Бивалентный двигатель — это двигатель, который может использовать два разных типа топлива. Примерами являются двигатели на бензине / CNG и бензине/ LPG , которые широко представлены на вторичном рынке европейских легковых автомобилей. [ необходима цитата ]
Двигатели, которые могут использовать либо спирт (часто производимый как биотопливо ), либо стандартный бензин, являются вариантами автомобилей с гибким топливом . Такие автомобили производятся и широко доступны для продажи в Соединенных Штатах и других странах.
Сжатый природный газ (СПГ) производится путем сжатия метана для хранения его при высоких давлениях. Сжиженный природный газ (СПГ) производится и хранится криогенно, как и жидкий водород. Физические свойства природного газа требуют, чтобы степень сжатия двигателя была выше, чем в обычных двигателях внутреннего сгорания, а более высокая степень сжатия обеспечивает большую эффективность. Природный газ также имеет более высокое октановое число , поэтому его можно сжигать при более высокой температуре, что снижает детонацию двигателя , а топливо можно производить без сложных процессов очистки. Поскольку при сгорании природного газа образуется мало несгоревшего углерода, двигатель и масло остаются намного чище, чем если бы сжигался только бензин , и, таким образом, срок службы двигателя увеличивается. Доступны комплекты для вторичного рынка для переоборудования транспортных средств для работы на СПГ или СПГ и бензине. В Соединенных Штатах природный газ дешевле бензина. Тем не менее, СПГ при типичных давлениях требует более частой заправки, поскольку он содержит только четверть энергии на единицу объема бензина, [1] тогда как СПГ содержит только 80%. Хотя природный газ является конечным ресурсом, и его запасы могут быть истощены, он уникален среди существующих видов топлива тем, что имеет чистый положительный EROEI (энергия, возвращаемая на вложенную энергию), в то время как нефть и другие виды топлива являются чистыми поглотителями энергии. [ необходима ссылка ]
Сжиженный нефтяной газ (СНГ) представляет собой смесь нескольких углеводородов , в основном пропана , бутана и этана . Газ легко смешивается с воздухом, что обеспечивает более полное сгорание. Топливо стоит меньше, чем обычный бензин, но у СНГ меньше энергии на единицу объема, поэтому его топливная экономичность и эффективность ниже. СНГ обеспечивает более длительный срок службы двигателя благодаря своим характеристикам чистого сгорания. Основное отличие этих транспортных средств от других заключается в их системах хранения топлива. СНГ представляет собой газ при комнатной температуре, но становится жидким при повышении давления (требуемое давление варьируется в зависимости от состава смеси). Обычно он хранится при давлении около 10 бар . Одним из недостатков является то, что топливные баки для СНГ намного тяжелее обычных, поэтому потребуется два бака, что увеличит вес транспортного средства. Многие автопроизводители выпускают транспортные средства, работающие на СНГ и бензине. [2] Некоторые [ кто? ] говорят, что СНГ является наименее экологически чистым альтернативным топливом , поскольку он производится из ископаемого топлива, поэтому парниковые газы неизбежно будут выбрасываться в атмосферу. [3]
Бивалентные двигатели также могут использовать водородное топливо , как это продемонстрировано в BMW Hydrogen 7 , использующем бивалентный двигатель V12 серии H7. Сам двигатель похож на обычный бензиновый двигатель внутреннего сгорания, за исключением системы впрыска топлива . Когда BMW Hydrogen 7 работает в бензиновом режиме, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, но когда автомобиль работает на водороде, топливо впрыскивается во впускной коллектор. BMW утверждает, что Hydrogen 7 является «первым в мире готовым к производству водородным автомобилем», хотя было выпущено всего 100 автомобилей, и больше их производить не планируется. [4]
Сокращение выбросов парниковых газов и сохранение природных ресурсов становятся все более важными для людей во всем мире. Во многих странах действуют правила экономии топлива для новых автомобилей, и многие правительства предлагают налоговые льготы для производителей автомобилей, которые используют чистое сгорание топлива. Таким образом, производители автомобилей мотивированы разрабатывать новые технологии двигателей внутреннего сгорания. Двухвалентный двигатель позволяет легче переходить с ископаемого топлива на альтернативное. Технология развивается, и растет спрос на более эффективные и чистое сгорание двигателей.
Водород исследуется как топливо для транспортных средств, поскольку он не производит выбросов углекислого газа . Если водородное топливо станет более популярным, оно может стать менее дорогим, чем другие виды топлива, если будет реализовано низкозатратное производство с помощью электролиза. [ требуется ссылка ] Водород можно использовать и создавать в топливных элементах для питания электродвигателей или сжигать непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. BMW разработала двухвалентный двигатель внутреннего сгорания, который может переключаться между нефтяным и жидким водородным топливом. В газообразной форме водород трудно хранить, и он имеет низкую объемную плотность энергии. Его можно производить разными способами, но многие из методов производят углекислый газ. Наиболее перспективным методом является электролиз . Безопасность резервуаров для хранения водорода в случае аварии была исследована, и различные испытания показывают, что они не представляют никаких проблем. [5] При использовании в качестве топлива водород имеет широкий диапазон воспламеняемости и низкую энергию воспламенения. Эти свойства позволяют сжигать водород с использованием широкого спектра воздушно-топливных смесей, но возникают проблемы с преждевременным воспламенением. Вентиляция картера очень важна при сжигании водорода из-за низкой энергии воспламенения. Правильная вентиляция необходима для предотвращения воспламенения в картере и образования воды в моторном масле. [6] Водород и природный газ — очень похожие виды топлива, поэтому различия между компонентами, необходимыми для их сжигания, незначительны, и легко создаются совместимые системы.
Объемную плотность энергии можно увеличить, если хранить водород в виде криогенной жидкости. Жидкий водород обеспечивает почти треть энергии на единицу объема, чем бензин.
Жидководородосодержащее топливо имеет некоторые недостатки. Технология очень новая, и инфраструктура для заправочных станций жидкого водорода в настоящее время очень ограничена. Многие из процессов, обычно используемых при создании топлива, выделяют парниковые газы , а производимый водород обычно добывается из конечных ресурсов. Хранение жидкого водорода является серьезной проблемой. Поскольку температура кипения жидкого водорода очень низкая (-252,88 °C), трудно поддерживать топливо достаточно холодным, чтобы поддерживать его жидкую форму. Когда оно нагревается, оно испаряется . Затем давление в топливном баке увеличивается, и часть газа должна быть выпущена. В этих транспортных средствах установлены выпускные клапаны, чтобы давление в баке не становилось слишком высоким, но при этом теряется небольшое количество топлива.