Ужин двигателя: автомобиль надиете
- В 2000 году в городе Дирборн (штат Мичиган) была открыта первая водородная заправка. на данный момент их уже больше много. Передовики направления — Соединенные Штаты, Япония, Исландия и Германия
- Focus Flexible Fuel Vehicle ("многотопливный автомобиль") может трудиться как на простом бензине, так и на смеси этилового спирта с бензином E-85 (85% этанола, 15% бензина). Как раз такую версию автомобили берут чаще простой в Швеции, где заправок смесью E-85 хватает
BMW Hydrogen 7. Автомобиль представительского класса с 12-цилидровым двигателем трудится как на бензине (мощность наряду с этим образовывает 260 л. с.), так и на водороде (228 л. с.).
- Бензобака количеством 74 л хватает для пробега в 480 км, а баллон для хранения 8 кг водорода запланирован на 200−300 км
Экспериментальная Мазда RX-8 Hydrogen заправляется как бензином (наряду с этим роторно-поршневой мотор развивает 192 л. с.), так и водородом (109 л. с.). Падение мощности разъясняется ограниченной подачей водорода, призванной минимизировать содержание оксидов азота в выбросе
Saab BIO Power.
- Шведский автомобиль трудится как на чистом бензине, так и на E-85 (85% этанола, 15% бензина). При езде на E-85 отдача двигателя Saab возрастает (за счет увеличения давления турбонаддува, которое разрешает выгодно применять более большое октановое число этанола)
Volvo С30, S40 и V50 с мотором количеством 1,8 л и Volvo S80 и V70 с двухлитровым двигателем предлагаются в версии Flexifuel (трудятся на бензине и на E-85).
- У C30 расход горючего возрастает с 7,3 до 10,3 л на 100 км при переходе с бензина на Е85, но это компенсируется меньшей ценой
Битопливный минивэн Опель Zafira CNG, что может трудиться как на бензине, так и на природном газе, — неоднократный победитель разных экологических конкурсов. При работе на сжатом газе затраты на горючее уменьшаются приблизительно на 50% и выброс делается чище
- Закись азота, создаваемая компанией ZEX, любима в среде любителей уличных гонок. На пара секунд она разрешает расширить мощность двигателя более чем вдвое
Дрэгстеры серии Top Fuel ездят на нитрометаноле.
- Это горючее разрешает снимать с 9 л рабочего количества двигателя около 6000 л. с.
Летом 2006 года в пригороде Парижа возможно было заметить занимательное действо. Журналисты, приглашенные на конкурс экологически чистых автомобилей Challenge Bibendum, весело забирались в водородный Ford Focus C-MAX, проезжали на нем круг автострады, а после этого выходили из салона с однообразным удивленно-разочарованным видом. «Неужто мы будем ездить на таких автомобилях?!» — читался вопрос на их лицах.
От высококалорийного «горючего будущего» все ожидали заметных преимуществ, но на деле оказалось, что водород действовал на автомобиль как транквилизатор. Не обращая внимания на все старания правой водительской ноги, машинка набирала скорость с черепашьей медлительностью. Поиски оптимального горючего для «искрового» двигателя начались за пара лет до официального рождения автомобиля во второй половине 80-ых годов девятнадцатого века.
Существовавшие в то время стационарные ДВС трудились в основном на светильном газе, смеси метана и водорода, образующейся при коксовании угля. Светильный газ был недешев и к тому же неудобен в транспортировке и хранении.
Одним из первых начал использовать бензин в качестве моторного горючего (ранее он продавался в мелких бутылочках в аптеках как средство от вшей) не кто другой, как Готлиб Даймлер. Изобретением карбюратора, разрешившего переводить жидкое горючее в газообразное состояние и смешивать его с воздухом, он решил главную проблему того времени, и скоро примеру Даймлера последовали другие. «Средство от вшей» сейчас все чаще возможно было встретить в простых магазинах, залитым в громадные канистры, а скоро бензин показался на особых заправочных станциях, каковые стали непременным атрибутом каждого громадного города.
