Рейтинг дизельных двигателей легковых автомобилей: 10 самых надежных дизельных двигателей

Автомобили.com фото

Если вам нужен дизельный двигатель, вам придется покупать пикап или внедорожник. Дизели больше не предлагаются в легковых автомобилях в США, хотя Mazda планирует сделать доступной дизельную версию своего седана Mazda6. Недавние скандалы, связанные с изменением выбросов и переходом отрасли на гибриды и электромобили, привели к исключению дизельных двигателей в автомобилях. Но дизели генерируют гораздо больший крутящий момент, чем газовые двигатели, и этот низкий уровень шума делает их предпочтительным двигателем для многих, кому нужно буксировать тяжелые прицепы, поэтому вы по-прежнему будете видеть этот вариант трансмиссии в линейках грузовиков и внедорожников.

Связанный: 2020 Jeep Wrangler EcoDiesel: 7 плюсов и 4 минуса

Кроме того, EPA заявляет, что дизельное топливо содержит на 10-15% больше энергии на галлон, чем бензин, и что дизельные двигатели работают более эффективно, поэтому автомобиль с дизельным двигателем может проехать на 20-35% больше энергии на галлоне топлива, чем газовый двигатель. .

Вот существенные изменения в модельном году 2021 среди автомобилей с дизельными двигателями:

Cadillac предлагает дизельный двигатель в США.S. впервые с 1985 года на своем переработанном полноразмерном внедорожнике Escalade. 3,0-литровый рядный шестицилиндровый двигатель с турбонаддувом выдает 277 лошадиных сил и 460 фунт-фут крутящего момента, и это бесплатная альтернатива стандартному бензиновому 6,2-литровому V-8.

Escalade и более длинный Escalade ESV построены по той же конструкции, что и Chevrolet Tahoe / Suburban и GMC Yukon / Yukon XL (подробнее о них см. Ниже). Как самая роскошная версия трио, он предлагает уникальные функции, в том числе массивный сенсорный экран на органических светодиодах и дисплей на приборной панели, а также полуавтономную систему вождения Super Cruise, которая должна появиться позднее в этом году.

Буксировочная способность Silverado 1500 с 3,0-литровым шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом увеличивается на 1900 фунтов в большинстве конфигураций до максимума в 9500 фунтов для полноприводных моделей. Возможность буксировать больше также будет стоить меньше в 2021 году: цена турбодизельного шестицилиндрового двигателя упадет на 1500 до 995 долларов больше, чем на 5,3-литровый бензиновый V-8.

На тяжелом грузовике 3500 максимальная буксировочная способность увеличивается с 500 фунтов до 36 000, но это особенно касается модели Work Truck с 2-х осевым приводом с обычной кабиной и турбодизелем 6.6-литровый восьмицилиндровый двигатель, сдвоенные задние колеса и дополнительный пакет Max Tow Package.

Среди других изменений для полноразмерного пикапа Chevy на 2021 год — шестифункциональная задняя дверь Multi-Flex — новая опция; ранее он был доступен только на корпоративном двойнике GMC, где он назывался MultiPro Tailgate. Новая технология камеры для буксировки включает индикатор длины прицепа и сигнализацию складного ножа; Также недавно стало доступно беспроводное подключение смартфонов Apple CarPlay и Android Auto.

Полноразмерные внедорожники Chevrolet модернизируются к 2021 году и имеют больший размер, более просторные интерьеры и новый вариант двигателя — турбодизель 3.0-литровый шестицилиндровый. Дизель вырабатывает 277 л.с. и 460 фунт-фут крутящего момента, и его можно заказать вместо бензиновых 5,3- и 6,2-литровых восьмицилиндровых двигателей. Дизель также доступен в моделях Cadillac Escalade / Escalade ESV и братьев и сестер GMC Yukon / Yukon XL.

И Tahoe, и более длинное сиденье Suburban с семи до девяти, но дополнительные 15 дюймов длины Suburban дают ему грузовой объем 144,7 кубических футов, что почти на 22 кубических фута больше, чем у Tahoe. Среди новых функций — кнопочное управление переключателем для 10-ступенчатой ​​автоматической коробки передач, стандартный 10-дюймовый сенсорный экран с Apple CarPlay и Android Auto, а также независимая задняя подвеска, которая открывает больше места для пассажиров и груза третьего ряда.

3,0-литровый V-6 с турбонаддувом является переходным двигателем для F-150, самого продаваемого грузовика в Америке, но в 2021 году он будет работать в переработанном пикапе с эволюционными изменениями стиля, более роскошным интерьером и новыми функциями, такими как в качестве дополнительного 12-дюймового сенсорного экрана, бортового генератора, доступного с тремя уровнями мощности, и доступного электронного складывающегося переключателя передач, который опускается в центральную консоль для создания плоской рабочей поверхности.

Дизель, который развивает мощность 250 л.с. и крутящий момент 440 фунт-фут, доступен в моделях SuperCab и SuperCrew.Дизель — один из шести двигателей, доступных на F-150, включая новый гибридный вариант V-6, и, как и другие, он поставляется с 10-ступенчатой ​​автоматической коробкой передач.

Максимальная буксировка пикапа Sierra 1500 с опциональным турбодизельным 3,0-литровым шестицилиндровым двигателем увеличивается на 1900 фунтов до 9300 фунтов на 2WD двухместной кабине, а цена снижается на 1500 долларов до 995 долларов по сравнению с 5,3-литровым газовым двигателем V-8. . Максимальный вес прицепа для тяжелых грузовиков серии 3500 увеличивается до 36 000 фунтов для стандартной кабины 2WD с турбодизелем 6.6-литровый восьмицилиндровый двигатель, сдвоенные задние колеса и сцепное устройство на гибкой стойке.

Sierra, высококлассная версия Chevrolet Silverado, получает те же усовершенствования технологии камеры для буксировки, включая новый индикатор длины прицепа и оповещение о складном ноже, а также возможность беспроводного подключения смартфонов Apple CarPlay и Android Auto.

Ещё с сайта Cars.com:

Модернизированный Yukon и более длинный Yukon XL делят трансмиссию со своими корпоративными братьями и сестрами GM, Chevrolet Tahoe / Suburban и Cadillac Escalade / Escalade ESV, поэтому GMC также предлагает турбодизель 3.0-литровый шестицилиндровый двигатель в качестве нового варианта двигателя на 2021 год. Двигатель выдает 277 л.с. и 460 фунт-фут крутящего момента, и он доступен с двух- или четырехколесным приводом в качестве альтернативы бензиновому 5,3- и 6,2-литровому. V-8.

Yukon и Yukon XL отличаются от своих собратьев главным образом стилем и внутренней отделкой. Оба более просторны, чем предыдущие модели, особенно в третьем ряду и в грузовом отсеке. Все модели оснащены новыми кнопочными элементами управления переключателем коробки передач, установленными на приборной панели, а модель Denali на верхней полке оснащена уникальной приборной панелью, которая сочетается с более высококлассной мебелью.

Jeep получает в качестве новой опции 3,0-литровый двигатель V-6 с турбонаддувом мощностью 260 л.с. и 442 фунт-фут крутящего момента. Дизель в сочетании с постоянным полным приводом поставляется с технологией остановки и запуска двигателя, а также с восьмиступенчатой ​​автоматической коробкой передач, чтобы увеличить комбинированный пробег EPA до 24 миль на галлон — на 5 миль на галлон больше, чем у стандартного бензинового V-6, хотя дизель стоит дополнительно 4000 долларов.

Ram 1500 добавляет более эффективную дизельную модель Tradesman High Fuel Efficiency EcoDiesel с комбинированным показателем EPA 26 миль на галлон, что на 2 мили на галлон больше, чем у лучших из других дизельных моделей 1500.Tradesman HFE использует тот же турбодизель 3,0-литровый V-6 и восьмиступенчатую автоматическую коробку передач, что и другие дизели Ram 1500, но доступен только в кабине экипажа с 5-футовой 7-дюймовой платформой и 20-дюймовыми колесами.

Что касается тяжелых условий эксплуатации, крутящий момент турбодизеля Cummins 6,7 литра Ram 3500 увеличивается до 1075 фунт-футов, а тяговое усилие на гусиной шее увеличивается до 37 100 фунтов, что является лучшими в своем классе показателями.

Видео по теме:

Автомобили.Редакционный отдел компании com — ваш источник новостей и обзоров автомобильной отрасли. В соответствии с давней политикой этики Cars.com редакторы и рецензенты не принимают подарки или бесплатные поездки от автопроизводителей. Редакционный отдел не зависит от отделов рекламы, продаж и спонсируемого контента Cars.com.

доля

Diesel Цены, обзоры и награды

Дизель — это не тип транспортного средства — это тип двигателя. Дизельные двигатели чаще всего ассоциируются с грузовиками и другими мощными и сверхмощными транспортными средствами, но также устанавливаются на внедорожники, седаны, кроссоверы и даже на некоторые компактные автомобили. Базовая конструкция дизельного двигателя существует с 1800-х годов, хотя с годами она претерпела значительные усовершенствования для повышения его мощности и общей эффективности.Эти двигатели оставались жизнеспособными на протяжении десятилетий, служа постоянным спутником более популярного двигателя внутреннего сгорания, который можно увидеть на большинстве легковых автомобилей. Однако дизельные двигатели — это не просто ДВС с другим типом бензина — между ними есть некоторые существенные различия. Наиболее значительным преимуществом является то, что дизельное топливо имеет более высокую плотность энергии, чем бензин — по сути, для выполнения того же объема работы требуется меньше топлива. В зависимости от КПД двигателя дизельное топливо примерно на 10-15% эффективнее бензина.Как будто этого было недостаточно, дизельные двигатели примерно на 15% эффективнее преобразовывают энергию в механическую. Вместе эти факторы позволяют дизельным двигателям расходовать один галлон примерно на 20–35% дальше, что делает их идеальными для передвижения на большие расстояния. Дизельные двигатели также имеют тенденцию быть более надежными, чем их аналоги с ДВС — без необходимости в высоковольтной электронике, дизельные автомобили лучше работают во влажной среде. Простая конструкция с высокой мощностью также увеличивает срок службы двигателей, поскольку дизельные двигатели обычно служат вдвое дольше, чем их бензиновые аналоги.Традиционно дизельное топливо существует как фракционный дистиллят нефтяного мазута, но достижения в области технологий привели к появлению жизнеспособных альтернатив нефти. Самым популярным из них является биодизель, который вырабатывается растениями или животными для создания возобновляемого источника энергии. В большинстве случаев биодизель можно использовать в стандартных дизельных двигателях без необходимости в добавках или изменениях, хотя некоторые компании предпочитают смешивать его с дизельным топливом (часто называемым «нефтяным дизелем»), чтобы снизить затраты.Другие варианты топлива включают биомассу в жидкость (BTL) и газ в жидкость (GTL), которые соответственно превращают травы и природный газ в жизнеспособное дизельное топливо. Ни один из них не так популярен, как биодизель или нефтедизель, но текущие исследования и исследования надеются изменить это. Благодаря всем этим преимуществам дизельные двигатели вряд ли исчезнут с рынка в ближайшее время, особенно когда речь идет о транспортировке тяжелых грузов на большие расстояния. Когда-нибудь автомобили с батарейным питанием могут стать более популярными, но простота производства биодизеля дает странам практически неограниченные поставки, пока существуют электростанции для его производства.

. . . более

Видеть меньше

границ | Преимущества и недостатки дизельных одно- и двухтопливных двигателей

Введение

Обедненная смесь с воспламенением от сжатия (CI) и прямым впрыском (DI) является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010). Он производит выбросы оксидов азота и твердых частиц (ТЧ) из двигателя, которые нуждаются в последующей очистке, чтобы соответствовать чрезвычайно низким пределам, установленным для транспортных средств (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007), несмотря на то, что качество воздуха невысокое. не только под влиянием транспортных выбросов, но и из многих других источников.Одних только стратегий сжигания (Khair and Majewski, 2006) было недостаточно для достижения пороговых значений выбросов, и требовались специальные катализаторы сжигания обедненной смеси, особенно для NOx в дополнение к фильтрам твердых частиц в выхлопных газах. Несмотря на свой экономический успех, дизельные двигатели во всем мире сталкивались со все более строгими законами о выбросах (Knecht, 2008; Zhao, 2009) ценой постепенного отказа от технологии, нацеленной на нереалистичные минимальные дополнительные улучшения.

У дизеля есть как все плюсы, так и минусы.Его эффективность преобразования топлива при полной и частичной нагрузке превышает эффективность стехиометрических ДВС с искровым зажиганием (SI), как с прямым впрыском, так и с впрыском топлива в порт (PFI). CIDI ICE имеют пиковый КПД около 50% и КПД выше 40% на большинстве скоростей и нагрузок. Напротив, у SI ICE пиковый КПД составляет около 30%, и этот КПД резко снижается за счет снижения нагрузки. CI ICE поставляют механическую энергию по запросу с эффективностью преобразования топлива, которая также выше, чем эффективность электростанций на сжигании топлива, вырабатывающих электроэнергию.По данным EIA (2018), в 2017 году в США угольные парогенераторы работали со средней эффективностью 33,98%. Парогенераторы на нефтяном и природном газе работают примерно с одинаковым КПД — 33,45 и 32,96%. Газотурбинные генераторы работают с пониженным КПД 25,29% для нефти и 30,53% для природного газа. КПД генераторов с двигателями внутреннего сгорания выше, чем у газовых турбин и парогенераторов: 33,12% для нефти и 37,41% для природного газа. Только парогазовые генераторы, не нефтяные, с КПД 34.78%, но с природным газом, который имеет КПД 44,61%, превосходят генераторы внутреннего сгорания.

