Автомобілі на бензині та дизелі IFPEN

З моменту свого винаходу автомобіль в основному живиться від 4-тактного теплового двигуна внутрішнього згоряння. У Європі він в основному заправляється бензином (двигун із іскровим запалюванням) або дизелем (дизельний двигун).

Значний технологічний прогрес дозволив підвищити ефективність роботи теплових двигунів з метою економії енергії та різкого зменшення викидів забруднюючих речовин. Екологічна проблема лежить в основі досліджень з розробки двигунів.

Робота двигуна внутрішнього згоряння

Автомобільний двигун внутрішнього згоряння, як правило, складається з кілька камер згоряння. Кожен з них розмежований головкою блоку циліндрів, циліндром і поршнем.

Архітектура двигуна також базується на кінематика шатуна-кривошипа що дозволяє трансформувати зворотно-поступальний прямолінійний рух (зміщення поршня) у обертальний рух (обертання колінчастого вала).

згоряння паливної суміші (повітряно-паливна суміш) в камері в результаті кожного циклу збільшується тиск газу, що дозволяє приводити в рух поршень і шатун-кривошипну систему.

колінчастий вал будучи з'єднаним з механічними компонентами трансмісії (редукторами, валами передач тощо), його рух дає можливість керувати колесами транспортного засобу. Коробка передач дозволяє адаптувати швидкість обертання коліс до швидкості обертання двигуна.

продуктивність двигуна в першу чергу залежать від кількості енергії, що виділяється при згорянні, а отже, і від кількості паливної суміші, що знаходиться в камері згоряння. Таким чином, вони безпосередньо пов'язані з об'ємом камери (робочий об'єм), кількістю приміщень або циліндрів двигуна (загальний робочий об'єм) та кількістю впорскуваного палива.

Чому назва "4-тактний двигун" ?

Це 4 рази, необхідні для циклу перетворення хімічної енергії, що міститься в паливі, в механічну.. Кожен момент часу відповідає півоберту обертання колінчастого вала (підйом або падіння поршня). Часи 1 і 4 присвячені переносу газу (надходження свіжого газу та вихлопу згорілого газу), рази 2 і 3 - час, необхідний для підготовки та проведення горіння та перетворення його в механічну енергію.

Для двигуна з позитивним запалюванням з непрямим впорскуванням це 4 такти:

Вступ (заповнення балона). Поршень опускається вниз і всмоктує повітряно-паливну суміш.
Стиснення. Поршень піднімається, стискаючи повітряно-паливну суміш, для запалення суміші утворюється іскра.
Горіння-Релаксація. Цей час відповідає розвитку горіння та розширенню згорілих газів: поршень штовхається вниз, хімічна енергія перетворюється на механічну.
Вихлоп (злиття згорілих газів з балона). Поршень піднімається вгору і евакуює згорілі гази.

Для дизельного двигуна із запалюванням від стиску та безпосереднім уприскуванням, 4 удари відбуваються однаково з двома відмінностями:

Це єчисте повітря, яке надходить і стискається протягом разів 1 і 2, потім паливо вводиться безпосередньо в циліндр (шляхом впорскування) в кінці стиснення,
суміш самозаймається, безіскровий, через підвищення температури повітря внаслідок його стиснення.

Цетанове число/октанове число

Цетанове число характеризує здатність дизельного палива самозайматися.

Октанове число характеризує здатність бензину протистояти самозайманню, щоб захистити себе від горінь, не контрольованих електричною іскрою (ненормальне горіння, стукіт).

Що таке горіння ?

Для досягнення повного згоряння 1 г звичайного палива (бензину або дизеля) теоретично потрібно приблизно 14,6 г повітря. Ця ідеальна суміш називається стехіометричною сумішшю.

бензинові двигуни з непрямим впорскуванням працюють переважно зі стехіометрією. Після введення в двигун однорідної суміші повітря і бензину горіння (займання суміші) ініціюється іскрою (контрольоване запалювання). Горіння призводить до поширення фронту полум’я, який охоплює всю камеру.

діючі бензинові двигуни з безпосереднім уприскуванням: повітря надходить через впуск і паливо, як і в дизельному двигуні, надходить безпосередньо в камеру згоряння, що дозволяє більш точно контролювати впорскування. Більше не існує повітряно-паливного преміксу, це тоді так звана стратифікована суміш. Горіння завжди ініціюється іскрою (позитивне запалювання).

дизельні двигуни оперувати надлишком повітря. Дизельне паливо впорскується під тиском у масу попередньо стисненого повітря. Горіння ініціюється самозайманням (компресійним займанням). Кажуть, що горіння стратифіковане або неоднорідне, оскільки воно відбувається в середовищі, що складається як з дуже багатих паливом областей (розташованих, зокрема, біля носа форсунки), так і в дуже бідних областях (біля стінки циліндра).

