Резкий рост числа автомобилей в современном мире потребовал значительного увеличения объемов выработки бензина. Это подтолкнуло ученых и инженеров во всем мире к активному поиску его замены.
В этом поиске специалисты разных стран обращают свое внимание прежде всего на то, чего на их родине имеется с избытком. Так, в Бразилии каждый пятый автомобиль ездит на чистом спирте, вырабатываемом из сахарного тростника. На Филиппинах в качестве заменителя бензина опробован кокозин, получаемый из мякоти кокосовых орехов. Во Вьетнаме горючее научились делать из скорлупы кокосовых орехов. В ФРГ убеждены, что наилучшей заменой бензину является метанол (метиловый спирт) и прогнозируют, что к 2000 г. каждый четвертый автомобиль в мире будет работать на нем.
Ключевые слова: двухтопливный двигатель, дизельный двигатель, природный газ. Среди принятых мер совсем недавно была альтернатива природному газу; чистого, недорогого и богатого топлива, которое может выгодно заменить другие виды топлива на нефтяной основе практически во всех областях применения, в том числе для двигателей с возвратно-поступательным движением. Сегодня значительный парк такси и даже частных автомобилей работает на природном газе в основных столицах страны. Природный газ имеет очень высокое октановое число, которое может достигать 140 октанов.
В результате поиска альтернативы бензину отечественные специалисты остановили свой выбор на газе. Свою точку зрения они объясняют следующим:
1) ресурсы газа значительно превосходят ресурсы нефти и поэтому можно будет спокойно разрабатывать другие топлива для двигателей внутреннего сгорания или даже новые типы двигателей на неуглеводородном топливе;
В двигателях с воспламенением от сжатия сгорание происходит спонтанно из-за высокого давления, которому воздух подвергается в камере сгорания, где вводится дизельное топливо. Поэтому, если дизельный двигатель подпитывается только природным газом, горения не будет, поскольку природный газ имеет высокое октановое число и поэтому поддерживает высокую степень сжатия без сжигания. Это создает проблему: двигатель с воспламенением от сжатия в нормальных условиях не работает на природном газе.
Для решения этой проблемы в качестве решения может быть принят двухтопливный двигатель. В этом случае газ или пар вводятся вместе с воздухом во всасывающей фазе, а зажигание осуществляется с помощью небольшой экспериментальной закачки дизельного топлива. Преимущество этой системы заключается в том, что не требуется модификация двигателя.
2) в выхлопах газового двигателя нет сернистого газа (т.к. в природном газе серы, как правило, нет), а концентрация окиси углерода в несколько раз меньше (благодаря большей полноте сгорания газа);
3) среднее октановое число природного газа равно 105, что выше, чем у лучших марок бензина;
4) двигатели на газовом топливе работают в 1,5...2 раза дольше, чем на бензине, т.к. при сгорании газа образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих абразивный износ цилиндров и поршней; кроме того, газ не смывает масляную пленку с поверхности цилиндров, как бензин, и не вызывает коррозию металла.
Целью этой работы было испытание дизельного двигателя, работающего в режиме дизельного топлива и природного газа. Испытание проводилось в гидравлическом динамометре, оснащенном системой сбора данных в режиме реального времени. Измерялось потребление двух видов топлива, а кривые крутящего момента, мощности и удельного потребления были нанесены на график для различных пропорций дизельного топлива и природного газа и угла продвижения инъекции. Были проведены анализы между полученными кривыми для определения наилучших рабочих условий двигателя.
Для заправки автомобилей газ может применяться в двух видах: газообразном и жидком. В первом случае используется природный газ, который сжимают до 20...25 МПа, а во втором про-пан-бутановая смесь, которую охлаждают до минус 162 °С и хранят под давлением 1,6 МПа. Затраты на сжижение газа в 2...3 раза больше, чем на сжатие. Поэтому экономически более целесообразно использование сжатого газа.
В компьютерной программе для интерпретации полученных результатов представлены кривые мощности и крутящего момента, а также электронные таблицы с полученными данными. Только указанные значения силы, приложенные непосредственно к опоре рычага динамометра, которые умножаются на длину рычага, становятся мгновенными значениями крутящего момента двигателя.
Для определения удельного расхода двигателя использовались два метода, которые при сопоставлении представляли эквивалентные значения. По прямому методу расход топлива определялся путем установки дизеля в пробирку, установленную на прецизионной шкале. Этот стакан был оснащен более низким выходом, который подавал топливный двигатель. При постоянном режиме работы двигателя при определенном вращении и при определенном крутящем моменте был установлен временной интервал. В начале этого интервала баланс был обнулен, и в конце интервала взвешивание было остановлено, так что количество топлива, потребляемого в известном временном интервале, можно было определить для постоянной мощности при заданном вращении.
С 1984 г. Московский автомобильный завод имени Лихачева выпускает автомобили ЗИЛ-138А и ЗИЛ-138И, работающие на сжатом природном газе. В перспективе предполагается перевести на газ весь грузовой транспорт. Газ уже применяется и на легковых автомобилях.
Природный газ является перспективным топливом и для авиации. Во всех промышленно развитых государствах она является одним из крупнейших потребителей нефтепродуктов. В 1997 г. совокупное потребление авиационного топлива всеми авиакомпаниями мира составило около 193 млн. т, в том числе странами СНГ - 10 млн. т. В настоящее время практически единственным топливом для воздушного транспорта является авиационный керосин. Однако уже достаточно давно ведутся работы по подбору альтернативных топлив.
В прямом способе собирали и взвешивали топливо, фактически вводимое форсункой. Сопло форсунки было удалено из двигателя, но его соединение с инжекторным насосом поддерживалось. Двигатель двигался с помощью рукоятки, не работая. Сопло инжектора вводили в стакан, в который впрыскивало топливо, собирали и взвешивали. Чтобы облегчить взвешивание, учитывая небольшое количество, вводимое в каждый цикл, вводимое топливо было собрано в 100 инъекционных движениях. Таким образом, была определена максимальная скорость потока инжекторного насоса и положения рычага дроссельной заслонки, для которого были получены проценты впрыска дизельного топлива, использованные в испытаниях.
В нашей стране в районах нефтедобычи вертолеты завода им. М.Л. Миля летают на так называемом авиационном сконденсированном топливе (АСКТ), получаемом на основе пропан-бутановых фракций, извлекаемых из попутного нефтяного газа.
Одним из альтернативных топлив для авиации является сжиженный природный газ (СПГ). Его применение в качестве авиатоплива имеет ряд достоинств:
Указанный расходомер был откалиброван для использования с природным газом. Практический метод был использован для измерения объема газа, проходящего через расходомер при атмосферном давлении в течение известного времени. Контейнер, используемый для сбора газа, подлежащего измерению, представляет собой тонкостенную полиэтиленовую пленку, так что ее собственный вес не вызывает значительных деформаций в поперечном сечении трубки. Для контроля внутреннего давления в трубе использовалась калибровочная колонна, предотвращающая ее превышение атмосферного давления.
1) выбросы вредных веществ при сжигании СПГ значительно ниже, чем при использовании авиакеросина: окислов азота образуется в 1Д..2 раза меньше, сажи - в 5 раз;
2) при одинаковой полезной нагрузке уменьшаются расход и масса топлива; так установка на самолетах ИЛ-86 двигателей, работающих на СПГ, позволит при той же дальности полета снизить взлетную массу самолета на 25,4 т, а расход топлива на 18,6 т.
Труба накачивалась газом в течение измеренного периода времени, поддерживая заданный постоянный поток, обозначенный расходомером. Чтобы облегчить выполнение испытаний, противовесы механизма ограничения вращения должны были быть удалены из двигателя. Этот центробежный механизм уравновешивания действует путем разрезания впрыска топлива, если скорость двигателя превышает заданное вращение по положению рычага дроссельной заслонки. В двухтопливном двигателе дизельное ускорение должно устанавливаться на небольшом значении и дополняться природным газом.
Перспективность использования СПГ в качестве авиатоплива подтверждается также тем, что его производство ныне превратилось в развитую отрасль мировой экономики: в 1997 г. в мире было произведено около 140 млрд. м 3 СПГ, а ежегодный прирост торговли им составляет 7 %.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что нефть и газ играют и будут играть важную роль в жизни человека. Несмотря на расширение применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в обозримой перспективе нефть и газ останутся основными энергоносителями во всех странах мира. Другое дело, что будет происходить некоторое перераспределение ролей между ними: моторные топлива, получаемые из нефти, будут постепенно заменяться сжатым или сжиженным газами.
Если бы вращательный ограничитель продолжал работать, с добавлением природного газа, частота вращения двигателя была бы больше, чем вращение, предварительно заданное положением рычага дроссельной заслонки, следовательно, механизм ограничения скорости срабатывал бы, отключив впрыск дизельного топлива. Таким образом, двигатель не будет работать из-за отсутствия источника воспламенения, который является инъекцией дизельного пилота.
При расчете удельного потребления определялось потребление дизельного топлива и потребление природного газа. Чтобы определить общее удельное потребление, необходимо было преобразовать оба потребления в одну и ту же единицу. Для этого был определен эквивалент потребления дизельного топлива в расчете на потребление природного газа. Таким образом, два потребления можно было суммировать и преобразовать в денежные значения на дату тестирования.
Невозможно представить себе современную цивилизацию без продуктов переработки нефти и газа. Это направление их использования со временем также будет все более и более развиваться.
Традиционно машины используют для своей работы бензин, но, исходя из его стоимости и ограниченности природных ресурсов, водители всё чаще переходят на газ. Чтобы понять, стоит ли так делать, нужно знать: газ или бензин, что лучше и какие в них скрыты недостатки.
Процентное соотношение дизельного топлива определялось как процент от расхода потока инжекторного насоса для максимального ускорения двигателя, работающего только с дизельным топливом. То есть, процент от максимального ускорения двигателя при работе только на дизельном топливе. Для каждого испытания ускорение инжекторного насоса устанавливали в соответствии с выбранным процентом, определенным выше. Таким образом, поскольку выход насоса является постоянным для каждого цикла впрыска, изменение расхода дизельного топлива зависит от вращения двигателя.
Что стоит учесть
Покупая автомобиль, человек выбирает его исходя из своих предпочтений: вместительность, проходимость, дизайн и мощность. Но не каждый обращает внимание на , который будет использоваться. В свою очередь, этот показатель влияет не только на цену, но и на поведение машины на дороге.
Как правило, на рынок поступают автомобили с бензиновым или дизельным мотором. Газовые же установки встречаются в транспорте в качестве основной системы крайне редко. Они были созданы намного раньше бензинового движка, но признание получили только в наше время.
Для природного газа поддерживался заданный постоянный поток независимо от вращения двигателя, регулируемый регулирующим клапаном и измеряемый расходомером. Анализы определяли комбинацией независимых переменных и для каждого анализа производили три повторения. В качестве зависимых переменных определялись крутящий момент, мощность и удельный расход.
Данные о крутящем моменте, мощности и удельном потреблении для каждого диапазона вращения, а также дополнительные данные о температуре двигателя, предоставленные динамометром, в дополнение к параметрам расчета предыдущих элементов, были указаны для каждого повторения на листе, который служил основы для анализа результатов.
Важная жидкость
Практически каждый владелец автомобиля знает преимущества бензина. Да и конструкция такого двигателя рассматривается чаще всего. Из-за этого не составляет труда разобраться с поломками, которые наступают в период эксплуатации. Также большим преимуществом является присутствие большого количества заправочных станций.
Статистические методы применялись для анализа и интерпретации результатов проведенных экспериментов. Использовалась компьютерная система системы статистического анализа и был применен обычный тест, тест Сапиро-Вилка, чтобы определить, следует ли распределение полученных результатов следовать нормальному распределению. Как было определено в этом тесте, распределение не было нормальным, был принят непараметрический анализ дисперсии.
Тест Крюзкала-Уоллиса применялся для определения наличия существенных различий между контрольным испытанием и оставшимися испытаниями. В этом тесте был рассмотрен уровень значимости 5%. Нулевая гипотеза гласит, что между испытаниями нет существенной разницы. Тест Крюзкала-Уоллиса применялся к сформированным группам, при этом все испытания с таким же процентом ускорения дизельного топлива объединялись и сравнивались с контрольным тестом. Аналогично, испытание также применялось к группам, образованным сбором всех испытаний с тем же потоком природного газа и по сравнению с контрольным тестом.
При возникновении поломок не составит труда найти ближайший сервис. Ремонт достаточно прост. Если выбирать, что лучше, газ или бензин на авто, второй вариант отличается распространённостью и лёгкостью в обслуживании. Некоторые считают бензиновые моторы более опасными, но это наблюдается только с установкой ГБО низкого качества.
Мы также сравнили группы независимого переменного угла продвижения инъекции по сравнению с контрольным анализом. Чтобы определить величину различий, отмеченных в статистических тестах, был использован анализ, в котором каждый тест, состоящий из трех повторений, прослеживал трендовые кривые для крутящего момента, мощности и удельного расхода, в том числе для контрольного теста. Кривые тренда были сгруппированы в семейства. Кривые лучших тестов были отобраны и перегруппированы, определяя лучшие. Для составления семейств кривых сначала были созданы две большие группы в зависимости от независимого переменного угла продвижения инъекции.
Чем он хуже?
Одним из самых существенных недостатков бензина считается его стоимость. Ежегодно она продолжает расти, и это не зависит от курса доллара или экономического положения стран. Поскольку природные ресурсы истощаются, тенденция и дальше будет продолжаться. Также на многих заправках можно наблюдать некачественную работу, когда в топливо подмешивают посторонние вещества, существенно снижающие характеристики бензина.
Впоследствии подразделение было создано путем группировки всех кривых с одинаковым углом продвижения инъекции и разделения зависимых переменных крутящего момента, мощности и удельного расхода. Значения процентного соотношения дизельного топлива, показанные на следующих рисунках, представляют собой процент максимального ускорения двигателя, если вы только работали с дизелем.
Как можно видеть, средние значения крутящего момента трех тестов очень похожи друг на друга, причем разница составляет менее 5%. Аналогично, средние значения мощности также схожи, разница составляет менее 5%. В трех тестах наблюдалось увеличение крутящего момента и мощности около 14% по сравнению с контрольным тестом. Кривые крутящего момента показали более высокие значения на низких скоростях.
Окружающая среда также получает вред от бензиновых двигателей, ведь выхлопные газы сильно вредят природе. Для этого существуют специальные установки или гибридные модели, но они всё равно оказывают губительное действие на планету, выделяя испарения.
Использование газа
Газ представляет собой побочный продукт, который производится при переработке нефти. Он вызывает большой интерес у многих автомобилистов, ведь имеет заметную дешевизну. Также это дополняет пониженная вместительность окиси углерода, за счёт чего существенно снижается вред окружающей среде.
Для определения средних значений крутящего момента, мощности и потребления средства отсчетов, полученные для каждого предварительно выбранного диапазона вращения, были выполнены для трех повторений каждого теста. Три теста, которые были рассмотрены лучше, показали, что удельный расход значительно ниже удельного потребления контрольного теста. Два других теста показали снижение примерно на 46% по сравнению с контрольным анализом.
При анализе удельного потребления испытания, которые представили наименьшие абсолютные значения потребления, а только те, которые показали наилучшие результаты крутящего момента и мощности, не учитывались. Двигатель с трудом начинал и поддерживал двигатель при определенных оборотах двигателя. Он также показал большие трудности для работы в различных пропорциях дизельного топлива и природного газа. По этой причине были проведены только испытания с 22% дизеля, и даже с этим процентом дизельного топлива можно было завершить весь диапазон расходов газа, не превышающий 9 л мин -1.
По данным статистики, машины, работающие , ломаются намного реже, чем те, что используют стандартное топливо. Доказано также, что на 15% снижается общий износ механизмов и практически полностью исключается их коррозия.
Достоинства альтернативного топлива особо заметны в летнее время, когда бензин под воздействием высокой температуры способен разогреваться, причиняя большие проблемы всему автомобилю. Газ же стабильно придерживает свои показатели температуры.
Виды и способы
Выявив желание перейти на газовое топливо, стоит задуматься о выборе баллонов. На практике их классифицируют на тороидальные и цилиндрические. Выбор зависит от индивидуальных особенностей машины. Цилиндрические обладают удлинённой формой и устанавливаются за креслами пассажиров. В отдельных случаях их можно крепить под днищем транспорта. Тороидальные - внешне напоминают запаску колеса и ставятся на его место, не занимая лишнего пространства.
Всё ли так хорошо?
Несмотря на все преимущества, установка газового оборудования обойдётся в большие деньги. К тому же это повлечёт за собой уменьшение свободного места внутри машины или багажника - газовый баллон достаточно габаритный. Правда, не удастся полноценно забыть о бензине. Он останется необходимым, когда требуется разогреть транспортное средство и запустить его. В период зимы без него и вовсе не удастся обойтись.
Также часто вызывает трудность восполнение запасов газа, ведь специализированные заправки в основном располагаются за пределами города. К тому же этот вид топлива снижает показатели мощности автомобиля и его скорости. Таким образом, теряется 7% продуктивного движения. Этот недостаток компенсируется возможностью регулировать сжатие газа.
Серьёзная проблема
Как отмечают многие автомобилисты, сравнивая газ или бензин, за и против, в первом случае может возникать эффект «обратного хлопка». Он имеет вид небольшого взрыва, который может нанести существенное повреждение транспортному средству. Такой недостаток наблюдается и с мотором, работающим от бензина, но в нём он не приносит большого вреда (максимум - разорванный воздушный фильтр).
