КОНВЕНЦИОНАЛНИ ГОРИВА Карлос Суса, AGENEAL Агенция за управление на енергията - Алмада

Алтернативни горива и автомобили

www.transportlearning.net

КОНВЕНЦИОНАЛНИ ГОРИВА

Карлос Суса,

AGENEAL

Агенция за управление на енергията - Алмада



ДИЗЕЛОВИ И БЕНЗИНОВИ ДВИГАТЕЛИ

• 4-тактов цикъл

• Основни

компоненти

• Помощни системи



4-тактов Дизелов Двигател

ВСМУКВАНЕ

Въздухът навлиза в цилиндъра



КОМПРЕСИЯ

При затоворени клапи, буталото се повдига и сгъстява въздуха в цилиндъра

Повишава се температурата и налягането




ИНЖЕКЦИЯ

Горивото се инжектира в цилиндъра при високо налягане след компресирането на въздуха




ЕКСПАНЗИЯ

Горивото се запалва при контакта с горещия въздух

Генерира се механична енергия на мотора




ИЗПУСКАНЕ

След изгарянето, горещите газове напускат цилиндъра през ауспуха




ВСМУКВАНЕ КОМПРЕСИЯ ЕКСПАНЗИЯ ИЗПУСКАНЕИНЖЕКЦИЯ

COMBUSTÃO




Сътоношение на компресията =

resV

Vmax



ОСНОВНИ КОМПОНЕНТИ НА ДВИГАТЕЛЯ



• Бутало – Предава движението на

мотовилката

• Мотовилка – Предава движенеито

към коляновия вал

• Колянов вал – Трансформира

движението във въртеливо движение

ОСНОВНИ КОМПОНЕНТИ НА ДВИГАТЕЛЯ









• Разпределителна (отваряне / затваряне на клапите)

• Охладителна (предпазва компонентите от прегряване)

• Смазочна (намалява триенето, почиства компоненетите, и т.н.)

• Горивна (резевоар за гориво)

ОСНОВНИ ПОМОЩНИ СИСТЕМИ



Двоен горно разпределителенвал

Страничен разпределителен вал

РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ



РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ



Цели

ОХЛАЖДАЩА СИСТЕМА

1. Компоненти на охлаждащата система:

Запазва двигателя на подходяща работна темпрература

(т.е. предпазват компонентите от прегряване)

Запазват физичните и химичните характериситки на

маслото (влошава характеристиките си при висока

темпратура)

2. Осигуряват топлина за климатизиране купето на автомобила

3. Подобрява студеното запалване



• Водна помпа

• Термостат

• Радиатор

• Вентилатор

• Отоплителна

система

ОХЛАЖДАЩА СИСТЕМА



Фукцията на моторното масло е много повече от това да смазва.

Маслото има освен това и:

•Голяма почтистваща и разпръскваща сила

•Голяма анти-оксидантна сила

•Добра охлаждаща способност (допринася за охлаждането на двигателя)

•Добра способност да неутрализира киселини

•Свойство да запазва качествата си при промени в температурата

СМАЗОЧНА СИСТЕМА



СМАЗОЧНА СИСТЕМА



ГОРИВНА СИСТЕМА

Цел:

• Въвежда горивото в мотора, смесва го с горещ въдух вътре в цилиндъра, изпарява, запалва и изгаря.



1. Непълна инжекция

2. Пълна инжекция

• Пълна инжекция в цилиндрите

• По-високо налягане на инжекцията

• По-скъпа и търсена технология

• Инжектори с много дюзи

ГОРИВНА СИСТЕМА



Пълна Непълна

Загуби Ниски термични загуби Високи термични загуби

между камерите

Работа Добра Недобра

Скорост Ниска скорост на мотора Висока скорост на мотора

ГоривоИизсква висококачествени

гориваРаботи с нискокачествени

горива

Инджекция Много дюзи

(по-виско налягане на инжекцията)

Една дюза(по-ниско налягане на

инжекциите)

ПЪЛНА И НЕПЪЛНА ИНЖЕКЦИЯ



Предимства Недостатъци

Нисък разход на гориво

Цена

Мощност Шум

Студено запалване Вибрации

ПЪЛНА И НЕПЪЛНА ИНЖЕКЦИЯ



ПЪЛНА ИНЖЕКЦИЯ



Смачкване и завъртане

ПЪЛНА ИНЖЕКЦИЯ



ВИДОВЕ ИНЖЕКЦИОННИ СИСТЕМИ

• Радиални и линейни помпи

• Инжекционна помпа

• Стандартна




Линейна помпа

600...700 бара 1 000 бара на върха на инжектора




Радиална помпа

1 000 до 1 500 бара на върха на инджектора



ИНЖЕКЦИОННИ СИСТЕМИ

Предимства

• Няма горивни линии с високо напрежение

• По-високи нива на инжекционо налягане

• По-малък разход на гориво

• По-добър въртящ момент и мощност при ниска скорост на мотора

Инжекционна помпа

2000 бара



Pressão máx. 1350 – 1500 barИНЖЕКЦИОННИ СИСТЕМИ

Стандартна

1 800 2 000 bar

Предимаства

• По-добър контрол на инжекцията

• Намаляване на шума и вибрациите

• Добра консумация на гориво

• Добър въртящ момент и мощност

• Намаляване на вредните емисии



ЗАРЕЖДАНЕ НА БЕНЗИНОВИ ДВИГАТЕЛИ

Един бензинов двигател всмуква:

