увеличения выбросов NO 9.Выбросы 0081 x . Рециркуляция отработавших газов (EGR) является одной из распространенных технологий, используемых для снижения выбросов NO x дизельных двигателей, а также используется в двигателях с искровым зажиганием. Для автомобилей с искровым зажиганием с непосредственным впрыском выбросы твердых частиц высоки, и поэтому могут потребоваться сажевые фильтры.

Современные двигатели с искровым зажиганием менее чувствительны к топливу, чем двигатели предыдущих поколений, а абсолютные массовые выбросы низки. Однако при холодном пуске, тяжелых условиях вождения и низких температурах могут быть большие различия, абсолютные и относительные, между видами топлива для всех автомобилей. В прошлом карбюраторные двигатели были особенно чувствительны к топливу, например, возникали проблемы с управляемостью и паровыми пробками. Большинство современных автомобилей, работающих на бензине, могут выдерживать содержание этанола не менее 10 об.% в Европе и США9.0007

ДИЗЕЛЬ – Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия благодаря своему высокому КПД являются основным источником энергии в большегрузных транспортных средствах из-за их высокого КПД. Сегодня дизельные двигатели становятся все более популярными и в легковых автомобилях. Устройства контроля выбросов и внутренние решения двигателя оказывают решающее влияние на выбросы выхлопных газов. Дизельные двигатели работают на бедной смеси, что снижает расход топлива, но за счет увеличения выбросов оксидов азота (NO x ). № 9Выбросы 0081 x образуются из азота в воздухе при высоких температурах. Еще одной проблемой дизельных двигателей являются высокие выбросы твердых частиц (ТЧ).

Избирательная каталитическая нейтрализация (SCR) и рециркуляция отработавших газов (EGR) являются распространенными технологиями, используемыми для снижения выбросов NO x дизельных двигателей. EGR — это внутренняя технология двигателя, тогда как SCR — это устройство дополнительной обработки выхлопных газов с использованием восстановителя, такого как аммиак или мочевина. При рециркуляции отработавших газов часть выхлопных газов возвращается в цилиндры двигателя, что снижает температуру сгорания и, следовательно, NO 9.Выбросы 0081 x . Высокий коэффициент рециркуляции отработавших газов может привести к проблемам с чистотой двигателя, а выбросы твердых частиц могут увеличиться. Катализатор окисления снижает выбросы летучих органических соединений. Сажевые фильтры эффективно снижают выбросы твердых частиц.

Ссылки

Чиба, Ф., Ичиносе, Х., Морита, К., Йошиока, М., Ногучи, Ю. и Цугагоши, Т. Влияние этанола высокой концентрации на двигатель SI

Дегалдо, Р. ., Араужо, А. и Фернандес, В. (2007) Свойства бразильского бензина, смешанного с гидратированным этанолом, для технологии гибкого топлива. Технология переработки топлива 88 (2007) 365-368.

Выбросы (2010 г.) Технический документ SAE 2010-01-1268.

Заявление EMA. (2010) Техническое заявление об использовании кислородсодержащих бензиновых смесей в двигателях с искровым зажиганием. Ассоциация производителей двигателей. Январь 2010 г. http://www.enginemanufacturers.org/.

Кабасин Д. и др. (2009) Форсунки с подогревом для холодного запуска на этаноле. Технический документ SAE 2009-01-0615.

Лупеску, Дж., Чанко, Т., Ричерт, Дж. и ДеВриес, Дж. (2009 г.) Очистка выбросов транспортных средств от сжигания Е85 и бензина с катализируемыми ловушками углеводородов. Общество Автомобильных Инженеров. Технический документ 2009 г.-01-1080.

Мерфи, М. (1998) Варианты моторного топлива для дизельных двигателей большегрузных автомобилей: свойства и характеристики топлива. Баттель.

Муртонен Т., Аакко-Сакса П., Куронен М., Микконен С. и Лехторанта К., Выбросы дизельных двигателей большой мощности и транспортных средств, использующих топливо FAME, HVO и GTL с DOC+ и без него ПОК после обработки. Международный журнал топлива и смазочных материалов SAE, 2010: 2, стр. 147-166. Также как технический документ SAE 2009-01-2693. 20 р.

Оуэн, К. и Коли, Т. (1995) Справочник автомобильных топлив. Общество Автомобильных Инженеров. Уоррендейл. ISBN 1-56091-589-7.