При сравнении электрической мобильности двигатели CIDI ICE по-прежнему имеют неоспоримые преимущества для транспортных приложений (Boretti, 2018). Однако у CIDI ICE плохая репутация, что ставит под угрозу его потенциал. Дизельные двигатели CIDI ICE в недавнем прошлом не смогли обеспечить удельные выбросы NOx для сертификационных циклов холодного пуска во время прогретых реальных графиков вождения, которые сильно отличались от сертификационных циклов (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019).Этот досадный случай был разыграен против CIDI ICE, чтобы создать впечатление, что этот двигатель экологически вреден для выбросов загрязняющих веществ, хотя это не так.

Большие выбросы NOx двигателей CIDI ICE являются результатом большого образования NOx в цилиндрах, работающих в условиях избытка воздуха стехиометрии, в сочетании с неправильной работой системы последующей обработки. Катализатор обедненного сжигания ДВС CIDI менее развит, чем трехкомпонентный каталитический преобразователь (TWC) стехиометрических ДВС SI (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Tschöke, 2010; Reşitoglu et al., 2015). Кроме того, не учитывалась длительная разминка при эксплуатации (Boretti and Lappas, 2019). Кроме того, некоторые производители, применяющие впрыскивание мочевины в доочистку, решили вводить меньше мочевины, чем необходимо, когда это не строго требуется сертификацией выбросов. Точно так же некоторые производители также сосредоточились на вопросах управляемости и экономии топлива, а не на выбросах, когда их строго не спрашивали, вдали от условий эксплуатации, вызывающих озабоченность при сертификации выбросов. Таким образом, несоблюдение требований по выбросам NOx в случайно выбранных условиях не было фундаментальным недостатком двигателей CIDI ICE в целом, а только конкретных продуктов, разработанных с учетом требований по выбросам и рыночных требований того времени.Противники двигателей CIDI ICE не считают, что эти двигатели оснащены уловителями твердых частиц с почти идеальной эффективностью, и циркуляция автомобилей, оснащенных этими двигателями, в сильно загрязненных районах приводит к лучшим условиям для выхлопной трубы, чем условия впуска, для твердых частиц, что способствует для очистки воздуха.

Настоящая статья представляет собой объективный обзор плюсов и минусов экономичного сжигания, CIDI ICE, которые намного лучше, чем предполагалось. Поскольку ДВС, безусловно, потребуется в ближайшие десятилетия, дальнейшие улучшения сжигания обедненной смеси CIDI ICE будут полезны для экономики и окружающей среды.Помимо дизельных двигателей CIDI ICE, в этой работе также рассматриваются двухтопливные двигатели, работающие на дизельном СПГ (Goudie et al., 2004; Osorio-Tejada et al., 2015; Laughlin and Burnham, 2016), дизель-CNG (Maji et al. , 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизель-СНГ (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015). Работа с небольшим количеством дизельного топлива и гораздо большим (с точки зрения энергии) количеством гораздо более легкого углеводородного топлива с пониженным содержанием углерода до водорода позволяет дополнительно снизить выбросы ТЧ из двигателя вне двигателя, а также CO _{. 2} , и освобождаясь от компромисса PM-NOx, который влияет на стратегии впрыска только дизельного топлива, также снижает выбросы NOx из двигателя.Также рассмотрены тенденции развития двухтопливных двигателей CIDI ICE.

Использование биодизеля для производства низкоуглеродного дизельного топлива с использованием однотопливного подхода, безусловно, является еще одним вариантом сокращения выбросов CO ₂ . Хотя эта возможность не влияет на выбросы загрязняющих веществ, производство биотоплива в целом растет, но не ожидаемыми темпами (IEA, 2019), и вопрос о соотношении продуктов питания и топлива (Ayre, 2007; Kingsbury, 2007; Inderwildi and King, 2009) также может иметь негативный вес в мире с прогнозируемым неизбежным водным и продовольственным кризисом (United Nations, 2019).Кроме того, преимущества биотоплива перед LCA — давняя и противоречивая дискуссия в литературе (McKone et al., 2011).

Существует возможность выбросов метана из двухтопливных дизельных двигателей, работающих на природном газе (Camuzeaux et al., 2015). Поскольку метан является мощным парниковым газом, этот аспект следует должным образом учитывать при сокращении выбросов парниковых газов. Существует не только возможность утечки метана из транспортных средств, оснащенных двухтопливными дизельными двигателями, работающими на СПГ. Также существуют выбросы метана при добыче нефти и газа.Помимо выбросов метана при добыче природного газа, существуют выбросы электроэнергии, связанные с эксплуатацией завода по производству СПГ. Хотя СПГ (и КПГ), безусловно, по-прежнему будет иметь преимущества по сравнению с дизельным топливом, это преимущество может быть меньше, чем то, что можно было бы вывести из отношения C-H в топливе. Безусловно, существует проблема сокращения выбросов метана, связанных с производством, транспортировкой и сжижением природного газа (Ravikumar, 2018).

Наконец, в то время как фумигация природного газа для двухтопливных дизельных двигателей широко используется, поскольку она намного проще и может быть достигнута за счет низкотехнологичных преобразований, и, таким образом, большинство транспортных средств используют этот подход, дизельные двигатели переведены на дизельное топливо и фумигационный природный газ. страдают от значительного снижения эффективности преобразования топлива по сравнению соригинальный дизель, как при полной, так и при частичной нагрузке, с пониженной мощностью и удельным крутящим моментом. Если природный газ смешивается (окуривается) с всасываемым воздухом перед впуском в цилиндр, а дизельное топливо используется в качестве источника воспламенения, количество вводимого природного газа ограничивается возможностью детонации предварительно смешанной смеси. Кроме того, нагрузка обычно регулируется дросселированием впуска, как в обычных бензиновых двигателях, а не количеством впрыскиваемого топлива, как в дизельном двигателе.Поскольку цель состоит в том, чтобы обеспечить равные или лучшие характеристики (мощность, крутящий момент, переходный режим) и выбросы новейшего дизельного топлива с двухтопливной конструкцией, эта двухтопливная конструкция должна предусматривать прямой впрыск дизельного и газообразного топлива.

Происхождение плохой репутации дизеля

Плохая репутация дизеля и, в целом, двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является результатом действий Совета по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB), а также Агентства по охране окружающей среды США (EPA) (Parker , 2019), с « Diesel-gate » только один шаг.

В те времена водородная экономика была более вероятной моделью будущего для транспорта, лучше, чем любая другая альтернатива, учитывая непостоянство производства энергии ветра и солнца (Crabtree et al., 2004; Muradov and Veziroglu, 2005; Marbán and Valdés- Солис, 2007). Предполагалось, что в автомобилях будут использоваться ДВС, работающие на возобновляемом водороде (H ₂ -ICE), со всем, кроме кардинальных изменений, которые требовались в технологии двигателей, но усилия в основном были направлены на хранение и распространение.Примерно в те же дни была популярна идея экономики метанола, когда метанол, полученный с использованием возобновляемого водорода и CO ₂ , улавливаемого на угольных электростанциях, был прямой заменой традиционного бензинового топлива (Olah, 2004 , 2005). H ₂ -ICE стал историей после того, как CARB рассмотрел BMW Hydrogen 7, первое транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, которое было поставлено на рынок, не квалифицировалось как автомобиль с нулевым уровнем выбросов (CO ₂ ). В 2005 году BMW предложила автомобиль Hydrogen 7 как автомобиль с нулевым уровнем выбросов.Горел водород, в выхлопной трубе был в основном водяной пар и абсолютно не выделялся CO ₂ , но Агентство по охране окружающей среды США не согласилось с нулевым уровнем выбросов CO ₂ (Nica, 2016). Агентство по охране окружающей среды США заявило, что у транспортного средства все еще был ДВС, с возможностью того, что масло, используемое для смазки, могло попасть в цилиндр, образуя CO ₂ . Тот факт, что общий расход масла составлял ничтожно малые 0,04 л масла на 1000 км, не учитывался. Из-за неофициальных обсуждений BMW отказалась от исследования водородных ДВС.Все остальные производители оригинального оборудования впоследствии прекратили свои исследования и разработки.

Что касается негативного отношения CARB и Агентства по охране окружающей среды США к ДВС в целом, в 2011 году BMW предложила в качестве концепт-кара аккумуляторно-электрический i3 с возможностью расширения запаса хода (Ramsbrock et al., 2013; Scott and Burton, 2013). . Расширителем запаса хода был небольшой бензиновый ДВС, приводивший в действие генератор для подзарядки аккумулятора. Внедрение расширителя диапазона позволило увеличить запас хода автомобиля и снизить стоимость, вес и объем аккумуляторной батареи, что является серьезной проблемой для экономики и окружающей среды.Поскольку производство планируется начать только в 2013 году, CARB сразу же поспешил установить правила, чтобы предотвратить оптимизацию этой концепции, выпустив в 2012 году (CARB, 2012) чрезмерно долгое правило, предписывающее, что расширитель диапазона должен использоваться только для достижения ближайшей подзарядки. точка. В промежутке между другими требованиями CARB запросил у транспортного средства с расширителем запаса хода номинальный запас хода на полностью электрической основе не менее 75 миль, диапазон меньше или равный диапазону заряда батареи от вспомогательной силовой установки, и, наконец, чтобы Вспомогательная силовая установка не должна включаться до тех пор, пока не разрядится аккумулятор.В результате всех этих ограничений BMW изо всех сил пыталась сделать расширитель диапазона конкурентоспособным, и в конечном итоге они недавно прекратили производство i3 с расширителем диапазона (Autocar, 2018).

Эти два события помогают объяснить « diesel-gate » 2015 года и последующий «дизель-фобия ». Дизельный двигатель был популярен (для легковых автомобилей) в основном в Европе, и ЕС продвигал дизельные автомобили для решения проблем изменения климата. В то время было ясно, что преждевременный переход к электромобильности мог привести к экономической и экологической катастрофе.Таким образом, концерн Volkswagen стал мишенью скандала « дизельные ворота ». Дизельные ДВС обеспечивали низкие выбросы CO ₂ , конкурируя с аккумуляторными электромобилями в анализе жизненного цикла, при этом выделяя меньше, чем предписано, загрязняющих веществ в ходе испытаний, предписанных в то время. Легковые автомобили тестировались на соответствие правилам выбросов в течение заданного цикла, в лаборатории, в повторяемых условиях с правильным оборудованием. Международный совет по чистому транспорту (ICCT) организовал случайную езду по дорогам на различных дизельных транспортных средствах и измерения загрязняющих веществ с помощью PEM.Они обнаружили, что транспортные средства, оптимизированные для производства низких удельных выбросов CO ₂ (на км) и выбросов загрязняющих веществ в определенных условиях, не могут обеспечить такие же удельные выбросы при любых других условиях, как это было логично. EPA выпустило уведомление о нарушении в отношении Volkswagen, что привело к огромному штрафу в следующих судебных исках. « Diesel-gate » обошлась VW более чем в 29 миллиардов долларов в виде штрафов, компенсаций и обратных закупок, в основном в США (физ.орг, 2018). Часть миллиарда долларов Volkswagen была направлена ​​на поддержку мобильности аккумуляторных электромобилей, финансирование инфраструктуры подзарядки электромобилей в Соединенных Штатах отдельными поставщиками (O’Boyle, 2018). Затем « Diesel-gate » использовался для определения конца мобильности на базе ICE (Raftery, 2018; Taylor, 2018).

Предполагаемые избыточные выбросы NOx автомобилями, оснащенными дизельными ДВС CIDI, которые начинались с «, дизельный затвор », по-прежнему популярны, хотя и не соответствуют действительности (Chossière et al., 2018) утверждает, что дизельные автомобили вызвали в 2015 году 2700 преждевременных смертей только в Европе из-за их выбросов NOx «на превышающих ». Эта работа не является объективной при анализе выбросов дизельного двигателя. Неверно утверждать, что дизельные автомобили в ЕС выбрасывают на дороге гораздо больше NOx, чем нормативные ограничения. Как было написано ранее, правила выбросов регулируют выбросы загрязняющих веществ в конкретных условиях лабораторных испытаний, а не во всех других возможных условиях.Неразумно ожидать определенной экономии топлива и выбросов регулируемых загрязнителей и углекислого газа, которые не зависят от конкретного испытания. Чтобы иметь выбросы «, превышение », сначала необходимо установить предел для конкретного применения, а затем мера «, превышение » при определенных условиях. Утверждение о преждевременной смертности, вызванной избыточными выбросами NOx от дизельных транспортных средств, основано на завышенной разнице выбросов NOx, предполагая, что выбросы намного хуже, чем фактические, и сравнивая этот выброс с невероятной эталонной ситуацией, близкой к нулю.Требование также основано на завышении количества смертей в этой разностной эмиссии. Эти два предположения не подтверждаются проверенными данными.

Поскольку более современные дизельные автомобили заменили еще больше загрязняющих окружающую среду автомобилей, единственное возможное объективное утверждение, которое можно сделать о выбросах старых и новых дизельных автомобилей в Европе, основанное на неоспоримых доказательствах, основано только на правилах рассмотрения жалоб на выбросы время их регистрации. Поскольку правила выбросов стали все более ограничительными, хотя и подтверждено только лабораторными сертификационными испытаниями, как показано в таблице 1, неверно предполагать, что дизельные ДВС CIDI выбрасывают больше NOx, чем раньше.В то время как пассажирские автомобили с дизельным двигателем, соответствующие стандарту Euro 6, должны были выделять менее 0,08 г / км NOx при выполнении лабораторных испытаний NEDC, дизельные автомобили, соответствующие стандартам Euro 5–3, в противном случае могли выделять 0,18, 0,25 и 0,50 г / км на тот же тест, и дизельные автомобили, соответствующие стандартам Euro 1 и 2, должны были проверить только пороговые значения выбросов 0,7-0,9 и 0,97 г / км в одном и том же тесте. Нет никаких измерений, подтверждающих, что старые дизельные автомобили, которые соответствовали предыдущим европейским правилам, были более экологически чистыми по всем критериям загрязнения, включая NOx, во время реального вождения, чем новейшие дизельные автомобили.Кроме того, характеристики выбросов обычно ухудшаются с возрастом, а отсутствие технического обслуживания может еще больше усугубить ситуацию. Это делает заявление Chossière et al. (2018) непоследовательно.

Таблица 1 . Нормы выбросов Евросоюза для легковых автомобилей (категория M) положительного (бензин) и компрессионного (дизельного) исполнения.

Преимущества и недостатки экономичного двигателя CIDI

Основным преимуществом сжигания обедненной смеси, CIDI ICE, является эффективность преобразования топлива, которая намного выше, чем у стехиометрических, SI ICE, как при полной нагрузке, так и, более того, при частичной нагрузке (Heywood, 1988; Zhao, 2009; Mollenhauer and Чёке, 2010).В то время как у легковых автомобилей с обедненной топливной смесью CIDI ICE на дизельном топливе пиковая эффективность преобразования топлива составляет около 45%, пиковая эффективность легковых автомобилей со стехиометрическими двигателями SI ICE, работающими на бензине, составляет всего около 35%. Снижение нагрузки за счет количества впрыскиваемого топлива, эффективности преобразования топлива при сжигании обедненной смеси, CIDI ICE является высоким в большей части диапазона нагрузок. И наоборот, при уменьшении нагрузки, дросселируя впуск, эффективность преобразования топлива стехиометрического, SI ICE резко ухудшается при уменьшении нагрузки.Это дает возможность легковым автомобилям, оснащенным системой сжигания обедненной смеси CIDI ICE, потреблять гораздо меньше топлива и, следовательно, выделять гораздо меньше CO ₂ во время ездовых циклов (Schipper et al., 2002; Zervas et al., 2006; Johnson , 2009; Zhao, 2009; Mollenhauer, Tschöke, 2010; Boretti, 2017, 2018; Boretti, Lappas, 2019).

Бедная смесь после обработки в целом (дизельные ДВС CIDI изначально работают на обедненной смеси, за исключением случаев экстремального использования рециркуляции выхлопных газов, EGR), однако, намного менее эффективна, чем стехиометрическая после обработки преобразователями TWC бензиновых ДВС SI (Lloyd and Cackette, 2001; Burtscher, 2005; Maricq, 2007).Следовательно, выбросы регулируемых загрязняющих веществ, в частности NOx, в течение рабочих циклов, которые в значительной степени отклоняются от сертификационных циклов, являются намного более продолжительными и требуют, чтобы двигатель работал в значительной степени полностью прогретым, намного больше в ДВС, работающем на обедненной смеси, чем стехиометрические ДВС. Кроме того, двигатели CIDI ICE, работающие на обедненной смеси, содержат твердые частицы, что является обычным недостатком, даже в меньшей степени, двигателей с прямым впрыском, включая SI DI ICE. ТЧ возникают, когда закачиваемая жидкость, еще жидкая, взаимодействует с пламенем, образуя сажу.Сажа образуется в богатых топливом областях камеры сгорания (Hiroyasu and Kadota, 1976; Smith, 1981; Neeft et al., 1997). Постное сжигание, CIDI ICE, таким образом, нуждаются в ловушках для частиц (Neeft et al., 1996; Saracco et al., 2000; Ambrogio et al., 2001; Mohr et al., 2006). Однако это также есть возможность, поскольку циркуляция в областях с фоновыми частицами может обеспечить лучшее качество воздуха в выхлопной трубе, чем во впускной. Кроме того, двигатели CIDI ICE, работающие на обедненной смеси, обычно с турбонаддувом стоят дороже.Двухтопливная работа с LPG, CNG или LNG не имеет никаких недостатков с точки зрения регулируемых загрязняющих веществ или CO ₂ , а только дает преимущества.

Эффективность преобразования топлива

Без нацеливания на рекуперацию отработанного тепла (WHR) дизельные двигатели CIDI ICE доказали свою способность достигать максимальной эффективности преобразования топлива около 50%, обеспечивая при этом чрезвычайно высокое среднее эффективное давление при торможении в гонках на выносливость (Boretti and Ordys, 2018). Благодаря высокому давлению, высокой степени распыления, высокой скорости потока и быстродействию форсунок, несколько стратегий впрыска позволяют контролировать процессы сгорания, происходящие в объеме камеры сгорания, для наилучшего компромисса между работой давления, повышением давления и пиковое давление.

В то время как системы рекуперации отработанного тепла (WHR), безусловно, могут улучшить стационарную эффективность преобразования топлива в дизельных двигателях (Teng et al., 2007, 2011; Teng and Regner, 2009; Park et al., 2011; Wang et al., 2014; Yu et al., 2016; Shi et al., 2018), переходные процессы при холодном пуске — это ахиллесова пята традиционных WHR. Кроме того, WHR увеличивают вес, тепловую инерцию, проблемы с упаковкой и сложность. Инновационные концепции для WHR, использующие контур охлаждающей жидкости в качестве подогревателя модифицированного « turbo steamer » (Freymann et al., 2008, 2012) без необходимости использования двойного контура, требуют значительных усилий в области исследований и разработок.

Результаты, достигнутые Audi в гонках на выносливость (Audi, 2014) менее чем за десять лет разработок, очень важны. С 2006 по 2008 год Audi использовала двигатель V12 TDI в Audi R10 TDI. Двигатель объемом 5,5 л развивал крутящий момент 1100 Нм. На номинальной скорости очень тихий твин-турбо выдавал около 480 кВт. В 2009 и 2010 годах Audi перешла на V10 TDI в Audi R15 TDI. Он был короче и легче двенадцатицилиндрового.Рабочий объем 5,5 л был распределен на два цилиндра меньше. Двигатель имел примерно 440 кВт и крутящий момент более 1050 Нм. Верхний BMEP превышал 24 бара. Затем, с 2011 по 2013 год, Audi перешла на V6 TDI в Audi R18 TDI, R18 ultra и R18 e-Tron Quattro. Уменьшение объема двигателя позволило довести рабочий объем двигателя до 3,7 л. Легкий и компактный двигатель V6 TDI развивал более 397 кВт и крутящий момент более 900 Нм. Система Common Rail создавала давление до 2600 бар. Верхний BMEP превышал 30 бар.

Когда основное внимание уделялось экономии топлива, в 2014 году двигатель V6 TDI в Audi R18 e-Tron Quattro был оснащен модернизированным двигателем V6 TDI с рабочим объемом 4,0 л. Максимальная мощность составляла 395 кВт, а максимальный крутящий момент — более 800 Нм. Давление закачки составило более 2800 бар. Расход топлива снизился более чем на 25% по сравнению с 3,7-литровым двигателем. Последняя (2016 г.) выходная мощность 4-литрового двигателя составляла 410 кВт, что соответствовало 870 Нм крутящего момента при максимальной скорости 4500 об / мин.Это преобразовалось в BMEP 27,3 бар в рабочей точке максимальной скорости / максимальной мощности. Последние двигатели имели ограниченный расход топлива, так что для системы рекуперации энергии 6 МДж (ERS) для торможения максимальный расход топлива составлял 71,4 кг / ч. Для дизельного топлива с низшей теплотворной способностью (НТС) 43,4 МДж / кг мощность потока топлива составила 860,8 кВт. Таким образом, максимальная мощность была получена при пиковом КПД торможения η = 0,475, что намного больше, чем максимальный КПД многих серийных высокоскоростных дизельных двигателей, которые могут работать, вплоть до максимального КПД η = 0.45 при более низких оборотах двигателя.

Из расчетов максимальный крутящий момент, а также максимальная эффективность торможения были получены при скоростях <4500 об / мин, что является технологическим пределом диффузионного горения (Boretti and Ordys, 2018). Из-за постоянного времени, необходимого для испарения топлива и смешивания с воздухом, фаза диффузионного сгорания имеет продолжительность в градусах угла поворота коленчатого вала, которая увеличивается с частотой вращения двигателя. Таким образом, на скоростях выше 4500 об / мин продолжительность фазы сгорания обычно становится чрезмерной, и гораздо лучшая мощность получается на более низких скоростях.Максимальный крутящий момент, скорее всего, превышал 916 Нм, что соответствует BMEP 29 бар. Пиковая эффективность преобразования топлива с большой вероятностью приближалась к η = 0,50. Дальнейшие разработки для гонок были в пределах легкой досягаемости, в то время как деятельность была остановлена ​​после « diesel-gate ». Более высокое давление впрыска и более совершенный турбонаддув, такой как современный F1 e-turbo или супер турбонаддув (Boretti and Castelletto, 2018; Boretti and Ordys, 2018), могли бы быть полезны для обычных серийных дизельных двигателей для легковых автомобилей.

Выбросы при лабораторных испытаниях

Прошлая сертификация выбросов, которая проводилась производителями оригинального оборудования (OEM) и не подвергалась независимым испытаниям, была связана с неточностями в тестах и ​​несоответствием цикла сертификации (Boretti, 2017; Boretti and Lappas, 2019). Короткий, сильно стилизованный новый европейский ездовой цикл (NEDC) был чрезвычайно далек от реальных условий вождения, с которыми сталкиваются европейские пассажиры. Поскольку более двух десятилетий OEM-производители были вынуждены сосредоточить свои RandD на производстве двигателей, соответствующих требованиям и экономичных во время этого цикла, из-за ухудшения состояния из-за холодного запуска, другие возможные применения не регулировались и оставались на усмотрение OEM.Неточности (и осторожность) в способе проведения испытаний привели к множеству несоответствий, начиная с большого разброса выбросов углекислого газа (CO ₂ ) при потреблении теоретически одного и того же литра топлива (Boretti and Lappas, 2019). Новый согласованный во всем мире цикл испытаний легких транспортных средств (WLTC), который недавно заменил NEDC из-за « дизельный затвор » (Chossière et al., 2018), лучше, поскольку он немного длиннее. Тем не менее, это по-прежнему связано с условиями вождения, отличными от тех, которые наблюдаются в часы пик в густонаселенных районах (Boretti and Lappas, 2019).

С исторической точки зрения, правила выбросов из года в год ужесточаются и ужесточаются, но заявлено, что они измеряются только в ходе предписанных лабораторных испытаний. В таблице 1 представлены нормы выбросов Европейского Союза (ЕС) для легковых автомобилей (категория M) с принудительным (бензин) и компрессионным (дизель) воспламенением. Несгоревшие углеводороды (HC) + NOx были предписаны для бензина и дизельного топлива только стандартами Euro 1 и 2. Выбросы были проверены через NEDC с использованием лабораторной процедуры динамометрического стенда.На протяжении многих лет от OEM-производителя требовалось производить автомобили, выбрасывающие меньше, чем регулируемый загрязнитель, в течение определенного цикла сертификации во время лабораторных испытаний. Реальное вождение было нематериальным понятием, не переведенным ни в одно конкретное законодательное требование. Снижение предельных значений выбросов NOx и PM в стандартах Euro 5 и 6 привело к резкому увеличению затрат на последующую обработку и к увеличению, а не снижению расхода топлива, иногда с проблемами управляемости.Еще раз важно понимать компромисс между экономией топлива и выбросами загрязняющих веществ и понимать, что чрезмерные запросы по одному критерию могут привести к невозможности удовлетворить другие критерии.

Выбросы от вождения в реальном мире

Только недавно Европейский Союз (ЕС) ввел тесты на выбросы выхлопных газов в реальных условиях движения (RDE). Выбросы от дорожных транспортных средств теперь измеряются с помощью портативных анализаторов выбросов (PEM). Тест RDE должен длиться 90–120 минут и включать один городской (<60 км / ч), один сельский (60–90 км / ч) и один автомагистральный (> 90 км / ч) сегмент равного веса, покрывающий расстояние. не менее 16 км.Затем в пределах выбросов RDE используются коэффициенты соответствия, которые относятся к лабораторным испытаниям на динамометрическом стенде. Что касается NOx, коэффициент соответствия составляет 2,1 с сентября 2017 года для новых моделей и с сентября 2019 года для всех новых автомобилей. Другие факторы соответствия еще предстоит определить. Хотя тест RDE по-прежнему не является репрезентативным для реального вождения в густонаселенных районах, он неточный, субъективный, невоспроизводимый и еще не определяющий (Boretti and Lappas, 2019), это, безусловно, шаг вперед.

Реальные данные по австралийским выбросам от вождения транспортных средств, выпущенных до введения новых правил, предложены ABMARC (ABMARC, 2017). В отчете, подготовленном для Австралийской автомобильной ассоциации, представлены результаты испытаний на выбросы и расход топлива 30 различных легковых и легких коммерческих автомобилей, измеренные с помощью PEMS на австралийских дорогах. Большинство автомобилей соответствовали стандартам Euro 4, 5 и 6, а 1 из них соответствовал стандартам Euro 2. Реальный расход топлива протестированных автомобилей по сравнению с результатами цикла сертификации был в среднем на 23% выше, на 21% выше для автомобилей с дизельным двигателем, с 4% ниже до 59% выше и на 24% выше для автомобилей с бензиновым двигателем, начиная с 3% ниже до 55% выше.У одного транспортного средства, работающего на сжиженном нефтяном газе, реальный расход топлива на 27% выше, чем результат цикла сертификации. У одного подключаемого гибридного автомобиля реальный расход топлива на 166% выше, чем в результате цикла сертификации с полным состоянием заряда, и на 337% выше при испытании с низким уровнем заряда. Данные о расходе топлива для автомобилей с дизельными сажевыми фильтрами включают поправочный коэффициент для учета регенерации фильтра.

Таким образом, расхождения между лабораторными испытаниями и реальным вождением были разными не только для автомобилей, оснащенных дизельными ДВС CIDI, но также и для автомобилей с бензиновыми ДВС SI, а также с традиционными и гибридными силовыми агрегатами.Однако основным отличием были выбросы NOx дизельных двигателей CIDI. В последних правилах ЕВРО автомобили должны соответствовать все более строгим стандартам выбросов регулируемых загрязняющих веществ, а также сокращать выбросы CO ₂ . Поскольку эти требования противоречили друг другу и их трудно было удовлетворить, несоответствие между реальным расходом топлива и результатами цикла сертификации увеличивается с увеличением стандарта. Автомобили, соответствующие стандарту Euro 6, имеют наибольшее расхождение между реальными результатами и результатами цикла сертификации.

Что касается выбросов, то у 13 транспортных средств превышены удельные выбросы NOx, предписанные для цикла сертификации. Из этих 13 автомобилей 11 были дизельными. Только 1 из 12 автомобилей с дизельным двигателем произвел выброс NOx в пределах цикла сертификации. Пять автомобилей с бензиновым двигателем превысили лимит выбросов CO в сертификационном цикле. Только 1 автомобиль с дизельным двигателем превысил лимит PM цикла сертификации. В среднем выбросы NOx и PM у автомобилей с дизельным двигателем были в 24 и 26 раз выше, чем у автомобилей с бензиновым двигателем, а выбросы CO у автомобилей с дизельным двигателем были в 10 раз ниже, чем у автомобилей с бензиновым двигателем.Транспортные средства с дизельным двигателем превысили предел NOx сертификационного цикла на 370%, а автомобили с бензиновым двигателем выбросили 43% от предельного значения NOx сертификационного цикла. Автомобили с бензиновым двигателем выбрасывают 95% предельного количества CO, установленного в цикле сертификации. Автомобили с дизельным двигателем выбрасывают 20% от предельного количества CO, установленного в сертификационном цикле. Что касается ТЧ, то выбросы дизельных транспортных средств составили 43% от предельного количества ТЧ сертификационного цикла, а от автомобилей с 2 ​​бензиновым бензином с прямым впрыском (GDI) — 26% от предельного количества ТЧ сертификационного цикла.Что касается выбросов NOx от двигателей с обедненным горением CI, результаты измерений были лучше, чем заявленные во время «, дизельный затвор » или заявленные в таких работах, как (Chossière et al., 2018).

Новые правила были введены после « дизельный затвор », а дизельные двигатели CIDI были улучшены. Европейские реальные данные о выбросах транспортных средств после введения новых правил представлены ACEA (2018a). В ходе правильно проведенной экспериментальной кампании, в повторяемых условиях, с соответствующим оборудованием и с применением научного метода, Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) недавно показала, что все 270 протестированных автомобилей с дизельным двигателем были ниже пределов выбросов, установленных недавно. тесты по вождению в реальных условиях (RDE), как общие, так и городские.Ни один из транспортных средств не превышал установленный в настоящее время удельный выброс NOx в 165 мг / км (ACEA, 2018a), рис. 1. Подробные результаты утверждения типа для 270 типов дизельных транспортных средств, соответствующих требованиям RDE, доступны в ACEA (2018b). . Результаты RDE для отдельных автомобилей можно найти на сайте (ACEA, 2018c).

Новые данные, опубликованные ACEA, недвусмысленно свидетельствуют о том, что дизельные автомобили последнего поколения выделяют низкие выбросы загрязняющих веществ на дорогах и являются экономичными. Испытания проводились в реальных условиях вождения водителями различных национальных органов по официальному утверждению типа.270 новых типов дизельных автомобилей, сертифицированных по последнему стандарту Euro 6d-TEMP, были представлены на европейском рынке в течение предыдущего года. Все эти дизельные автомобили показали очень хорошие результаты ниже порогового значения NOx теста RDE, которое теперь применяется ко всем новым типам автомобилей с сентября 2017 года. Большинство этих автомобилей имеют выбросы NOx значительно ниже более строгого порога, который будет обязательным с января 2020 года. test гарантирует, что уровни выбросов загрязняющих веществ, измеренные во время новых лабораторных испытаний WLTP, подтверждаются на дороге.Каждый протестированный автомобиль представляет собой « семейство » аналогичных автомобилей различных вариантов. Эта деятельность доказывает, что дизельные автомобили, доступные сейчас на рынке, имеют низкий уровень выбросов в любом приемлемом состоянии. Немецкий автомобильный клуб (ADAC) недавно подсчитал, что на 30 октября 2018 года было доступно 1206 различных автомобилей, совместимых с RDE, как с бензиновым, так и с дизельным двигателем (ADAC, 2018a). Следовательно, дизельные ДВС CIDI не заслуживают плохой репутации, которую они получили из-за «дизельного затвора », что является скорее политическим, чем технологическим вопросом.

Современные дизельные автомобили, поддерживаемые политикой обновления парка и в сочетании с альтернативными силовыми агрегатами, могут сыграть важную роль в содействии городам в достижении целей по качеству воздуха при одновременном повышении топливной эффективности и сокращении выбросов CO ₂ в краткосрочной и среднесрочной перспективе . Недавние дорожные испытания, проведенные ADAC (2018b), показали, что новейшие автомобили с дизельным двигателем выбрасывают в среднем на 85% меньше NOx, чем автомобили стандарта Евро 5, а самые эффективные дизельные автомобили стандарта Евро 6, соответствующие требованиям RDE, выбрасывают на 95–99% меньше NOx по сравнению с автомобилями Euro 5.Каждый протестированный автомобиль выделяет меньше лимитов для каждого регулируемого загрязнителя. Эти автомобили также обеспечивают исключительную экономию топлива. Кроме того, есть возможность производить еще меньше CO ₂ и менее регулируемых загрязняющих веществ, переходя на двухтопливное дизельное топливо — СПГ, КПГ или СНГ.

PM Преимущества дизельных автомобилей

Дизельные двигатели не являются мишенью из-за того, что транспортный сектор вносит свой вклад в общее качество воздуха. Однако, поскольку качество воздуха во многих частях мира оставляет желать лучшего, а дизельные фильтры твердых частиц могут помочь улучшить качество воздуха, аргумент PM может фактически быть использован в пользу мобильности на основе дизельного топлива, а также против альтернатив, таких как электрические. мобильность.Хотя неверно утверждать, что более современные автомобили с дизельным двигателем выделяют « излишков » NOx и ухудшают качество воздуха, более современные автомобили с дизельным двигателем способствуют очистке воздуха загрязненных территорий, например, от твердых частиц. Из Таблицы 1 видно, что старые дизельные автомобили были произведены в соответствии с гораздо менее строгими правилами PM. Загрязнители воздуха выбрасываются из многих естественных и антропогенных источников, последние включают сжигание ископаемого топлива в электроэнергетике, промышленности, домашних хозяйствах, транспорте, промышленных процессах, использовании растворителей, сельском хозяйстве и переработке отходов.Следовательно, наличие транспортных средств с выбросами ТЧ из выхлопной трубы потенциально ниже, чем на впуске, — это возможность очистить воздух.

Табачный дым в окружающей среде (ETS) вызывает мелкие загрязнения внутри помещений PM, превышающие допустимые пределы для транспортных средств. Данные, сравнивающие выбросы ТЧ от ETS и автомобиля с дизельным двигателем Euro 3, показывают, что концентрации ТЧ в помещении в 10 раз превышают те, которые выбрасываются от двигателя с дизельным двигателем Euro 3 на холостом ходу (Invernizzi et al., 2004). Пределы PM были радикально улучшены для Euro 4, 5 и 6, а если быть точным, то в 10 раз.Исследование Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Martuzzi et al., 2006) показывает значительное воздействие ТЧ ₁₀ на здоровье городского населения 13 крупных итальянских городов, которое, по оценкам, составляет 8220 смертей в год, что связано с концентрациями ТЧ ₁₀ выше 20 мкг / м. Это 9% смертности от всех причин (без учета несчастных случаев) среди населения старше 30 лет. Эти уровни PM ₁₀ не являются результатом использования новейших автомобилей с чистым дизельным двигателем.

Эффективность дизельных сажевых фильтров (DPF) относительно сложна (Fiebig et al., 2014). Новейшие технологии DPF более эффективны для больших размеров, в то время как менее эффективны или даже отрицательны для меньших нанометрических размеров. Мониторинг часто ограничивается PM ₁₀ — частицами диаметром 10 микрометров — или PM _2.5 — частицами диаметром 2,5 микрометра. DPF может улавливать от 30% до более 95% микрометрических ТЧ (Barone et al., 2010). При оптимальном сажевом фильтре выбросы ТЧ могут быть снижены до 0,001 г / км или менее (Fiebig et al., 2014), что в 5 раз меньше, чем в настоящее время 0.005 of Euro 6. Хотя эта мера массы не учитывает загрязнение субмикрометрическими и нанометрическими частицами, в настоящее время нет контроля над этим типом загрязнителя из любого источника.

Если новые автомобили с дизельным двигателем не выбрасывают больше NOx, чем старые автомобили с дизельным двигателем, они, безусловно, выбрасывают гораздо меньше ТЧ и, возможно, при некоторых обстоятельствах способны очищать воздух от ТЧ, произведенных из других источников, которые не являются адекватным направлением деятельности директивных органов. . Случай Гонконга, который не является худшим на Земле, описан в Haas (2017).Помимо местных выбросов из различных источников, в том числе от легковых автомобилей, в Гонконг есть значительное количество загрязняющих веществ, занесенных из материкового Китая. Хотя данные о загрязнителях в Китае ограничены, хорошо известно, что Гонконг сталкивается с серьезными проблемами со здоровьем, связанными с загрязнением воздуха, в основном импортируемым с материка. Загрязнение воздуха в Гонконге не так ужасно, как в Китае или Индии, где токсичное облако, получившее название « airpocalypse », часто покрывает значительную часть этих стран, но это все еще один хороший пример того, что более современные дизельные автомобили заменяют на дорога старые автомобили оказывают положительное влияние.

Из многих типов аэрозольных частиц, циркулирующих в атмосфере, одним из самых разрушительных является PM _2,5 . Во многих районах Китая и Индии уровни PM _2,5 и PM ₁₀ намного превышают рекомендованные ВОЗ, рис. 2. Руководящие принципы ВОЗ (среднегодовые): PM _2,5 из 10 мкг / м ³ и PM ₁₀ из 20 мкг / м ³ . Во всем мире средний уровень загрязнения окружающего воздуха колеблется от <10 до более 100 мкг / м ³ для PM _2.5 , и от <10 до более 200 мкг / м ³ , для PM ₁₀ . Случаи плохого качества воздуха широко распространены не только в Китае и Индии. Однако промышленный центр южного побережья Китая является одним из районов с наиболее высоким уровнем загрязнения, как Пекин и Дели. В то время как Пекинский « airpocalypse » подавляется радикальными мерами, в основном направленными на использование угля, но также ограничивающими движение любого транспортного средства (South China Morning Post, 2018), « airpocalypse » Дели достигает нового чрезвычайно высокий, в том числе благодаря « сожженной стерни, » из окрестностей (Indiatimes, 2018).

Рисунок 2 . Карта PM _2.5 для Азии осенью 2018 года в режиме реального времени. Показаны только области, покрытые станциями. Изображение с Земли Беркли, www.berkeleyearth.org.

Качество воздуха в Гонконге не самое лучшее (Haas, 2017). Уровни загрязняющих веществ превышают стандарты ВОЗ более 15 лет. На пиках они более чем в пять раз превышают допустимые уровни. Выбросы от транспортных средств и судов являются одними из крупнейших местных источников загрязнения.Свою роль играют и электростанции, которые почти полностью зависят от ископаемого топлива, в основном угля. Однако около 60-70% PM поступает из материкового Китая. Этот поток чрезвычайно актуален, особенно зимой, когда импортируемый PM составляет около 77% от общего количества. В последние годы резко возросли масштабы астмы и бронхиальных инфекций. Только в Гонконге было зарегистрировано более 1600 фактов, а не гипотетических, как у Chossière et al. (2018), преждевременная смерть в 2016 году только из-за загрязнения воздуха (Haas, 2017).