• Смесица от въздух и гориво

• Въздух, който заедно с горивото се инжектира директно в цилиндъра – Двигатели с пълна инжекция

Source: Total



ТУРБОЗАРЕЖДАНЕ

Цел: Увеличаване на съотношението мощност/тегло

Компресорът увеличава плътността на въздуха преди да го допусне до цилиндъра

Недостатъци (свързани с атмосферните машини – “не-турбо”)

- по-висока сложност и скорост

- по-голямо термично и физично напрежение на мотора

Предимства:

• По-голям въртящ момент и мощност

• По-добра консумация на гориво









Променлива геометрия

• По-голям въртящ момент извън

рамките на скоростта на мотора

• По-ниска консумация на гориво

• По-голяма мощност




ТУРБОЗАРЕЖДАНЕ Вътрешна охлаждаща система INTERCOOLER

Цел: Подобряване на съотношението мощност/тегло

Охлажда въздуха след компресията преди въвеждането му в цилиндъра:

• По-висока маса на въздуха в цилиндрите

• Повече гориво

• По-голям въртящ момент

• По-голяма мощност



ОБРАЗУВАНЕ НА ЗАМЪРСИТЕЛИ И КОНТРОЛЗапалването в дизеловите машини се характеризира с висока концентрация на капките гориво (слабо атомизиране /изпаряване на горивото).

Основни замърсители:

• Капково вещество (PM)

• Неизгорели Въглеводороди, HC

• Въглероден окис, CO

• Азотни окиси, NOx



ОБРАЗУВАНЕ НА ЗАМЪРСИТЕЛИ И КОНТРОЛКонтрол на емисиите:

• Рециклиране на отпадните газове

• Филтри за частици

• Катализатори



ОБРАЗУВАНЕ НА ЗАМЪРСИТЕЛИ И КОНТРОЛКонтрол на емисиите

Дизел:

• Рециклиране на отпадни газове (предотвратява образуването на азотни окиси)

• Филтри за частици, активни и пасивни (PM)

• Оксидация на каталитични конвертори (HC и CO)

• Избирателна каталитична редукция (NOx в N2 и H2O)

Бензин:

• 3-странни каталитични конвертори

• Катализатори на оксидация (CO и HC в CO2 и H2O)

• Намаляване на катализаторите (NO в N2 и O2)



КАЧЕСТВО НА ГОРИВОТО, ДИЗЕЛ:

• Дизелът е производен на цетана (C10H22)

• Цетаново Число: Указва по-висок или по-нисък капацитет на горивото да се самозаплва ( по-малкото число забавя самозапалването)

• 15: Нисък капацитет за самозпалване: изоцетан

• 100: Висок капацитет за самозапалване: цетан

• Необходимо минимално цетаново число: 51

• Съдържание на сяра: По-малко от 50 ppm Гориво с ниско съдържание на сяра

• Елиминра емисиите на серен диоксид (SO2)

• Намаляване на емисиите на PM

• Под 10 pmm: Гориво без съдържание на сяра (От 2009)





HC CO NOx PM

Дизел

Бензин

ОБРАЗУВАНЕ НА ЗАМЪРСИТЕЛИ И КОНТРОЛ



ЕВРОПЕЙСКИ СТАНДАРТИ ЗА ЕМИСИИТЕ

Стандарт Година CO HC HC + NOx NOx PM

Евро 1 1992 2.72 - 0.97 - 0.14

Евро 2 - IDI 1996 1.00 - 0.70 - 0.08

Евро 2 – DI 1999 1.00 - 0.90 - 0.10

Евро 3 2001 0.64 - 0.56 0.50 0.05

Евро 4 2005 0.50 - 0.30 0.25 0.025

Леки Дизелови Автомобили 2.5t (стойности в

g/km)



ЕНЕРГИЙНА ЕФЕКТИВНОСТ

ВЪРТЯЩ МОМЕНТ

Енергия генерирана при едни завъртане на мотора в резултат на запалването на горивото [kg.m или N.m].

1 kg.m=9.8 N.m

Колкото по-голям е въртящия момент, толкова по-ефективен е моторът за дадена скорост

МОЩНОСТ

Енергия генерирана за единица време [W или CV].

