Главная / Технологии / Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Отличительной чертой всех двигателей с непосредственным впрыском бензина является оптимальное соотношение мощности и экономного расходования топлива. ДВС этой линейки обеспечивают незаурядную динамику и отличную тягу во всех диапазонах оборотов. Хотя этой технологии приписывают повышение эффективности использования топлива и сокращение выбросов СО2, двигатели GDI производят больше аэрозолей черного углерода, чем традиционные двигатели с впрыском топлива во впускной коллектор. Сильный поглотитель солнечной радиации, черный углерод проявляет значительное влияние на потепление климата.

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной системой питания бензиновых двигателей. Ее работа основана на впрыске топлива в камеру сгорания двигателя. Впервые такая система была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – прямой впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. В настоящее время она используется в двигателях многих автопроизводителей. Передовики: Audi (двигатели TFSI) и Volkswagen (двигатели FSI, TSI), которые практически полностью перешли на бензиновые двигатели с непосредственным впрыском.

Установка компрессора параллельно турбине обеспечила данному мотору эластичность и позволила избавиться от ряда свойственных турбодвигателям проблем. Непосредственный впрыск TSI позволяет реализовать наиболее эффективное смесеобразование и подачу топлива в цилиндры. Уровень выбросов СО2 позволяет ему оставаться в списке лидеров в плане экологичности.

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Система прямого впрыска обеспечивает несколько видов смесеобразования: послойное; стехиометрическое гомогенное; гомогенное. Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

В отличие от обычных двигателей с впрыском топлива через форсунку во впускном трубопроводе (PFI), которые смешивают топливо и воздух перед впрыском в цилиндры двигателя, технология GDI предусматривает распыление топлива непосредственно в цилиндры, что позволяет повысить степень сжатия. В результате двигатели GDI достигают более высокой эффективности сгорания по сравнению со своими аналогами PFI, что приводит к повышенной экономии топлива и, следовательно, сокращает выбросыСО2до 14%.

Таким образом, в бензиновом двигателе с прямым впрыском (GDI) используются наиболее прогрессивные идеи для достижения целей экономии топлива и снижения выбросов углекислого газа, установленных Агентством по охране окружающей среды США в 2012 году. Доля рынка автомобилей, оснащенных GDI, увеличилась с 2,3% в 2008 модельном году до 51% в 2018 модельном году. EPA прогнозирует, что 93% автомобилей в США будут оснащены двигателями GDI к 2025 году.

Но кроме выбросов СО2 имеются и другие показатели токсичности отработанных газов. Подобно дизельным двигателям, прямой впрыск топлива в двигателях GDI создает богатые топливом карманы вблизи зоны впрыска, и особые условия сгорания в этих карманах способствуют образованию углеродистых твердых частиц (ТЧ), особенно черного углерода (ЧУ). Следовательно, двигатели GDI выделяют большее количество черного углерода, чем двигатели PFI, что было подтверждено несколькими лабораторными исследованиями.

В исследовании, опубликованном в журнале ACS Environmental Science and Technology , группа исследователей из UGA определила, что увеличение выбросов черного углерода от транспортных средств, работающих на GDI, будет способствовать изменению климата, особенно в городских районах, воздействие которого будет значительно превышать преимущество, связанное с снижением выбросов СО2.

Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Увеличение выбросов черного углерода приведет к среднегодовому положительному радиационному эффекту (по США, равному примерно +0,075 Вт / м2, со значениями, равными +0,45 Вт/м2, в городских районах). С другой стороны, сокращение выбросов CO2, связанное с повышенной экономией топлива транспортных средств с GDI, даст глобально однородный отрицательный радиационный эффект, который оценивается для США в -0,013 Вт/м2 в течение 20-летнего периода времени. Таким образом, климатическое бремя увеличения выбросов черного углерода доминирует в США, особенно в регионах, являющихся источниками загрязнений.greencarcongress.com

Кроме того, исследователи полагают, что увеличение выбросов черного углерода почти вдвое увеличит риск преждевременной смертности, связанной с выбросами транспортных средств, с 855 смертей в год до 1599. Ученые оценивают ежегодную социальную стоимость этих преждевременных смертей в 5,95 миллиарда долларов.

Хотя выбросы от бензиновых транспортных средств составляют небольшую долю черного углерода в атмосфере, выбросы транспортных средств концентрируются в регионах с высокой плотностью населения, что усиливает их влияние.

Таким образом увеличение выбросов сажи является непреднамеренным следствием перехода на автомобили, оснащенные GDI. Исследование UGA является первым, проведенным с целью поместить эти экспериментальные результаты в комплексную смстему моделирования, чтобы исследовать компромисс между снижением содержания CO2 и увеличением содержания черного углерода.

В то время как предыдущие исследования показали, что переход на двигатели GDI приведет к чистым преимуществам для глобального климата, исследователи UGA свидетельствуют, что эти преимущества довольно малы и могут быть реализованы только в течение десятилетий. Между тем, негативное влияние черного углерода можно почувствовать мгновенно.

Смотрите также

Смартфоны realme: возможности и причины популярности моделей бренда

Компания ОРРО не так давно представила свою дочернюю компанию – реалми. Быстрорастущий производитель реализовал 4 …

Напасть в виде COVID-19. Глобализация – «это баг, а не фича»

Замена обычного общения виртуальной коммуникацией – вот, прежде всего, к чему приведет наше общество напасть …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *