ДВС уходит в прошлое?

Есть ли будущее у ДВС? Что такое газодизель? Какие перспективы у гибридных автомобилей? Обо всем по порядку.

От дизеля к гибриду

Сажа и копоть уходят в прошлое. Современные дизельные автомобили отличаются бесшумностью, экологичностью и высокими скоростями.

От 6-цилиндрового двигателя на Mercedes Е-класса или 8-цилиндрового V-образного двигателя на BMW 7 серии принято ожидать ровной и тихой работы. А вот от дизеля такого никто не ждет. И все же это дизельные двигатели! Куда же делись привычные прежде шум и тряска? Теперь с водительского места не слышно рокота, и понять, что двигатель включен, можно только взглянув на тахометр!

В поисках максимальной эффективности использования топлива мир обращает взоры на газо-электрические гибриды и водородные топливные элементы. Однако научные исследования показывают, что дизельный двигатель способен выйти на такие же и даже лучшие показатели, чем топливные элементы, и почти догнать бензиновый гибрид типа Toyota Prius.

В общем случае компоновка гибридного автомобиля имеет следующий вид:

В Европе дизельные машины чрезвычайно популярны. Не исключено, что вскоре аналогичная ситуация сложится и в США, где любят большие машины, автоматические коробки передач и бензиновые движки. На сегодня единственная компания, которая ввозит в США легковые автомобили с дизельными двигателями, — Volkswagen. Сейчас здесь продаются только модели VW Jetta/Golf/Beetle с 1,9-литровым 4-цилиндровым дизельным двигателем с турбонаддувом и прямым впрыском топлива (TDI). VW намерен поставить на Passat более продвинутый 2-литровый дизель, а также рассматривает возможность установки на внедорожник Touareg 5-литрового 10-цилиндрового V-образного дизельного мотора мощностью 308 л.с. с крутящим моментом 745,8 Нм.

Как работает дизель?

У дизеля нет свечей зажигания. Зато у него очень высокий коэффициент сжатия — примерно в два раза выше, чем у бензинового ДВС. Поэтому в такте сжатия создаются высокая температура и давление. В камеру сгорания впрыскивается уже готовая к взрыву смесь, которая воспламеняется из-за температуры, вызванной сжатием. В отличие от бензиновых двигателей с дроссельной заслонкой для регулировки подачи воздуха, дизель такой заслонки не имеет. Он постоянно всасывает весь доступный воздух, не расходуя энергию на забор воздуха через полузакрытую заслонку. Показатели (в границах степени сжатия) зависят от объема впрыскиваемого топлива, поэтому дизель может выдавать высокий крутящий момент при сравнительно низких оборотах. Надавив на педаль газа, мы даем команду инжекторам впрыскивать больше топлива. На турбодизелях мы еще и заставляем систему турбонаддува нагнетать дополнительный воздух. Двигатель выходит на чудовищные показатели крутящего момента, когда на тахометре нет еще и двух тысяч оборотов. Бензиновый двигатель воспламеняет смесь воздуха с бензином в пропорции 15:1. Дизельный может работать на смеси, обедненной до соотношения 100:1.

Но, несмотря на современный уровень развития дизельных технологий, как и бензиновый, этот тип двигателя все еще считается недостаточно экологичным. Например, по европейскому законодательству, налог на транспортное средство на прямую зависит от количества выхлопа CO2. Следовательно, гибридный автомобиль является более экономичным, объединяя в себе плюсы дизельного двигателя и электромотора. Но главное преимущество гибридного автомобиля заключается в существенном сокращении расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается благодаря:

1) Согласованной работе ДВС и электродвигателя

2) Применением АКБ большой мощности

3) Использованием энергии торможения, превращающим кинетическую энергию в механическую.

Гибрид газодизеля?

Для увеличения экономичности дизельного двигателя возможно использование газодизеля, топливно-воздушную смесь метан-дизель, вместе с электродвигателем.

Немного слов об устройстве газодизельного двигателя.

Газодизельный двигатель - это ДВС, сконструированный на основе дизельного двигателя (или переделанный из дизельного двигателя), топливом в котором является смесь метана с дизелем. В конструкцию добавляется топливная аппаратура (испаритель и подогреватель газа, газовый редуктор, смеситель газа с воздухом, баллоны). Так как температура воспламенения от сжатия газовоздушной смеси составляет около 700 °C (дизельное топливо воспламеняется при 320—380 °C) топливный нассос высокого давления и форсунки сохраняются. В цилиндры двигателя подаётся «запальная» доза дизельного топлива (около 15-30% от обычного, до переделки), которая воспламеняет оставшиеся 70-85% метана. Что немаловажно, переделанный двигатель также сохраняет возможность работы на дизельном топливе.

С таким подходом заправка машины не будет тем единственным, что пожирает ваши деньги, так как вы сможете ездить не только на дизельном топливе, но также и на метан-дизеле. А как известно метан намного дешевле дизеля и бензина. В случае необходимости, вы всегда сможете полностью переключится на дизельное топливо, так как выбор того какое топливо будет использовано при езде, сколько денег вы хотите сэкономить на заправках и налогах - решать вам.

Немного цифр

В различных справочниках можно найти информацию о КПД для различных видов двигателей. На практике, наиболее информативен индикаторный КПД.

Для бензинового двигателя он примерно равен 25%, для дизеля 40% и для газодизеля 48%.

Исходя из этого, несложно догадаться, что газодизель будет намного экономичнее своих оппонентов. Но для точного и наглядного сравнения мы сделали это за вас.

Исходя из КПД и справочных величин низшей теплотворной способности различных видов топлива, несложно сделать следующий расчет:

При низшей теплотворной способности бензина, дизельного топлива и метана равной (47300, 44800 и 55500) кДж/кг соответственно и при соотношении метана с дизелем – 0,8 и 0,2 в газодизеле расходы равны:

gб = 3600/(47300*0,25) = 0,30443 кг/кВт*ч ;

gд = 3600/(44800*0,40) = 0,20089 кг/кВт*ч ;

gг = 0,8*3600/(55500*0,48) = 0,10810 кг/кВт*ч (метан в газодизеле);

gг = 0,2*3600/(44800*0,48) = 0,03348 кг/кВт*ч (дизель в газодизеле);

О чем это говорит? Для простоты объяснения, возьмем в пример автомобиль движущийся по трассе со скоростью 80 км/ч. В среднем, при таком темпе движения, для поддержания скорости почти любому легковому автомобилю нужна мощность около 40 л.с. То есть за 1 час движения автомобиль потратит:

8,82 литров бензина - бензиновый автомобиль.

5,88 литров дизеля - дизельный автомобиль.

3,17 литра метана и 0,98 литра дизеля - газодизельный автомобиль.

В деньгах это сравнение выглядит так:

402,63 рубля - бензиновый автомобиль

268,13 рублей - дизельный автомобиль

98,58 рублей - газодизельный автомобиль

(цены на 2019 год: бензин (95й) = 46,65 р.; ДТ = 45,6 р.; Метан = 17 р.)

Напомним, это расход за 1 час движения среднестатистического автомобиля на трассе со скоростью примерно 80 км/ч.

Обобщая все вышесказанное, можно сделать вывод, что двигатель работающий на газодизеле в 4 раза экономичнее бензина и в 3 раза экономичнее дизеля.

Таким образом можно с уверенностью заявить, что будущие у автомобилей с ДВС все же есть. Более того, в случае с метаном они даже более экологичные чем электрокары, так как продукт сгорания метана (CO2) можно использовать для производства самого метана. Но сейчас нам остается только ждать светлого будущего и развития метановой инфраструктуры.

Спасибо за внимание!