1kW = 1,36 CV

1 CV = 0,736 kW




Крива на въртящия момент

• Показва въртящия момент в целия обхват на оборотите при максимално натоварване на двигателя (отворен клапан).

• Трябва да бъде колкото се може по-плоска, което означава добра реакция на мотора при всички обороти на двигателя.

• RPM x N.m (или kg.m)




Крива на мощност

• Показва разпределението на мощността в скоростния диапазон на двигателя, при максимално натоварване на двигателя (отворен клапан).

• RPM x kW (или CV)




• CO2 емисии на литър: При бензина са малко по-ниски отколкото при дизела

• CO2 емисии на км: Дизеловите автомобили използват по-малко гориво....и отделят по малко CO2

• Енергийната ефективност е функция на нивото на компресия

• Дизеловите мотори използват различни съотношения на горивото към въздуха

• Бензиновите мотори използват постоянно съотношение въздух-гориво (горивовъздушна смес: 14.7 към 1), независимо от скоростта и товара

• Дизеловите мотори имат директно всмукване и съотношението въздух-гориво при изключена скорост може да варира от 1 до 100, като дава по-голяма ефективност отколкото при бензиновите мотори




Ниво на компресия

Тео

рети

чна

ефек

тивн

ост

Дизелов двигател

Бензинов

двигател

resV

Vmax




Полезна работа

Идеален процес

Горивовъздушни загуби

Загуби от заплване

Загуби от скоростта

Заг

уби

Загуби от триене

Загуби

87%

Бензинов двигател, градско шофиране



ДИЗЕЛ И БЕНЗИН

Дизел Бензин

Прием Въздух Въздух и гориво

Запалване

Автоматично запалване, породено от високото налягане и тепмература вътре в цилиндъра

Заплаване с искра

Гориво

Трябва лесно да се изпарява и да се запалва автоматично (високо цетаново число)

Трябва да бъде устойчиов на автоматично запалване (високо октаново число)

Съотношение на компресия

Възможно най-високо (15 до 24)

Ограничено от характеристиките на горивото (9 до 12)

Ефективност ~35% По-малко от 30%

Турбозареждане Винаги, когато е възможно. Повишава ефективността и подобрява запалването

Нововъведение, което става все по-популярно



ДИЗЕЛ И БЕНЗИН

Дизел Петрол

Консумация на гориво Ниска Висока

Цена на горивотоОбикновено по-ниска, нозависи от данъчната политика на всяка страна

Висока

Тегло Тежки По-леки и компактни

Старт Почти незабавен Незабавен

Вибрация и шум Висок Нисък

Скорост на мотораОграничен от характериситките на цикъла и горивото

Висока



АВТОМОБИЛНАТА ИНДУСТРИЯ – ЕДИН ИНТЕРЕСЕН ФАКТ

През 1976, Volkswagen въведе обозначението “GTI”, но не го регистрира.

Почти всички производители на автомобили го използват!!

Но, през 1991, Volkswagen въведе обозначението “TDI” и го регистрира. Резултатът беше....



АВТОМОБИЛНАТА ИНДУСТРИЯ – ЕДИН ИНТЕРЕСЕН ФАКТ

TDI – VAG Group TiD - Saab

JTD - Alfa, Fiat, Lancia D- 4D - Toyota

d - BMW D5- Volvo

CRD - Chrysler, Jeep HDI - Peugeot, Citroën

TDdi - Ford Di-D – Mitsubishi

TDCi - Ford dTi - Renault

CDTi - Honda dCi - Renault

CRDi - Hyundai CDT – Rover

DvTdi – Mazda DTI – Opel

DiTD – Mazda

CDI – Mercedes

DDTi – Nissan



РЕЗЮМЕПредимства на дизеловите мотори:

• По-добра енергийна ефективност: изплозват по-малко гориво/енергия (работят при по-високи съотношения на компресия)

Предимства на бензиновите мотори:

• По-добро студено запалване

• По-малко шум и вибрации

• По-голяма еластичност (по-висока скорост на мотора)

• По-леки

• По-голяма мощнсот за същия размер на мотора



РЕЗЮМЕИнвестициите в дизеловите мотори/технологии целят:

• Подобрят атомизацията на горивото (по-високо налягане на инжекцията)

• Подобрят потока вътре в цилиндъра

• Оптимизират инжекцията за да намлаят шума и вибрациите

• Максимизират мощността и въртящия момент без промяна на разхода на гориво (оптимизират турбозареждането)

• Отимизират горивната инжекция за да намалята разхода на гориво (т.е. инжексционните технологии)



Петролните компании работят за да:

• Повишват цетановото число

• Намалят съдържанието на сяра

РЕЗЮМЕ



С балгодарност на Проф. Тиаго Фариас

Технически Университет - Лисабон



Благодаря за вниманието!

Documents

КОНВЕНЦИОНАЛНИ ГОРИВА Карлос Суса, AGENEAL Агенция за управление на енергията - Алмада