Бензин против бензина
Довоенные способы получения бензина из нефти не разрешали достигнуть большого октанового числа, исходя из этого двигатели автомобилей той поры имели меньшую степень сжатия топливовоздушной смеси и меньший КПД. Расширить их эффективность не разрешало явление детонации.
В то время, когда октановое число бензина было не хватает высоким для работы в двигателе с определенной степенью сжатия, смесь самовоспламенялась от поджатия, перед тем как до нее доходил фронт пламени от свечи. Такое воспламенение имело взрывной темперамент, и двигатель начинал трудиться с громадными тепловыми и механическими нагрузками.
Но за войну бензин как горючее очень сильно улучшил собственные позиции. Вторую мировую войну не просто так именуют «войной моторов», как раз техническое превосходство довольно часто становилось главной причиной побед.
В деле двигателестроения немцы были сильны, но и антигитлеровская коалиция имела собственный козырь — лучший по качеству бензин. Английский глава правительства Дэвид Ллойд Джордж отмечал, что его страна не победила бы в первой половине 40-ых годов двадцатого века воздушную битву за Британию, если бы у летчиков не было авиационного бензина с октановым числом около 100. Октановое число японцев и бензина немцев было около 87−90, и данный недочёт очень сильно снижал шансы на победу гитлеровских летчиков в воздушных битвах.
По окончании окончания войны разработки, изначально созданные для авиации, нашли использование на машинах. С ростом октанового числа бензина росла степень сжатия двигателей, а вместе с ней их экономичность и мощность. Октановое число бензина в большинстве случаев определяется пропорциями содержащихся в нем компонентов.
К примеру, бензины, на которых трудятся моторы болидов «Формулы-1», содержат больше высокооктановых компонентов, таких как ароматические и парафиновые углеводороды разветвленного строения, и больший комплект добавок, призванных снизить риск детонации.
Нужно заявить, что создание высокооктановых бензинов для гоночных болидов — непростое дело. Эксперты ограничены твёрдыми рамками правил, каковые запрещают применять присадки, недопустимые к применению в простом бензине. Так что залог успеха в подборе верных компонентов, составляющих «формульный» бензин.
В это же время не многие догадываются, что бензин, что употребляется в «Формуле-1», — отнюдь не оптимальное гоночное горючее. Если бы не было ограничений, болиды ездили бы на более высокооктановом горючем, а скорее всего, это был бы по большому счету не бензин.
Пьяницы под капотом
Если вы в один раз окажетесь в Бразилии, то обратите внимание, что кроме дизельного топлива и бензина на местных заправках продается этанол. По окончании разразившегося в 1970-х годах топливного кризиса правительство Бразилии решило воспользоваться собственными огромными плантациями сахарного тростника и начало производить этиловый спирт из отходов этого производства.
Бразильцам, ездящим на спирту, приходится мириться с возрастающим расходом горючего — так как это компенсируется более низкой ценой горючего. Повышенный расход горючего разъясняется меньшей, чем у бензина, теплотой сгорания. В случае если при сгорании 1 кг бензина возможно взять около 43,4 МДж тепловой энергии, то с 1 кг этанола возможно снять лишь около 27 МДж.
Но в случае если для полного сжигания 1 кг бензина необходимо 14,6 кг воздуха, то для сжигания 1 кг этанола — всего 9 кг, исходя из этого при применении этанола в атмосферу большее количество спирта, и мотор трудится фактически без утраты мощности. Так как для простых обладателей принципиально важно, дабы их машины имели возможность трудиться как на бензине, так и на спирте, степень сжатия моторов приходится ограничивать возможностями бензина. Но у спирта октановое число значительно выше, и эта особенность уже давно отыскала использование в автоспорте.
Ядовитый метанол одно время был самым распространенным горючим для гоночных машин. Октановое число по исследовательскому способу у него выше, чем у «формульных» бензинов, и равняется 111. Высокая детонационная стойкость горючего разрешала заметно повышать степень сжатия двигателя, а соответственно, и эффективность его работы.
Метанол, имея на три единицы большее октановое число, чем у этанола, проигрывает ему по теплоте сгорания. 1 кг метанола способен выдать всего 19,6 МДж тепловой энергии — как минимум в два раза меньше если сравнивать с бензином. Но для полного сгорания 1 кг метанола требуется всего 6,5 кг воздуха.
Это разрешает при работе двигателя додавать в атмосферу намного большее количество метанола, чем бензина, — в следствии чего при применения яркого впрыска метанола возможно снять с двигателя громадную мощность, чем при применении бензина, кроме того без увеличения степени его сжатия. Так что метанол прочно закрепился в автоспорте, но изобретатели не удовлетворились этим. Они пробовали отыскать еще более «замечательное» горючее, разрешающее заметно повысить отдачу «искрового» двигателя.
Сначала для того чтобы топлива не нашли, но придумали разработку увеличения каллорийности топливовоздушной смеси, а вдруг правильнее — окислителя и смеси топлива. Изобретатели нового вида форсировки решили избавиться от воздуха.
Убийцы воздуха
Сама мысль этого метода повысить мощность двигателя неизменно лежала на поверхности, но взяла воплощение только в середине 1970-х, в то время, когда два гонщика, Майк Термос и Дайл Вазнаян, создали эргономичную автомобильную нитрос-совокупность — Nitrous Oxide Systems, либо легко NOS.
Для сжигания горючего в камере сгорания двигателя нужен лишь кислород, но мы загоняем в цилиндр воздушное пространство, в котором содержится только 21% кислорода. Дабы в цилиндры попало больше кислорода и возможно было сжечь больше топлива с высвобождением большего количества теплоты, конструкторы придумали такие методы, как наддув, яркий впрыск горючего, охлаждение входящего в цилиндры воздуха. Но они не содействуют повышению содержания кислорода в воздухе.
Идеально было бы для увеличения мощности оборудовать автомобиль баллоном со сжатым либо сжиженным кислородом и поставлять его в цилиндры вместо воздуха, но возить его неизменно с собой было бы через чур страшно. Исходя из этого был придуман второй вариант — додавать к горючему закись азота N20. В отличие от воздуха, в ней содержится около 36% кислорода, помимо этого, ее плотность приблизительно в 1,5 раза больше, чем у воздуха.
Так, применяя закись, возможно наполнить цилиндр в 2,5 раза громадным числом кислорода, а соответственно, приблизительно во столько же и расширить мощность. В годы войны нитрос-совокупности нашли использование на поршневых самолетах, но настоящую популярность они получили в 1970-х, в то время, когда простые и эргономичные совокупности произошло установить на простой автомобиль. автомобиль и — Нажатие кнопки на пара секунд преобразовывается в ракету за счет стремительного роста мощности двигателя.
Горючее для дрэгстеров
Но для американских пилотов дрэгстеров таковой форсаж был недостаточным. Для них было создано особое горючее — нитрометанол, которое организовало целый класс гоночных автомобилей называющиеся Top Fuel. Нитрометанол — это смесь, содержащая в собственном составе до 90% нитрометана СH3NO2 и около 10% метанола.
Теплота сгорания нитрометана практически в четыре раза меньше, чем у бензина, — 11,3 МДж/кг, но для полного сжигания 1 кг этого топлива необходимо всего 1,7 кг воздуха! Получается, что при работе на нитрометане в цилиндре возможно сжечь в восьмеро больше этого топлива, чем бензина, взяв более чем двойной выигрыш в энергии.
Потому, что рабочий количество двигателей дрэгстеров серии Top Fuel образовывает около 9 л и все они оборудованы механическим нагнетателем, нитрометанол разрешает мотору развивать около 6000 л.с. Более увлекательна вторая черта: за секунду работы в боевом режиме таковой двигатель сжигает около 4 л топлива! Наряду с этим нитрометанол не только действенное горючее, но и красивый элемент шоу.
Он сгорает не так скоро, как бензин, исходя из этого через выхлопную трубу из двигателя вырываются полыхающие выпускные газы.
Горючее для экологии
В случае если до топливного кризиса 1970-х годов цены на бензин мало кого тревожили, то затем времени монополисты «искровых» двигателей стали все чаще искать более экономную альтернативу, а в девяностых не меньшее внимание начали уделять еще и экологическим чертям горючего. Так, все громадным интересом начинают пользоваться сжиженный и газ. С экологической точки зрения газ представляется самой привлекательной альтернативой.
При его применении значительно снижается эмиссия токсичных выбросов с отработавшими газами, привлекателен он и с точки экономии горючего, поскольку цена его заметно ниже бензина. Но преимущества перекрываются недочётами: во-первых, двигатель, трудящийся на природном газе, имеет затрудненный запуск в холодную погоду, а во-вторых, пока экономически целесообразней производить битопливные двигатели.
Вследствие этого двигателестроителям приходится ограничивать степень сжатия возможностями бензина, и большое октановое число газа 130 выясняется тщетным. Так что, не обращая внимания на то что теоретически двигатели, трудящиеся на природном газе, смогут выдавать громадную мощность если сравнивать с бензиновыми, на практике при работе на метане мощность понижается приблизительно на 10% и в один момент возрастает расход горючего.
На фоне газа применение водорода в ДВС выглядит менее перспективным. Теоретически, в случае если двигатель оборудовать ярким впрыском водорода, его мощность возможно расширить приблизительно на 20% если сравнивать с подобным бензиновым. Так как теплота сгорания водорода — 120 МДж/кг, действительно, она частично компенсируется тем, что для сгорания 1 кг водорода требуется 34,48 кг воздуха.
Но отчего же тогда водородный C-MAX не впечатлил пишущую братию? Выясняется, мощностью решили пожертвовать для экологии. Дело в том, что вопреки созданному стереотипу из выхлопной трубы водородной автомобили выделяется не только вода, но и токсичные оксиды азота. Особенно высоко их образование при работе мотора на стехиометрической смеси, в то время, когда в цилиндра создаются большие температуры.
Исходя из этого, дабы сделать выброс по-настоящему чистым, мотор заставляют трудиться на обедненных смесях — додавая в цилиндр меньше водорода, чем это вероятно. В итоге при переходе с бензина на водород машина теряет практически половину мощности. Так что поиски оптимального горючего для «искрового» ДВС длятся
мощность и Теплота сгорания
Как замечательным будет двигатель при работе на том либо другом горючем, зависит от солидного числа параметров: низшей теплоты сгорания, октанового числа и плотности горючего, количества воздуха, нужного для полного сгорания горючего. Принципиально важно кроме этого осознавать, что нет взаимосвязи между большой низшей теплотой и мощностью двигателя сгорания, которая у различных видов горючего резко отличается (у водорода она равна 120 МДж/кг, в то время как у метанола — 19,6 МДж/кг).
Более теплоемкое горючее в большинстве случаев требует большего количества воздуха для полного сгорания, а потому, что разрешить войти в цилиндр возможно лишь строго определенное количества воздуха, то водорода для полного сгорания приходится додавать в цилиндр меньше, а метанола, напротив, больше. В следствии мощность двигателей при применении разных видов горючего разнится не так очень сильно, как величины теплоты их сгорания.
Вести с полей
«Поля вместо скважин» — так звучит девиз приверженцев биологического топлива. Подобно Никите Хрущеву, они предлагают засеять отечественную планету кукурузой и приобретать из нее этанол. При сгорании спирта в воздух выделяется углекислый газ, ведущий к парниковому эффекту, но растения, из которых приобретают горючее, при росте поглощают данный вредный газ.
Слезть с нефтяной иглы возможно кроме этого методом более действенного применения отходов производства. К примеру, из древесных опилок возможно взять как этанол, так и красивый заменитель ДТ. Широкому распространению биологического топлива мешает его дороговизна, но рост стоимости одного бареля нефти обещает усилить его позиции
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№65, март 2008).
<
h4>