Уэст, Б., Лопес, А., Тайсс, Т., Грейвс, Р., Стори, Дж. и Льюис, С. (2007) Экономия топлива и выбросы биомощности Saab 9-5, оптимизированной для этанола. Технический документ SAE 2007-01-3994.

Что такое дизельные выбросы

Что такое дизельные выбросы

В. Адди Маевски

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

  • Газообразные выбросы
  • Твердые частицы в выхлопных газах

Abstract : Регулируемые выбросы от двигателей внутреннего сгорания включают NOx, PM, HC и CO. С момента принятия первых норм выбросов выбросы загрязняющих веществ от дизельных двигателей были сокращены на целых два порядка. Более поздние правила выбросов также вводят ограничения на выбросы CO 2 и другие парниковые газы.

  • Введение
  • Регулируемые выбросы
  • Нерегулируемые выбросы
  • Уровни выбросов дизельных двигателей

Дизельный двигатель, как и другие двигатели внутреннего сгорания, преобразует химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию. Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, которая при идеальном сгорании образует только двуокись углерода (CO 2 ) и водяной пар (H 2 O). Действительно, выхлопные газы дизельных двигателей в основном состоят из CO 2 , H 2 O и неиспользованная часть наддувочного воздуха двигателя. Объемные концентрации этих газов в дизельных выхлопах обычно находятся в следующих диапазонах:

  • CO 2 — 2 … 12%
  • Н 2 О — 2 … 12 %
  • О 2 — 3 … 17 %
  • N 2 — баланс.

Концентрации зависят от нагрузки двигателя, при этом содержание CO 2 и H 2 O увеличивается, а содержание O 2 уменьшается с увеличением нагрузки на двигатель. Ни один из этих основных выбросов дизельного топлива (за исключением CO 2 из-за его свойств парниковых газов) не оказывает неблагоприятного воздействия на здоровье или окружающую среду.

Выбросы дизельных двигателей также включают загрязняющие вещества, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье и/или окружающую среду. Большинство этих загрязняющих веществ возникает в результате различных неидеальных процессов при сгорании, таких как неполное сгорание топлива, реакции между компонентами смеси при высокой температуре и давлении, сгорание моторного масла и масляных присадок, а также сгорание неуглеводородных компонентов дизельного топлива. топливо, такое как соединения серы и присадки к топливу. Обычные загрязнители включают несгоревшие углеводороды (HC), монооксид углерода (CO), оксиды азота (NOx) или твердые частицы (PM). Общая концентрация загрязняющих веществ в выхлопных газах дизельных двигателей обычно составляет несколько десятых процента — это схематично показано на рис. 1. Значительно меньшие, «близкие к нулю» уровни выбросов загрязняющих веществ выбрасываются современными дизельными двигателями, оснащенными устройствами доочистки выбросов, такими как NOx. восстановительные катализаторы и сажевые фильтры.

Рисунок 1 . Относительная концентрация выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах дизеля

Представитель дизельных двигателей до внедрения усовершенствованной доочистки

Существуют и другие источники, которые могут способствовать выбросу загрязняющих веществ из двигателей внутреннего сгорания, обычно в небольших концентрациях, но в некоторых случаях содержащие высокотоксичные материалы. Эти дополнительные выбросы могут включать металлы и другие соединения в результате износа двигателя или соединения, выбрасываемые каталитическими нейтрализаторами (в результате истирания катализатора или улетучивания твердых соединений при высоких температурах выхлопных газов). Формированию новых частиц, обычно не присутствующих в выхлопных газах двигателя, также могут способствовать катализаторы. Это, по-видимому, особенно имеет место, когда катализаторы вводятся в камеру сгорания. Например, некоторые присадки к топливу, так называемые «топливные катализаторы», используемые для поддержки регенерации сажевых фильтров, связаны с выбросами высокотоксичных диоксинов и фуранов 9.0210 [2532] . Возможность новых выбросов следует учитывать всякий раз, когда в топливо или смазочное масло вводятся присадки (каталитические или нет), а также когда в выхлопные газы вводятся жидкости. Хорошо известным примером является мочевина, используемая в качестве восстановителя NOx в каталитических системах SCR — выбросы двигателей SCR могут включать аммиак, а также ряд продуктов неполного разложения мочевины.