Паливо

У Європі бензинові двигуни забезпечують двигуни з іскровим запалюванням, а дизельні двигуни на дизельному паливі. Це два основні готові продукти з переробки сирої нафти, і їх рецептура змінюється відповідно до вимог двигунів, особливо до екологічних норм, що стосуються якості повітря та зменшення викидів парникових газів.

Біопаливо можна змішувати безпосередньо з бензином та дизелем на різних рівнях та без особливої адаптації двигуна, отримуючи вигоду від існуючих розподільчих мереж. У Франції дизель B7, що продається на насосі, зазвичай містить до 7 % (за обсягом) біопалива та бензину Е10 до 10%.

Яка ефективність двигуна ?

Двигун є трансформатором хімічної енергії в механічну. Ефективність двигуна - це співвідношення між енергією, що подається на двигун (хімічна енергія, що міститься в паливі), і поверненою механічною енергією. Важливо оптимізувати цей урожай, щоб уникнути втрат енергії, особливо в контексті сталого розвитку.

В оптимальних умовах експлуатації, сьогодні автомобільний двигун пропонує максимальну ефективність:

близько 36% для бензинового двигуна,
і 42% для дизельного двигуна.

Це означає, що в найбільш сприятливих робочих точках трохи більше третини енергії, що подається паливом, перетворюється в енергію, корисну для руху автомобіля вперед, а решта переважно розсіюється у вигляді тепла у повітрі. Однак ці оптимальні умови відповідають використанню двигуна при великих навантаженнях.

максимальна потужність що двигун повинен доставити, визначається:

маса транспортного засобу,
її Максимальна швидкість,
і його схвалення використання (боротьба з інерцією, пов’язаною з вагою, стійкістю до повітряного руху, потенціалом прискорення).

Однак, як правило, автотранспортні засоби використовуються під час коротких поїздок у населених пунктах, що в кінцевому підсумку призводить до навантаження на двигуни при низьких навантаженнях. За цих умов урожайність погіршується, значення досягають лише 15%.

У цій галузі докладаються великі зусилля з досліджень та розробок з метою покращення роботи двигуна за будь-яких умов використання автомобіля.

У місті ефективність двигуна погіршується і досягає лише 15%.

Обробка забруднюючих викидів

Подальша обробка викидів

Це крок трансформації вихлопних газів між двигуном і глушником, щоб отримати менше викидів забруднюючих газів.

В даний час існує два основних способи проведення подальшої обробки викидів:

каталітичний нейтралізатор який в основному перетворює CO, HC і NOx, а також зменшує частки сажі (розчинна органічна фракція, що присутня на частинках),
фільтр для частинок який зберігає частинки, а потім періодично спалює їх (приблизно кожні 500 км) в ідеально контрольованих умовах.

Інші технології впроваджуються для подальшого вдосконалення обробки викидів, включаючи уловлювачі оксиду азоту та каталіз "SCR" (з ін'єкцією певного відновника, сечовини).

Зниження забруднення у джерела

Обробка забруднення проводиться у джерела в камері згоряння. Можливі два шляхи:

оптимізація традиційного горіння завдяки впровадженню нових технологій (уприскування, наддув тощо),
здійснення нові режими згорянняоднорідні.

Двигун, присвячений природному газу

Двигуни на природному газі часто є результатом переробки існуючих дизельних або бензинових двигунів. Але розробляються і двигуни, спеціально розроблені для природного газу.

Паливо на природному газі: СПГ

Він зберігається і використовується в газоподібному вигляді. Він розповсюджується у спеціальній СТО або через індивідуальний компресор, підключений до домашньої мережі.

І біоНГВ ?

Хоча СПГ походить з викопних джерел, bioGNV отримують при метанізації органічних відходів: побутові відходи, мул з очисних споруд, сільськогосподарська продукція та косіння зелених насаджень, залишки від харчової промисловості чи колективного харчування тощо.

Менше викидів CO2

Ці спеціальні двигуни дозволяють a зменшення викидів CO2 приблизно на 5-10% порівняно з дизельним двигуном.
Крім того, вихлопні гази не містять оксидів сірки і мало частинок.

Автомобільний парк СПГ

Дещо В даний час по всьому світу знаходиться в обігу 19 мільйонів транспортних засобів із загальноприйнятим повітрям, або 2% автопарку. Як правило, саме в країнах, де ресурси природного газу та заправні станції найбільш розвинені, газове паливо є найбільш успішним. Не забуваючи про ціну на насосі, яка відображає вирішальний фактор у виборі споживачів.

У світовому масштабі лідирує Іран, який перебуває в обігу понад 3,5 мільйона транспортних засобів, що працюють на ПГ, а потім Китай і Пакистан. У Латинській Америці Аргентина та Бразилія займають 4-е та 5-е місця. Європейська столиця NGV, Італія, знаходиться на 7-му місці у світовому рейтингу.

Проблема зберігання та постачання

СПГ і сьогодні має щоденні недоліки. Танки важкі та громіздкі. Цю нестачу, як і втрату потужності порівняно з бензином, можна було б виправити в майбутньому інноваціями, що розробляються.