битопливный двигатель что это такое простыми словами
«Би» – это два
Что такое битопливный двигатель?
Битопливными называют двигатели, которые могут работать на двух видах топлива – например, на бензине или газе. Такие версии моделей имеют многие автопроизводители.
Так, VW Caddy Eco Fuel работает на бензине или сжатом газе (метане), а Hummer H2 E85 Flex Fuel – на обычном топливе или биоэтаноле. Для корректной работы мотора на разном топливе в ЭБУ зашиты индивидуальные программы управления.
В семействе двигателей для автомобиля Mercedes-Benz Sprinter также присутствует битопливный двигатель NGT, известный как Natural Gas Technology, который может работать на бензине, а также природном газе. Чтобы перейти с одного типа топлива на другой, может потребоваться принуждение либо можно воспользоваться автоматическим режимом. Как правило, мотор запускается на бензиновом топливе. После чего двигатель автоматически начинает работать на газовом топливе, в результате чего переходит в другой рабочий режим, отличающийся экономичностью, а также экологичностью.
| ||||||
| ||||||
| ||||||
|
Газ на ГАЗе: тест-драйв битопливной Газели
Мы уже так привыкли к виду этих автомобилей на наших дорогах, что не способны до конца оценить их значение в нашей жизни. А ведь если бы не этот малотоннажный грузовик во всех его модификациях, то неизвестно, как бы сложилась сейчас судьба Горьковского автомобильного завода, что было бы с маршрутным такси в России, сколько стоили бы коммерческие перевозки и насколько больше иномарок бегало бы по нашим улицам.
Немного о Газели
Девяностые годы – времена незабываемые. Чего только тогда не творилось в стране. Кто-то стремительно богател, но большинство старались просто выжить. Такая же ситуация происходила и в экономике: предприятия крутились как могли, а кто не мог – закрывался. Горьковский автозавод пережил это время во многом благодаря тому, что руководство смогло найти свободную нишу и прочно её занять новым автомобилем. Речь, конечно, о полуторатонном грузовике Газель.
Были, правда, попытки как-то «выехать» на легковой Волге, но «секта» любителей барж таяла, ослеплённая великолепием праворуких Марков и Чайзеров. Которые, как выяснилось, были лучше российского бизнес-класса, до середины 90-х чихавшего карбюраторами и требовавшего периодически, лёжа на пузе, плевать из тавотницы в шкворни передней подвески. Тут ловить было уже нечего, поэтому объектом пристального внимания стал лёгкий коммерческий транспорт.
Уже лучше
Скромно, но со вкусом
Можно, конечно, втоптать совесть в грязь и сказать, что Газель-Бизнес выглядит современно, стремительно, надёжно, изысканно. Но бесплатно я такого делать не собираюсь, поэтому оглашу правду: дизайном она не удивляет. Внешне – всё та же картинка, скучная, как охранник в гипермаркете.
До живой рожицы Т1 ей далеко, но и тренд ныне такой же унылый. Так что жаловаться на внешность «газельки» было бы глупо. На белоснежном кузове нет коррозии – это уже неплохо для Газели! Пластиковая «морда», состоящая из бампера и решётки радиатора, вносит некоторую долю живости в образ, и этого вполне достаточно: раньше не было и такого. Сзади видны баллоны для природного газа, что выдаёт довольно редкую комплектацию, а именно – оснащение нашего экземпляра битопливным двигателем УМЗ-421647, который стал устанавливаться серийно на машины с 2013 года. Давайте откроем капот и посмотрим, чем он отличается от обычного бензинового агрегата.
Бензиновые и битопливные двигатели ЗМЗ V8 снимают с производства
Получили подтверждение сентябрьские слухи: V-образные «восьмерки» ЗМЗ уходят в историю. Заволжский моторный завод, входящий в состав Sollers, официально подтвердил снятие с производства линейки ЗМЗ-523 (бензиновый) и ЗМЗ-524 (битопливный) в срок до конца этого года.
История этого мотора восходит к концу 1950-х годов, когда на легковой Чайке появился его далекий предок ЗМЗ-13. Часть его ответственных деталей, включая блок цилиндров, была выполнена из алюминия — революционное по тем временам решение. После неоднократных модернизаций он превратился в ЗМЗ пятисотой серии, который устанавливался на грузовики Горьковского автозавода (ГАЗ-53 и ГАЗ-66). Позднее, эволюционировав до нынешнего поколения, использовался он и на Газонах-3307/3308. А покинув грузовики, остался основным для бессмертного классического автобуса ПАЗ-3205 и его родственников.
Характеристики нынешнего пятисотого семейства ЗМЗ таковы: объем — 4,67 л, диаметр цилиндра — 92 мм, ход поршня — 88 мм. Блок цилиндров по-прежнему отлит из легких сплавов на основе алюминия. В бензиновой версии мощность мотора до 134 л.с., в битопливной — до 128 л.с. Система питания — старый добрый карбюратор или распределенный впрыск с электронным управлением.
Конечно, этому двигателю давно пора на покой. Свои былые преимущества V-образных двигателей — компактность и ремонтопригодность — он давно потерял, а по экономичности и экологичности уступает любым аналогам. При нынешних ценах расход бензина около 30 литров «на сотню» непозволительно большой даже для госперевозчика. С экологичностью та же история: если поздний бензопропановый ЗМЗ-524 еще как-то удалось дотянуть до нынешних уровней выброса, то что можно сделать с карбюраторной версией, официально рассчитанной аж на семьдесят шестой бензин?
Увы, для наших перевозчиков это плохая новость: денег ни на что иное у них попросту нет. В программе давно есть дизельные ПАЗики, причем с широким выбором силовых агрегатов: ЯМЗ, МТЗ, Cummins, Huadong. Но расходятся они плохо — ибо дороже! Цена на бензиновый двигатель ЗМЗ около 250 000 рублей, а даже Д-245 стоит уже почти вдвое дороже. Впрочем, учитывая ремонтопригодность и количество выпущенных «восьмерок», ездить им предстоит еще долго.
А вот четырехцилиндровые легковые моторы ЗМЗ с чугунным блоком в производстве остаются. УАЗы, на которые их устанавливают, будут выпускать еще долго — по крайней мере по мнению менеджмента Sollers.
Битопливный двигатель внутреннего сгорания
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим в работе водород, и может быть использована в двигателестроении.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение экономической и экологической эффективности работы двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов за счет использования источника водорода, выполненного в виде электролизера, установленного во впускном трубопроводе двигателя.
Битопливный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами. При этом электроды электролизера выполнены в виде, по крайней мере, двух соосно расположенных цилиндров, разделенных между собой полимерной протонпроводящей мембраной и установлены во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 3 ил.
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим в работе водород, и может быть использована в двигателестроении.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной трубопровод, впускной и выпускной клапаны, свечу зажигания и систему подачи топлива (см. Вишняков Н.Н. и др. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник для специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство», М: Машиностроение, 1986 г., стр.12-21).
Недостатком известного двигателя является низкий коэффициент полезного действия, большой расход топлива и плохой экологический фактор при всех режимах работы двигателя.
Однако данное техническое решение характеризуется сложной конструкцией из-за наличия двух систем раздельной подачи двух видов топлива, а также сложностью обеспечения дозирования и согласованной с моментом воспламенения подачи водорода при всех режимах работы двигателя. Кроме того, данное изобретение позволяет использовать водород только при запуске двигателя. Применение гидрида металла в качестве источника водорода как топлива двигателя внутреннего сгорания для транспортных средств не целесообразно из-за большой балластной массы (содержание водорода около 5-7%).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной, выпускной клапаны, свечу зажигания, систему приготовления и подачи топливовоздушной смеси и источник водорода. При этом источник водорода выполнен в виде электролизера, электроды которого установлены в камере сгорания с возможностью подачи на них электрического тока и свободного прохода в прямом и обратном направлении топливовоздушной смеси и продуктов рабочего процесса. В топливовоздушной смеси естественным путем присутствует вода или специально введенный электролит (раствор электролита) (патент РФ на изобретение 
2299340, МПК: F02B 47/04, F02B 51/04).
Недостатками известного двигателя являются сложная конструкция из-за установки дополнительных элементов в камеру сгорания, что приводит к усложнению головки цилиндра и блока цилиндра. Кроме того, элементы электролизера подвергаются температурным нагрузкам и воздействию продуктов сгорания, что ведет к снижению производительности и ресурса работы электролизера. Дополнительный ввод электролита оказывает негативное воздействие на элементы цилиндропоршневой группы.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение экономической и экологической эффективности работы двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов за счет использования электролизера с повышенной производительностью и ресурсом работы, установленного во впускном трубопроводе двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в битопливном двигателе внутреннего сгорания содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами, согласно предлагаемому техническому решению, электроды выполнены в виде, по крайней мере, двух соосно расположенных цилиндров, разделенных между собой полимерной протонпроводящей мембраной и установлены во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер.
Битопливный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Воздух, поступающий во впускной трубопровод 8, проходит через электролизер 11. На электроды 13, 14 электролизера 11 включением зажигания, например, от бортового аккумулятора 17, подают напряжение 1-2 В. При этом на аноде электролизера 11 происходит электроокисление воды, естественным путем присутствующей в воздухе, с выделением кислорода и образованием ионов водорода (в воздух можно специально вводить пары воды, например, путем установки испарителя). Положительные ионы водорода, пройдя через твердую протонпроводящую мембрану, попадают на катод, где они восстанавливаются с выделением газообразного водорода. Водород смешивается с поданной при помощи форсунки 10 либо во впускной трубопровод 8, либо в зону впускного клапана 5 цилиндра топливовоздушной смесью, состоящей из воздуха и бензина. На первом такте работы двигателя при закрытом выпускном клапане 6 поршень 2, перемещаясь к нижней мертвой точке, через впускной клапан засасывает цикловую порцию обедненной топливовоздушной смеси, состоящую из бензина и смеси воздуха с водородом. На втором такте обогащенная водородом рабочая смесь сжимается перемещением поршня 2 к верхней мертвой точке. В конце такта свеча зажигания 9 электрической искрой воспламеняет обогащенную водородом рабочую смесь в камере сгорания 4. На третьем такте за счет расширения продуктов сгорания происходит рабочий ход поршня 2 (впускной 5 и выпускной 6 клапаны закрыты). На четвертом такте выпускной клапан 6 открывается и поршень 2, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработавшие продукты в окружающую среду, затем циклы повторяются. При этом цилиндр 1 и головка цилиндра 3 охлаждаются циркулирующей жидкостью в рубашке охлаждения цилиндра.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить расход топлива и увеличить экологическую безопасность эксплуатации двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов.
1. Битопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде, по крайней мере, двух соосно расположенных цилиндров, разделенных между собой полимерной протонпроводящей мембраной и установлены во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер.
2. Битопливный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что электролизер снабжен внутренним и внешним цилиндрическими армирующими элементами с отверстиями, выполненными из изолирующего материала и контактирующими с поверхностью электродов.
В чём плюсы и минусы биоэтанола
О том, что для двигателей автомобилей можно использовать растительное топливо, известно ещё со времён первых самоходных тележек. Но лишь в последние годы эта идея вновь стала актуальна. Виной тому неуклонно повышающиеся цены на нефть.
В последнее время в мировой прессе всё чаще публикуются сообщения об опасности и даже вредности массового перевода автомобилей на биоэтанол. Одно авторитетное мнение очень скоро оспаривается другим, не менее авторитетным. Критика настолько жёсткая, что поневоле вызывает недоумение. Как такое может быть: ведущие страны принимают энергетические стратегии, которые, если верить скептикам, совершенно бездумны и являются кратчайшим путём к масштабным экологическим и экономическим катастрофам? Где правда? Попробуем разобраться.
Противники сжигания этанола в двигателях внутреннего сгорания приводят убедительные доводы. Они не опровергают факта, что при использовании этилового спирта выхлоп автомобилей становится намного чище. Это действительно так. Главная же беда — в самом производстве этого вида топлива, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества углекислого газа. А значит, вся экологическая эффективность использования спиртосодержащих смесей сводится на нет. И бравые лозунги о борьбе с глобальным потеплением, об изменении климата не только теряют свою актуальность, но даже смешны.
Правы они? И да и нет. Производство этанола действительно насыщает атмосферу парниковыми газами (ещё они называются GHG — от greenhouse gas) в количествах, сопоставимых с выбросами бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Но у всякой монеты есть и обратная сторона. Дело в том, что в процессе производства и сжигания 1 литра этанола из растительного сырья в атмосферу попадает ровно столько же CO2, сколько до этого было поглощено теми же самыми растениями в результате реакции фотосинтеза. По сути производство этилового спирта есть не что иное, как «фотосинтез наоборот», с той лишь разницей, что в одном случае требуется солнечный свет, а в другом — выделяется тепло.
Получается, биоэтанол абсолютно нейтрален в качестве источника парниковых газов. Значит — лучше от него не станет, но и хуже не будет, в отличие от продуктов переработки нефти. Есть у этилового спирта и ещё одно преимущество: положительный энергетический баланс. В зависимости от вида сырья последний может колебаться от 1,24 до 8. То есть при сжигании этанола выделяется в несколько раз больше энергии, чем затрачивается при его производстве. В этом смысле «скандальное топливо» на порядок превосходит бензин или солярку. Только вообразите себе расходы на разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти, и вы поймёте, что топливный баланс нефтяных продуктов значительно меньше единицы.