В дополнение к улучшенным стандартам топлива и расширению использования электромобилей, значительное распространение новейших дизельных автомобилей, оборудованных уловителями твердых частиц, может еще больше способствовать улучшению качества воздуха в городе, которое по-прежнему не соответствует ни одному руководству ВОЗ.Что касается возможности использовать электромобили, подзаряжаемые электростанциями на горючем топливе, электромобили могут фактически способствовать загрязнению ТЧ. Согласно Hodan and Barnard (2004), самый крупный источник PM _2,5 из антропогенных источников — это износ шин и дорожного покрытия. Поскольку электромобили тяжелее и имеют более высокий крутящий момент, чем автомобили на базе ДВС, они производят намного больше PM _2,5 . Следовательно, увеличение количества электромобилей сделает Гонконг еще более грязным из-за PM _2.5 , и они не могут сжигать ТЧ, произведенные из других источников, например дизельный ДВС CIDI, оснащенный уловителем твердых частиц.

Как показано на Рисунке 1 и в Таблице 1, автомобили, оснащенные новейшими двигателями ХИ, не производят избыточных NOx, а из Рисунков 2, 3 видно, что во многих регионах мира концентрация ТЧ в воздухе намного выше, чем можно найти. в выхлопной трубе автомобилей, оснащенных новейшими дизельными двигателями CIDI, таблица 1 и NO ₂ концентрации также довольно велики. Двухтопливный режим работы на СПГ, КПГ или СНГ с неизменным в остальном транспортным средством, в котором установлен сажевый фильтр, может еще больше способствовать очистке окружающего воздуха от твердых частиц.

Рисунок 3 . Среднемесячные концентрации для Китая в январе 2015 г.: PM _2,5 , вверху, и NO ₂ , внизу. Изображения с Земли Беркли, www.berkeleyearth.org.

Преимущества двухтопливного дизельного топлива — СПГ / СНГ / КПГ

Современные технологии

Дизель-СПГ (Goudie et al., 2004; Osorio-Tejada et al., 2015; Laughlin and Burnham, 2016), дизельное топливо-СПГ (Maji et al., 2008; Shah et al., 2011; Ryu, 2013) или дизельное топливо-СНГ (Jian et al., 2001; Ashok et al., 2015) обеспечивают эффективность преобразования дизельного топлива и удельную мощность при одновременном снижении выбросов как регулируемых загрязняющих веществ (PM, NOx), так и CO ₂ . СПГ может использоваться для большегрузных автомобилей благодаря криогенному хранению. LPG (и CNG) может быть предпочтительнее в легковых и легких транспортных средствах.

Дизельные двигатели по-прежнему выделяют значительное количество углекислого газа (CO ₂ ) и выбросы твердых частиц (ТЧ) из двигателя из-за диффузионного сгорания тяжелых углеводородов, высокого отношения C / H и жидкого дизельного топлива.Выбросы оксидов азота (NOx) из двигателя также являются неотъемлемой частью процесса сжигания обедненной смеси в избыточном воздухе (Heywood, 1988). Как PM, так и NOx могут быть уменьшены посредством дополнительной обработки, хотя стратегии сжигания дизельного топлива часто определяются для наилучшего компромисса между NOx и PM.

Использование газообразного топлива с пониженным содержанием углерода, такого как природный газ, который в основном представляет собой метан CH ₄ , в жидкой форме, как СПГ, или в газовой форме, как СПГ, или сжиженный нефтяной газ (СНГ), в основном пропан C ₃ H ₈ , имеет интуитивно понятные основные преимущества в выбросах CO ₂ по сравнению сдизельное топливо переменного состава, но примерно C _13,5 H _23,6 . Поскольку испарение намного проще, существуют также преимущества для выбросов ТЧ из двигателя и, следовательно, косвенно также для выбросов NOx из двигателя по сравнению с дизельным топливом (Kathuria, 2004; Chelani and Devotta, 2007; Yeh, 2007; Engerer and Horn, 2010; Lin et al., 2010; Kumar et al., 2011).

СПГ, КПГ и СНГ имеют меньшее соотношение углерода и водорода. Следовательно, гораздо меньше CO ₂ выбрасывается для получения такой же мощности с примерно такой же эффективностью преобразования топлива.CNG — это нагнетаемый газ. СПГ также является газом в нормальных условиях. LPG в нормальных условиях жидкий, но испаряется намного быстрее, чем дизельное топливо. Это практически сводит к нулю выбросы твердых частиц (кроме выбросов пилотного дизельного топлива). Поскольку СПГ, КПГ и СНГ представляют собой высокооктановое топливо с низким цетановым числом, их трудно использовать отдельно в двигателе с воспламенением от сжатия. Проблема решена при работе на двух видах топлива (westport.com, 2019a, b). Воспламенение вызывает небольшое количество дизельного топлива. СПГ, КПГ или СНГ, впрыскиваемые до или после зажигания впрыска дизельного топлива, могут затем сгореть в смеси с предварительным смешиванием или диффузией.Первая фаза сгорания вызывает быстрое повышение давления. Скорость сгорания второй фазы определяется скоростью впрыска СПГ, КПГ или СНГ, нацеленной на поддержание давления во время первой части такта расширения.

Одной из основных проблем, связанных с использованием СПГ или КПГ, является удельный объем топлива, поскольку плотность газа при нормальных условиях низкая. Это создает проблемы для системы впрыска, которой требуются форсунки с гораздо большей площадью поперечного сечения дизельного топлива, и значительно затрудняет быстрое срабатывание и возможности многократного впрыска, характерные для новейших дизельных форсунок.Это также проблема для хранения, поскольку объем топлива, необходимый для данного количества энергии на борту транспортного средства, намного больше, чем у дизельного топлива. СПГ имеет лучшую объемную плотность, но для поддержания низкой температуры требуется криогенная система. КПГ имеет меньшую объемную плотность и дополнительно требует резервуаров под давлением.

Система Westport HPDI для дизельного топлива и КПГ / СПГ — это технология, хорошо зарекомендовавшая себя десятилетиями (Li et al., 1999; westport.com, 2015). Вначале HPDI представлял собой простой основной впрыск природного газа после пилотного / предварительного впрыска дизельного топлива.В последнее время HPDI развивается в сторону более сложных стратегий, регулирующих предварительно смешанное и диффузионное сжигание природного газа, как было предложено Боретти (2013).

Традиционный HPDI в тяжелых ДВС позволяет ДВС, работающему на природном газе, сохранять рабочие характеристики, аналогичные характеристикам дизеля, при этом большая часть энергии обеспечивается за счет природного газа. Небольшой пилотный впрыск дизельного топлива (5–10% энергии топлива) используется для зажигания непосредственно впрыскиваемой газовой струи. Природный газ горит в режиме диффузионного горения с контролируемым смешением (Li et al., 1999; westport.com, 2015).

Технологии будущего

В нескольких работах описаны тенденции развития технологии HPDI. McTaggart-Cowan et al. (2015) отчет о двухтопливных форсунках 600 бар для СПГ. Событие сгорания СПГ ограничено давлением впрыска, которое определяет скорость смешения и сгорания. Значительное повышение эффективности и снижение PM достигаются при высоких нагрузках, и особенно на более высоких скоростях, за счет увеличения давления впрыска с традиционных 300 бар до последних 600 бар.Скорость горения ограничена. McTaggart-Cowan et al. (2015) сообщают о выгодах эффективности от более высоких давлений около 3%, добавленных к сокращению выбросов твердых частиц на 40–60%.

Различные формы сопла были рассмотрены Mabson et al. (2016). Инжектор « сопла с парными отверстиями » был разработан для уменьшения образования твердых частиц за счет увеличения уноса воздуха из-за взаимодействия струи. Выбросы CO и PM были наоборот в 3–10 раз выше при использовании сопел с парными отверстиями. Сопло с парными отверстиями давало более крупные агрегаты сажи и большее количество частиц.

Mumford et al. сообщают об улучшениях Westport HPDI 2.0 (Mumford et al., 2017). HPDI 2.0 обеспечивает лучшие характеристики и уровень выбросов по сравнению с HPDI первого поколения, а также только с базовым дизельным двигателем. Мамфорд и др. (2017) также обсуждают потенциал и проблемы более высокого давления нагнетания.

Стратегии сжигания с контролируемой диффузией и с частичным предварительным смешиванием рассматриваются Florea et al. (2016) с помощью Westport HPDI. Сгорание с частичным предварительным смешиванием, называемое DI ₂ , является многообещающим, повышая эффективность двигателя более чем на 2 пункта по сравнению со стратегией сгорания с контролируемой диффузией.Модуляция двух фаз горения, потенциально более полезная, в работе не исследуется.

Режим горения DI ₂ также изучен в Neely et al. (2017). Природный газ впрыскивается во время такта сжатия перед зажиганием впрыска дизельного топлива. Показано, что такое сгорание природного газа с частичной предварительной смесью улучшает как термическую эффективность, так и эффективность сгорания по сравнению с традиционным режимом двухтопливного сгорания с фумигацией. Сгорание природного газа с частичной предварительной смесью также обеспечивает повышение теплового КПД по сравнению со сгоранием с регулируемой диффузией по базовой линии, когда впрыск природного газа происходит после впрыска дизельного зажигания.

Влияние стратегий впрыска на выбросы и характеристики двигателя HPDI изучено Faghani et al. (2017а, б). Они исследуют влияние позднего дополнительного впрыска (LPI), а также сгорания с небольшим предварительным смешиванием (SPC) на выбросы и характеристики двигателя. При использовании SPC впрыск дизельного топлива задерживается. Работа SPC при высокой нагрузке снижает PM более чем на 90% с улучшением топливной эффективности на 2% при почти таком же уровне NOx. Однако SPC имеет большие вариации от цикла к циклу и чрезмерную скорость нарастания давления.ТЧ не увеличивается для SPC с более высоким уровнем рециркуляции отработавших газов, более высоким глобальным коэффициентом эквивалентности на основе кислорода (EQR) или более высокой контрольной массой, что обычно увеличивает количество ТЧ при сгорании HPDI с регулируемым смешиванием. LPI, последующий впрыск 10–25% от общего количества топлива, происходящий после основного сгорания, приводит к значительному сокращению выбросов твердых частиц с незначительным влиянием на другие выбросы и характеристики двигателя. Основное сокращение PM от LPI связано с уменьшением количества топлива при первом впрыске. Вторая закачка вносит незначительный чистый вклад в общее количество ТЧ.

Двухтопливный инжектор дизель-СПГ Westport HPDI дает отличные результаты. Однако у этого подхода есть фундаментальный недостаток. Он не обладает такими же характеристиками, как дизельные форсунки последнего поколения, как по скорости потока, так и по скорости срабатывания и распылению дизельного топлива. Таким образом, может быть предпочтительным соединение с одним дизельным инжектором последнего поколения со специальным инжектором для второго топлива, чтобы обеспечить лучшие характеристики впрыска как для дизельного, так и для второго топлива.Более высокое давление впрыска и более быстрое срабатывание являются движущими силами улучшенных режимов сгорания.

Двухтопливные дизель-водородные ДВС CIDI с возможностью установки двух прямых форсунок на цилиндр были исследованы, например, в (Boretti, 2011b, c). Один инжектор использовался для дизельного топлива, а другой — для водорода. Смоделированный дизельный двигатель, преобразованный в двухтопливный дизель-водородный двигатель после этого подхода, показал КПД при полной нагрузке до 40–45% и снижение потерь в КПД, снижая нагрузку, работающую немного лучше, чем базовый дизель в каждой рабочей точке.Хотя использование двух форсунок на цилиндр не представляет проблемы для новых двигателей, сложно установить две форсунки при модернизации существующих дизельных двигателей. Специальные форсунки прямого действия для СПГ, СНГ или КПГ требуют дальнейшего развития для конкретного применения.

Использование двух специализированных форсунок, а не одной двухтопливной форсунки с более высоким давлением впрыска, более быстрым срабатыванием и полной независимостью от впрыска отдельных видов топлива, обеспечивает гораздо большую гибкость в формировании впрыска.Двухтопливный режим обычно характеризуется предварительным / предварительным впрыском дизельного топлива, за которым следует основной второй впрыск топлива. Предпочтительно, чтобы второе топливо не впрыскивалось полностью после зажигания впрыска дизельного топлива. Его можно впрыскивать до или одновременно с дизельным топливом или после дизельного топлива, причем не только за один впрыск, но и за несколько впрысков. Таким образом, второе топливо может гореть частично предварительно смешанным и частично диффузионным.

Возможны разные режимы горения. « Controlled » HCCI — один из таких режимов.В управляемом HCCI второе топливо впрыскивается первым, и воспламенение дизельного топлива происходит до ожидаемого начала самовоспламенения HCCI (Boretti, 2011a, b). HCCI не имеет преимуществ с точки зрения эффективности преобразования топлива по сравнению с объемным сгоранием в центре камеры, окруженной воздушной подушкой. Однородное горение всегда страдает большими потерями тепла на стенках и неполным сгоранием на гашение пламени. HCCI также не создает пикового давления во время такта расширения, обеспечивая пиковое давление точно в верхней мертвой точке.Однако HCCI может иметь преимущества для выбросов из двигателя, поскольку это чрезвычайно низкотемпературный процесс, и это событие сгорания намного ближе к теоретически лучшему изохорному сгоранию из анализов цикла давления.

Наиболее интересные режимы — это предварительное смешение, диффузия или модулированное предварительное смешение и диффузия в центре камеры. При предварительно смешанном, но стратифицированном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры и сжигается за счет впрыска дизельного топлива до однородного заполнения всей камеры.При диффузионном сгорании второе топливо впрыскивается в центр камеры после того, как воспламенение впрыска дизельного топлива создает подходящие условия для того, чтобы следующее сгорание проходило под контролем диффузии, и там оно сгорает. Существует возможность для предварительного впрыска второго топлива, а также для современного или последующего впрыска второго топлива в отношении пилотного / предварительного впрыска дизельного топлива, которые должны быть тщательно сформированы для обеспечения наилучшей эффективности преобразования топлива. в пределах ограничений по выбросам из двигателя, скорости нарастания давления и пиковому давлению.

Альтернатива электрической мобильности все еще преждевременна

Экологичность и экономичность дизельной мобильности не признается многими странами, которые иначе задумывались о преждевременном переходе на электрическую мобильность, не решив сначала многие проблемы электромобилей, т. Е. Высокую экономичность и экономичность. экологические затраты на строительство, эксплуатацию и утилизацию автомобилей, ограниченные характеристики этих тяжелых транспортных средств из-за все еще неадекватных технологий аккумуляторов, отсутствие инфраструктуры для подзарядки только за счет возобновляемых источников энергии.

Номинально для решения проблемы глобального потепления, а не загрязнения воздуха, Великобритания, Франция и Китай обсудили прекращение мобильности на базе ДВС к 2040 году. Однако данные МЭА (IEA, 2018) показывают, что производство геотермальной электроэнергии, Солнце, ветер, приливы, волны и океан по-прежнему составляли около 1% от общего количества в 2015 году, при этом общее предложение первичной энергии (ОППЭ) значительно превышает производство электроэнергии. Поскольку доля солнечной и ветровой энергии в TPES все еще невелика, не имеет смысла предлагать только электромобили, даже забывая о других ключевых моментах, связанных с поиском электрической мобильности.

В настоящее время анализ жизненного цикла выбросов CO ₂ (LCA) не показывает явного преимущества электрической мобильности по сравнению с мобильностью на базе ДВС (Boretti, 2018). Пример LCA для электрической мобильности критически зависит от того, как вырабатывается электричество, которое без огромного увеличения накопления энергии, а не просто увеличение зарегистрированной мощности ветра и солнца, нуждается в поддержке ископаемым топливом. С 1990-х годов в аккумуляторных технологиях произошел прогресс, но пока еще не произошло необходимого прорыва.Производство, использование и утилизация электромобилей по-прежнему слишком дорого с экономической и экологической точек зрения, а также возникают дополнительные проблемы, связанные с материалами, необходимыми для производства батарей, которые подвержены большему риску истощения, чем ископаемое топливо (Boretti, 2018). . Кроме того, эти материалы добываются неэтично в очень немногих местах.

Amnesty International (Onstad, 2019) недавно отметила, что индустрия электромобилей (EV) позиционирует себя как экологически чистые, но при этом многие из своих аккумуляторов производят с использованием ископаемого топлива и минералов, полученных из неэтичных источников, зараженных нарушениями прав человека.Маловероятно, что имеется достаточно сырья для удовлетворения ожидаемого резкого спроса на литий-ионные батареи электромобилей и подключенных к сети аккумуляторных систем для хранения периодически возобновляемой энергии ветра и солнца (Jaffe, 2017). Более того, без учета какого-либо четкого пути рециркуляции и отрицательных прошлых (и настоящих) примеров рециркуляции промышленно развитыми странами за счет экологического ущерба в развивающихся странах (Minter, 2016) электрическая мобильность может привести к значительному ущербу для экономики. и окружающая среда.

Хотя электрическая мобильность, безусловно, может решить некоторые проблемы загрязнения воздуха, связанные с транспортом, маловероятно, что это может произойти в ближайшее время, она не решает проблемы загрязнения из других источников, и в целом это еще не так. , где все включено. Потребление топлива для сжигания все еще резко увеличивается, и существует очень мало примеров технологических возможностей для преобразования химической энергии топлива в механическую или электрическую энергию с более высокой эффективностью преобразования энергии топлива и снижением выбросов загрязняющих веществ дизельных ДВС CIDI.Переход на электрическую мобильность в транспортном секторе потребует огромных затрат, в том числе с точки зрения выбросов парниковых газов.

Обсуждение и выводы

Хотя ICCT, Агентство по охране окружающей среды США и CARB описывают автомобили с дизельным двигателем как вредные для окружающей среды, последние испытания вождения, проведенные ACEA, показывают, что это неверно. Современные дизельные автомобили имеют относительно низкие выбросы CO ₂ и загрязняющих веществ, включая NOx и PM. Как бы то ни было, движение дизельных автомобилей в сильно загрязненных районах может улучшить качество воздуха, загрязненного другими источниками, а не только старыми дизельными автомобилями.

CIDI могут быть улучшены и более экологичны благодаря дальнейшим усовершенствованиям в системе впрыска, а также в системе дополнительной обработки. ДВС CIDI также можно улучшить, просто приняв двухтопливную конструкцию со сжиженным нефтяным газом, КПГ или СПГ в качестве второго топлива. Эти альтернативные виды топлива обеспечивают такие же или лучшие характеристики ДВС, работающего только на дизельном топливе, в том, что касается установившегося крутящего момента, мощности и эффективности преобразования топлива, а также переходных процессов, при этом значительно улучшая выбросы CO ₂ , а также Выбросы ТЧ и NOx из двигателя.

В дополнение к лучшему соотношению CH для выбросов CO ₂ , преимущества двухтопливных двигателей CIDI ICE с СПГ, КПГ или СНГ также проистекают из возможности регулирования фаз предварительного смешивания и диффузии сгорания с впрыском второго топливо, которое намного легче испаряется и менее склонно к самовоспламенению до, после или после предварительного / пилотного дизельного топлива. Также особенно важен для СПГ эффект охлаждения за счет криогенного впрыска. Дальнейшие разработки в системе впрыска являются предметом особого внимания при разработке этих новинок двухтопливных ДВС CIDI.

Преимущества дизельных или двухтопливных двигателей CIDI ICE по сравнению с любыми другими альтернативными решениями для транспортных приложений в настоящее время не признаются ни одним директивным органом. Европейские автопроизводители уже приостановили свои планы исследований и разработок своих ДВС, чтобы сосредоточиться только на электромобилях. Учитывая нерешенные проблемы, связанные с электромобильностью, это может вскоре оказаться неправильным для экономики и окружающей среды. Использование более современных дизельных транспортных средств и транспортных средств, работающих на двухтопливном дизельном топливе, может только спасти жизни, но не вызывать смертность, улучшить качество воздуха, одновременно ограничивая истощение природных ресурсов и выбросы CO ₂ , не требуя непозволительных усилий и кардинальные изменения.

Авторские взносы

Автор подтверждает, что является единственным соавтором этой работы, и одобрил ее к публикации.

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Амброджио, М., Саракко, Г., и Спеккиа, В. (2001). Сочетание фильтрации и каталитического сжигания в уловителях твердых частиц для обработки выхлопных газов дизельных двигателей. Chem. Англ. Sci. 56, 1613–1621. DOI: 10.1016 / S0009-2509 (00) 00389-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашок Б., Ашок С. Д. и Кумар К. Р. (2015). Дизельный двухтопливный двигатель LPG — критический обзор. Александр. Англ. J. 54, 105–126. DOI: 10.1016 / j.aej.2015.03.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бароне Т. Л., Стори Дж. М. и Доминго Н. (2010). Анализ характеристик отработанного в полевых условиях сажевого фильтра: выбросы твердых частиц до, во время и после регенерации. J. Управление отходами воздуха. Доц. 60, 968–976. DOI: 10.3155 / 1047-3289.60.8.968

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011a). Дизельный и HCCI-подобный режим работы двигателя грузовика, преобразованного на водород. Внутр. J. Hydr. Energy 36, 15382–15391. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.09.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011b). Достижения в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия водорода. Внутр. J. Hydr. Энергия 36, 12601–12606. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.06.148

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2011c). Преимущества прямого впрыска дизельного топлива и водорода в двухтопливном h3ICE. Внутр. J. Hydr. Energy 36, 9312–9317. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.05.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2013). Рассматриваются новейшие концепции систем сжигания и утилизации тепла для водородных двигателей. Внутр. J. Hydr. Energy 38, 3802–3807. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2013.01.112

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2017). Будущее двигателей внутреннего сгорания после «Diesel-Gate. Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2017-28-1933. DOI: 10.4271 / 2017-28-1933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти А. (2018). Анализ жизненного цикла Сравнение мобильности на основе электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания .Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2018-28-0037. DOI: 10.4271 / 2018-28-0037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боретти, А., Кастеллетто, С. (2018). «Бензиновый двигатель с супер-турбонаддувом и непосредственным впрыском с реактивным зажиганием», Труды Всемирной автомобильной конференции FISITA, 2–5> ОКТЯБРЬ 2018 (Ченнаи).

Google Scholar

Боретти, А., Лаппас, П. (2019). Комплексные независимые лабораторные испытания, подтверждающие экономию топлива и выбросы в реальных условиях вождения. Adv. Technol. Innovat. 4, 59–72.

Google Scholar

Боретти А., Ордис А. (2018). Супертурбонаддув двухтопливного дизельного двигателя с системой зажигания . Технический документ SAE 2018-28-0036. DOI: 10.4271 / 2018-28-0036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Burtscher, Х. (2005). Физические характеристики выбросов твердых частиц из дизельных двигателей: обзор. J. Aerosol. Sci. 36, 896–932. DOI: 10.1016 / j.jaerosci.2004.12.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Камузо, Дж. Р., Альварес, Р. А., Брукс, С. А., Браун, Дж. Б., и Стернер, Т. (2015). Влияние выбросов метана и эффективности транспортных средств на климатические последствия использования большегрузных автомобилей, работающих на природном газе. Environ. Sci. Technol. 49, 6402–6410. DOI: 10.1021 / acs.est.5b00412

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шоссьер, Г. П., Малина, Р., Аллрогген, Ф., Истхэм, С. Д., Спет, Р. Л., и Барретт, С. Р. (2018). Атрибуция на уровне страны и производителя воздействия на качество воздуха из-за чрезмерных выбросов NOx от дизельных легковых автомобилей в Европе. Атмос. Environ. 189, 89–97. DOI: 10.1016 / j.atmosenv.2018.06.047

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крэбтри, Г. В., Дрессельхаус, М. С., и Бьюкенен, М. В. (2004). Водородная экономика. Phys. Сегодня 57, 39–44. DOI: 10.1063 / 1.1878333

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Энджерер, Х., и Хорн, М. (2010). Автомобили, работающие на природном газе: вариант для Европы. Энергетическая политика 38, 1017–1029. DOI: 10.1016 / j.enpol.2009.10.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Faghani, E., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017a). Влияние стратегий нагнетания на выбросы от экспериментального двигателя прямого впрыска природного газа — Часть I: Поздний дополнительный впрыск . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-0774. DOI: 10.4271 / 2017-01-0774

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фагани, Э., Kheirkhah, P., Mabson, C., McTaggart-Cowan, G., et al. (2017b). Влияние стратегий впрыска на выбросы от экспериментального двигателя прямого впрыска природного газа — Часть II: Горение с небольшим предварительным смешиванием . Warrendale, PA: SAE Technical Paper 2017-01-0763. DOI: 10.4271 / 2017-01-0763

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фибиг М., Виарталла А., Холдербаум Б. и Кисоу С. (2014). Выбросы твердых частиц из дизельных двигателей: взаимосвязь между технологией двигателя и выбросами. J. Occup. Med. Toxicol. 9: 6. DOI: 10.1186 / 1745-6673-9-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Флореа Р., Нили Г., Абидин З. и Мива Дж. (2016). КПД и характеристики выбросов при сжигании двух видов топлива с частичной предварительной смесью путем совместного впрыска природного газа и дизельного топлива (DI2) . Warrendale, PA: SAE Paper 2016-01-0779. DOI: 10.4271 / 2016-01-0779

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейманн, Р., Ринглер, Дж., Зайферт, М., и Хорст, Т. (2012). Турбореактивный пароход второго поколения. МТЗ в мире 73, 18–23. DOI: 10.1365 / s38313-012-0138-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейманн Р., Штробл В. и Обьегло А. (2008). Турбопарогенератор: система, внедряющая принцип когенерации в автомобильную промышленность. МТЗ в мире 69, 20–27. DOI: 10.1007 / BF03226909

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуди, Д., Данн, М., Мунши, С. Р., Лайфорд-Пайк, Э., Райт, Дж., Дуггал, В. и др. (2004). Разработка сверхмощного экспериментального двигателя с воспламенением от сжатия, работающего на природном газе, с низким уровнем выбросов NOx (№ 2004-01-2954) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2004-01-2954

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейвуд, Дж. Б. (1988). «Сжигание в двигателях с воспламенением от сжатия», in Internal Combustion Engine Fundamentals (New York, NY: McGraw-Hill), 522–562.

Google Scholar

Хироясу Х. и Кадота Т. (1976). Модели сгорания и образования оксида азота и сажи в дизельных двигателях с прямым впрыском. SAE Trans. 85, 513–526. DOI: 10.4271 / 760129

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Invernizzi, G., Ruprecht, A., Mazza, R., Rossetti, E., Sasco, A., Nardini, S., et al. (2004). Твердые частицы табака по сравнению с выхлопными газами дизельных автомобилей: образовательная перспектива. Контроль над табаком 13, 219–221.DOI: 10.1136 / tc.2003.005975

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаффе, С. (2017). Уязвимые звенья в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. Джоуль 1, 225–228. DOI: 10.1016 / j.joule.2017.09.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзянь Д., Сяохун Г., Гешэн Л. и Синьтан З. (2001). Исследование двухтопливных двигателей дизель-СНГ (№ 2001-01-3679) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2001-01-3679

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, Т.В. (2009). Обзор выбросов дизельных двигателей и контроль. Внутр. J. Eng. Res. 10, 275–285. DOI: 10.1243 / 14680874JER04009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Катурия В. (2004). Воздействие КПГ на загрязнение автотранспортом в Дели: примечание. Транспорт. Res. Часть Д. 9, 409–417. DOI: 10.1016 / j.trd.2004.05.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайр, М. К., и Маевски, В. А. (2006). Выбросы дизельного топлива и их контроль (Vol.303). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / R-303

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кнехт, В. (2008). Разработка дизельного двигателя с учетом пониженных стандартов выбросов. Energy 33, 264–271. DOI: 10.1016 / j.energy.2007.10.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, С., Квон, Х. Т., Чой, К. Х., Лим, В., Чо, Дж. Х., Так, К. и др. (2011). СПГ: экологически чистое криогенное топливо для устойчивого развития. Прил. Energy 88, 4264–4273. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2011.06.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафлин, М., и Бернхэм, А. (2016). Пример : региональные грузовые автомобили для перевозки природного газа (№ DOE / CHO-AC02-06Ch21357-1603). Аргонн, Иллинойс; Колумбия, Мэриленд: Энергетика; Аргоннская национальная лаборатория.

Google Scholar

Ли Г., Уэллетт П., Думитреску С. и Хилл П. Г. (1999). Исследование оптимизации прямого впрыска природного газа с пилотным зажиганием в дизельные двигатели .Warrendale, PA: SAE Paper 1999-01-3556. DOI: 10.4271 / 1999-01-3556

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линь В., Чжан Н. и Гу А. (2010). СПГ (сжиженный природный газ): необходимая часть будущей энергетической инфраструктуры Китая. Energy 35, 4383–4391. DOI: 10.1016 / j.energy.2009.04.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mabson, C., Faghani, E., Kheirkhah, P., Kirchen, P., et al. (2016). Горение и выбросы парных сопел в газовом двигателе прямого впрыска с пилотным зажиганием .Warrendale, PA: SAE Paper 2016-01-0807. DOI: 10.4271 / 2016-01-0807

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маджи С., Пал А. и Арора Б. Б. (2008). Использование КПГ и дизельного топлива в двигателях CI в двухтопливном режиме (№ 2008-28-0072). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2008-28-0072

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марбан, Г., и Вальдес-Солис, Т. (2007). К водородной экономике? Внутр. J. Hydr. Energy 32, 1625–1637.DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2006.12.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марик, М. М. (2007). Химическая характеристика выбросов твердых частиц из дизельных двигателей: обзор. J. Aerosol. Sci. 38, 1079–1118. DOI: 10.1016 / j.jaerosci.2007.08.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартуцци М., Митис Ф., Явароне И. и Серинелли М. (2006). Воздействие ТЧ10 и озона на здоровье в 13 городах Италии . Европейское региональное бюро ВОЗ.

Google Scholar

McKone, T. E., Nazaroff, W. W., Berck, P., Auffhammer, M., Lipman, T., Torn, M. S., et al. (2011). Основные задачи оценки жизненного цикла биотоплива. Environ. Sci. Technol. 45, 1751–1756. DOI: 10.1021 / es103579c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

McTaggart-Cowan, G., Mann, K., Huang, J., Singh, A., et al. (2015). Прямой впрыск природного газа под давлением до 600 бар в двигатель большой мощности с пилотным зажиганием. SAE Int. J. Eng. 8, 981–996. DOI: 10.4271 / 2015-01-0865

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мор М., Форсс А. М. и Леманн У. (2006). Выбросы твердых частиц от дизельных легковых автомобилей, оборудованных уловителем твердых частиц, по сравнению с другими технологиями. Environ. Sci. Technol. 40, 2375–2383. DOI: 10.1021 / es051440z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Молленхауэр К. и Чёке Х. (ред.). (2010). Справочник по дизельным двигателям, Vol. 1. Берлин: Springer. DOI: 10.1007 / 978-3-540-89083-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мамфорд Д., Гоуди Д. и Сондерс Дж. (2017). Возможности и проблемы HPDI . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-1928. DOI: 10.4271 / 2017-01-1928

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мурадов Н. З., Везироглу Т. Н. (2005). От углеводородной к водородно-углеродной к водородной экономике. Внутр.J. Hydr. Энергия 30, 225–237. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2004.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Макки, М., и Мулиджн, Дж. А. (1996). Контроль выбросов твердых частиц из дизельного топлива. Топливный процесс. Technol. 47, 1–69. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (96) 01002-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нефт, Дж. П., Найджуис, Т. X., Смакман, Э., Макки, М., и Мулиджн, Дж. А. (1997). Кинетика окисления дизельной сажи. Топливо 76, 1129–1136. DOI: 10.1016 / S0016-2361 (97) 00119-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нили Г., Флореа Р., Мива Дж. И Абидин З. (2017). Эффективность и характеристики выбросов при сжигании двух видов топлива с частичной предварительной смесью путем совместного прямого впрыска ПГ и дизельного топлива (DI2) — Часть 2 . Warrendale, PA: SAE Paper 2017-01-0766. DOI: 10.4271 / 2017-01-0766

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Осорио-Техада, Дж., Ллера, Э., и Скарпеллини, С. (2015). СПГ: альтернативное топливо для грузовых автомобильных перевозок в Европе. WIT Trans. Встроенная среда. 168, 235–246. DOI: 10.2495 / SD150211

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк Т., Тенг Х., Хантер Г. Л., ван дер Вельде Б. и Клавер Дж. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла дизельных двигателей HD — экспериментальные результаты (№ 2011-01-1337). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2011-01-1337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэмсброк, Дж., Вилимек, Р., Вебер, Дж. (2013). «Изучение удовольствия от вождения на электромобиле — пилотные проекты BMW EV», Международная конференция по взаимодействию человека и компьютера (Берлин; Гейдельберг: Springer), 621–630. DOI: 10.1007 / 978-3-642-39262-7_70

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Решитоглу И. А., Алтинишик К. и Кескин А. (2015). Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и систем нейтрализации выхлопных газов. Clean Technol. Environm. Политика 17, 15–27.DOI: 10.1007 / s10098-014-0793-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рю, К. (2013). Влияние времени предварительного впрыска на характеристики сгорания и выбросов в дизельном двигателе, использующем биодизель-КПГ. Прил. Энергия 111, 721–730. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2013.05.046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саракко, Г., Руссо, Н., Амброджио, М., Бадини, К., и Спеккиа, В. (2000). Снижение выбросов твердых частиц дизельного топлива с помощью каталитических ловушек. Catal. Сегодня , 60, 33–41. DOI: 10.1016 / S0920-5861 (00) 00314-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шиппер Л., Мари-Лиллиу К. и Фултон Л. (2002). Дизели в Европе: анализ характеристик, моделей использования, экономии энергии и последствий выбросов CO2. J. Transp. Экон. Политика 36, 305–340.

Google Scholar

Шах, А., Типсе, С. С., Тьяги, А., Райрикар, С. Д., Кавтекар, К. П., Марате, Н. В. и др. (2011). Обзор литературы и моделирование двухтопливных дизельных двигателей, работающих на КПГ (№ 2011-26-0001). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2011-26-0001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, Л., Шу, Г., Тиан, Х., и Дэн, С. (2018). Обзор модифицированных органических циклов Ренкина (ORC) для рекуперации отработанного тепла двигателей внутреннего сгорания (ICE-WHR). Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 92, 95–110. DOI: 10.1016 / j.rser.2018.04.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, О.I. (1981). Основы образования сажи в пламени применительно к выбросам твердых частиц дизельных двигателей. Прог. Энергия сгорания. Sci. 7, 275–291. DOI: 10.1016 / 0360-1285 (81)

-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H., Klaver, J., Park, T., Hunter, G. L., and van der Velde, B. (2011). Система цикла Ренкина для рекуперации отработанного тепла дизельных двигателей высокого давления — разработка системы WHR (№ 2011-01-0311) . Warrendale, PA: SAE Technical Paper.DOI: 10.4271 / 2011-01-0311

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H., and Regner, G. (2009). Повышение экономии топлива для дизельных двигателей HD с циклом Ренкина, управляемым за счет отвода тепла охладителя EGR (№ 2009-01-2913). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2009-01-2913

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Teng, H., Regner, G., and Cowland, C. (2007). Рекуперация отходящего тепла дизельных двигателей большой мощности с помощью органического цикла Ренкина, часть I: гибридная энергетическая система дизельного двигателя и двигателя Ренкина (No.2007-01-0537). Warrendale, PA: SAE Technical Paper. DOI: 10.4271 / 2007-01-0537

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Т., Чжан Ю., Чжан Дж., Пэн З. и Шу Г. (2014). Сравнение преимуществ системы и термоэкономики для рекуперации энергии выхлопных газов, применяемых в тяжелых дизельных двигателях и бензиновых двигателях легких транспортных средств. Energy Conv. Управлять. 84, 97–107. DOI: 10.1016 / j.enconman.2014.04.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

А, С.(2007). Эмпирический анализ внедрения транспортных средств, работающих на альтернативном топливе: на примере автомобилей, работающих на природном газе. Энергетическая политика 35, 5865–5875. DOI: 10.1016 / j.enpol.2007.06.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., Г., Шу, Г., Тиан, Х., Хо, Ю., и Чжу, В. (2016). Экспериментальные исследования каскадной системы парового / органического цикла Ренкина (RC / ORC) для рекуперации отработанного тепла (WHR) дизельного двигателя. Energy Conv. Управлять. 129, 43–51. DOI: 10.1016 / j.enconman.2016.10.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зервас Э., Пулопулос С. и Филиппопулос К. (2006). CO ₂ изменение выбросов в результате внедрения дизельных легковых автомобилей: пример Греции. Energy 31, 2915–2925. DOI: 10.1016 / j.energy.2005.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, Х. (ред.). (2009). Передовые технологии и разработки двигателей внутреннего сгорания с прямым впрыском топлива: дизельные двигатели .Кембридж: Издательство Вудхед.

Google Scholar

Дизельные двигатели

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Дизельный двигатель, изобретенный в конце 19-го ^-го -го века доктором Рудольфом Дизелем, является наиболее энергоэффективной силовой установкой среди всех типов двигателей внутреннего сгорания, известных сегодня.Такой высокий КПД обеспечивает хорошую экономию топлива и низкие выбросы парниковых газов. Другие характеристики дизельного топлива, которые не были сопоставлены с конкурирующими машинами для преобразования энергии, включают долговечность, надежность и топливную безопасность. К недостаткам дизелей можно отнести шум, низкую удельную мощность, выбросы NOx и PM и высокую стоимость.

Что такое дизельный двигатель?

В большинстве современных дизельных двигателей используется обычное расположение цилиндров и поршней, приводимое в действие кривошипно-шатунным механизмом, общим для других двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель.Учитывая этот базовый механизм, разница между базовой конструкцией дизельного и бензинового двигателей очень незначительна.

Концептуально дизельные двигатели работают, сжимая воздух до высокого давления / температуры, а затем впрыскивая небольшое количество топлива в этот горячий сжатый воздух. Высокая температура вызывает испарение небольшого количества сильно распыленного впрыскиваемого топлива. Смешиваясь с горячим окружающим воздухом в камере сгорания, испарившееся топливо достигает температуры самовоспламенения и сгорает, высвобождая энергию, которая хранится в этом топливе [391] .

Определение дизельного двигателя менялось с годами. Например, в начале ^{-х годов} века было проведено различие между «истинным дизельным двигателем» и двигателем, который разделял некоторые аспекты дизельного цикла, но не охватывал все аспекты, которые считались частью дизельного цикла, как тогда предполагалось. . Одно раннее определение «настоящего дизельного двигателя» — это двигатель, имеющий следующие характеристики [2959] :

1. Сжатие, достаточное для получения температуры, необходимой для самовозгорания топлива.
2. Впрыск топлива струей сжатого воздуха.
3. Максимальное давление цикла (достигаемое при сгорании), не намного превышающее давление сжатия, т. Е. Отсутствие выраженного взрывного действия.

В то время как первый пункт из вышеперечисленных характеристик соответствует современному дизельному двигателю, последние два нет. В течение 1920-1930-х годов две другие характеристики утратили свое значение.

