Энергоэффективность топлива это

Энергосбережение на транспорте – основные технологии

Энергосбережение на транспорте проявляется не только в прямом сокращении затрат на топливо.

Существуют и иные, более передовые способы реализовать технологии энергосбережения при изготовлении и эксплуатации транспортных средств и инфраструктуры.

Рассмотрим их подробнее:

Оценка энергоэффективности поршневых двигателей, переведённых на газ. На основе численного моделирования рабочих циклов двигателей, работающих на разных видах топлива (бензин, пропан, метан) производится анализ их технико-экономических показателей. Установлено, что перевод бензинового двигателя на пропан приводит к снижению мощности двигателя на 5% при уменьшении удельного расхода топлива на 4%; а применение в качестве топлива метана вызывает падение мощности на 12% при снижении расхода топлива на 13%.

Бензиновый V-образный восьмиклапанный двигатель ЗМЗ-523 (ГАЗовская “восьмёрка”)

— это форма усилий к результату процесса, который преобразует содержащуюся в носителе ( ), в кинетическую энергию или Общая топливная эффективность может варьироваться в зависимости от устройства, что, в свою очередь, может варьироваться в зависимости от приложения, и этот спектр отклонений часто иллюстрируется как непрерывный Нетранспортные приложения, такие как , получают выгоду от повышения топливной эффективности, особенно работающие на ископаемом топливе, или отрасли, связанные со , такие как производство в процессе

Эффективность автопарка описывает среднюю эффективность группы транспортных средств. Технологический прогресс в эффективности может быть нивелирован изменением покупательских привычек в пользу более тяжелых транспортных средств, которые при прочих равных являются менее эффективными.

— это форма усилия к результату процесса, который преобразует содержащуюся в носителе ( ), в кинетическую энергию или Общая топливная эффективность может варьироваться в зависимости от устройства, что, в свою очередь, может варьироваться в зависимости от приложения, и этот спектр отклонений часто иллюстрируется как непрерывный Нетранспортные приложения, такие как , получают выгоду от повышения топливной эффективности, особенно работающие на ископаемом топливе, или отрасли, связанные со , такие как производство в процессе

Эффективность автопарка описывает среднюю эффективность группы транспортных средств. Технологический прогресс в эффективности может быть компенсирован изменением покупательских привычек в пользу более тяжелых транспортных средств, которые при прочих равных являются менее эффективными.

Введение

Из значений одинаковой продолжительности необеспеченности (из разных лет) были построены функции распределения каждого параметра по обеспеченности от года к году.

Рис. 1. Зависимости эффективной мощности (а) и удельного эффективного расхода топлива (б) от частоты вращения коленвала поршневого двигателя, работающего на разных видах топлива

Таким образом, на сегодняшний день учёные и специалисты нацелены на разработку мер по повышению эффективности газопоршневых двигателей. Однако при этом имеется довольно мало исследований, в которых бы производился анализ тех или иных научных и инновационных решений на технико-экономические и экологические параметры конкретных поршневых ДВС и целесообразность их внедрения на практике. В данной статье на основе численного моделирования рабочего цикла произведена оценка топливной экономичности бензинового ДВС (8Ч9,2/8,8) после его перевода на газомоторное топливо

(пропан и метан), а также выполнен анализ влияния степени сжатия на основные показатели рассматриваемого двигателя, работающего на разных топливах.

Методика расчетов
Для сравнения возьмем автомобили Honda различных типов двигательных установок, один из самых экономичных дизелей – VW Jetta Diesel, и спортивный(!) электромобиль Tesla Roadster. Для сравнения выбраны малолитражные автомобили не сильно различающиеся по весу со спортивным электромобилем. Почему выбран именно спортивный вариант электромобиля? – Потому что мы все знаем “прожорливость” спортивных автомобилей и, таким образом, выбрав Tesla Roadster для сравнения, даем фору другим участникам нашего исследования.

Поскольку электромобиль в настоящее время является, в основном, средством внутригородской коммуникации, сравнивать будем расход энергии на передвижение в смешанном цикле. Для всех автомобилей были выбраны минимальные цифры расхода топлива (таким образом в нашем исследовании участвуют самые экономичные двигателя из имеющихся в данной линейке версий автомобиля).

Суммарная эффективность переработки, доставки и заправки взята из статьи: “The 21st Century Electric Car” by Martin Eberhard and Marc Tarpenning, Tesla Motors Inc. Wednesday, July 19, 2006.
Теплота сгорания различных видов топлива взята из книги: “А.С. Енохович. Справочник по физике и технике. Москва, 1989”. Для бензина теплота сгорания принята 30.8 Мдж/л, для дизтоплива – 36,3 МДж/л, водород 120 МДж/кг, природный газ – 45 МДж/кг.

Для водородных топливных элементов получение водорода принято, исходя из наиболее недорогой технологии производства – путем окисления метана природного газа парами воды эффективность данного метода около 61% (на весь процесс от добычи природного газа до заправки в бак автомобиля). Хочу отметить, что в современных установках по электролизу воды КПД процесса составляет чуть более 60%, так что критиков предыдущего метода получения водорода прошу не беспокоиться.

Электроэнергию для зарядки электромобиля можно получить на атомных электростанциях или из возобновляемых источников (при помощи солнечных батарей, гидро- или ветроэлектростанций). Однако трудно рассчитать эффективность этих методов получения электроэнергии, поэтому для рассчетов взята электроэнергия, производимая на ТЭЦ при сжигании природного газа.

Результаты сравнения
Данные расчетов объединены в следующую таблицу:

Выводы
После длительных и нудных объяснений методики расчетов, и приведения результатов, можно переходить к самому интересному – извлечению выводов из имеющейся информации.

Несмотря на довольно жесткую методику рассчетов можно видеть, что суммарная энергоэффективность электромобиля в 2 раза выше ближайших конкурентов – гибридных автомобилей и автомобилей на водородных топливных элементах.

Автомобили с водородными топливными элементами оказались далеко не так хороши, как их рекламируют и активно продвигают. Эффективность самого водородомобиля достаточно высока (0,7 км/МДж – второй результат после электромобиля). Однако ущербность данной технологии показывает суммарная энергоэффективность, сравнимая с эффективностью дизеля при несоизмеримо большей стоимости и сложности.

Энергетическая эффективность самого электромобиля недостижимо высока (1,84 км/МДж) – в этом виноват высокий коэффициент полезного действия электроустановки. Расчеты навевают сомнения в заявленом КПД автомобилей с двигателями внутреннего сгорания – мне неоднократно встречались заявления, что КПД дизельного двигателя достигает 40%, что позволяет говорить о безперспективности электромобилей. Безперспективности – из-за того, что суммарная мощность автомобилей превышает суммарную мощность электростанций, и при замене авто- на электро электроэнергии просто не хватит. Возможно, на оптимальных оборотах дизель и имеет 40% КПД, однако, если брать реальные условия, КПД дизеля не дотягивает до 20% (иначе у электромобиля получилось бы КПД 160% – вечный двигатель, однако). Так что для питания электромобилей потребуется в 4 раза меньше энергии при полном замене современного парка автомобилей.

Поскольку массовый современный электромобиль – средство внутригородской коммуникации, то об увеличении количества электростанций говорить не приходится. Наоборот, электромобили могут стать важным элементом энергосистемы мира, сглаживая ночное падение потребления электроэнергии.

Надеюсь, читатель почерпнул немного полезных сведений о современном мире транспорта. В публикации затронуто много спорных моментов, методика сравнения достаточно приблизительна. Через пару недель я наконец-то выхожу в долгожданный отпуск. Надеюсь, у меня появится несколько свободных часов, чтобы написать калькулятор эффективности различных видов транспорта. Тогда любой желающий сможет путем собственных расчетов подтвердить (или опровергнуть) вышеизложенные выводы.

Мировое энергопотребление, вопреки всем кризисным явлениям, не прерывает свой рост. Как и раньше, ключевую роль среди энергоносителей играют невозобновляемые природные ресурсы. В первую очередь это нефть, газ и уголь. Их совокупная доля в мировом энергобалансе превышает 87% (нефть – 35%, природный газ – 24%, уголь — 28%), и, видимо, как раз благодаря экономическим проблемам от роста потребления в первую очередь начинает требоваться энергоинтенсивность. При этом современное общество находится уже на достаточно высокой ступени осознания реальности, оно в полной мере понимает все риски, связанные с подобным ростом, поэтому устойчивыми сателлитами развития энергоинтенсивности становятся энергосбережение, энергобезопасность и экологическая чистота.

Транспортный сектор экономики использует до четверти мирового объема энергоносителей, традиционно являясь одним из крупнейших их потребителей. Соответственно, повышение энергоэффективности именно в транспортном сегменте сможет дать весомый вклад в энергетическую стабильность и эффективность в целом. Если вспомнить, что 95 % мирового транспорта рассчитаны на потребление нефтепродуктов, то диверсификация источников энергии для транспорта и внедрение альтернативных видов моторного топлива автоматически приобретают статус актуальнейшей задачи.

Среди альтернативных видов моторного топлива, самым доступным, экономически и технологически подготовленным к массовому использованию является природный газ, применение которого решает сразу две ключевые проблемы современной энергетики: сокращает использования нефтепродуктов и снижает негативное воздействие выхлопных газов на окружающую среду. В итоге, данный вид топлива имеет все шансы не просто стать альтернативой, но и основным конкурентом традиционному нефтяному топливу.

Природный газ (метан) является единственным моторным топливом, получаемым из ископаемого сырья без использования сложных технологических процессов переработки, а небольшое число технологических операций при производстве определяет его невысокую себестоимость. Конечно, основным недостатком метана в качестве моторного топлива является газообразное состояние, что увеличивает стоимость оборудования, устанавливаемого автомобили, усложняется систему доставки и заправки по сравнению с жидкими видами моторными топлива. Однако, значительные естественные запасы, развитая сеть доставки от месторождений во многие регионы по магистральным газопроводам и огромные экологические преимущества (в сравнении с продуктами крекинга нефти) позволяют рассматривать природный газ как исключительно перспективное и универсальное моторное топливо для России.

Кстати, если говорить о России, то нефтяная зависимость нашего транспортного сектора является практически абсолютной, ведь использования альтернативных видов топлива не превышает 1%. Одновременно с этим, изношенность основных фондов производителей бензина и дизельного топлива высока, что увеличивает их издержки, повышает риски и, в конечном итоге, может негативно отразиться на уровне обеспеченности автотранспортной составляющей. В таких условиях природный газ и его внедрение в качестве моторного топлива приобретают исключительную важность.

Говоря об экономической составляющей, стоит отметить:

И последнее – если дополнительно принять во внимание состояние российского автомобилестроения и нефтеперерабатывающей отрасли, то растущие экологические требования к транспорту в принципе не могут быть обеспечены традиционным моторным топливом. Перевод транспорта на природный газ – не только самый простой, но и, пожалуй, единственный способ решения этой задачи.

Опираясь на все сказанное выше и на результаты анализа перспектив рынка газомоторного топлива в России, четко вырисовываются основные перспективы его стратегического развития:

1. Создание разветвленной заправочной сети, ориентированной на массовое удовлетворение потребностей в газомоторном топливе.

2. Создание условий для перевода транспорта на природный газ и обслуживания газового транспорта.

3. Опережающее внедрение альтернативного моторного топлива на общественном транспорте.

4. Содействие организации крупносерийного выпуска автомобилей с газомоторными установками на заводах автопроизводителей.

5. Формирование лояльного правового и информационного поля, совершенствование нормативной базы по использованию КПГ на транспорте.

6. Разработка и внедрение передовых технологий в области использования природного газа на транспорте.

Энергосбережение на транспорте – автотранспорт

Тенденцией последних лет является постоянный рост потребления топлива автомобильным транспортом.

Связано это с увеличением количества автомобилей на одного человека.

Рост количества автомобилей привел к уменьшению энергетической эффективности на одного пассажира.

В качестве ключевых способов повышения энергоэффективности на автомобильном транспорте представляются следующие технологии.

Энергоаудит • Энергетический паспорт • Программа энергосбережения

В таких странах как Россия, где большая часть грузовых перевозок организована с помощью железных дорог, на первый план выходит энергосбережение именно на железнодорожном транспорте.

Снижение затрат энергии на единицу перевозимого груза по железным дорогам позволяет уменьшить себестоимость товара и получить конкурентное преимущество на внутреннем и международном рынке.

Энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте реализуются в виде таких мероприятий:

Дополнительным способом сокращения энергозатрат является организация более эффективных переездов автомобилей через железнодорожные пути, так как ожидание возле закрытого шлагбаума увеличивает потребление топлива и время на перевозку.

Для этого целесообразно строить подземные/надземные переезды, а также внедрять уравнители времени, которые извещают о приближении поезда за минимальное время, необходимое для опускания шлагбаума.

Посмотреть на примеры экономии тепла

Постановка задачи

В качестве базового двигателя для исследования был выбран широко распространённый бензиновый двигатель 8Ч9,2/8,8 (заводское обозначение ЗМЗ5231.10. Это V-образный (под углом 90°), четырёхтактный, карбюраторный, верхнеклапанный, восьмицилиндровый двигатель без наддува со следующими основными параметрами:
❏ рабочий объём цилиндров Vh = 4,67 л;
❏ степень сжатия ε = 7,6;
❏ коэффициент избытка воздуха a = 1;
❏ номинальная мощность Ne = 91,2 кВт при 3200–3400 мин–1;
❏ максимальный крутящий момент Me = 298 Н·м при 1600–2000 мин–1;
❏ количество клапанов на цилиндр — 2;
❏ высота подъёма клапанов h = 10 мм.

Таким образом, на сегодняшний день учёные и специалисты нацелены на разработку мер по повышению эффективности газопоршневых двигателей. Однако при этом имеется довольно мало исследований, в которых бы производился анализ тех или иных научных и инновационных решений на техникоэкономические и экологические параметры конкретных поршневых ДВС и целесообразность их внедрения на практике. В данной статье на основе численного моделирования рабочего цикла произведена оценка топливной экономичности бензинового ДВС (8Ч9,2/8,8) после его перевода на газомоторное топливо

Исследования проводились на основе численного моделирования рабочего цикла двигателя в программном комплексе «Дизель-РК», разработанном в МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сначала была проведена настройка математической модели базового двигателя по 39 параметрам, включающим фазы газораспределения, геометрию впускных и выпускных систем, продолжительность сгорания, угол опережения зажигания, конструктивные особенности цилиндропоршневой группы и т.д. В результате были сопоставлены внешние скоростные характеристики (по мощности, крутящему моменту и расходу топлива) двигателя-прототипа (данные из руководства по эксплуатации) и базового двигателя (данные «Дизель-РК»), отличия в которых не превышали 7%. Далее в математической модели осуществлялась замена жидкого топлива (бензина) на газообразное — пропан и метан. Химический состав (в процентных долях) бензина был следующим: С = 0,855, Н = 0,145 при низшей теплоте сгорания Hu, равной 44 МДж/кг. Химический состав пропана: С = 0,817, Н = 0,182 при Hu = 46,47 МДж/кг; метан: СН4 = 0,95, С2Н6 = 0,05 при Hu = 49,74 МДж/кг. Исследования проводились в диапазоне частот коленчатого вала n от 1000 до 3400 мин–1 с шагом 400 мин–1 при стандартных атмосферных условиях. Ключевыми параметрами, на основании которых производился анализ влияния перевода ДВС на газообразное топливо, являлись эффективная мощность Ne и удельный эффективный расход топлива ge.

