- Откуда
- Санкт-Петербург
Ниже представлен набор старых сказок и новых врак.
Двигатель с принудительным зажиганием Ленуара работал прекрасно, почти бесшумно и имел кпд 4% из-за отсутствия сжатия.
Двигатель Отто гремел и плевался дымом, зато кпд был уже 16%.
Сначала применялся газ, но к нему вернёмся чуть позднее, а пока о бензине.
Октановое число (ОЧ) бензина определяется сравнением со смесью изооктана (число 100) и n-гептана (число 0).
После воспламенения от искры фронт пламени распространяется по объёму. При этом растёт давление и температура, из-за чего появляется опасность взрывного протекания реакции горения – детонации, что весьма нежелательно. Повышение степени сжатия повышает экономичность, но и склонность к детонации. Появляются взаимопротивоположные пожелания – чтобы топливо горело, но не слишком активно, дабы не детонировало. Поначалу использовали прямогонный бензин, но его октановое число очень сильно зависит от вида нефти. Если лет 70 назад грозненская и бакинская нефть позволяла получать ОЧ около 70, то нефть Урал (результат смешения хорошей лёгкой тюменской нефти с дерьмовой татарской и башкирской) даёт прямогонный бензин с ОЧ 45. Большей частью эта низкая цифра из-за того, что напрямую из нефти выгоняются простые прямолинейные углеводороды (парафины, просто потому, что нефть обычно из них и состоит). Их цепочки в процессе горения легко рвутся, создавая центры детонации. Соответственно, стараются создавать бензины из изомеров, а также ароматических вариантов. Они более интересны с точки зрения антидетонационных свойств, однако не подлежат длительному хранению.
Состав смеси.
При стехиометрическом соотношении вроде бы воздуха хватает на всё топливо, но это в среднем – примерно как температура в среднем по больнице. Например, карбюратор хорошо дозирует топливовоздушную смесь, но плохо перемешивает её, да и длинный путь до цилиндров ничего хорошего не предвещает. Длинного пути пытаются избежать, устанавливая по одному карбюратору на каждый цилиндр. Инжектор устраняет некоторые сложности, но не все.
В 70-е годы активно велись работы по бедным смесям – с избытком воздуха. Экономичность таких двигателей была выше в некоторых случаях на 20-30%, как за счёт лучшего сгорания, так и лучшей теплоёмкости двухатомных газов.
В борьбе между бедными и стехиометрическими смесями победили отнюдь не бедные. И когда эти самые бедные побеждали? Победили производители платины и нефтяники.
Степень сжатия.
степень сжатия повышает эффективность сгорания, но и повышает нагрузку на механизм преобразования, понижая его кпд. В какой-то момент выигрыш в одном полностью ликвидируется вторым. Поэтому всё приходится рассматривать индивидуально. На вихрекамерных дизелях степень сжатия 23.5, на более поздних HDi – 17.5
Этанол.
Имеет высокое ОЧ и биомассу в качестве сырья для производства, на этом достоинства заканчиваются. Теплота сгорания вдвое ниже, чем у нефтяных топлив, а теплота парообразования вдвое выше. Нужно потратить много энергии на испарение, чтобы потом почти ничего не получить. В 70-е годы этанолом очень увлекалась Бразилия с её тёплым климатом и кучей биоресурсов, но в последние 20-30 лет информации ноль. В Европе зелёные дебилы вовсю продвигают так называемое «биотопливо» - добавку 5% этанола в бензин. Единственное доказанное следствие – усиленная коррозия металла всех устройств и систем, соприкасающихся с топливом.
Воспламеняемость.
Температура вспышки современных бензинов примерно 430 градусов, дизтоплива – 230.
Водород.
Водород стоит особняком от остальных газов.
При кажущихся преимуществах: выхлоп – водяной пар, можно производить из воды… и это всё.
А вот недостатки гораздо существеннее.
Водород проникает сквозь сталь, насыщая её и изменяя прочностные свойства. Обычное хранение в баллонах в сжатом виде уже представляет сложность. Есть материалы, под не очень большим давлением поглощающие большое количество водорода, но это не устраняет указанного выше недостатка, да и плотность хранения далека от плотности жидких топлив.
В отличие от прочих газов водород имеет слишком широкий диапазон воспламеняемости в воздухе, что делает его очень опасным – малейшая протечка (см.выше) становится пожаро- и взрывоопасной.
Похоже, водородная энергетика – большое разводилово, на которое ведётся Россия.
Прочие газы.
До недавнего времени использовались лишь пропанбутановые смеси. Они недефицитны – практически это попутный газ, до сих пор сжигаемый в факелах на нефтепромыслах, легко сжижается под давлением при комнатных температурах. Температура кипения пропана минус 20 градусов, бутана минус 0.5 градусов. В последнее время начали широко продвигать метан. Его хранение при 160 атмосферах не так удобно, зато он дешевле. Газы имеют очень хорошие антидетонационные свойства, высокое ОЧ. Отчасти это объясняется короткими молекулярными цепочками, не создающими центров детонации. Но это и создаёт свои трудности. Для них нужно создавать соответствующие двигатели, в существующих они горят вяло, догорание начинает происходить на стадии расширения. Запуск двигателя на газе затруднён, обычно запускают на бензине, потом переводят на газ. Если на газ введут акцизы как на моторное топливо, он быстро потеряет привлекательность.
Форма камеры сгорания.
Перемешивание для лучшего горения требуется практически всегда. В 60-е годы широко применялись треугольные камеры сгорания, примерно как у ВАЗ-2101. Ставились шторки на клапаны, различные варианты вытеснителей. Пока всеобщего признания не получил ни один вариант. Причём проводятся исследования как для различных форм камер сгорания в головке цилиндров, так и в объёмах, расположенных в поршне. Последнее наиболее часто встречается в дизелях. При необходимости получить наибольшую мощность применяют полусферическую камеру сгорания. Она имеет наименьшую удельную площадь теплопотерь, но и наименьшее перемешивание – турбулентность смеси. Создание турбулентности всегда требует затрат энергии, а если она создаётся на впуске, то к самому нужному времени (сгоранию) может большей частью затухнуть.
Дизель.
Основной недостаток – очень малое время приготовления горючей смеси. Но это также и достоинство. Горение может происходить при огромном избытке воздуха, что повышает экономичность на частичных режимах.
Впрыскиваемое в цилиндр топливо загорается от температуры сжатого воздуха. Если топливо загорается слишком быстро, остальной струе приходится пробиваться через фронт пламени, до основного запаса кислорода не очень-то получается пробиться, горение происходит в условиях недостатка кислорода. Аналогичный эффект получается при плохом распылении форсунки – топливо не долетает в нужное место. Если топливо загорается слишком поздно, его находится в цилиндре уже слишком много, поэтому одновременное воспламенение большого количества создаёт эффект взрыва – жёсткую работу двигателя. Такая работа наблюдается при работе дизелей на керосине. Автомобильные дизеля на тепловозном топливе также работают более громко.
Для крупных цилиндров и малых оборотов жёсткость работы представляет меньшую опасность. А для малых диаметров всё усугубляется ещё и сложностью дозирования очень малых доз топлива. Именно поэтому минимальный диаметр цилиндра для дизелей остановился в районе 76 мм. Поначалу применялись предкамеры и вихрекамеры . это снижало жёсткость работы, понижались требования к качеству топлива, но повышалась поверхность теплоотдачи. Появление HDi позволило подстраивать давление (и дальнобойность) топлива под расход и давление воздуха в цилиндре, подавать предварительную дозу топлива для своевременного поджига основной массы топлива. Платой за это стало повышение сложности и стоимости топливной аппаратуры – ТНВД, форсунок, датчиков и системы управления. Соответственно, и сбои в этой системе более критичны.
Евро.
Это не купюры, но всё равно ОЧЕНЬ большие деньги.
Введение норм экологичности можно воспринимать как один из видов неценовой формы конкуренции. Под этим соусом можно не пускать продукцию конкурентов, поэтому всем прочим производителям приходится вкладываться, чтобы уложиться в ограничения, а там и новые требования вводятся… и так по ступенькам. Но всё имеет свои недостатки. Дальнейшие ограничения приносят всё меньший результат, да и тот становится эфемерным. Вот и пошли разговоры о полном запрете дизелей, да и вообще ДВС. Маразм крепчает.
Нормируемые загрязнения – СО, СН и NOх.
СО опасно тем, что необратимо связывается с гемоглобином крови, после чего невозможен перенос кислорода и вывод СО2. Но всякий организм имеет возможности самоочистки – самовосстановления.
СН со временем разлагается под воздействием кислорода воздуха (особенно быстро непредельные), а длинные цепочки – бактериями. Из всех трёх загрязнений разложение наиболее длительно.
В бедных смесях СО и СН почти совсем не образуются.
NOх выглядит наиболее страшно, но самое безобидное из всех. Оно самое нестойкое и разлагается практически моментально уже под воздействием влаги воздуха. Раньше производства просто выпускали его в трубу (так называемые «лисьи хвосты»), а люди были гораздо здоровее.
NOх образуется при высоких температурах рабочего процесса, т.е. тогда, когда двигатель наиболее эффективен. И вот для снижения выбросов была придумана рециркуляция… Ну а какой организм выдержит, если его кормить собственными испражнениями? Во впускном коллекторе осаждается огромное количество различных смол и прочей гадости. А если учесть, что сажевые фильтры и катализаторы стараются вырезать, то вся эта гадость просто вылетает в атмосферу.
Была бы в России нормальная техническая политика, то ввели бы замеры загрязнений ДО всех фильтров. Всё равно экспорта практически нет, а на такой фишке можно очень даже неплохо много чего сделать.
Двигатель с принудительным зажиганием Ленуара работал прекрасно, почти бесшумно и имел кпд 4% из-за отсутствия сжатия.
Двигатель Отто гремел и плевался дымом, зато кпд был уже 16%.
Сначала применялся газ, но к нему вернёмся чуть позднее, а пока о бензине.
Октановое число (ОЧ) бензина определяется сравнением со смесью изооктана (число 100) и n-гептана (число 0).
После воспламенения от искры фронт пламени распространяется по объёму. При этом растёт давление и температура, из-за чего появляется опасность взрывного протекания реакции горения – детонации, что весьма нежелательно. Повышение степени сжатия повышает экономичность, но и склонность к детонации. Появляются взаимопротивоположные пожелания – чтобы топливо горело, но не слишком активно, дабы не детонировало. Поначалу использовали прямогонный бензин, но его октановое число очень сильно зависит от вида нефти. Если лет 70 назад грозненская и бакинская нефть позволяла получать ОЧ около 70, то нефть Урал (результат смешения хорошей лёгкой тюменской нефти с дерьмовой татарской и башкирской) даёт прямогонный бензин с ОЧ 45. Большей частью эта низкая цифра из-за того, что напрямую из нефти выгоняются простые прямолинейные углеводороды (парафины, просто потому, что нефть обычно из них и состоит). Их цепочки в процессе горения легко рвутся, создавая центры детонации. Соответственно, стараются создавать бензины из изомеров, а также ароматических вариантов. Они более интересны с точки зрения антидетонационных свойств, однако не подлежат длительному хранению.
Состав смеси.
При стехиометрическом соотношении вроде бы воздуха хватает на всё топливо, но это в среднем – примерно как температура в среднем по больнице. Например, карбюратор хорошо дозирует топливовоздушную смесь, но плохо перемешивает её, да и длинный путь до цилиндров ничего хорошего не предвещает. Длинного пути пытаются избежать, устанавливая по одному карбюратору на каждый цилиндр. Инжектор устраняет некоторые сложности, но не все.
В 70-е годы активно велись работы по бедным смесям – с избытком воздуха. Экономичность таких двигателей была выше в некоторых случаях на 20-30%, как за счёт лучшего сгорания, так и лучшей теплоёмкости двухатомных газов.
В борьбе между бедными и стехиометрическими смесями победили отнюдь не бедные. И когда эти самые бедные побеждали? Победили производители платины и нефтяники.
Степень сжатия.
степень сжатия повышает эффективность сгорания, но и повышает нагрузку на механизм преобразования, понижая его кпд. В какой-то момент выигрыш в одном полностью ликвидируется вторым. Поэтому всё приходится рассматривать индивидуально. На вихрекамерных дизелях степень сжатия 23.5, на более поздних HDi – 17.5
Этанол.
Имеет высокое ОЧ и биомассу в качестве сырья для производства, на этом достоинства заканчиваются. Теплота сгорания вдвое ниже, чем у нефтяных топлив, а теплота парообразования вдвое выше. Нужно потратить много энергии на испарение, чтобы потом почти ничего не получить. В 70-е годы этанолом очень увлекалась Бразилия с её тёплым климатом и кучей биоресурсов, но в последние 20-30 лет информации ноль. В Европе зелёные дебилы вовсю продвигают так называемое «биотопливо» - добавку 5% этанола в бензин. Единственное доказанное следствие – усиленная коррозия металла всех устройств и систем, соприкасающихся с топливом.
Воспламеняемость.
Температура вспышки современных бензинов примерно 430 градусов, дизтоплива – 230.
Водород.
Водород стоит особняком от остальных газов.
При кажущихся преимуществах: выхлоп – водяной пар, можно производить из воды… и это всё.
А вот недостатки гораздо существеннее.
Водород проникает сквозь сталь, насыщая её и изменяя прочностные свойства. Обычное хранение в баллонах в сжатом виде уже представляет сложность. Есть материалы, под не очень большим давлением поглощающие большое количество водорода, но это не устраняет указанного выше недостатка, да и плотность хранения далека от плотности жидких топлив.
В отличие от прочих газов водород имеет слишком широкий диапазон воспламеняемости в воздухе, что делает его очень опасным – малейшая протечка (см.выше) становится пожаро- и взрывоопасной.
Похоже, водородная энергетика – большое разводилово, на которое ведётся Россия.
Прочие газы.
До недавнего времени использовались лишь пропанбутановые смеси. Они недефицитны – практически это попутный газ, до сих пор сжигаемый в факелах на нефтепромыслах, легко сжижается под давлением при комнатных температурах. Температура кипения пропана минус 20 градусов, бутана минус 0.5 градусов. В последнее время начали широко продвигать метан. Его хранение при 160 атмосферах не так удобно, зато он дешевле. Газы имеют очень хорошие антидетонационные свойства, высокое ОЧ. Отчасти это объясняется короткими молекулярными цепочками, не создающими центров детонации. Но это и создаёт свои трудности. Для них нужно создавать соответствующие двигатели, в существующих они горят вяло, догорание начинает происходить на стадии расширения. Запуск двигателя на газе затруднён, обычно запускают на бензине, потом переводят на газ. Если на газ введут акцизы как на моторное топливо, он быстро потеряет привлекательность.
Форма камеры сгорания.
Перемешивание для лучшего горения требуется практически всегда. В 60-е годы широко применялись треугольные камеры сгорания, примерно как у ВАЗ-2101. Ставились шторки на клапаны, различные варианты вытеснителей. Пока всеобщего признания не получил ни один вариант. Причём проводятся исследования как для различных форм камер сгорания в головке цилиндров, так и в объёмах, расположенных в поршне. Последнее наиболее часто встречается в дизелях. При необходимости получить наибольшую мощность применяют полусферическую камеру сгорания. Она имеет наименьшую удельную площадь теплопотерь, но и наименьшее перемешивание – турбулентность смеси. Создание турбулентности всегда требует затрат энергии, а если она создаётся на впуске, то к самому нужному времени (сгоранию) может большей частью затухнуть.
Дизель.
Основной недостаток – очень малое время приготовления горючей смеси. Но это также и достоинство. Горение может происходить при огромном избытке воздуха, что повышает экономичность на частичных режимах.
Впрыскиваемое в цилиндр топливо загорается от температуры сжатого воздуха. Если топливо загорается слишком быстро, остальной струе приходится пробиваться через фронт пламени, до основного запаса кислорода не очень-то получается пробиться, горение происходит в условиях недостатка кислорода. Аналогичный эффект получается при плохом распылении форсунки – топливо не долетает в нужное место. Если топливо загорается слишком поздно, его находится в цилиндре уже слишком много, поэтому одновременное воспламенение большого количества создаёт эффект взрыва – жёсткую работу двигателя. Такая работа наблюдается при работе дизелей на керосине. Автомобильные дизеля на тепловозном топливе также работают более громко.
Для крупных цилиндров и малых оборотов жёсткость работы представляет меньшую опасность. А для малых диаметров всё усугубляется ещё и сложностью дозирования очень малых доз топлива. Именно поэтому минимальный диаметр цилиндра для дизелей остановился в районе 76 мм. Поначалу применялись предкамеры и вихрекамеры . это снижало жёсткость работы, понижались требования к качеству топлива, но повышалась поверхность теплоотдачи. Появление HDi позволило подстраивать давление (и дальнобойность) топлива под расход и давление воздуха в цилиндре, подавать предварительную дозу топлива для своевременного поджига основной массы топлива. Платой за это стало повышение сложности и стоимости топливной аппаратуры – ТНВД, форсунок, датчиков и системы управления. Соответственно, и сбои в этой системе более критичны.
Евро.
Это не купюры, но всё равно ОЧЕНЬ большие деньги.
Введение норм экологичности можно воспринимать как один из видов неценовой формы конкуренции. Под этим соусом можно не пускать продукцию конкурентов, поэтому всем прочим производителям приходится вкладываться, чтобы уложиться в ограничения, а там и новые требования вводятся… и так по ступенькам. Но всё имеет свои недостатки. Дальнейшие ограничения приносят всё меньший результат, да и тот становится эфемерным. Вот и пошли разговоры о полном запрете дизелей, да и вообще ДВС. Маразм крепчает.
Нормируемые загрязнения – СО, СН и NOх.
СО опасно тем, что необратимо связывается с гемоглобином крови, после чего невозможен перенос кислорода и вывод СО2. Но всякий организм имеет возможности самоочистки – самовосстановления.
СН со временем разлагается под воздействием кислорода воздуха (особенно быстро непредельные), а длинные цепочки – бактериями. Из всех трёх загрязнений разложение наиболее длительно.
В бедных смесях СО и СН почти совсем не образуются.
NOх выглядит наиболее страшно, но самое безобидное из всех. Оно самое нестойкое и разлагается практически моментально уже под воздействием влаги воздуха. Раньше производства просто выпускали его в трубу (так называемые «лисьи хвосты»), а люди были гораздо здоровее.
NOх образуется при высоких температурах рабочего процесса, т.е. тогда, когда двигатель наиболее эффективен. И вот для снижения выбросов была придумана рециркуляция… Ну а какой организм выдержит, если его кормить собственными испражнениями? Во впускном коллекторе осаждается огромное количество различных смол и прочей гадости. А если учесть, что сажевые фильтры и катализаторы стараются вырезать, то вся эта гадость просто вылетает в атмосферу.
Была бы в России нормальная техническая политика, то ввели бы замеры загрязнений ДО всех фильтров. Всё равно экспорта практически нет, а на такой фишке можно очень даже неплохо много чего сделать.