Твердотопливный впрыск начал появляться примерно в 1910 году, но только в конце 1920-х годов он начал быстро получать признание.Интересно отметить, что сам Дизель выбрал нагнетание воздушной струи скорее по необходимости, чем по собственному выбору. Дизель предполагал топливную систему с твердым впрыском, а не систему воздушной струи.

Дизель довольно строго придерживался принципа сгорания при постоянном давлении, пункт 3. Это, однако, было возможно только в больших относительно тихоходных дизельных двигателях, которые были распространены до 1920-х годов. В меньших по размеру высокоскоростных двигателях, появившихся в 1920-х годах, практические соображения означали, что сгорание было ближе к процессу постоянного объема, как в цикле Отто, а не к постоянному давлению, как в цикле дизеля.

Краткий обзор ранней истории дизельного двигателя обсуждается в другом месте.

###

: США: Дорожные двигатели для тяжелых условий эксплуатации

Применимость и испытания

Обсуждаемые ниже нормы выбросов применяются к новым двигателям, используемым в тяжелых дорожных (шоссейных) транспортных средствах, таких как грузовики и автобусы. Эти стандарты применяются к дизельным двигателям, а также к двигателям с воспламенением от сжатия (CI), работающим на природном газе и других альтернативных видах топлива.Ряд определений двигателя с воспламенением от сжатия или двигателя с дизельным циклом используется в различных правилах двигателей и транспортных средств США и Калифорнии. Одно определение, используемое Агентством по охране окружающей среды США в правилах для двигателей большой мощности, основано на цикле двигателя, а не на механизме зажигания, с наличием дроссельной заслонки в качестве индикатора, позволяющего различать работу с дизельным циклом и оттоциклом. Регулировка мощности путем управления подачей топлива вместо дроссельной заслонки соответствует режиму сгорания обедненной смеси и работе с дизельным циклом.Это допускает возможность того, что двигатель, работающий на природном газе, оснащенный свечой зажигания, считается двигателем с воспламенением от сжатия.

Транспортные средства большой грузоподъемности определяются как автомобили с полной массой транспортного средства (GVWR) более 8 500 фунтов в федеральной юрисдикции и более 14 000 фунтов в Калифорнии (1995 модельного года и позже). Дизельные двигатели, используемые в тяжелых транспортных средствах, далее делятся на классы обслуживания по GVWR, включая легкие тяжелые дизельные двигатели (LHDDE), средние тяжелые дизельные двигатели (MHDDE) и тяжелые тяжелые дизельные двигатели (HHDDE)

В соответствии с федеральными правилами Tier 2 для легких грузовых автомобилей транспортные средства с полной массой до 10 000 фунтов, используемые для личного транспорта, были переклассифицированы как «легковые автомобили средней грузоподъемности» (MDPV, в первую очередь, более крупные внедорожники и пассажирские фургоны) и подлежат легковой -стандарты выбросов грузовых автомобилей.Таким образом, одна и та же модель дизельного двигателя, используемая для автомобилей категории 8 500–10 000 фунтов, может быть классифицирована как легкая или тяжелая и сертифицирована по разным стандартам в зависимости от области применения.

Нормы США и Калифорнии не требуют, чтобы укомплектованные тяжелые дизельные автомобили были сертифицированы по шасси, вместо этого требуется сертификация их двигателей (в качестве опции, укомплектованные тяжелые дизельные автомобили весом менее 14 000 фунтов могут иметь сертификацию шасси). Следовательно, основные стандарты выражаются в г / л.с. · час и требуют испытаний на выбросы в течение переходного динамометрического цикла двигателя FTP (однако для укомплектованных бензиновых автомобилей большой грузоподъемности может потребоваться сертификация шасси с соответствующими стандартами выбросов, выраженными в г / милю).

Дополнительные требования к испытаниям на выбросы были добавлены в несколько этапов, начиная с 1998 года. К ним относятся:

• Дополнительный тест на выбросы (SET) : испытание в установившемся режиме, чтобы гарантировать, что выбросы от двигателей большой мощности контролируются во время вождения в установившемся режиме, например, при движении линейного грузовика на автостраде. Более поздние стандарты выбросов требуют версии теста с линейным режимом (RMC-SET). Пределы выбросов SET численно равны пределам FTP.
• Испытания «не превышают» (NTE) : Управление автомобилем любого типа, которое может произойти в пределах предопределенной контрольной зоны NTE, включая работу в установившихся или переходных условиях и при меняющихся условиях окружающей среды. Пределы выбросов NTE выше, чем соответствующие ограничения FTP.
• Цикл низкой нагрузки (LLC) : Переходный цикл динамометрического испытания, представляющий условия движения с низкой скоростью и нагрузкой, например, в медленном городском движении. Пределы выбросов LTC выше, чем лимиты FTP.

Тесты SET и NTE были введены для большинства подписавших в 1998 г. постановлений о согласии между EPA и производителями двигателей на период 1998-2004 гг. Федеральные правила требуют проведения дополнительных испытаний для всех производителей двигателей с 2007 года. В Калифорнии испытания требуются для всех двигателей начиная с 2005 модельного года. Пределы NTE применимы только к сертификации двигателей; они не применимы к автомобилям, сертифицированным по шасси.

Тест LLC был введен в действие нормативными актами Калифорнии о низком уровне выбросов NOx и применяется с 2024 года.

Стандарты выбросов

Сводка пределов выбросов

Пределы выбросов для двигателей большой мощности были ужесточены в несколько этапов, как показано в Таблице 1. Текущие федеральные стандарты выбросов в США для двигателей большой мощности были введены поэтапно в период 2007-2010 годов. В таблице также приведены Калифорнийские стандарты низких выбросов NOx — необязательные с 2015 года и обязательные с 2024/2027.

В дополнение к указанным выше ограничениям применяются следующие стандарты выбросов:

• Непрозрачность дыма — Пределы непрозрачности дыма в 20% / 15% / 50% в режимах ускорения / подъема / пика, соответственно, применяются с 1974 года.
• Стандарт CO на холостом ходу — Норма выбросов CO на холостом ходу в размере 0,5% применяется к двигателям с воспламенением от сжатия, работающим на дизельном топливе с 1988 г., на метаноле с 1990 г. и на природном газе и сжиженном нефтяном газе с 1994 г.
• Стандарт NOx на холостом ходу — В Калифорнии стандарты выбросов NOx на холостом ходу применяются с 2007 года.

Программа ABT. С 1991 года правила выбросов включают программу усреднения выбросов, банковского учета и торговли (ABT) для выбросов NOx и PM, аналогичную тем, которые были частью большинства программ контроля выбросов Агентства по охране окружающей среды США.

Год выпуска 1974-2003

Исторически первые наборы стандартов выбросов были приняты на федеральном уровне, начиная с 1974 года. С 1987 года стандарты Калифорнии требовали в нескольких случаях, чтобы пределы выбросов PM и NOx вводились в Калифорнии на несколько лет раньше федерального графика (таблица 1).

Вот некоторые из проблем регулирования выбросов того периода, которые потребовали разработки новых технологий выбросов:

• 1991 Норма выбросов ТЧ 0.25 г / л.с. · час
• 1994 Норма выбросов ТЧ 0,10 г / л.с. · час
• Постепенное ужесточение предельного значения NOx до 4 г / л.с. · ч (1998 г.)

Эти проблемы обычно решались за счет контроля выбросов в цилиндрах. Однако ограничение по ТЧ в 1994 году привело к некоторому использованию дизельных катализаторов окисления, в основном в двигателях большой мощности с механическим управлением.

Предел содержания серы в дизельном топливе в 500 частей на миллион вступил в силу в октябре 1993 года. Это топливо, известное как дизельное топливо с низким содержанием серы , было введено, чтобы обеспечить норму выбросов ТЧ 1994 года, равную 0.10 г / л.с. · час.

Дополнительные стандарты. Производители могли добровольно сертифицировать двигатели в соответствии со стандартами выбросов чистого топлива (CFF), указанными в таблице 2. Это была федеральная программа, которая применялась к двигателям 1998-2003 модельного года, как CI, так и SI, с полной массой более 8 500 фунтов. В дополнение к стандартам CFF, автомобили должны были соответствовать применимым обычным стандартам для других загрязнителей.

Модельный год 2004-2006

Стандарты 2004 года для двигателей большой мощности, принятые EPA в 1997 году [801] , были согласованы со стандартами Калифорнии с намерением, чтобы производители могли использовать один двигатель или конструкцию машины для обоих рынков.

Требования к бортовой диагностике (OBD), применимые к дизельным двигателям большой мощности и транспортным средствам с полной разрешенной массой ≤ 14 000 фунтов, вводились поэтапно с 2005 по 2007 модельные годы.

Удаление выхлопных газов из картера не разрешалось для каких-либо новых двигателей 2004 года или более поздних моделей, за исключением дизельных двигателей с турбонаддувом или наддувом.

Для достижения уровня выбросов 2004 года большинство производителей ввели рециркуляцию выхлопных газов (EGR) — во многих случаях в сочетании с катализаторами окисления дизельных двигателей — на дизельных двигателях большой мощности.

Указы о согласии. Большинство производителей двигателей были обязаны соблюдать стандарты выбросов 2004 года уже с октября 2002 года, что на 15 месяцев раньше установленного графика. В октябре 1998 года между EPA, Министерством юстиции, CARB и производителями двигателей — Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, Volvo, Mack Trucks / Renault и Navistar — была достигнута серия судебных урегулирований по вопросу о высоких выбросах NOx от тяжелых грузовиков. дежурные дизельные двигатели при определенных режимах движения.С начала 1990-х годов производители использовали программное обеспечение для управления двигателем, которое заставляло двигатели переключаться на более экономичный, но с более высоким NO _x режим вождения во время устойчивого движения по шоссе. Агентство по охране окружающей среды сочло эту стратегию управления двигателем незаконным «устройством предотвращения выбросов». Положения указов о согласии включали:

• Гражданские штрафы для производителей двигателей и требования о выделении средств на исследования загрязнения
• Модернизация существующих двигателей для снижения выбросов NO _x
• Устойчивый тест SET с пределом, равным стандарту FTP, и пределом NTE, равным 1.25 × FTP (за исключением Navistar)
• Соответствие нормам выбросов 2004 г. с октября 2002 г.

После принятия Указов о согласии в Калифорнии для сертификации всех двигателей 2005–2007 модельного года потребовались испытания SET и ограничения NTE в размере 1,25 × стандартов FTP. Калифорния также приняла более строгие стандарты на двигатели 2004-2006 модельного года для городских автобусов.

Модель 2007 года и позже

Правило EPA от 21 декабря 2000 г. [1044] включало два компонента: (1) стандарты выбросов двигателей большой мощности 2007 г. и более поздние и (2) правила для дизельного топлива.В октябре 2001 г. компания CARB приняла практически идентичные стандарты 2007 г. для двигателей большой мощности.

Стандарты выбросов включают новые, очень строгие ограничения для PM (0,01 г / л.с. · час) и NOx (0,20 г / л.с. · час). Стандарт выбросов ТЧ полностью вступил в силу в 2007 году. Стандарт NO _x был введен для дизельных двигателей в период с 2007 по 2010 год. Поэтапный ввод был определен на основе процента продаж: 50% с 2007 по 2009 год и 100% в 2010 г. (бензиновые двигатели подпадают под действие этих стандартов на основе поэтапного введения, требующего соблюдения 50% в 2008 г. и 100% в 2009 г.).На практике очень немногие двигатели, удовлетворяющие пределу выбросов NOx 0,20 г / л.с. · час, действительно появились до 2010 года. В период 2007-2009 годов большинство производителей предпочли соблюдать предел выбросов семейства NOx (FEL) около 1,2 г / л.с. · час для большинство их двигателей. Из-за этого пути соблюдения во время периода поэтапного введения предела NOx, двигатели, произведенные в течение 2007-2009 годов, технологически сильно отличались от двигателей, которые требовалось соблюдать в 2010 году и позже, когда все двигатели должны были соответствовать пределу NOx 0,2 г / л.с. · час. Хотя термин «стандарты 2010 года» является обычным явлением, подразумевая, что они отличаются от «стандартов 2007 года», с юридической точки зрения не существовало стандарта 2010 года, который отличался бы от 2007 года.

Начиная с 2007 года, производители могут выбрать сертификацию шасси укомплектованных тяжелых дизельных автомобилей (HDV) с полной массой 14 000 фунтов или меньше в качестве варианта сертификации двигателя. Пределы выбросов, применимые к автомобилям большой грузоподъемности с циклом Отто с такой же полной разрешенной массой. Дизельные двигатели, необязательно сертифицированные как укомплектованные автомобили, не могли быть включены в какие-либо программы усреднения, банковского обслуживания или торговли для критериев выбросов. Однако они были включены в расчеты поэтапного внедрения, которые требовали, чтобы 50% двигателей соответствовали окончательному пределу выбросов NOx 2010 года.Дизельные двигатели, сертифицированные таким образом, считались юридически эквивалентными двигателю с NOx 0,20 г / л.с. · час при условии, что они соответствовали ограничениям HDV для цикла Отто 2008 года (0,2 г / милю NOx и 0,02 г / милю PM для 8500 фунтов

В дополнение к тестированию FTP, требования к сертификации выбросов включают:

• SET тест, с ограничениями, равными стандартам FTP, и
• NTE ограничивает 1,5 × стандартов FTP (или 1,25 × FTP для двигателей с NOx FEL> 1,5 г / л.с. · ч).