Рис. 2. Зависимости эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от степени сжатия поршневого двигателя, работающего на пропане (а) и метане (б)

Топливная эффективность двигателя автомобиля

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Иркутска средняя общеобразовательная школа №80

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Появление автомобилей на дорогах общего пользования, а за ними и специального автомобильного топлива привело к настоящей мировой революции в сфере транспорта. Бензин, дизель и другие виды топлива внесли большой вклад в развитие нашего мира.

: Сегодня автомобильный транспорт — одна из массовых отраслей, занимающая одну из главных позиций в промышленном комплексе страны. Каждый из нас практически ежедневно встречается и взаимодействует с этим видом транспорта — это может быть как общественный транспорт, рабочий так и личный. Непосредственный владелец автотранспортного средства желает, чтобы его машина прослужила как можно дольше — поэтому основным условием является не только своевременное техническое обслуживание, но и использование качественного автомобильного топлива. При оптимальной сборке конструктивных материалов двигателя и технологической сборке является важной особенностью соответствие подобранного топлива, смазочных материалов, технических жидкостей.

К сожалению, в наше время встречаются продавцы топлива, которые реализуют несоответствующий определенным ГОСТам топливный продукт. Поэтому, уважающий себя автовладелец, чтобы не стать источником наживы для недобросовестных продавцов, а также осуществлять заправку своего автомобиля только топливом хорошего качества, должен уметь определять качество бензина самостоятельно.

Цель и задачи:

Цель — изучить виды топлива с их особенностями, определить способы проверки и улучшения эффективности топлива.

Изучить литературу по данной теме.

факторы, влияющие на топливную эффективность двигателя.

Изучить способы исследования качества бензина в бытовых условиях.

Провести исследования качества бензина при помощи несложных методов, пригодных в бытовых условиях.

«Проверь самостоятельно на АЗС качество автомобильного топлива» (Приложение 1)

Недостаточный контроль государства в отрасли по производству топлива, производство некачественного топлива для потребителей и низкие стандарты по качеству.

если создать новые нормы ГОСТ по производству автомобильного топлива и усилить контроль государства качества производства,то улучшится эффективность топлива и его влияние на КПД двигателя.

1.5. Назначение проекта: дать возможность ознакомления неограниченному кругу лиц знакомства со способами проверки качества топлива и повышения эффективности автомобильного топлива для двигателей.

сведения об эффективности топлива.

изучение литературы, обобщение информации, анализ.

В далеком 1876 году один немецкий инженер спроектировал и собрал двигатель, который работал на высвобожденной энергии сгоравшего топлива. Николаус Отто (рис. 1) центральным звеном своего устройства сделал карбюратор. Горючий материал смешивался с атмосферным воздухом. Затем происходило сжатие этой смеси в цилиндрах, и электрическая искра вызывала воспламенение. Дальнейший путь кинетической энергии знаком всем ученикам старших классов: поршень двигается под воздействие газов и поворачивает коленвал. Вращение колес осуществлялось путем цепной передачи либо через вал. Этот принцип нисколько не изменился и на сегодняшний день. В качестве топлива использовались горючие материалы, которые уже существовали в то время – керосин, бензин и дизельное топливо. Об этом немного подробнее.

П ервый бензин получил Майкл Фарадей (рис. 2) еще в 1825 году, но опыты с нефтью проводились и раньше. В нашей стране в районе Ухты в конце восемнадцатого века был построен первый завод по предварительной очистке нефти. Конечно, технология была проста до крайности.

Принцип работы завода был очень похож на принцип работы самогонного аппарата. Емкость с нефтью ставили вовнутрь печи и продукт нагрева по трубе шел в приготовленную заранее бочку. Труба проходила через бочку с водой, которая выполняла роль охлаждающего элемента. Полученная очищенная нефть использовалась в основном для освещения помещений. А именно тот продукт, который мы знаем как бензин, получил английский физик и испытатель Фарадей. Выделив опытным путем углеводородное соединение, требующее минимальных условий для воспламенения.

Само название имеет арабские корни и понимается как «благовонное вещество». И это благодаря тому, что исходный материал Фарадей получил откуда-то из Малой Азии.

П римерно через семьдесят лет был изобретен процесс более тщательного разложения нефти на составляющие. Русский инженер по фамилии Владимир Григорьевич Шухов (рис.3) сумел добиться гораздо большего КПД на выходе и увеличить объем произведенного бензина. Что послужило продвижению этого горючего в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, которые были усовершенствованы немцем Готтлибом Даймлером (рис. 4). Автомобили все серьезней внедрялись в жизнь человека и люди впервые столкнулись с нехваткой топлива.

Изобретение дизельного топлива

Основным конкурентом бензина является дизельное топливо. Это горючее обязано своим названием немецкому инженеру Рудольфу Дизелю (рис. 5), который ещё в юношескую пору мечтал о двигателе, который оставит по своим характеристикам паровой далеко позади. И изначально весь агрегат был рассчитан на угольную пыль. Но разработка такой схемы была слишком сложна и Дизель решил остановиться на дешевых продуктах переработки нефти вроде мазута.

Работа изобретения немецкого инженера была в корне иной, чем у Отто. Топливо всасывалось в цилиндр, но для его воспламенения не нужны были свечи. Возгорание достигалось путем огромного давления, которое создавалось в камере. Это была довольно сложная конструкция, и поэтому ушло более пяти лет на конструирование первого действующего образца, который был высотой 3 метра и мощностью порядка 19 лошадиных сил.

Д вижущей силой был керосин, он обеспечил КПД в два раза больше, чем у паровой машины.

Переработку под солярку произвели уже другие инженеры. Лицензию на производство двигателей такого типа купил Эммануил Нобель (рис. 6) и организовал предприятие по сборке под Петербургом. Так как у керосина цена была довольно высока, то он попросил своих сотрудников несколько переработать конструкцию. И двигатель стал с удовольствием потреблять сырую нефть, а затем и солярку.

Появление понятия для обозначения двигателей и потребляемого ими топлива – «дизель» — окутано пологом тайны. И сейчас дизельным топливом или соляркой называется продукт переработки нефти, который используется для питания двигателей внутреннего сгорания, воспламенение топлива в которых происходит за счет большого давления.

Виды автомобильного топлива

На данный момент существует 6 видов автомобильного топлива:

• Бензин – основной вид топлива для легкового транспорта.

Бензин – это топливо, смесь из легкокипящих углеводородов в жидком состоянии с различными химическими составами. При создании бензина, в первую очередь, идёт его детонационная стойкость (октановое число), для этого используют парафиновые углеводороды (имеют наименьшую детонационную стойкость) и ароматические углеводороды (обладают наибольшей детонационной стойкостью).

По российским стандартам существуют следующие марки бензинов: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98.

• Дизель – основной вид топлива для крупного транспорта.

Дизель – это топливо, в основном состоящие из цетана (легко воспломеняемая жидкость) и метилнафталина (плоховоспломеняемая жидкость). Основным значением для дизеля является цетановое число – это отношения содержания цетана к метилнафталину в топливе. Цетановое число характеризует способность топлива к самовоспломинению, оптимальным значением является диапозон от 45 до 50 единиц. Если выше значение то дизель может раньше времени воспломиниться, а если ниже, то приводит к так называймой “жёсткой” работе двигателя.

• Биодизель – альтернативное дизельное топливо.

Биодизель – это топливо, представляющие себя как многокомпонентую смесь, которое состоит в основнои из моноалкильных эфиров жирных кислот и в состав топлива не входит нефть. Производство биодизеля регламентирует стандарт ГОСТ Р 53605-2009. Основным плюсом является его экологичность и простая организация производст.

• Биоэтанол – этанол, используется в качестве горючей смеси.

Биоэтанол – это топливо, которое производится из продуктов содержащие сахар и крахмал. У этого вида топлива множество преймуществ: экологичность, положительный уровень энергетического баланса (от 1,24 до 8) и высокое октановое число (105 единиц).

• Керосин – топливо, которое использует авиация.

Керосин – это топливо, создающиеся путём ректификации продутов переработки нефти при высокай температуре. Оно является прозрачной и маслянистой жидкостью. Сущетсвует 4 вида керосина: ракетный керосин, авиационный керосин, технический керосин и осветительный керосин.

• Газ – искусственый или естественный вариант горючей смеси.

Газ – это топливо, которое разделяется на сжатый (метан) и сжиженный газ (пропан-бутановая смесь). Метан можно заправить толька на АГНКС – автомабильная газонаполнительная компрессорная станция. Пропано-бутановая смеь можно приобрести на АЗС – автомобильная заправочная станция или на специальзированной газозаправочное точке – АГЗС.

Виды топлива и их октановые числа

На территории Российской Федерации существует 7 видов ГОСТов на производство топлива (Р51105, Р51866, Р32513, Р52368, Р32511, Р55475, Р305), но по законодательству производителей не обязывают строго следовать условия ГОСТ, поэтому обычно производители придерживаются техническим условия (ТУ) или соответствующий стандарт организации (СТО).

В Российской Федерации ведут специальную статистику потребления по разным видам автомобильного топлива, так бензин АИ-95 является самым популярным горючем для заправки автомобиля среди населения. Диаграмма созданая по данным статистики находяится на рисунке 7.

Рис. 7 Потребление топлива в Российской Федерации

КПД (коэффициент полезного действия) – это степень эффективности использования энергии топлива в моторе, чем он выше, тем больше тепловой энергии от сгорания топлива преобразуется в двигателе в механическую энергию вращения главного вала и тем меньше потребляет топлива мотор на единицу выдаваемой мощности.

Часть произведённой энергии двигателям расходуется, так при сжигании топлива 25 % горючего уходит в выхлопную трубу и ещё энергия затрачивается из-за трения деталей. У бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) КПД составляет около 20-25 % (На рисунке 8 представлена схема потерь энергии в бензиновых ДВС). У дизельных двигателей КПД составляет до 45 %, но существуют малооборотные двигатели, которые имеют свыше 50 %.

Виды автомобильных двигателей внутреннего сгорания и

их эффективность работы

Самым эффективным циклом работы ДВС, имеющий максимальный КПД двигателя, считается цикл Карно.

Рис. 8 КПД ДВС и структура потерь в двигателя.

показывает, какое количество топлива эффективно сгорело в двигателе и превратилась в объем рабочих газов высокой температуры и высокого давления, а какая часть топлива так и не была сожжена и в виде продуктов неполного сгорания, обугленных частиц (в виде дыма, копоти и сажи), или вообще практически в виде чистых паров топлива, прошла двигатель напрямую и вышла в выхлопную трубу.

сжигают в среднем не более 75% топлива, а вот 25% паров топлива и продуктов его неполного сгорания идет в выхлопную трубу и нуждается в услугах дожигателя (чтобы не отравлять окружающую среду). То есть в существующих на сегодня двигателях полноценно сгорает и переводится в тепло не более 75% топлива. Для 2-х тактовых видов двигателей это значение еще меньше.

Термический КПД – показывает, какое количество тепла, полученного от сжигания топлива, превращается в полезную работу, а какое – бесполезно рассеивается в окружающей среде.

В среднем поршневые двигатели обладают этим КПД в размере 35-40%. Т.е. около 65 % вырабатываемого тепла выбрасывается без пользы в окружающею среду через систему охлаждения и с выхлопными газами.

Механический КПД – показывает, какое количество механической работы превращается в силу крутящего момента на главном валу и передается потребителю, а какое – бесполезно расходуется на преодоление трения движущихся деталей (поршень, шестерен и на коленчатого вала) или затрачивается на привод обеспечивающих механизмов, а так же на осуществления процессов впуска и выпуска.

В среднем 10% работы двигателя уходит на трение между собой его деталей и на привод вспомагательных механизмов двигателя.

В итоге – по сумме топливной, термодинамической и механических потерь современные поршневые двигатели небольших размеров и мощностей имеют КПД неболее 30%, на рисунке 9 наглядно показано эффективность использования энергии в ДВС.

Рис. 9 КПД и структура распределения потерь в ДВС

Влияние качества топлива на работу двигателя

Октановое число топлива

Октановое число топлива – это показатель характеризующий качество топлива, а именно его стойкость к детонации. Определяется с помощью соотношения изооктанов (устойчивое вещество к возгоранию) и -гептанов (неустойчивое вещество к возгоранию) в бензине.

Максимальным показателем октанового числа является 140 единиц у экспериментального топлива, но выпуск такого бензина невозможен по причине экологических стандартов. Неэтилированное топливо может иметь около 109 единиц, у авиационного топлива 115 единиц, а у автомобилей используется 95 и 98, гоночные болиды применяют топливо с 102 октановыми числами.

Существует 2 способа для увеличения октанового числа топлива.

Если добавить катализаторы на основе рения, то количество углеводородов в бензине увеличиться, а за этим и октановое число будет больше.

Второй способ добавка специальных присадок таких как – тетраэтилсвинец, присадки на основе эфира, спирта и ароматических углеводородов.

Тетраэтилсвинец – это самая распространённая присадка для топлива в мире, благодаря её действию октановое число повышается на 17 единиц. В чистом виде не используется, так как создаётся свинцовый нагар в цилиндре, что провоцирует поломку двигателя, а так же из-за своей экологической небезопасностью.

Детонация – самопроизвольное воспламенение топлива в цилиндре до того момента пока поршень не дошёл до мёртвой точки. На рисунке 10 изображен пример детонации в двигателе.

Д етонация приводит к капитальному ремонту двигателя по причине резкого повышения температуры и возникновения взрыва со скоростью взрывной волной 1,5 км/с вместо обычных 15 м/с. Так же провоцирует закоксовку камеры сгорания и ударные волны в ней, и перегрев двигателя, что приводит к быстрому износу двигателя из-за несогласованной работы механизмов. Причиной может служить использование топлива с более низким октановым числом чем рекомендует производитель и использование некачественного бензина, в котором присутствует легко испаряемые вещества.

Способы исследования качества автомобильного топлива

Существует множество методов определения качества топлива, они различаются только в точности результата и сложности проведения исследования. Я же расскажу о способах определения качества топлива в бытовых условиях, не требующие каких-либо специальных знаний.

Первым способом для определения качества бензина и дизеля, а точнее нахождение в их составе воды, является использование прозрачного стеклянного сосуда (рис.11). В случае с бензином необходимо наполнить сосуд топливом и оставить его в вертикальном положении на 2-3 часа, после чего, если в бензине присутствовала вода, то она осядет на дне сосуда. С дизелем нужно так же наполнить сосуд топливом, но необходимо закупорить его и встряхнуть, после чего, если жидкость помутнела, то это означает нахождение воды в составе. Вода не должна находиться в бензине и дизеле, если вы обнаружили её в топливе, то это означает несоответствующее качество горючего.

Рис.11 Разные виды топлива в сосудах.

Вторым способом определения качества (Таблица 2), является цвет самого топлива, крупные сети автомобильных заправочных станций специально изменяют цвет бензина. Например, бензин АИ-98 подкрашивают в синий цвет, в таблице 3 показаны виды бензина и их оттенки цвета.

Виды бензина и его специальные оттенки для определения качества

Третьим способом проверки топлива на качество (рис. 12), является использование специальных индикаторов полосок, которые можно купить в автомобильных магазинах или на сайте с автомобильной продукцией. На полоску индикатора необходимо капнуть 1-2 каплями топлива и если цвет изменился у полоски, то в горючем присутствуют запрещённые присадки для увеличения октанового числа.

Рис.12 Тест в виде индикатора для определения качества топлива.

Проверка качества топлива

Я провёл исследования, как в бытовых условиях определить качество топлива при помощи специальных индикаторов в виде полосок. Для его проведения был приобретён бензотест в виде индикатора, а так же бензин АИ-95 на АЗС.

Рис.13 Итоговый результат теста.

По итогам проведённого теста я получил результат (рис. 13): лёгкое окрашивания индикатора. Это означает, что в бензине содержится запрещённые металлосодержащие, октаново-повышающие присадки в незначительной концентрации — данный образец топлива не соответствует установленным требованиям и не должен реализовываться на АЗС.

Топливо – это горючие вещество, которое используется для выделения энергии при химических реакциях для технических целей. В мире существует всего 16 видов автомобильного топлива, но некоторые из них уже не применяются так как являются устаревшими видами.

Цель, поставленная в ходе работы над проектом достигнута: мною изучены виды топлива и выявлены способы определения эффективности топлива. Создана «Проверь самостоятельно на АЗС качество автомобильного топлива» – были решены, путём ознакомления с материалом о видах автомобильного топлива и их способах определения качества, принципах их работы в ДВС.

озвученная мною, не может быть решена на уровне простого потребителя, необходимо глобальное решение – более тщательно осуществлять контроль государства в отрасли производства топлива.

подтверждена и обусловлена поставленной мной проблемой. Но есть выход из создавшейся ситуации – самим потребителям использовать качественное топливо, предварительно, осуществляя проверку качества, указанными мною способами.

Мокров О.О. Типы топлива: виды и сорта горючего, а также регламенты, регулирующие его качество// Энциклопедия автомобилей. 2020. URL: https://naavtotrasse.ru/encziklopediya/tipy-topliva-vidy-i-sorta.html

Водянов И.Ю. Как качество топлива влияет на экономичность двигателя//сайт ПК «Моторесурс».2020-2022. : https://motoresurs.ru/news/?id=11

Петроченко В.А. Развитие топлива// autohis.ru: сайт об истории автомобилестроения. 2012-2022. : https://autohis.ru/razvitie-topliva.php

(лицевая и оборотная стороны)

Энергосберегающие технологии на авиатранспорте

Перевозка пассажиров и грузов авиационным транспортом занимает не слишком большую долю в общем пассажиропотоке или грузопотоке в сравнении с железнодорожным и автомобильным транспортом.

Однако ввиду того, что летательные аппараты потребляют больше дорогостоящего топлива, внедрение энергосберегающих технологий на авиатранспорте позволяет добиться значительной экономии в денежном эквиваленте.

Все энергосберегающие технологии, которые внедряются в этой сфере, можно условно разделить на две группы:

Сократить затраты энергии в аэропорту можно следующими способами:

Рассмотрим энергосберегающие технологии, связанные с самими самолетами:

Альтернативное топливо

Энергосбережение на транспорте напрямую связано и с видом используемого топлива.

В частности – сжиженного природного газа.

А это отражается и на экологической составляющей, и на себестоимости перевозок.

Дополнительные преимущества использования сжиженного газа:

Энергосбережение на водном транспорте

Морские и речные перевозки необходимы для транспортировки объемных и тяжелых грузов на большие расстояния.

Кроме того, водный транспорт используется для перевозки большого количества пассажиров.

Ввиду высокой мощности судовых силовых установок они потребляют относительно много топлива.

Поэтому внедрение энергосберегающих технологий напрямую отражается на себестоимости перевозки 1 кг груза или 1 пассажира, что влияет и на рентабельность работы транспортных компаний.

Для уменьшения затрат энергоресурсов на водном транспорте применяются такие меры:

Энергосберегающие технологии на трубопроводах

Трубопроводный транспорт используется в основном для транспортировки энергоносителей.

Следовательно, внедрение технологий энергосбережения в этой сфере позволит снизить себестоимость нефтепродуктов и газа для крупных промышленных потребителей и частных лиц, что окажет положительный эффект для экономики страны в целом.

Для уменьшения затрат энергии на транспортировку жидких и газообразных сред в трубопроводах возможно внедрение следующих технологий:

Уменьшение веса автомобиля

Исследования производителей транспортных средств показывают, что снижение веса легковых и грузовых машин за счет все большего использования полимерных материалов позволяет добиться большой экономии.

Если ранее снижение веса достигалось за счет использования дорогостоящего магния и алюминия, сейчас им на смену пришли композитные материалы, например, углепластик.

Причем, использование композитных материалов не сказывается на безопасности.

Например, тот же карбон поглощает больше энергии удара при столкновении в сравнению со сталью.

Энергосбережение на транспорте – использование менее энергоемкого топлива

Зеленые шины

Использование «зеленых» шин позволяет

Как это работает.

Каждый автомобиль подвергается воздействию сил трения и сопротивления качению.

Для уменьшения сопротивления качению производители шин меняют углевод, придающей черный цвет шинам на кремний.

Кремний сокращает сопротивление качению по сравнению с углеродом примерно на 20%.

Таким образом автомобиль расходует меньше энергии и, соответственно, потребляет меньше горючего.

Практический результат для автотранспортных предприятий

Для оценки положительного экономического эффекта от использования газомоторное топлива в поршневых ДВС рассмотрим первый вариант, когда базовый бензиновый двигатель был переведён на метан без увеличения степени сжатия. Как было показано выше, в данном случае снижение удельного эффективного расхода топлива ge составляет 12–14% (в среднем около 13%) при снижении мощности на 12%. Соответственно, на режиме средней нагрузки (n = 2200 мин–1) массовый расход бензина для базового двигателя составляет 16,8 кг/ч, а для газопоршневого двигателя на метане — 12,9 кг/ч. Отсюда можно вычислить ежегодную величину экономии топлива для одного двигателя при условии эксплуатации его в течении 2000 моточасов в год (что приблизительно соответствует пробегу автомобиля в 50 тыс. км), которая составит примерно 8000 кг. А если учесть, что стоимость бензина составляет примерно 42 руб/кг, а метана — 15 руб/нм3, то в количественном выражении экономия будет равняться около 1,1 млн руб. в год. Если же перевести на газ не один двигатель, а пять, то ежегодная экономия составит 5,5 млн руб. Можно также рассчитать второй вариант, когда базовый бензиновый двигатель был переведён на метан, но уже с последующим увеличением степени сжатия до 15. Как было показано выше, в данном случае снижение удельного эффективного расхода топлива ge составляет в среднем около 11% при фактически равных мощностях бензинового двигателя и газопоршневого. Установлено, что при аналогичном объёме эксплуатации одного двигателя ежегодная экономия топлива в данном случае составит 10 тонн или почти 1,2 млн. руб. Следует отметить, что аналогичные расчёты для газопоршневого двигателя, работающего на пропане, показывают, что ежегодная экономия топлива для одного ДВС составит примерно 1,5 т, а выигрыш в рублях будет равняться чуть больше 700 тыс. руб. Таким образом, на основании численного моделирования рабочего цикла поршневых ДВС размерности 9,2/8,8, работающих на разных видах топлива, наибольшую топливную экономичность имеет газопоршневой двигатель на метане со степенью сжатия 15. Проведённое исследование показало, что существует значительный потенциал в повышении энергоэффективности поршневых двигателей, работающих на газомоторном топливе. И для его раскрытия требуются дальнейшие исследования по доводке рабочего процесса газопоршневых ДВС, как с помощью численного моделирования, так и на основе стендовых испытаний.

Заключение

На основе проведённого исследования можно сделать следующие выводы:
1. Разработаны математические модели рабочих циклов ДВС (применительно к двигателю 8Ч9,2/8,8), работающих на разных видах топлива (бензин, пропан, а также метан), в программном комплексе «Дизель-РК».
2. На основании численного моделирования установлено, что перевод бензинового двигателя на газомоторное топливо приводит к снижению эффективной мощности в диапазоне 5–12% при уменьшении удельного эффективного расхода топлива на 4–13%.
3. Показано влияние величины степени сжатия на технико-экономические показатели газопоршневых двигателей при работе на разных режимах.
4. Установлено, что повышение степени сжатия газопоршневых ДВС с 7,6 до 15 улучшает их топливную экономичность до 30% по сравнению с базовым бензиновым двигателем.
5. Рассчитан количественный экономический эффект от перевода пяти двигателей на пропан и метан для небольшого автотранспортного предприятия. Таким образом, проведённое исследование показало наличие значительного потенциала энергосбережения в области поршневого двигателестроения в случае использования в двигателях внутреннего сгорания газомоторного топлива.

Оригинал статьи: Оценка топливной экономичности поршневых двигателей после их перевода на газомоторное топливо (508 Кб)

Результаты моделирования рабочего цикла поршневых ДВС

На основе численного моделирования установлено, что двигатель, работающий на метане, при ε = 15 имеет мощность, фактически равную базовому бензиновому двигателю (отклонения Ne находятся в пределах ± 5%), при снижении расхода топлива на 20–30%, в зависимости от режима работы ДВС. В свою очередь, при ε = 15 у двигателя, работающего на пропане, наблюдается рост мощности по сравнению с базовым двигателем в диапазоне 5–15% при одновременном уменьшении ge на 10–20%. Для более корректного сравнения технико-экономических показателей поршневых ДВС, работающих на разных видах топлива, дополнительно было выполнено численное моделирование для бензинового двигателя, имеющего ε = 11 (что вполне допустимо при работе на бензинах с октановым числом 95–98) и газопоршневых двигателей, работающих на пропане и метане с ε = 15 (рис. 4). Установлено, что бензиновый двигатель с ε = 11 и газопоршневой ДВС, работающий на пропане, с ε = 15 имеют практически одинаковую эффективную мощность (отличия составляют ± 2%) во всём диапазоне частот вращения коленчатого вала; при этом газопоршневой двигатель имеет меньший расход топлива ge на 4–10%. В свою очередь, бензиновый ДВС с ε = 11 имеет большие значения Ne по сравнению с двигателем, работающем на метане, на величину от 4 до 10%. Однако даже в этом случае газопоршневой двигатель на метане имеет существенно лучшую экономичность (снижение ge вплоть до 20%).

Энергосбережение транспорте – подводим итог

Энергосбережение на транспорте позволяет снизить стоимость транспортировки грузов и пассажиров и увеличить рентабельность практически всех сфер экономики.

Однако для реализации перечисленных технологий необходим комплексный подход и законодательное регулирование со стороны государственных органов.

В противном случае приложенные усилия не дадут нужного эффекта.