Но и без недостатков у C2H5OH не обходится. При сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объёма бензина. Выходит, что если заправлять автомобиль топливом с содержанием этанола (к примеру, широко пропагандируемой смесью с бензином E85), то расход топлива неизбежно возрастёт вплоть до этих самых 34% — всё будет зависеть от концентрации спирта в каждом конкретном случае. Но с этой печальной картиной столкнутся лишь владельцы машин с двигателями, изначально рассчитанными на традиционный бензин и лишь затем адаптированными под новомодное топливо.
Нельзя забывать, что октановое число этанола равно 105. Это означает, что его можно сжигать в двигателях с куда большей степенью сжатия. Так что, в принципе, двигатели, рассчитанные исключительно на новый источник энергии, должны быть уж никак не хуже нынешних бензиновых или дизельных собратьев. И в плане экономичности, и в плане мощностных характеристик. А уж про экологию и говорить не приходится! Примерно на 80% уменьшаются выбросы углеродных соединений, а конкретно CO2 снижаются на 30%. Но заливать в такие машины бензин категорически нельзя — детонация мигом убьёт технологичный мотор.
В этом смысле весьма пессимистично выглядят перспективы так называемых многотопливных (чаще всего битопливных) автомобилей. Они могут называться Flex Fuel, Flexifuel, BioFlex, и как угодно ещё — всё зависит от фантазии фирм-производителей. Про такие разработки мы писали уже не раз и не два. Причём если некоторые носят статус концептов, то другие — вполне себе серийные машинки. Но у всех этих автомобилей есть один противный недостаток — этанол там сжигается неэффективно, ведь степень сжатия нельзя изменить, просто нажав кнопку на панели.
Стоит тормознуть и поговорить подробнее, ибо в этих странах внедрение биоэтанола зашло очень далеко. Бразильцы очень не любят топливные кризисы c 1973 года. И всячески стараются их предотвратить. Так, с в стране функционирует масштабная биотопливная кампания. Не стоит поэтому удивляться, что 4,5% площади Бразилии заняты плантациями сахарного тростника, а большинство местных автомобилей можно с чистой совестью причислить к заядлым алкоголикам. За год миллион бразильских рабочих производит двадцать с лишним миллиардов (!) литров этанола.
Назвать экономику этой страны зависимой от нефти никак нельзя. Выращивая и перерабатывая сахарный тростник, Бразилия полностью обеспечивает себя топливом и электричеством. Всё это безусловно радует, но даже в бочке спирта нашлось место вездесущему дёгтю. Ради новых плантаций бразильцы вырубают леса Амазонки. Можно назвать это странной и недальновидной политикой, а если сказать прямо — то это настоящий идиотизм. Как жить без «лёгких планеты»?
Похожая ситуация складывается и в США. Президент Буш выдвинул программу «20 за 10», которая должна помочь к 2017 году снизить потребление бензина на 20%. За счёт чего? Разумеется, за счёт этанола. К озвученному сроку власти намерены увеличить его производство до 30 с лишним миллиардов литров. За последние годы инвестиции только в исследования перевалили за 12 миллиардов долларов. И это только начало.
В Америке производят этанола хоть и много, но чуть меньше, чем в Бразилии. Правда, делают его не из тростника (он в Штатах расти не хочет), а из кукурузы. Такой вариант менее эффективен, а стало быть, себестоимость американского эталона выше бразильского. Тем не менее программу активно продвигают власти многих штатов, и губернатор «кукурузного» Иллинойса, кандидат в президенты Барак Обама (Barack Obama), — не исключение. Принимаются новые требования к бензиновому топливу, которое должно содержать 10% этанола (такая пропорция безопасна для традиционных двигателей).
Достигнут ли американцы своих целей? Каково будущее всей этой затеи с биоэтанолом? Пока что всё туманно. Ясно одно — рассчитывать на тотальный переход к спиртовым двигателям нереально. Если предположить стопроцентную эффективность процесса переработки, то для того, чтобы только США перевести с нефти на этанол, нужно 75% сельскохозяйственных земель нашей планеты засеять соответствующими культурами. Грубо говоря, если даже всю Луну засадить тростником, этого окажется недостаточно.
Массовое культивирование культур для производства этанола неизбежно окажет значительное влияние на сельское хозяйство. Фермеры не дураки — раз спрос на кукурузу растёт, они будут её сеять везде, где смогут. А кто при этом подумает о миллионах голодающих жителей Земли? Поэтому многие исследователи и негодуют, утверждая, что «выращивать» биотопливо в то время, когда людям есть нечего, — низкое, подлое и вообще аморальное занятие.