Откакто са изобретени, автомобилите работят предимно с 4-тактови двигатели с вътрешно горене. В Европа това са били или бензинови (искрово запалване), или дизелови двигатели.

вътрешно

Големият технологичен напредък направи възможно увеличаването на ефективността на двигателите с интегрални схеми, за да се спестят горива и значително да се намалят свързаните с това замърсители. Екологичните проблеми са в основата на изследванията за разработване на двигатели.

ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА ДВИГАТЕЛИ СЪГРАНИ

Двигателят с вътрешно горене на автомобила обикновено включва няколко горивни камери. Всеки е ограничен от цилиндровата глава, цилиндъра и буталото.

Архитектурата на двигателя също е свързана около a система на коляновия вал което дава възможност за превръщане на възвратно-постъпателно движение (движение на буталото) във въртеливо движение (въртене на коляновия вал).


По време на всеки цикъл, изгаряне на горивната смес (въздушно-горивна смес) в камерата води до увеличаване на налягането на газа, което задвижва буталото и системата на коляновия вал. Тъй като колянов вал е свързан с компонентите на механичната трансмисия (скоростни кутии, задвижващи валове и др.), неговото движение задвижва колелата на превозното средство.

The скоростна кутия дава възможност за адаптиране на скоростта на въртене на колелото към тази на двигателя.

Ефективност на двигателя зависи първо от количеството енергия, генерирана от изгарянето, следователно от количеството горивна смес, налично в горивната камера. И така, тя е пряко свързана с обема на камерата (единично изместване), броя на камерите или цилиндрите в двигателя (общ работен обем) и количеството впръскано гориво.

Защо "4-тактов?"

Терминът се отнася до факта, че са необходими 4 отделни удара за преобразуване на химическата енергия, съдържаща се в горивото, в механична енергия. Всеки ход съответства на половин завъртане на коляновия вал (едно движение нагоре или надолу на буталото). Удари 1 и 4 са посветени на газопреносите (приемане на пресен газ и изгорелите газове), докато ударите 2 и 3 са необходими за подготовка на горенето, последвано от самото горене и превръщането му в механична енергия.

За двигател с искрово запалване и индиректно впръскване 4-те удара са както следва:

  • 1-ви удар: Поемане (Пълнене на бутилката)
    Буталото се спуска и изтегля въздушно-горивната смес.
  • 2-ри удар: Компресия
    Буталото отново се повдига, компресирайки въздушно-горивната смес. Генерира се искра за запалване на сместа.
  • 3-ти удар: Изгаряне - разширяване
    Този ход съответства на развитието на горенето и разширяването на изгорелите газове: буталото е принудено надолу и химическата енергия се превръща в механична енергия.
  • 4-ти удар: Ауспух (Изгорели газове, изпразнени от цилиндъра)
    Буталото отново се повдига и изхвърля изгорелите газове.

За компресионно запалване и дизелов двигател с директно впръскване, 4-те удара действат по същия начин, с две разлики:

  • По време на удари 1 и 2 се засмуква и компресира чист въздух, след това горивото се вкарва директно в цилиндъра (чрез инжектиране) в края на компресията.
  • Сместа се запалва спонтанно, без искра, поради високата температура на въздуха в резултат на компресията му.

Цетаново число/октаново число

Цетановото число е показател за способността на дизела да се самозапалва спонтанно.

Октановото число е показател за способността на бензина да устои на самозапалване и да избегне неконтролирано изгаряне поради електрическа искра (необичайно горене, почукване).

Какво е горенето?

Теоретично пълното изгаряне на 1 g конвенционално гориво (бензин или дизел) изисква около 14,6 g въздух. Тази идеална смес се нарича стехиометрична смес.

Бензиновите двигатели с непряко впръскване работят основно със стехиометрична смес. След въвеждане на хомогенна смес от въздух и бензин в двигателя, горенето (запалването на сместа) се инициира от искра (искрово запалване). Изгарянето причинява разпространение на пламък, който преминава през камерата.

Текущи бензинови двигатели с директно впръскване: въздухът пристига през всмукателния уред, а горивото, както при дизеловия двигател, пристига директно в горивната камера, което позволява по-точно управление на инжекциите. Вместо премикс с въздушно гориво, двигателят работи с така наречения стратифициран заряд. Изгарянето все още се инициира от искра (искрово запалване).

Дизеловите двигатели работят с излишен въздух. Дизелът се инжектира под налягане в предварително сгъстена въздушна маса. Изгарянето се инициира от самозапалване (запалване чрез сгъстяване). Изгарянето се нарича стратифицирано или хетерогенно, тъй като то се извършва както в богати на гориво (разположени близо до дюзата на инжектора), така и в бедни горива (близо до стената на цилиндъра).

Горива

В Европа двигателите са или от бензинов, или от дизелов тип с искрово запалване. Бензинът и дизелът са двата основни готови продукта, получени в резултат на рафинирането на суров нефт и тяхната формулировка се променя в зависимост от изискванията на двигателя и по-важното от екологичните разпоредби, свързани с качеството на въздуха и намаляването на емисиите на парникови газове.

Биогоривата могат да се смесват директно с бензин и дизел в различни пропорции, без да е необходимо адаптиране на двигателите, като по този начин се възползват от съществуващите дистрибуторски мрежи. Във Франция дизелът B7, продаван в помпата, обикновено съдържа до 7% (обемни) биогорива и E10 бензин до 10%.

Какво се разбира под ефективност на двигателя?

Двигателят преобразува химическата енергия в механична. Ефективността на двигателя се отнася до връзката между енергията, подавана към двигателя (химическата енергия, съдържаща се в горивото), и генерираната механична енергия. Важно е да се оптимизира тази ефективност, за да се избегнат загубите на енергия, особено в контекста на устойчивото развитие.

При оптимални работни условия настоящите бензинови двигатели осигуряват максимална ефективност от около 36%, докато цифрата за дизеловите двигатели е 42%.

С други думи, при най-благоприятните работни условия малко над една трета от енергията, предоставена от горивото, се превръща в полезна енергия за задвижване на превозното средство, докато останалата част се губи в топлина в атмосферата. Тези оптимални условия обаче съответстват на използването на двигател с голям въртящ момент.

Максималната мощност, която двигателят трябва да осигури, се определя от:

  • теглото на превозното средство,
  • максималната му скорост,
  • и неговата управляемост (преодоляване на свързаната с теглото инерция, въздушно съпротивление, потенциал за ускорение).

Най-общо казано, автомобилите се използват за кратки градски пътувания, изискващи нисък въртящ момент на двигателя. При такива условия ефективността на двигателя спада обратно до максимум 15%.

В тази област се полагат големи усилия за научноизследователска и развойна дейност с цел подобряване на ефективността на двигателя при всички условия на работа на превозното средство.

В градовете ефективността на двигателя пада до максимум 15%.

Пречистване на замърсители

Последваща обработка на емисиите

Тази стъпка се състои в преобразуване на отработените газове между двигателя и изпускателната тръба, за да се получат по-малко замърсяващи газови емисии.

Понастоящем съществуват две основни решения за последващо третиране:

  • на каталитиченконвертор, който преобразува предимно CO, HC и NOx, а също така дава възможност за намаляване на частиците сажди (разтворима органична фракция, присъстваща върху частиците),
  • на филтър за частици, който съхранява частици и след това ги изгаря периодично (приблизително на всеки 500 км) в перфектно контролирани условия.

Внедрени са и други технологии за по-нататъшно подобряване на пречистването на емисиите. Те включват капани за азотен оксид и селективна каталитична редукция или SCR (с инжектиране на специфичен редуциращ агент, карбамид).

Намаляване на замърсяването при източника

Замърсяването се пречиства при източника в горивната камера. Възможни са два начина:

  • оптимизиране на традиционните горивни процеси чрез внедряване на нови технологии (впръскване, турбокомпресор и др.)
  • внедряване на нови хомогенни режими на горене

IFP Energies Nouvelles

IFP Energies nouvelles е публична организация за научни изследвания, иновации и обучение в областта на енергетиката, транспорта и околната среда.