Virbactd.ru

Авто шины и диски
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электромобиль — не панацея: как изменится рынок топлива в будущем

В середине 2010-х годов многие страны официально заявили — будущее за электромобилями. Они обещали сократить объемы производства машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), предлагали льготы владельцам электрокаров и даже вводили ограничения на использование бензиновых и дизельных авто на отдельных улицах. Впрочем, большинство планов будут реализованы не раньше 2025 года. А пока автомобильная отрасль хоть и меняется, но не так стремительно, как прогнозировал Илон Маск и другие сторонники авто на электротяге.

Данные за первый квартал 2020 года показывают, что в большинстве стран Европы до сих пор преобладают автомобили на бензине и дизеле. Исключение — Норвегия, в которой доля электрокаров от общего числа новых машин уже превышает 50%. Альтернативные виды топлива в ЕС пока редкость — они занимают всего 1,9% рынка. При этом популярность автомобилей на газе и этаноле упала с апреля по июнь на 50%.

В российском топливном рейтинге также пока лидируют бензин и дизель: по данным "Автостата", менее 6% автовладельцев пользуется пропаном и метаном, а также другими видами топлива — в эту категорию попадают и электрокары.

А вот в Латинской Америке альтернативное топливо пользуется большим спросом. Например, в Бразилии машины на этаноле не уступают по популярности бензиновым авто. Интересно, что ставку на биотопливо из сахарного тростника государство сделало еще в 1970-е годы, впоследствии госпрограмму постоянно корректировали, учитывая колебания цен на бензин. Если он дешевел, цены на этанол тоже снижались. Также в 1990-е власти поддержали развитие FlexFuel-автомобилей, которые можно заправлять как смесью бензина и этанола, так и чистым бензином.

Пример Бразилии показывает — вектор развития топливного рынка можно менять, но для этого недостаточно одной госпрограммы или однократного введения льгот. Это подтверждают кейсы других стран, которые запускали инициативы в поддержку электрокаров, но со временем сворачивали проекты или ограничивали их применение.

Так, в конце 2019 года Tesla достигла порога в 200 тыс. проданных электромобилей на рынке США — после достижения этого лимита покупатели больше не могли получать налоговые бонусы. Льготные периоды подходят к концу и в других странах: например, в Китае размер субсидий на покупку электрокаров сокращается с каждым годом. В 2020 году он уменьшится на 10%, а в 2022 году — уже на треть.

На тенденции в отдельных странах влияют не только инициативы правительства, но также доступность природных ресурсов, развитие инфраструктуры (наличие АЗС и станций подзарядки) и общий уровень благосостояния жителей. Из-за этой комбинации факторов сложно прогнозировать, какой вид топлива станет пользоваться наибольшим спросом в будущем — скорее всего, картина будет не однородной.

Фото:из личного архива

Часть развитых стран перейдет на электромобили, часть сделает ставку на биотопливо, но многие продолжат пользоваться автомобилями с ДВС на бензине и дизеле, которые станут более экологичными. Но задача у всех общая — сократить количество выбросов CO2 и замедлить темпы глобального потепления. Разберемся, какие виды топлива укрепят свои позиции в будущем и почему электрокары — это не панацея.

Что такое ДВС и для чего он нужен?

устройство двигателя схема

Устройство двигателя

Чтобы транспорт ехал, что-то должно приводить его в движение. В разные времена это были запряженные животные, затем на смену пришли паровые и электродвигатели (да, прародители современных автомобилей появились даже раньше, чем традиционные ДВС), затем моторы, работающие на горючем топливе.

Читайте так же:
Можно ли в колонку JBL вставить флешку?

Современный двигатель внутреннего сгорания – это механизм, преобразующий энергию вспышки топлива (тепла) в механическую работу. Несмотря на достаточно громоздкую конструкцию, на сегодняшний день ДВС остается самым удобным источником энергии.

Электротранспорт, конечно, всё больше входит в обиход, но время его «заправки» сводит на нет все преимущества – канистру с электричеством в багажник не положишь.

Свое применение ДВС нашел во многих сферах: по одинаковому принципу работают автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и строительная техника, водный транспорт, двигатели самолетов, военная техника, газонокосилки… То есть, практически всё, что ездит или летает.

Рабочий цикл бензинового двигателя

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия . Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по емкостному принципу. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Читайте так же:
Можно ли печатать с телефона?

Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработавшие газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру.

Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.

Какие виды топлива могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания?

Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела.

тепловые машины

В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):

Читайте так же:
Сколько масла в коробке передач Пежо 206?

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный. В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.

двс

ДВС состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень; в цилиндре имеются два клапана, через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма соединяется с коленчатым валом, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.

Цикл работы ДВС включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300— 350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500—600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.

цикл отто двс

Паровая турбина

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

Удельная теплота сгорания топлива

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива .

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

удельная теплота сгорания

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q, её единицей является 1 Дж/кг.

Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород, наименьшую — порох.

Удельная теплота сгорания нефти — 4,4*10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10 7 Дж. В общем случае, если масса топлива равна m, то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:

Читайте так же:
Можно ли смешивать зимнюю Омывайку с водой?

Q = qm.

тепловые машины

Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».

Первичные виды и типы двигателей

Парус

Виды и типы двигателей

Одним из старейших типов двигателей, который был изобретен примерно пять с половиной тысяч лет назад, предположительно в древнем Египте, является парус. Он преобразует энергию ветра в поступательное движение. С момента изобретения этого нехитрого, на 1-й взгляд, приспособления, парус претерпел рад изменений и усовершенствований. Из обычного прямоугольного полотна, закрепленного на мачте с помощью рангоута, он эволюционировал в сложные трехмерные формы и изготавливается из современных композитных материалов.

Применяется для придачи движения, в основном, водным судам, но также находит применение и на наземных транспортных средствах, в основном спортивного и развлекательного назначения.

Водяное колесо

Виды и типы двигателей

Водяное колесо – не менее древний тип двигателя чем предыдущий. По некоторым данным первая мельница с приводом от конструкции в виде колеса, приводимого в движение водой, появились в Иллирии во II веке до нашей эры.

С тех пор сфера использования водяных колес расширялась и охватила такие виды деятельности как: Ирригация (орошение), суковальное дело, изготовление бумаги, кузнечное дело, распиловка, ткацкое производство, получение электричества.

Таким образом, появление этого типа двигателя привело к промышленной революции в Англии в конце XIII столетия. А немного позже во Франции и Германии.

К XVI веку двигатели, работающие на энергии воды, применялись более чем в сорока различных производствах. И только в конце XIX века их стали заменять на паровые машины.

И даже сейчас, в эру цифровой техники, они стоят на службе человечества – именно с помощью гидроэлектростанций получают примерно 24% всей электроэнергии в мире.

Виды и типы двигателей – использование ветра

Виды и типы двигателей

Еще одним из древнейших типов двигателей является ветряной двигатель, ярким представителем которого стала ветряная мельница. Ее жернова приводятся в действие при помощи огромных крыльев, вращающихся под напором ветра.

Считается, что ветряные мельницы появились в Вавилоне примерно 1750 году до нашей эры. А закат ВМ произошел совсем недавно, в конце XIX столетия с появлением более мощных паровых механизмов.

Однако, и в наши дни, ветер используют для получения электричества. Все большее распространение набирают современные ветрогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. Во многих странах, в том числе и в России (в Ставропольском крае) строятся огромные поля с «ветряками». Лидируют в области ветроэнергетики США, Великобритания, Канада, Дания, Германия, Китай.

Паровой двигатель

Виды и типы двигателей

Паровая машина, относится к первичным двигателям внешнего сгорания, который трансформирует давление водяного пара в возвратно-поступательное движение поршня, а в последствии во вращение вала.

Первейшее из известных устройств, которое приводилось в действие с помощью пара, описывается Греческим математиком и механиком Героном Александрийским (Iв. н. э), где пар, вырывающийся из сопел, расположенных на шаре, заставлял его крутиться.

Первой действующей паровой машиной считается установка, построенная физиком из Франции Дени Папеном в XVII столетии. Она представляла собой цилиндр, в котором под давлением пара поднимался поршень, а когда пар сгущался, поршень под силой атмосферного давления воздуха опускался назад.

Российские инженеры тоже не отставали. В 1766г. Иван Ползунов создал механизм, работающий непрерывно под действием пара и представляющий собой два цилиндра с поршнями.

Читайте так же:
Можно ли подключить беспроводные наушники к компу?

С тех пор началась эпоха паровых двигателей, которые начали использовать повсеместно. На производстве для привода оборудования и станков и в транспорте. С появлением ПД широкое развитие получили железнодорожный и водный транспорт, свет увидел паровозы и пароходы.

И лишь ко второй половине XX в. На смену паровым машинам пришли электродвигатели и ДВС.

Виды и типы двигателей – двигатель внутреннего сгорания

Виды и типы двигателей

В отличии от двигателей внешнего сгорания в этом типе двигателей топливная смесь сгорает внутри рабочей камеры. Сегодня существует огромное количество типов и видов ДВС, различающихся назначением, способом отдачи мощности и многими другими параметрами.

Таким образом, на сегодняшний день существуют ДВС:

  • Поршневые – в камере сгорания (в цилиндре) поршень, под действием воспламеняющейся топливно-воздушной смеси, совершает возвратно-поступательные движения, которые посредством кривошипно-шатунного механизма преобразуются во вращение.
  • Роторно-поршневые – в полости специальной конфигурации, эксцентрично вращается ротор треугольной формы, тем самым создавая области сжатия, где происходит воспламенение ТВС. Таким образом, энергия топлива сразу преобразуется во вращение ротора.
  • Газотурбинные – топливно-воздушная смесь, окисляясь в камере сгорания, с огромной скоростью устремляется наружу, проходя через лопатки турбины и вращая ее. Усилие от турбины передается на вал. Воздух, перед тем как попасть в камеру, сжимается компрессором, а топливо впрыскивается непосредственно в окислительную камеру. – окисляясь в КС топливо, с большой скоростью вырывается из сопла, сообщая тем самым поступательное движение в противоположную сторону двигателю и всему на чем он закреплен.
  • Турбореактивные – реактивный двигатель, способный работать только в атмосфере земли, ввиду того что, использует атмосферный кислород в качестве окислителя. Имеет те же части и компоненты, что и газотурбинный. В отличии от ГТД, в ТРД турбина используется только для привода вспомогательных агрегатов (топливного насоса, генератора, бустерного насоса и т. д.)
  • Турбовинтовые – разновидность газотурбинного, крутящий момент передается непосредственно на воздушный винт. При невысоких скоростях полета, имеет более высокий КПД.

Как же понять, какое топливо использовать?

Для начала, обратиться к инструкции. Каждый производитель, исходя из специфики своих моделей и их двигателей, рекомендует определенное процентное содержание нитрометана. Если же, по какой-то причине, инструкции нет или там не указана эта информация, можно ориентироваться на топливо с содержанием в 20%. Это среднее универсальное значение, которое подойдет для практически всех автомоделей и температурных режимов. То есть, если у Вас нет точной информации по своей модели, 20% топливо не нанесет вреда двигателю, Вы можете смело использовать его.

как выбрать топливо для моделей двс

В качестве заключения

Рассмотрев особенности конструкции дизельного и бензинового моторов, а также принцип их работы сразу заметны их основные отличия. При этом оба варианта за счет своих достоинств и определенных недостатков получили большую популярность в автомобильной промышленности.

Разные конструкции, особенности эксплуатации, экономичность и стоимость горючего заставляют автомобилистов задуматься, автомобиль с каким мотором лучше: дизельным или бензиновым. В данном вопросе нет определенных рекомендаций. Все зависит от целей, преследуемых покупкой, условий эксплуатации машины и личных предпочтений покупателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector