Что такое двигатель внутреннего сгорания
Все двигатели преобразуют какую-нибудь энергию в работу. Двигатели бывают разные – электрические, гидравлические, тепловые и т.д., в зависимости от того, какой вид энергии они преобразуют в работу. ДВС — двигатель внутреннего сгорания, это тепловой двигатель, в котором в полезную работу преобразуется теплота сгорающего в рабочей камере топлива, внутри двигателя. Также существуют двигателя с внешним сгоранием — это реактивные двигатели самолётов, ракет и т.д. в этих двигателях сгорание внешнее, поэтому они называются двигателями с внешним сгоранием.
Но простой обыватель чаще сталкивается с двигателем автомобиля и понимают под двигателем именно поршневой двигатель внутреннего сгорания. В поршневом ДВС, сила давления газов, возникающая при сгорании топлива в рабочей камере, воздействует на поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре двигателя и передаёт усилие на кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Двигателя внутреннего сгорания бывают разные: 2-х танктные, 4-х тактные, дизельные, бензиновые, со смешенным питанием, карбюраторные, инжекторные и т.
д. и это далеко не полный список! Как видите, вариантов двигателей внутреннего сгорания очень много, но если стоит затронуть классификацию ДВС, то для подробного рассмотрения всего объёма материала понадобится минимум 20-30 страниц — большой объём, не так ли? И это только классификация…
Принципиальный ДВС автомобиля НИВА
1 — Щуп для замера уровня масла в картере 9 — Манжета хвостовика коленчатого вала 10 — Болт для крепления шкива 11 — Шкив, служит для привода генератора, насоса водяного охлаждения 12 — Ремень клиноременной передачи 13 — Ведущая звездочка КШМ 14 — Звездочка привода НШ 15 — Генератор 16 — Лобовая часть ДВС 17 — Натяжитель цепи 18 — Вентилятор 19 — Цепь привода ГРМ 20 — Клапан впускной 21 — Клапан выпускной |
35 — Корпус манжеты 36 — Манжета 37 — Полукольцо от осаго смещения 38 — Крышка опоры коленчатого вала 39 — Маховик 40 — Блок цилиндров 41 — Крышка картера сцепления 42 — Поддон картера |
|---|
Ни одна область деятельности несравнима с поршневыми ДВС по масштабам, количеству людей занятых в разработке, производстве и эксплуатации.
В развитых странах деятельность четверти самодеятельного населения прямо или косвенно связана с поршневым двигателестроением. Двигателестроение, как исключительно наукоемкая область, определяет и стимулирует развитие науки и образования. Общая мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания составляет 80 – 85% мощности всех энергоустановок мировой энергетики. На автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, в сельском хозяйстве, строительстве, средствах малой механизации, ряде других областей, поршневой ДВС как источник энергии пока не имеет должной альтернативы. Мировое производство только автомобильных двигателей непрерывно увеличивается, превысив 60 миллионов единиц в год. Количество производимых в мире малоразмерных двигателей также превышает десятки миллионов в год. Даже в авиации поршневые двигатели доминируют по суммарной мощности, количеству моделей и модификаций и количеству установленных на самолеты двигателей. В мире эксплуатируется несколько сотен тысяч самолетов с поршневыми ДВС (бизнес-класса, спортивных, беспилотных и т.
Но со временем всё меняется и скоро мы увидим и будем эксплуатировать принципиально другие типы двигателей, которые будет иметь высокие эксплуатационные показатели, высокий КПД, простота конструкции и главное — экологичность. Да, всё верно, главным минусом двигателя внутреннего сгорания является его экологическая характеристика. Как бы не оттачивали работу ДВС, какие бы системы не внедряли, он всё равно оказывается существенное влияние на наше здоровье. Да, теперь можно с уверенностью сказать, что существующая технология моторостроения чувствует «потолок» — это такое состояние, когда та, или иная технология полностью исчерпала свои возможность, полностью выжато, всё что можно было сделать — уже сделано и с точки зрения экологии принципиально НИЧЕГО уже не изменить в существующих типах ДВС. Стоит вопрос: нужно полностью менять принцип работы двигателя, его энергоноситель (нефтяные продукты) на что-то новое, принципиально иное (водород, электричество, энергия атома, гравитацию, инерцию и т.
Пока ещё не одно поколение ученых и конструкторов будут исследовать и совершенствовать старую технологию постепенно подходя всё ближе и ближе к стенке, через которую уже будет невозможно перескочить (физически это не возможно). Еще очень долго ДВС будет давать работу тем, кто его производит, эксплуатирует, обслуживает и продает. Почему? Всё очень просто, но в то же время эту простую истину далеко не все понимают и принимают. Главная причина замедления внедрения принципиально иных технологий — капитализм. Да, как бы это странно не звучало, но именно капитализм, та система, которая как кажется должна быть заинтересована в новых технологиях, тормозит развитие человечества! Всё очень просто — нужно зарабатывать. Как же быть с теми нефтяными вышками, нефтезаводами и доходами?
ДВС «хоронили» неоднократно. В разное время на смену ему приходили электродвигатели на аккумуляторах, топливные элементы на водороде и многое другое.
Характеристики ДВС
При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.
Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рисунок слева), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива.
Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.
Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.
Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов.
После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике. Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике выше показаны более оптимальные характеристики двигателя.
Статьи по теме:
1. Краткий обзор основных видов конструкций и тенденций развития бензиновых двигателей;
2. Альтернативное топливо — топливо будущено и настоящего.
Ремонт ДВС и КПП
Компания «АЛЬЯНС ТРАКС» профессионально занимается комплексной диагностикой и ремонтом любой сложности ДВС и КПП.
Ремонт двигателей внутреннего сгорания
К сожалению, двигатель любого автомобиля имеет ограниченный срок службы. Неизбежно наступает момент, когда появляется излишняя шумность мотора, стуки, падение мощности. Как правило, это сопровождается характерным сизым цветом дыма, увеличенным расходом моторного масла, нестабильной работой или плохим пуском.
Наиболее популярными причинами выхода из строя двигателя являются — плохое качество топлива, агрессивная манера вождения, превышение максимальной грузоподъемности, климатические условия, несоблюдение сроков регламентного обслуживания или его качества и конечно, естественный износ.
Для предотвращения крупных поломок и обеспечения безопасности автомобиля и водителя советуем немедленно обратиться в технический центр для проведения диагностических работ.
По результатам диагностики и дефектовки определяется размер ущерба двигателя, при необходимости — ремонта, в том числе капитального.
Ремонт ДВС может быть:
- «текущим» — устранение мелких неисправностей;
- «средним» — частичная разборка/сборка двигателя без снятия + замена или восстановление поврежденных деталей;
- «капитальным», включающим в себя снятие/установку двигателя, разборку, детальную диагностику, ремонт или восстановление всех поврежденных и изношенных элементов.
Любой ремонт двигателя значительно дешевле, чем замена ДВС, услуги эвакуатора и простой транспорта из-за снятия автомобиля с рейса.
Ремонт КПП
Вторым по значимости агрегатом в автомобиле является коробка переключения передач.
Стоит отметить, что управление транспортным средством с неисправностями в КПП в первую очередь небезопасно для водителя и участников дорожного движения.
Наиболее популярными показателями неисправной работы являются:
- помехи во время переключения передач,
- шумы во время движения,
- нагрев,
- следы масла или самопроизвольные выключения передачи в КПП.
При том, выход из строя одной из деталей может вызвать цепную реакцию и привести к серьезным поломкам.
В нашем сервисном центре:
- Применяется только самое современное диагностическое оборудование и специальный инструмент;
- Все работы по ремонту ДВС и КПП проводят опытные сотрудники, прошедшие обучение на различных заводах;
- Широкий ассортимент запасных частей позволяет проводить работы в самые кратчайшие сроки;
- На все виды работ распространяется гарантия.
Подробную информацию вы можете получить по телефону +7 (495) 543-94-49.
Или оставьте заявку записаться на сервис.Audi отказалась от разработки двигателей внутреннего сгорания
Как рассказал немецкому изданию Automobilwoche глава Audi Маркус Дюсманн (Markus Duesmann), компания остановила все работы над новыми двигателями внутреннего сгорания. Это значит, что бензиновых и дизельных моторов следующего поколения не будет, хотя инженеры продолжат текущую модернизацию существующих моторов.
Предстоящее введение в 2025 году стандарта Евро 7 с более жёсткими ограничениями на выбросы, несомненно, разделит автомобильный мир на две разные группы. С одной стороны, найдутся те, кто будет по-прежнему производить автомобили с двигателями внутреннего сгорания, хотя и сократит их ассортимент в связи с переходом на гибриды. На другой стороне, которая будет более многочисленной, окажутся те автопроизводители, у кого нет другого выбора, кроме как навсегда отказаться от двигателей внутреннего сгорания в пользу электродвигателей. К этой группе присоединилась Audi, официально объявив о завершении разработки двигателей внутреннего сгорания.
Генеральный директор немецкого бренда Маркус Дюсманн заявил, что разработка новых двигателей внутреннего сгорания более невозможна и что было бы лучше адаптировать существующие двигатели к будущим стандартам, прежде чем они будут окончательно сняты с производства. Это означает, что выпуск культовых двигателей TDI и TFSI на Audi близок к завершению, как и выпуск двух знаковых моделей Audi — R8 и TT, у которых не ожидается прямых преемников.
В ближайшие 5 лет Audi планирует вывести на рынок 20 электрических моделей. Бренд также объявил о намерении к концу десятилетия превратить основные модели, такие как A4 и A6, в полностью электрические автомобили.
Это ставит Audi на тот же путь, по которому планирует продвигаться конкурирующий бренд Mercedes. На прошлой неделе Маркус Шефер (Markus Schäfer), член совета директоров, ответственный за развитие Mercedes, заявил, что компания больше не будет разрабатывать двигатели внутреннего сгорания. «Это означает, что основная часть инвестиций теперь действительно может пойти на электромобили», — сообщил Шефер в интервью ресурсу Handelsblatt.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Особенности двигателя MPI в автомобилях Volkswagen
Двигатель MPI в автомобилях Volkswagen: принцип работы, особенности, преимущества и недостатки. Двигатель MPI является инжекторной конструкцией, где применяется многоточечное устройство топливного впрыскивания. Поэтому этот мотор получил соответствующее наименование «Multi-Point-Injection». Иными словами, для каждого двигательного цилиндра разработан собственный инжектор-форсунка. Именно такая схема была воплощена автоконцерном «Volkswagen».
Этот тип двигателя устанавливается на самую популярную модель Volkswagen Новый Polo седан, некоторые комплектации Golf и Jetta (частично Golf и Jetta комплектуются также и TSI-двигателями). На Passat В8, Passat СС, Tiguan устанавливают сейчас (2016 года) только двигатели TSI. На Touareg устанавливают FSI.
Двигательное устройство MPI является наиболее устаревшим из всего моторного ряда «Volkswagen».
Но, тем не менее, отличается превосходной практичностью и безотказностью.
Некоторые специалисты отмечают, что теперь такой вид двигателя не отвечает нынешним требованиям в плане экономичности и экологичности. Более того еще недавно можно было утверждать, что такой вид мотора был снят с изготовления. А последней автомобильной моделью автоконцерна, где он применялся, была Skoda Oktavia 2-ой серии.
Но внезапно двигатель MPI возродился и снова стал востребованным. Осенью 2015 года «Volkswagen» запустил производственную линию моторов на своем калужском заводе, где стали выпускать двигательную конструкцию MPI 1,6 серии EA211.
Особенности двигателя MPI
О главном отличии таких двигателей уже было написано — это многоточечная подачи бензина. Но те, кто хорошо с двигателями автомобилей могут отметить, что и TSI-моторы также обладают многоточечным впрыскиванием.
Потому переходим к другой отличительной черте — в MPI отсутствует наддув. Т.е. нет турбокомпрессоров, чтобы нагнетать смесь топлива в цилиндры.
Обыкновенный бензонасос, подающий топливо под давлением три атмосферы в особенный коллектор впуска, где оно далее перемешивается с воздушной массой и затягивается через клапан впуска непосредственно в цилиндр. Как видно, это достаточно схоже с деятельностью карбюраторного двигателя. Никакого прямого топливного впрыскивания в цилиндр, как в FSI, GDi или TSI-устройствах нет.
Еще одна особенность — присутствие водяной системы, благодаря которой смесь топлива охлаждается. Это происходит в связи с тем, что в области цилиндровой головки устанавливается повышенный температурный режим, а поступление бензина осуществляется под довольно низким давлением. Потому все это может закипеть и сформировать газовые воздушные пробки.
Преимущества
Двигатель MPI отличается собственной неприхотливостью к топливному качеству и может осуществлять работу на 92-ом бензине.
По своей конструкции этот мотор очень прочен, и его наименьший пробег без какого-нибудь ремонтных работ, как информирует изготовитель, составляет 300 тыс.
км, естественно, если вовремя будут заменены масла, а также фильтры.
Благодаря не очень сложной конструкции двигатель MPI в случае поломки можно легко и недорого отремонтировать и вообще это заметно отражается на его цене. Обычная конструкция выгодно отличает его по сравнению с TSI, где присутствует насос повышенного давления и турбокомпрессорное устройство. Двигатель MPI также меньше склонен перегреваться.
Еще одним преимуществом мотора считается присутствие опор из резины, расположенных непосредственно под двигателем. Это значительно дозволяет уменьшить шум и дрожание во время передвижения.
Недостатки
Можно отметить, что двигатель MPI не очень динамичен. Из-за того, что процесс топливного перемешивания осуществляется в выпускных особых каналах (до того как топливо попадет в цилиндры), такие моторы считаются ограниченными. Восьмиклапанная система с набором ГРМ говорит о недостатках в мощности. Таким образом, они рассчитаны на не очень быстрые поездки.
Из недостатков можно выделить то, что MPI менее экономичен. Многоточечное впрыскивание по своей эффективности уступает наддуву вместе с прямым топливным впрыскиванием в цилиндр, как это сделано в двигательном устройстве TSI.
И все же, если складывать преимущества и недостатки, то выходит, что эти двигатели вполне сравнимы в плане конкурентоспособности, в особенности для российских дорог. Неслучайно для «Шкода Йети» немецкие производители отказались от 1.2-литрового двигателя TSI, отдав предпочтение проверенному и непритязательную 1.6-литровую движку MPI.
Изящное решение без потери мощности
Аббревиатура VTEC полностью расшифровывается следующим образом — Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. В переводе на русский язык означает «электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов» или, если говорить языком специалистов, электронная система регулировки фаз газораспределения.
Этот механизм предназначен для того, чтобы оптимизировать прохождение воздушно-топливной смеси в камеры сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, накопленную в топливе, в тепловую. Такое преобразование происходит во время сгорания горючей смеси. При этом возрастает температура и давление в цилиндре. Под давлением поршни двигателя опускаются вниз и, толкая коленчатый вал, приводят его в движение. Так химическая энергия преобразуется в механическое движение. Механическая сила определяется величиной крутящего момента. Способность двигателя поддерживать некоторую величину крутящего момента при некотором числе оборотов в минуту определяется как мощность. Мощность определяет, какую работу может производить двигатель. Весь процесс, осуществляемый двигателем внутреннего сгорания, не эффективен на 100%. На самом деле всего около 30% энергии, содержащейся в топливе, преобразуются в механическую энергию.
Теоретическая физика говорит о том, что при данном КПД для достижения высокой отдачи от мотора необходимо использовать больше топлива: в результате существенно возрастет мощность.
Очевидно, что в этом случае нужно использовать двигатель с огромным рабочим объемом и поступиться принципами экономичности. Другой метод диктует необходимость предварительно сжимать топливную смесь посредством турбины и затем сжигать ее в цилиндрах небольшого размера. Однако и в этом случае расход топлива будет пугающим. В свое время концерн Honda пошел по иному пути, начав исследования с целью оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания. В результате появилась технология VTEC, наделяющая мотор отменной экономичностью на низких оборотах и высокой мощностью при его «раскручивании».
Два алгоритма
Если сравнить скоростные характеристики различных двигателей, то нетрудно заметить, что у одних максимум крутящего момента достигается на низких оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других — на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Оказывается, есть зависимость между тем, каким образом на распределительном валу установлены кулачки, открывающие клапаны, и тем, какую мощность развивает мотор на различных оборотах коленчатого вала.
Чтобы понять, чем это вызвано, представьте себе двигатель, работающий крайне медленно. Например, при 10-20 оборотах в минуту рабочий цикл в одном цилиндре занимает 1 секунду. При опускании поршня впускной клапан открывается, позволяя горючей смеси наполнить цилиндр, и закрывается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. После завершения цикла сгорания поршень начнет движение вверх. При этом откроется выпускной клапан, позволив отработавшим газам покинуть рабочий объем цилиндра и закроется, когда поршень достигнет верхней мертвой точки. Такой алгоритм был бы идеален, если бы мотор работал на минимуме оборотов. Однако в реальной жизни двигатель куда энергичней.
С ростом ритма работы мотора описанный алгоритм просто не выдерживает критики. Если число оборотов коленвала достигает 4000 в минуту, клапаны открываются и закрываются 2000 раз ежеминутно, или 30-40 раз каждую секунду. На такой скорости поршню чрезвычайно сложно всосать в цилиндр необходимый объем горючей смеси.
То есть в результате впускного сопротивления возникают насосные потери, и это главная причина, по которой уменьшается эффективность работы двигателя. Для облегчения участи мотора при работе на больших оборотах приходится, например, шире открывать впускной клапан. Разумеется, это упрощенное описание работы, но оно дает общее представление. Однако на малых оборотах такой алгоритм не годится: настройка распредвала «на скорость» лишь увеличит расход топлива. Следовательно, для лучшей эффективности нужно сочетать оба алгоритма работы, которые воплощены в механизме VTEC.
Появившись в 1989 году, система VTEC дважды модернизировалась, и сегодня мы имеем дело с ее третьей серией. Система VTEC использует возможности электроники и механики и позволяет двигателю эффективно распоряжаться возможностями сразу двух распредвалов, или, в упрощенных версиях, одного. Контролируя число оборотов и диапазоны работы силового агрегата, его компьютер может активизировать дополнительные кулачки с тем, чтобы подобрать наилучший режим работы.
DOHC VTEC
В 1989 году на внутренний японский рынок поступили две модификации Honda Integra — RSi и XSi, использовавшие первый двигатель с системой DOHC VTEC. Ее силовой агрегат модели B16A при объеме 1,6 литра достигал мощности в 160 л.с., но при этом отличался хорошей тягой на низах, топливной экономичностью и экологической чистотой. Поклонники марки Honda до сих пор помнят и ценят этот великолепный мотор, тем более что его многократно усовершенствованный вариант и по сей день используется на моделях Civic.
Двигатель с системой DOHC VTEC имеет два pаспpедвала (один для впускных, другой для выпускных клапанов) и 4 клапана на цилиндр. Для каждой пары клапанов предусмотрена особая конструкция — группа из трех кулачков. Следовательно, если мы имеем дело с 4-цилиндровым 16-клапанным мотором с двумя распредвалами, то таких групп будет 8. Каждая группа занимается отдельной парой клапанов. Два кулачка расположены на внешних сторонах группы и отвечают за действие клапанов на низких оборотах, а средний подключается на высоких оборотах.
Внешние кулачки непосредственно контактируют с клапанами: опускают их при помощи коромысел (рокеров). Отдельный средний кулачок до поры до времени вращается и вхолостую нажимает на свое коромысло, которое активируется при достижении определенного высокого числа оборотов коленвала. В дальнейшем эта центральная часть отвечает за открытие и закрытие клапанов, хотя и действует как специальный промежуточный механизм.
Когда двигатель работает на малом ходу, пары впускных и выпускных клапанов открываются соответствующими кулачками. Их форма, как и у большинства аналогичных моторов, выполнена в виде эллипса. Однако эти кулачки способны обеспечивать лишь экономичный режим работы двигателя и только на малых оборотах. При достижении высокой скорости вращения распредвала задействуется специальный механизм. «Незанятый» до этого работой средний кулачок вращался и без какого-либо эффекта нажимал на среднее коромысло, никак не связанное с клапанами. Однако во всех трех коромыслах предусмотрены отверстия, в которые под высоким давлением масла загоняется металлический пруток.
Таким образом, группа жестко фиксируется и в дальнейшем работает как одно целое. Тут в работу вступает отдыхавший до этого средний кулачок. Он имеет более продолговатую форму и поэтому при его нажатии все три коромысла, а значит и клапана, опускаются гораздо ниже и на больший промежуток времени остаются открытыми. В этом случае двигатель может «дышать» свободнее, развивать и поддерживать высокий крутящий момент и хорошую мощность.
SOHC VTEC
После успеха системы DOHC VTEC компания Honda с еще большим рвением подошла к развитию и использованию своей новации. Моторы с VTEC проявили себя как надежные и экономичные, стали реальной альтернативой увеличению рабочего объема или использованию турбин. Поэтому несколько позднее была представлена система SOHC VTEC. Подобно своему «коллеге» DOHC новинка также предназначалась для оптимизации работы двигателя в разных режимах. Но из-за простоты своей конструкции и более скромных показателей мощности двигатели с SOHC VTEC выпускались меньшими объемами.
Одним из первых двигателей, использующих упрощенную систему, стал обновленный агрегат D15B, выдававший 130 л.с. при объеме в 1,5 л. Этот мотор с 1991 устанавливался года на Honda Civic.
В моторе SOHC предусмотрен один-единственный распредвал на весь блок цилиндров. Поэтому кулачки впускных и выпускных клапанов располагаются на одной оси. Однако здесь также предусмотрены группы-тройки, в каждой из которых есть один специальный центральный кулачок. Простота конструкции заключается в том, что в двух режимах — для низких и для высоких оборотов — могут работать только впускные клапана. Промежуточный механизм с дополнительным кулачком и коромыслом также как и в случае с DOHC VTEC перехватывает на себя открытие и закрытие впускных клапанов, в то время как выпускные всегда работают в постоянном режиме.
Может создаться впечатление, что SOHC VTEC в чем-то хуже, чем DOHC VTEC. Однако это не так: эта система имеет ряд преимуществ, среди которых простота конструкции, компактность двигателя за счет его незначительной ширины, меньший вес.
Кроме того SOHC VTEC возможно вполне легко использовать на двигателях пpедыдущего поколения, тем самым модернизируя их. В итоге силовые агрегаты с SOHC VTEC достигают тех же результатов, пусть и не столь ярких и удивительных.
SOHC VTEC-E
Если назначение описанных выше систем VTEC состоит в сочетании максимальной мощности на предельных оборотах и довольно уверенной, но экономичной работе на «низах», то VTEC-E призвана помочь двигателю в достижении предельной экономии.
Но прежде чем рассмотреть очередное изобретение Honda необходимо разобраться с теорией. Известно, что топливо предварительно смешивается с воздухом и затем воспламеняется в цилиндрах (есть еще иной вариант — непосредственный впрыск, при котором воздух и топливо поступают в цилиндры отдельно). На мощность двигателя также влияет и то, насколько однородна такая смесь. Дело в том, что на малых оборотах невысокая скорость потока при всасывании препятствует смешению топлива и воздуха.
В результате на холостом ходу двигатель может работать неуверенно. Чтобы предотвратить это, в цилиндры поступает обогащенная топливом смесь, что сказывается на экономичности. Система VTEC-E способна обеспечить уверенную работу двигателя на малых оборотах на обедненной топливом горючей смеси. При этом также достигается существенная экономия. В отличие от других механизмов, в системе VTEC-E нет никаких дополнительных кулачков. Так как эта технология нацелена на снижение потребления топлива на малых оборотах, то и затрагивает она действие впускных клапанов. VTEC-E применяется только в SOHC-двигателях (с одним распредвалом) с четырьмя клапанами на цилиндp из-за его «склонности» к низкому расходу топлива.
В отличие от других VTEC-моторов, где кулачки имеют приблизительно одинаковый профиль, в силовых агрегатах с VTEC-E используются две конфигурации. Таким образом, впускные клапана приводятся в движение кулачками различной формы. Профиль одного из них имеет традиционную форму, а другой практически круглый — слегка овальный.
Поэтому один из клапанов опускается в нормальном режиме, а другой едва приоткрывается. Горючая смесь проходит через нормальный клапан легко, а через приоткрытый — весьма скудно. Из-за несимметричности потоков поступающей смеси в цилиндре возникают причудливые завихpения, в которых воздух и топливо смешиваются должным образом. В результате двигатель может pаботать на бедной смеси. С увеличением оборотов концентрация топлива растет, но режим, при котором реально работает лишь один клапан, становится помехой. Поэтому, приблизительно при достижении 2500 об/мин коромысла замыкаются и приводятся в движение нормальным кулачком. Замыкание происходит точно так же как и в других системах VTEC.
Систему VTEC-E часто незаслуженно считают изобретением, нацеленным исключительно на экономию. Тем не менее, по сравнению с простыми моторами, агрегаты с таким механизмом не только экономичнее, но и мощнее. За экономию отвечает первый режим, в котором работает один клапан, а за показатели мощности — «чистокровный» VTEC, подразумевающий широкое открытие впускных клапанов.
Если сравнить два аналогичных мотора, один из которых оборудован механизмом VTEC-E, то простой агрегат окажется на 6-9% слабее и прожорливей.
Трехрежимный SOHC VTEC
Этот механизм представляет собой объединение системы SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. В отличие от всех описанных выше систем эта имеет не два режима работы, а три. В зоне низких оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливовоздушной смеси (как VTEC-E). В этом случае используется только один из впускных клапанов. На средних оборотах в работу включается второй клапан, но фазы газораспределения и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности. Эта система достаточно универсальна. Так, например, двигатель объемом 1,5 литра с таким газораспределительным механизмом проявляет неплохую удельную мощность: 86 л.
с. на 1 л. рабочего объема. Одновременно с этим, если двигатель работает в первом, экономичном 12-клапанном режиме, расход при движении с постоянной скоростью 60 км/ч на автомобиле Honda Civic составляет около 3,5 л на 100 км.
i-VTEC
Буква «i» в названии означает intelligent, то есть «умный». Прежние версии VTEC способны регулировать степень открытия клапанов лишь в 2-3 режимах. Конструкция нового газораспределительного механизма i-VTEC предполагает использование помимо основной системы VTEC дополнительную систему VTC (Variable Timing Control), непрерывно регулирующую момент начала открытия впускных клапанов. Открытие впускных клапанов задается в зависимости от нагрузки двигателя и регулируется посредством изменения угла установки впускного распределительного вала относительно выпускного. В двигателях с i-VTEC распредвал крепится к приводному шкиву через специальную гайку-шестерню, которая способная «доворачивать» его на угол до 600.
Применение системы VTC на ряду с VTEC позволяет эффективнее наполнять цилиндры двигателя топливо-воздушной смесью, а также улучшить полноту ее сгорания. Использование механизма i-VTEC позволяет достичь приемистости эквивалентной двигателям с рабочим объемом 2 литра, при этом топливная экономичность даже лучше чем у 1,6 литрового двигателя.
Семейство газораспределительных механизмов VTEC не представляет собой ничего волшебного, но дает просто поразительный эффект. Моторы Honda прямо-таки умеют подстраиваться под нагрузку, предоставляя удивительную мощность при скромном рабочем объеме. И в то же время на холостом и малом ходах японские моторы поражают выдающейся экономичностью. Вполне возможно, что следующим этапом в развитии систем VTEC станет механизм с отдельными соленоидами на каждый клапан, что позволит с хирургической точностью регулировать открытие клапанов.
Автор: Евгений Дударев
Выше только небо :: Autonews
Технологии Mazda SkyActiv: Выше только небо
Mazda затянула с появлением собственного компактного кроссовера – конкуренты уже выпустили по второму-третьему поколению в этом сегменте.
Японцы долго отмалчивались в ответ на прямые вопросы о потенциальном СХ-5. И не случайно: СХ-5 будет не просто новой моделью, но отправным пунктом новых технологий Mazda под названием SkyActiv. Это новая концепция Mazda, затрагивающая двигатели, трансмиссии, шасси и кузов. Концепция, которая стремится совместить динамичное эмоциональное вождение и экономичность, оставив при этом доступность для массового потребителя. Как это будет работать и продаваться, Mazda рассказала на техническом семинаре.Место встречи – Большой Московский планетарий, открывшийся после 17-летней реконструкции. Само собой, место выбрано со смыслом: слоган SkyActiv – «Выше только небо» (по-английски звучит более осторожно: Sky is the limit).
Двигаться дальше необходимо. Но если большинство компаний склоняются в сторону гибридных технологий или электромобилей, которые до сих пор вызывают сомнения в своей жизненной приспособленности (затраты на производство, развитие инфраструктуры, стоимость для конечного потребителя и т.
д.), маленькая, но гордая компания Mazda решила пойти по собственному пути и занялась классическими ДВС.
Моторы
Расход топлива и выбросы СО2 – вот основные причины бессонницы современных автомобильных инженеров. И «маздовских» далеко не в последнюю очередь: не секрет, что ряд моделей Mazda, особенно с «автоматом», отличаются неэкономичным аппетитом.
У среднестатистического двигателя внутреннего сгорания коэффициент полезного действия составляет 35%. Потери имеют по большей части тепловую природу и зависят от системы выпуска, охлаждения, корпусных элементов двигателя и коробок передач. На эффективность работы влияет состав рабочей смеси, длительность горения, фазы газораспределения, потери на всасывание, потери на механическое трение и степень сжатия. Именно на этих шести параметрах сконцентрировались инженеры Mazda в стремлении к идеальному двигателю.
Основной параметр – степень сжатия. Степень сжатия у бензиновых двигателей составляет от 9,0 до 11,0, у автомобилей Mazda в среднем – 11,0.
У спортивных автомобилей степень сжатия достигает 12,5. Очевидно, с повышением степени сжатия повышается термодинамический КПД, но это может привести к ненормальному сгоранию (детонации) и, как следствие, уменьшению крутящего момента. Для подавления детонации используется более богатая рабочая смесь и более позднее зажигание, но это приводит к ухудшению топливной экономичности и снижению крутящего момента.
Бензиновый двигатель SkyActiv-G
У бензинового двигателя SkyActiv-G степень сжатия составляет 14,0:1. Чтобы избежать детонации, инженеры Mazda разработали специальный выпускной коллектор со схемой 4-2-1 – выхлоп проходит по длинным приемным трубам и охлаждается лучше, что предотвращает возврат отработавших газов в камеру сгорания, а это приводит к снижению давления и подавлению детонации.
В днищах поршней SkyActiv-G предусмотрены выемки, которые позволяют развиваться начавшемуся сгоранию без преград.
Новые топливные форсунки со множеством распылителей более качественно распределяют рабочую смесь. Система последовательного управления фазами газораспределения впуска и выпуска S-VT позволила снизить потери на всасывание. Потери на трение снизились на 30%. Облегчили двигатель – на 10%.
В результате этих модификаций крутящий момент нового бензинового двигателя по сравнению с 2,0-литровым мотором MZR с прямым впрыском увеличился на 15%, топливная экономичность – также на 15%, мощность составляет 155 л.с. Выбросы СО2 сократились на 15%. При этом автомобиль способен без проблем потреблять Аи-95.
Дизельный двигатель SkyActiv-D
У обычных дизелей высокая степень сжатия приводит к воспламенению еще до образования идеальной топливовоздушной смеси, сгорание происходит неравномерно, образуется сажа (если мало кислорода) или окись азота (если много). Однако низкая степень сжатия в дизельном моторе может привести к нестабильному сгоранию и пропускам воспламенения во время прогрева (при холодном пуске).
Инженерам Mazda удалось понизить степень сжатия 2,2-литрового дизеля MZR с 16,0:1 до 14,0:1 – самая низкая степень сжатия у дизельного мотора. В результате температура и давление в конце такта сжатия снижаются, сгорание происходит медленнее, за счет чего происходит лучшее смешение топлива и воздуха, максимальное давление в камере сгорания – на 20% ниже, чем у современных аналогов. Снизились потери на трение, поэтому появилась возможность использовать алюминий, что привело к сокращению массы мотора.
Чтобы избежать пропусков зажигания при холодном пуске, установили керамические свечи накаливания и многоточечные пьезоэлектрические форсунки, новую систему изменения степени открытия клапанов. Часть отработавших газов отправляется в соседние цилиндры.
В результате расход топлива удалось снизить на 20%, увеличился крутящий момент – при мощности в 175 л.с. он составляет 420 Н·м при 2000 об/мин. За счет установки двуступенчатого турбонаддува удалось минимизировать турбояму.
По поводу перспектив дизеля на российском рынке пока точно ничего не известно. Ни для кого не секрет, что дизельные модели многие компании в России продавать отказываются, мотивируя это низким качеством топлива. Однако, как сообщил Андрей Глазков, директор по маркетингу Mazda Motor Rus, в декабре в РФ все же привезут на испытания автомобиль с дизелем SkyActiv-D.
Что касается разработок в области гибридных технологий, то Mazda их вовсе не отвергает. Совместить электромотор с ДВС не проблема, а если обычный двигатель будет эффективнее и экономичнее, то и КПД гибридной установки тоже будет выше.
И дизельный, и бензиновый двигатели SkyActiv соответствуют экологическому стандарту Евро-6.
Трансмиссии
Автоматическая трансмиссия SkyActiv-Drive
«Самая лучшая трансмиссия – та, которой нет, как у троллейбуса» – с такой шутки начался рассказ о новых «автоматах» Mazda SkyActiv.
Идеальная автоматическая трансмиссия должна обеспечивать плавное переключение передач, мощное и ровное ускорение, быстрый отклик на педаль акселератора и, конечно, топливную экономичность.
Сегодня существуют три основных типа «автоматов»: роботизированная КПП с двумя сцеплениями, бесступенчатый вариатор CVT и традиционный «автомат» с гидротрансформатором. Японцы и здесь решили пойти по собственному пути.
За основу взяли шестиступенчатый «автомат»: гидротрансформатор с широчайшим диапазоном блокировки для всех шести ступеней. Если в обычной автоматической трансмиссии гидротрансформатор заблокирован 64% времени, то в SkyActiv-Drive – 89%. Обычно увеличение диапазона блокировки гидротрансформатора приводит к ухудшению показателей шума, вибраций и плавности работы. SkyActiv-Drive использует гидротрансформатор только в зоне очень малых оборотов, его размеры были уменьшены, а на освободившееся место установили более крупный демпфер и многодисковую муфту блокировки с поршневым приводом.
Расход топлива удалось снизить на 4-7%. «Автомат» SkyActiv-Drive будет предлагаться как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями.
Механическая трансмиссия SkyActiv-MT
За образец идеальной механической трансмиссии Mazda принимает коробку родстера MX-5. И не поспоришь: работать с ней – сплошное удовольствие. Первое – сократили до 45 мм ходы рычага КПП, уменьшили сопротивление движению рычага – передачи включаются четко и эмоционально. Основные отличия конструкции – укороченный промежуточный вал и отсутствие отдельной оси для шестерни передачи заднего хода; вес снизился на 7-16% (в зависимости от двигателя).
SkyActiv-Body и SkyActiv-Chassis: кузов и шасси
Основная задача при работе над кузовом и шасси – снижение веса. Более легкий автомобиль при тех же технических составляющих обладает лучшей разгонной и тормозной динамикой и большей маневренностью и, само собой, лучшей топливной экономичностью.
Позволить себе использовать для облегчения конструкции дорогостоящие алюминий и углепластик Mazda не могла – это бы отразилось на потребительской стоимости машин.
Конструкция кузова SkyActiv-Body состоит практически из одних прямых элементов, переходящих один в другой. Новые поперечные элементы подрамников повышают жесткость кузова. На жесткость кузова также играет увеличение числа сварочных точек. Брусья крыши соединяются при помощи клея, так что узел подается как единый компонент. Доля высокопрочных сталей выросла с 40% до 60%.
Что касается шасси, то тут Mazda снова пытается добиться идеала и минимизировать конфликт интересов: совместить отличную управляемость, азартное вождение, устойчивость и высокий уровень ездового комфорта. В настоящее время модели Mazda жертвуют комфортом в пользу управляемости.
SkyActiv-Chassis получило новое рулевое управление с электроусилителем, иную геометрию элементов задней подвески; увеличены степень демпфирования амортизаторов и жесткость верхних опор.
В результате доработок кузов удалось облегчить на 8%, шасси – на 14%.
Начало – Mazda CX-5
Все технологии SkyActiv серийно впервые будут применены в компактном кроссовере СХ-5. Автомобиль будет представлен на автошоу во Франкфурте, а европейские продажи начнутся именно с России – уже в начале 2012 года. К нам привезут автомобили с 2,0-литровым бензиновым мотором, агрегированным с «механикой» или «автоматом» и передним приводом, и с 2,0-литровым бензиновым мотором с «автоматом» и полным приводом. Насчет дизелей, напоминаем, пока ничего не решено, в декабре привезут испытательный образец. Стоимость автомобиля пока не сообщается, но, как отметил Андрей Глазков, цена СХ-5 будет на уровне конкурентов – VW Tiguan, Toyota RAV4 и других кроссоверов.
Светлана Алеева
Устройство ДВС автомобиля
Наверное, уже всем известно, что ДВС автомобиля называют сердцем автомобиля. В современном мире без автомобиля никуда, поэтому следует изучить принцип работы двигателя автомобиля и изучить устройство автомобиля.
Общее устройство ДВС предполагает наличие поршня, который является деталью кривошипно-шатунного механизма автомобиля. Поршень ДВС выливается в форме стакана и состоит из следующих частей: днище, головка поршня, направляющая часть поршня (юбка), канавки для компрессионных и маслосъемных колец. Поршневые кольца ДВС обеспечивают герметичность во время движения поршня в цилиндре, что необходимо для исключения попадания масла в камеру сгорания и газов в картер двигателя. Поршневые кольца представляют собой уплотнители. Бывают компрессионные поршневые кольца и маслосъемные поршневые кольца. Компрессионные поршневые кольца ДВС обеспечивают высокую степень сжатия при работе двигателя.
Когда из топливной системы подается топливная смесь, поршень двигается вверх-вниз. Когда поршень поднимается вверх, то горючая смесь сжимается, после чего начинает работать система зажигания — свеча зажигания подает искру и горючая смесь воспламеняется (карбюраторные и инжекторные ДВС).
В дизельных ДВС происходит самовоспламенение от высокой степени сжатия.
После сгорания горючей смеси выделяется огромное количества газов, которые воздействуют на поршень, толкая его вниз, и передавая усилие через шатун коленчатому валу, тем самым раскручивая его.
Как работает ДВС
Принцип работы ДВС заключается в преобразовании кинетической энергии в механическую работу (преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала).
Как возвратно-поступательно движение поршня-шатуна преобразуется во вращательное движение коленчатого вала?
Поршень крепится к шатуну с помощью поршневого пальца, который располагается внутри юбки поршня и фиксируется стопорными кольцами. Для стопорных колец в юбке поршня имеются специальные канавки. Коленчатый вал ДВС вращается на подшипниках скользящего типа в картере ДВС.
Крутящий момент коленчатого вала ДВС через трансмиссию (сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал, полуоси) передается на ведущие колеса автомобиля.
Современный двигатель внутреннего сгорания
Современный двигатель внутреннего сгоранияДжоаб Камарена
7 декабря 2015 г.
Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.
Введение
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — вот что движет большинство автомобилей сегодня и существует уже много лет. ICE имеет подвергся многочисленным изменениям исключительно с целью улучшения выходная мощность и минимизация потерь энергии.Как работает процесс что есть впуск через отверстия портов, который толкает поршень вниз начало его цикла сжатия и декомпрессии, с энергией от этого передается на коленчатый вал, позволяя движение автомобиль. Более распространенный двигатель внутреннего сгорания основан на четырех ход поршня для завершения своего цикла и высвобождения энергии для перемещения транспортное средство. [1-3]
Как это работает
В этом цикле четыре этапа: 1) прием, 2) компрессия, 3) сгорание и рабочий ход, и, наконец, 4) выхлоп (Рисунок.1). Вот как это работает:
Впуск: Топливо-воздушная смесь входит в цилиндр, когда поршень опускается и впускной открывается.
Сжатие: При закрытии на впуске топливно-воздушная смесь увеличивается по давлению и температура, поскольку поршень сжимает газ, перемещая вверх.
Горение и удар: Энергия выделяется в результате реакции горения, вызванной зажигание свечи зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь и доводит до высокой температуры.По мере увеличения смеси по температуре и давлению он давит на поршень, следовательно, вызывая рабочий ход, который вращает коленчатый вал.
Выхлоп: Побочные продукты, образующиеся затем реакция горения выпускается через выхлоп трубу, и цикл повторяется, когда впускное отверстие открывается и выпускается клапан закрывается. [2,3]
Энергетический анализ
Хотя это обычно используемый двигатель в транспортных средствах сегодня это не значит, что он самый эффективный.Горение неэффективность измеряет часть энергии, которая не используется из топливо. Установлено, что тепловые потери теплоносителя и тепловые потери энергии выхлопных газов являются самыми большими источниками тепловых потерь, что способствует отсутствию оборота энергии. Постоянно утверждается, что Второй закон Термодинамика не позволяет всем двигателям достигать максимальной температуры. эффективность, но это не означает, что мы не можем улучшить коэффициент конверсии энергии. Постоянные инновации и модернизация внутреннего сгорания двигатель позволили улучшить преобразование энергии топлива.[4]
Заключение
Знать, как работает двигатель внутреннего сгорания и в чем заключается его неэффективность, правильная технология и дизайн двигатель внутреннего сгорания позволит нам лучше использовать энергию в топливе. Хотя цены на газ постоянно колеблются, наиболее вероятной тенденцией в будущем будет повышение цен на газ, что только заставит двигаться к разработке высокоэффективных автомобилей сильнее.Это возможно даже при постоянном диалоге о отказ от ископаемого топлива и последствия изменения климата, что, наряду с нашим нынешним технологическим бумом мы больше не будем полагаться на двигатель внутреннего сгорания для транспортных средств будущего.
© Жоаб Камарена. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с указание на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.
Список литературы
[1] J. R. Clarke et al. , «Индукция двигателя Система и метод », Патент США 4860709, 29 августа 89 г.
[2] Д. К. Джанколи, Физика: принципы с Приложения, 7-е изд. (Addison-Wesley, 2013), стр. 421.
[3] Б. Кроу, «Внутренний Двигатель внутреннего сгорания, Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2012 г.
[4] М. Баглионе, М.Дьюти и Г. Панноне, «Автомобиль». Методология системного энергетического анализа и инструмент для определения транспортного средства Подсистема энергоснабжения и спроса », Технический документ SAE 2007-01-0398, г. 16 апреля 07.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Большинство серийно производимых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях работают на 4-тактной системе с тактом впуска, тактом сжатия, сгоранием, которое вызывает быстрое расширение газов, и рабочий такт с поршнем, движущимся на высоких скоростях вниз цилиндр.
Поршень соединен — достаточно предсказуемо — с шатуном или шатуном, который приводит в движение коленчатый вал. Чтобы сгладить импульсы, за двигателем установлен маховик, который действует как накопитель энергии.
Есть поворотная конструкция, но только Mazda придерживается ее, и она не стала популярной, в основном из-за проблем с надежностью уплотнения наконечников.
В течение многих лет было трудно снимать фактический процесс горения, но современные материалы означают, что теперь это возможно. Вот крутое видео процесса, на самом деле происходящего с разными видами топлива.Определенно не пытайтесь делать это дома.
В основном автомобили используют бензин (он же бензин) или дизельное топливо. Оба эти варианта сделаны из очищенной сырой нефти, но на самом деле существует множество альтернатив, которые мы обсудим в сопутствующей статье на следующей неделе.
Для бензина искра используется для воспламенения топливно-воздушной смеси, в то время как в дизельном топливе она самовоспламеняется при огромных температурах и давлении двигателя с более высокой степенью сжатия. Это означает, что дизельные двигатели должны быть более прочными, что обычно приводит к более тяжелому двигателю.Причина, по которой некоторые транспортные средства, такие как грузовики, автобусы и промышленные автомобили, такие как экскаваторы, используют дизельное топливо, связана с кривой крутящего момента. Крутящий момент — вращающая сила на коленчатом валу измеряется силой x расстояние, часто указывается в Нм, т.е. сколько ньютонов силы на один метр.
В бензиновых двигателях он достигает пика при более высоких оборотах в минуту, что отлично подходит для гоночного автомобиля, но не подходит для самосвала.
Какие проблемы у двигателей внутреннего сгорания?
Топливо в основном производится из сырой нефти, тяжелой углеводородной смеси, запертой в земле, где она не может причинить никакого вреда.После сгорания в двигателе выбросы образуются в выхлопных газах. Таким образом, водород является топливной частью, прикрепленной к углероду, чтобы поддерживать его в жидком состоянии, а другими составляющими являются азот и кислород в воздухе.
Это создает несколько нежелательных проблем. Идеальное сгорание невозможно, поэтому двигатели неэффективны с термодинамической точки зрения — большая часть энергии топлива используется для разогрева, а не для приведения в движение автомобиля.
Выбросы выхлопных газов включают диоксид углерода, монооксид углерода, оксиды азота (Nox) и твердые частицы сажи (PM).Сэм Акехерст, профессор передовых систем трансмиссии Института передовых автомобильных силовых установок (IAAPS) Университета Бата на западе Англии, говорит: «Если взять среднее значение между дизельным и бензиновым двигателями, то у типичного нового двигателя будет пик. тепловой КПД тормозной системы двигателя около 42%. Мы ожидаем, что к 2025 году этот показатель вырастет примерно до 48%, а к 2035 году — до 53%, а с тяжелыми транспортными средствами — до 60%. Сначала это будет высокоэффективное, очень разбавленное, низкотемпературное сгорание и рекуперация тепла, а затем, возможно, новые циклы сгорания.NOx и PM будут в основном решены к 2025 году, независимо от топлива: при надлежащем управлении сгоранием и последующей очисткой уровни выхлопных газов могут быть ниже уровней окружающей среды, характерных для большинства зон с нулевым уровнем выбросов. (Полная статья здесь ).
Значит улучшения идут. Акехерст продолжает: «Термин« поршневой двигатель »включает в себя множество новых архитектур, но все они находятся в десятилетнем или более крупном производстве. Изучая дорожную карту автомобильных технологий, разработанную правительством Великобритании, мы получили убедительные аргументы в пользу многих подходов, включая концепции с разделенным циклом и линейные поршневые генераторы.Когда ДВС развивается до уровня, когда он становится младшим партнером в системе электрифицированной трансмиссии, он может быть любым из них, может быть роторным, или даже чем-то, что еще не предлагалось. Между электрификацией и ДВС в гибридных автомобилях существует большая синергия. Когда уровень гибридизации достаточно высок, тогда двигатель может быть намного более эффективно оптимизирован для более ограниченного рабочего диапазона ».
На следующей неделе мы более подробно рассмотрим альтернативы топливу, а также возможности электромобилей.
Двигатель внутреннего сгорания еще не мертв
Вопрос в том, насколько лучше могут быть газовые двигатели. Обычные поршневые двигатели прошли долгий путь, и теперь широко распространены технические усовершенствования, такие как прямой впрыск топлива, регулируемые фазы газораспределения и системы отключения цилиндров. Наряду с инновациями в легких материалах кузова и трансмиссиях с двойным сцеплением, неуклонно растет пробег, поэтому, естественно, теперь труднее добиться дальнейшего прироста — обычно в процентах, выражаемых однозначным числом.
Почему электромобили не приживаются быстрее?
Это зависит от того, что подразумевается под словом «электрический». Сегодня в Соединенных Штатах только около дюжины новых моделей работают исключительно на двигателях, работающих от батарей; В пять раз больше моделей в выставочных залах используют комбинацию бензинового или дизельного двигателя и электродвигателя. Эти гибриды, некоторые из которых имеют большие батареи, которые можно перезарядить, подключив их к электросети, могут быть очень эффективными. Но из-за дополнительного оборудования их начальная стоимость выше.Электрифицированные автомобили всех типов продаются бодро по сравнению с предыдущими годами, но они по-прежнему составляют крошечную часть от общего рынка в этой стране. В июле на долю гибридов и электричества пришлось 44 000 продаж на общем рынке в 1,4 миллиона автомобилей.
Даже планы в Европе по запрету продажи новых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем потребуют десятилетий, чтобы полностью реализовать их. Правила вступят в силу только через 20 лет. Кроме того, средний возраст 270 миллионов легковых автомобилей на дорогах в Соединенных Штатах сегодня приближается к 12 годам, поэтому даже если продажи новых бензиновых автомобилей прекратятся немедленно, автопарку потребуется более десяти лет. переключиться.
Но такие автомобили, как Toyota Prius, все же могут быть более экономичными, не так ли?
Гибриды, такие как Prius, могут продолжать экономить деньги при каждой заправке, но это еще не все. В своем тесте минивэна Chrysler Pacifica Hybrid 2017 года, модели с подключаемым модулем, которая, по утверждению правительства, может проехать 33 мили только от батареи, Car and Driver подсчитала, что окупаемость гибридной премии в размере 2100 долларов составит более восьми лет (на основе вождения 12 000 миль в год и до налоговых льгот). Итак, да, есть экономия, если вы проезжаете много миль или склонны держаться за автомобили в течение длительного времени.Расчет изменится, если газ станет дороже. Тем не менее, гибрид более безопасен для планеты с точки зрения выбросов выхлопных газов и парниковых газов.
Чего еще нам следует ожидать от двигателей в будущем?
К 2050 году, согласно исследовательскому проекту доктора Хейвуда, сегодняшняя экономия топлива может быть увеличена вдвое. «От четверти до трети этого улучшения будет связано с улучшением автомобиля», — сказал он, в таких областях, как аэродинамика и снижение веса. Другие многообещающие области включают переменную степень сжатия — технологию, которую Nissan планирует внедрить в следующем году, — и более эффективное использование доступного топлива.
Вот вопрос, учить ли горению или электрохимии? Доктор Хейвуд все еще борется с этим, хотя и признает, что ответ — «оба из вышеперечисленных». Эта тема стала темой подготовленной им презентации, а концепцию электрификации можно найти на большинстве страниц.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | Определение ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ в Оксфордском словаре на Lexico.com также означает
двигатель внутреннего сгорания
Произношение / inˈtərnl kəmˈbəsCHən ˈenjən / / ɪnˈtərnl kəmˈbəstʃən ˈɛndʒən10
Испанский двигатель внутреннего сгорания двигатель, который генерирует движущую силу за счет сжигания бензина, масла или другого топлива вместе с воздухом внутри двигателя, при этом образующиеся горячие газы используются для приведения в движение поршня или выполнения другой работы по мере их расширения.«Двигатель внутреннего сгорания заменил паровую силу для сельскохозяйственной техники, а усовершенствованный транспорт привел к развитию мирового рынка некоторых сельскохозяйственных продуктов».
Другие примеры предложений
- «Предыдущая технология аванс начался в конце 19 века и был обусловлен главным образом разработкой как электродвигателя, так и двигателя внутреннего сгорания. ‘
- ‘ Счет за энергию также включает новый налоговый кредит для покупателей гибридных автомобилей, который совмещать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания.’
- ‘ Гибридный автомобиль использует как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель. ‘
- ‘ В параллельном гибриде двигатель внутреннего сгорания и трансмиссия соединены с электродвигателем / генератором, при этом постоянная связь с ведущими колесами »
- « Если распределительный вал — это мозг двигателя внутреннего сгорания, то IQ современного двигателя, безусловно, намного выше, чем он был, когда на улицах и в драгстрипах правили солидные подъемники.«
- ». Было сказано, что распределительный вал является «мозгом», который регулирует поток топлива и воздуха через двигатель внутреннего сгорания, открывая и закрывая клапаны. «
- » В системе внутреннего сгорания В двигателе давление, создаваемое расширяющимися газами, действует через поршни и шатуны, давя на коленчатый вал, создавая крутящий момент. ‘
- ‘ Топливный элемент может в конечном итоге заменить двигатель внутреннего сгорания, потому что это гораздо больше, чем просто лучший экологический выбор.’
- ‘ Вдалеке облако песка и пыли плыло ввысь, и повторяющиеся обратные вспышки двигателя внутреннего сгорания эхом отражались над катящимися дюнами. ‘
- ‘ Обычный двигатель внутреннего сгорания имел бы эффективность в диапазон от 20 до 25 процентов. ‘
- ‘ В типичном бензиновом двигателе внутреннего сгорания топливо поступает в камеру сгорания при открытии впускного клапана. ‘
- ‘ Для получения дополнительной информации о двигателе внутреннего сгорания см. Как работают автомобильные двигатели.’
- ‘ При использовании гибридных технологий, сочетающих электричество с двигателем внутреннего сгорания, такие легковые автомобили будут давать огромную экономию масла. ‘
- ‘ Двигатель внутреннего сгорания заменяет крытый вагон, потому что автомобили приводимые в действие топливными элементами, отвечают всем требованиям по стоимости и производительности. ‘
- ‘ Другая теория, выдвинутая в воскресенье, заключается в том, что эти инопланетяне разработали способ путешествовать без двигателя внутреннего сгорания, факт, который — если он выйдет — может угрожать самому сердцу американской экономики.’
- ‘ США, в свою очередь, стали выдающейся державой в мире в 20 веке, потому что они были первой страной, которая использовала свои огромные запасы нефти с помощью двигателя внутреннего сгорания. ‘
- ‘ Это не означают, что потребители смогут покупать автомобили на топливных элементах в ближайшее время или что о двигателях внутреннего сгорания должны быть написаны некрологи. ‘
- ‘ В книге он предложил радикальные меры по ограничению выбросов, включая устранение двигатель внутреннего сгорания.«
- « Кислород — самый важный газ для любого двигателя внутреннего сгорания ».
Развитие двигателя внутреннего сгорания
Люди строят автомобили уже более века, и почти под каждым капотом находится двигатель внутреннего сгорания. В течение последних 100 лет его принцип оставался неизменным: воздух и топливо попадают внутрь, в цилиндрах происходит взрыв, и сила толкает вас вперед. Но с каждым годом инженеры оттачивают двигатель внутреннего сгорания, чтобы он двигался быстрее и дальше, делая его более эффективным, чем раньше, и производя такую мощность, которую вы раньше видели только на суперкарах.Состояние двигателя внутреннего сгорания никогда не могло бы зайти так далеко без этих серьезных скачков. Вот как мы дошли до этого.
1955
Впрыск топлива
До впрыска топлива дозирование бензина в камеру сгорания было неточным и сложным процессом. Карбюраторы часто нуждались в очистке и восстановлении, и на них влияли погодные условия, температура и высота над уровнем моря. Для сравнения, впрыск топлива был простым: он помогал двигателю работать более плавно, более стабильно на холостом ходу, работал более эффективно и избавлял от надоедливой рутины регулировки дроссельной заслонки каждый раз, когда вы ее запускали.Созданный на основе самолетов военного времени, он впервые был внедрен в автомобиль в 1955 году. В том же году Стирлинг Мосс и Денис Дженкинсон проехали на гоночном автомобиле Mercedes-Benz 300SLR через изнурительную гонку Mille Miglia протяженностью 992 мили в Италии, победив с рекордом. ни разу не сломался: 10 часов 7 минут 48 секунд.
Британский автогонщик Стирлинг Мосс на пути к победе в итальянской гонке Mille Miglia Race, установив новый рекорд.KeystoneGetty Images
Дорожная версияBenz стала не только первым серийным автомобилем с системой впрыска топлива, разработанным Bosch, но и самым быстрым автомобилем в мире.Два года спустя Chevrolet подарил Corvette двигатель «Fuelie» с системой впрыска топлива Rochester Ramjet, которая смогла разогнать 300SL. Тем не менее, именно системы Bosch с электронным управлением нашли свое применение почти во всех автопроизводителях Европы, а к восьмидесятым годам система впрыска топлива захватила мир.
1962
Турбонаддув
Турбокомпрессор — одна из жемчужин развития двигателей. Турбина в форме улитки, набирающая больше воздуха в цилиндр, когда-то позволяла 12-цилиндровым истребителям времен Второй мировой войны взлетать выше, быстрее и дальше.Угадай, что? То же самое и на суше. Когда в 1962 году дебютировал первый автомобиль с турбонаддувом, он был обнаружен не под капотом легкого европейского малолитражного автомобиля, BMW 2002 или Saab 99, а благодаря мозговому доверию General Motors, полному наличными и желающему опробовать новые технологии.
Предоставлено Hagerty
В то время Oldsmobile Jetfire требовал — почти с каждым баком, полным бензина, — добавлением Turbo Rocket Fluid, оригинального названия Jetsons для дистиллированной воды и метанола.GM отказалась от этой концепции в середине десятилетия. Но к концу 1970-х годов такие компании, как BMW, Saab и Porsche, заняли позицию, доказали свою ценность в автоспорте, и теперь каждая машина имеет турбокомпрессор. Почти.
Турбокомпрессор превратился из грязного трюка с быстрой скоростью в вашем 930 Turbo в выполнение семейных обязанностей в Mazda CX-9, чей 2,5-литровый двигатель был оснащен первой в своем роде системой Dynamic Pressure Turbo в 2016 году. В действии действует принцип «большой палец над садовым шлангом»: ограниченный поток ускоряет выхлоп в турбину, улучшая отзывчивость на низких оборотах и уменьшая турбо-лаг.Кроме того, с более строгими стандартами выбросов и эффективности, это необходимый компонент для выжимания мощности большого двигателя из самых маленьких и легких двигателей. И крутящий момент! Вам больше не нужно сбивать мессершмитты, чтобы почувствовать себя втянутым в кресло.
1964
Роторный двигатель
Единственным двигателем, который действительно сломал шаблон — единственным, кто попал в производство — было вращающееся чудо инженера Феликса Ванкеля, треугольник внутри овала, вращающийся, как демон.По самой природе своей конструкции роторный двигатель легче, менее сложен и имеет более высокие обороты, чем типичная коробка с поршнями. Mazda и несуществующий немецкий автопроизводитель NSU были первыми, кто подписал контракт; В 1964 году NSU Spider стал первым серийным автомобилем с Ванкелем.
Mazda, однако, была единственной компанией, которая действительно работала с ним — первой Mazda с роторным двигателем была Cosmo 1967 года, предшественница длинной линейки спортивных автомобилей, седанов и даже случайных пикапов. последний RX-8 сошел с конвейера в 2012 году.Концепция RX-Vision 2016 года, представленная на Токийском автосалоне 2015 года, подтвердила непристойные слухи о том, что группа преданных своему делу инженеров, которым нечего терять, все еще разрабатывает следующий великий роторный двигатель где-то на заводе в Хиросиме.
Вверху слева: Mazda Cosmo Sport 110S 1967 года выпуска; справа и внизу слева: роторный двигатель Mazda RENESISПредоставлено Mazda
.1981
Деактивация цилиндра
Идея проста.Чем меньше срабатывает цилиндр, тем лучше пробег. Как превратить V8 в четырехцилиндровый? Если вы были Кадиллаком около 1981 года, вы представили двигатель с метким названием 8-6-4, в котором использовались соленоиды с электронным управлением для закрытия клапанов на двух или четырех цилиндрах. Это должно было повысить эффективность, скажем, при движении по шоссе. Но последовавшая за этим ненадежность и неуклюжесть были настолько печально известны, что никто не осмеливался повторить попытку в течение двадцати лет.
Теперь эта идея, наконец, работает у нескольких производителей, и она перешла на более мелкие двигатели.
2012
Степень сжатия
Наука работает следующим образом: внутри цилиндра двигателя чем меньше вы можете сжать воздух и топливо, тем больше мощности вы получите при взрыве. Объем, который может сжать поршень, и есть степень сжатия. Но производители не могут слишком сильно увеличивать степень сжатия, иначе смесь воспламенится сама по себе; последующий «стук» разорвет двигатель.
В надире 1970-х годов, задыхаясь от правил смога и вынужденных бороться с неэтилированным бензином, производители построили массивные двигатели V8, которые хрипели.Эти большие мальчики сдерживались болезненно низкой степенью сжатия — свинец, который когда-то был в бензине, предотвращал детонацию. Благодаря электронному управлению подачей топлива и лучшему пониманию контроля за выбросами двигатели стали вырабатывать больше мощности при уменьшении рабочего объема.
Двигатель Mazda SKYACTIV-G 2018 года с отключением цилиндров выдает 187 лошадиных сил и 186 фунт-фут крутящего момента.Предоставлено Mazda
.В 2012 году в производство был запущен двигатель Mazda SKYACTIV-G с самой высокой степенью сжатия для серийного двигателя, поразительной 14: 1 (в Америке — 13: 1), что позволяет ему извлекать энергию почти из каждой капли бензина без множество оборудования для защиты от смога.Следующее нововведение Mazda вывело высокую степень сжатия на новый уровень. SKYACTIV-X использует искровое зажигание от сжатия (SPCCI) для воспламенения топливно-воздушной смеси с минимальным количеством бензина, сочетая крутящий момент дизельного двигателя с высокими оборотами бензинового двигателя.
Даже по прошествии столетия, даже при использовании альтернативных видов топлива и двигателей внутреннего сгорания, двигатель внутреннего сгорания остается самой большой добычей в городе. Спустя столько времени основы не изменились. Но всегда найдется автомобильная компания, готовая представить что-то новое, и постоянное совершенствование является ключом к сохранению актуальности двигателя внутреннего сгорания в предстоящие годы.
Конец ДВС? | Энергия
Двигатель внутреннего сгорания произвел революцию в жизни человека.
Он сделал возможным обычное: автомобиль, Uber, автобус, мотоцикл. Мы поднялись в небо на самолетах и расправили крылья по всему миру. Он даже мобилизовал войну с помощью танков, кораблей и подводных лодок. Производительность сельского хозяйства резко возросла с появлением тракторов и другой сельскохозяйственной техники. Это принесло нефтедобывающим странам невообразимое богатство.
Но после 160 лет формирования мира, в котором мы живем, исчезновение этой необычайной силы к переменам становится очевидным.
Растущее стремление к нулевым выбросам углерода к 2050 году означает, что нас ждет новая революция, которая изменит то, как мы питаем нашу жизнь дома, на полях наших фермеров и в дороге.
Электромобили
Хотя некоторые скажут, что нейтрализации выбросов углерода к 2050 году недостаточно для предотвращения наихудших последствий изменения климата, мы можем с уверенностью сказать, что эра электромобилей уже наступила.От Соединенных Штатов до Европейского Союза и за его пределами страны обязуются постепенно отказаться от продажи новых бензиновых и дизельных автомобилей в течение 15 лет.
В Китае покупатели автомобилей купили в 2019 году больше автомобилей с подзарядкой от сети, чем во всем остальном мире вместе взятых. В Норвегии более 60 процентов новых автомобилей, зарегистрированных в сентябре этого года, были электрическими.
В мире аккумуляторные технологии дешевеют. Согласно исследованию BloombergNEF, стоимость литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобиля упала на 87 процентов с 2010 по 2019 год.
В настоящее время Tesla является самым дорогим производителем автомобилей в мире, несмотря на то, что производит гораздо меньше автомобилей, чем ее конкуренты, такие как Toyota и Volkswagen.
Зарядная станция Tesla в Калифорнии. Электромобили становятся все более популярными в странах по всему миру [EPA]Ископаемое топливо
Между тем на ископаемое топливо по-прежнему приходится 80 процентов мировой энергии. Но, как отметил энергетический аналитик Рамез Наам в увлекательном эпизоде подкаста «Возмущение и оптимизм», которую ведет бывший глава ООН по климату Кристиана Фигерес, баланс быстро меняется.
«Стоимость энергии ветра снизилась в 10 раз», — сказал Наам.
«Все это не происходит так быстро, как нам хотелось бы. Но это происходит намного быстрее, чем думают люди в промышленности, особенно в индустрии ископаемого топлива или автомобилестроении.
«И что ясно, двигатель внутреннего сгорания для наземного транспорта мертв, мертв, мертв, мертв».
Проблемы впереди
В то время как выбросы из выхлопных труб легковых и грузовых автомобилей в ближайшие десятилетия будут постепенно сокращаться, другие транспортные сектора представляют в целом более серьезную проблему.
На долю авиации приходится 3 процента мирового углеродного следа (некоторые говорят, что больше), но обеспечение устойчивого энергоснабжения пассажирских самолетов — сложная задача. Тем не менее, есть оптимизм в отношении того, что к 2050 году полеты на короткие расстояния по крайней мере будут основываться на экологически чистых технологиях, таких как водородные топливные элементы.
Судоходство — одна из самых сложных областей для перехода. На мировой торговый флот приходится 90 процентов мировой торговли.
После перехода от парусов в середине 19 века к пароходам, работающим на угле, а затем к современной эпохе мазута, промышленность теперь снова обращается к естественным источникам движения.Это серьезная и сложная проблема, особенно для колоссальных балкеров, курсирующих по нашим океанам.
Но переход начался. Китай обещает стать углеродно-нейтральным как минимум к 2060 году. Избранный президент США Джо Байден предлагает к 2035 году сделать производство электроэнергии в США безуглеродным, создав миллионы рабочих мест. Во всем мире страны повышают свои амбиции по сокращению выбросов.
Опять же, необходимо сделать больше, но все это способствует техническому прогрессу во всех секторах.
И в ближайшие годы двигатель внутреннего сгорания, этот выдающийся подвиг научного прогресса, станет главой истории, поскольку мы тихо гудим в наших электромобилях.
Портрет Карла Бенца и копия патента на первый в мире автомобиль с газовым двигателем внутреннего сгорания, трехколесный автомобиль под названием «Велоципед», который был выдан 29 января 1886 года на изобретение Бенца. Транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания могут скоро уйти в прошлое [AP]Обращение к окружающей среде
1. Способствует ли ваш куриный бургер вырубке лесов ?: Новое расследование показало, что обширные лесные массивы в Бразилии вырубаются для посадки соевых бобов, которые затем отправляются в Великобританию и используются в качестве корма для кур, которые в конечном итоге продаются на основные супермаркеты и рестораны.
2. Самая высокая научная лаборатория в мире: В прошлом году 34 климатолога отправились на Эверест со всем своим оборудованием, чтобы изучить изменения окружающей среды, происходящие на самой высокой вершине мира, почему они происходят и что можно с этим сделать. .
3. Осенние листья опадают раньше: Из-за глобального потепления деревья в Европе, кажется, сбрасывают листья раньше, чем обычно. Это также означает, что они смогут хранить меньше углерода, чем надеялись ученые.
4. Климатический вызов Джо Байдена: С новым избранным президентом США больше не будут мировым лидером в борьбе с наукой о климате. Но будет ли смены администрации достаточно, чтобы помочь в борьбе с глобальным потеплением?
Последнее слово
Итак, вы должны спросить себя… я генеральный директор нефтегазовой компании или генеральный директор энергетической компании? Потому что первый обречен. Во-вторых, это значительный рост, поскольку в 2050 году мир будет использовать гораздо больше энергии. Но это будет чистая энергия.
Рамез Наам, специалист по энергетике
Двигатель внутреннего сгорания отказывается умирать — Выпуск 7: Отходы
Двигатель внутреннего сгорания — это пережиток прошлого. Это пережиток пара. Его детали были усовершенствованы, его материалы улучшены, а его мощность увеличена, но основной механизм — поршень, перемещающийся вверх и вниз в отверстии цилиндра — был изобретен до фонографа или лампочки.
Продукт эпохи дешевой энергии в изобилии, двигатель внутреннего сгорания также является вопиюще расточительным. В четырехтактном бензиновом двигателе — двигателе, который, скорее всего, установлен в вашей машине, моторной лодке, может быть, даже в вашем генераторе — поршень сначала приводится в движение вниз, всасывая воздух в цилиндр. Затем поршень совершает движение вверх, сжимая воздух; затем искра воспламеняет топливно-воздушную смесь, которая взрывается, толкая поршень вниз. Последний ход вверх выталкивает отработанную смесь.В этом цикле, состоящем из четырех тактов поршня, современный бензиновый двигатель обычно преобразует от 14 до 30 процентов энергии, запасенной в топливе, в полезную работу. Остальное теряется в виде тепла и трения.
Установка этого двигателя на автомобиль приводит к образованию отходов. Такие аксессуары, как водяные насосы и компрессоры кондиционеров, потребляют энергию, не способствуя движению вперед. Сопротивление качению шин приводит к потере топлива, как и трение в подшипниках и шестернях трансмиссии. Аэродинамическое сопротивление заставляет двигатель усердно работать только для поддержания постоянной скорости на шоссе.В общем, автомобиль, на котором вы едете, потребляет около 20 процентов энергии топлива при движении по дороге. Ясно, что эту машину с выбросом парниковых газов из нефти уже давно пора сломать. Неудивительно, что каждый новый электромобиль, прорыв в химии аккумуляторов или обещание серийного производства автомобилей на топливных элементах звучит как объявление о смерти двигателя внутреннего сгорания.
Электромобили, похоже, вот-вот забьют последние гвозди в гроб. Благодаря небольшому количеству движущихся частей, создающих трение, электродвигатели намного более эффективны — до 96 процентов потребляемой ими энергии превращается в полезную работу.Они выделяют очень мало отработанного тепла и, при использовании альтернативной энергии, могут производить электроэнергию без выбросов. Кроме того, автомобиль с электродвигателем имеет явные конструктивные преимущества. Его почти пологая кривая крутящего момента (фунт-фут в зависимости от скорости вращения двигателя) означает, что ему не нужна сложная трансмиссия, что снижает стоимость и в то же время повышает эффективность. Двигатели внутреннего сгорания обычно должны вращаться со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (об / мин) для достижения максимального крутящего момента, но электрические двигатели развивают максимальный крутящий момент в момент вращения вала.Вот что делает электромобили и гибриды такими приятными, даже если они не останавливаются.
По всем этим причинам аргументы против поршневого двигателя очевидны. Кажется, его дни сочтены. Но реальность такова, что внутреннее сгорание никуда не денется. Не говорите Илону Маску, но тепловой двигатель, если использовать удобное прозвище, вероятно, будет править дорогами, по крайней мере, до 2050 года.
Устойчивость двигателя внутреннего сгорания нельзя винить только из-за рыночной инерции или мощи Большого Масло.Он выдерживает — и доминирует — потому что он так легко приспосабливается. Миниатюрные версии приводных триммеров и бензопил. Огромные высокоэффективные модели приводят в движение бульдозеры и грузовые суда. В автомобиле этот двигатель может быть сконфигурирован как газовый сиппер с умеренными манерами или как гоночное устройство с высокими оборотами.
Он прекрасно подходит для транспортировки, поскольку в нем используется топливо, которое в высшей степени портативно и энергоемко. «Жидкие углеводороды — это жидкое золото», — говорит Джон Б. Хейвуд, инженер-механик, почетный профессор Сун Джэ в M.ЭТО. Бензиновый двигатель заправляется за несколько минут, после чего он может проехать от 400 до 500 миль. И топливо тоже можно приспосабливать: в прошлом веке, когда дороги улучшились и автомобили стали ездить быстрее, бензин был переработан, чтобы помочь двигателям извлекать его энергию.
Короче говоря, долгая и насыщенная жизнь бензинового двигателя является результатом того, что палеоантрополог Рик Поттс называет отбором по изменчивости: идея о том, что в быстро меняющейся среде выживают только универсальные. Поттс, специалист по происхождению человека из Смитсоновского института, считает, что первые гоминиды преобладали благодаря своей гибкости.Климат, с которым наши предки столкнулись в раннем плейстоцене, сильно колебался, с частыми изменениями температуры, водоснабжения, источников пищи, растительности и конкуренции. «Они пережили это смутное время, потому что были универсальными специалистами», — говорит Поттс. Обладая длинными руками и длинными ногами, они могли лазить по деревьям в лесу или преодолевать километры по саванне. Обладая большим мозгом, они могли понять, как адаптироваться к меняющимся обстоятельствам, и изобрести социальные системы и технологии, которые помогут им справиться с этим.Они не были быстрее, сильнее или эффективнее других существ — они были более адаптивными.
Поршневой двигатель выглядит как еще один пример выживания благодаря приспособляемости. Он дешев в строительстве, соответствует требованиям различных видов топлива и физических схем и идет в ногу с достижениями в области металлургии и борьбы с загрязнением. Постоянные усовершенствования означают, что сегодняшний двигатель внутреннего сгорания выбрасывает на 99 процентов меньше загрязнения, чем его предшественники в 1960-х годах.Автопроизводители напоминают нам, что в регионах с плохим качеством воздуха современные двигатели фактически выталкивают более чистый воздух через выхлопную трубу, чем поглощают. Сегодня, столкнувшись с задачей сокращения выбросов углекислого газа и ограничения энергопотребления, инженеры, отраслевые эксперты и инвесторы, которые лучше всего разбираются в двигателях, далеки от того, чтобы отказаться от внутреннего сгорания. Фактически, они увеличивают свои вложения. У этой старой технологии еще много миль.
Немногие машины сегодня развились так же сильно, как двигатель внутреннего сгорания.Самые ранние версии были примитивными, медленными и ненадежными. Улучшения произошли с достижениями в металлургии и более глубоким пониманием процесса горения. Стартеры превратились из ручных кривошипов в кнопочные электрические устройства; электрические свечи зажигания гарантируют более стабильную и плавную работу. Изобретение жидкостного охлаждения позволило конструкторам перейти от примитивных одноцилиндровых двигателей к шести- и восьмицилиндровым двигателям, которые доминировали в автомобильной промышленности в середине 20-го века.Совсем недавно такие управляемые компьютером инновации, как точное управление распределением топлива в двигателе и улучшенная синхронизация открытия и закрытия клапана, позволили объединить высокую выходную мощность с плавной, равномерной работой на низких скоростях.
Новые требования к двигателям внутреннего сгорания сосредоточены на выбросах, и профессор-исследователь Джон М. ДеЧикко из Института энергетики Мичиганского университета считает, что бензиновый двигатель им также удовлетворит. «Существует множество возможностей для повышения эффективности, которые всегда будут подрывать альтернативы, насколько хватит глаз», — говорит ДеЧикко.«Горизонт эффективности простирается очень далеко в будущее». Чтобы решить эту новую задачу, производители доводят до совершенства все, от конструкции камеры сгорания до параметров трансмиссии и способа подачи топлива и воздуха в сердце двигателя.
На рынке уже распространены турбокомпрессоры, система отключения цилиндров, прямой впрыск топлива и бесступенчатые коробки передач. По словам Майка Андерсона, главного инженера по бензиновым четырехцилиндровым двигателям в General Motors, уменьшение соотношения площади поверхности к объему в цилиндре за счет использования меньшего диаметра и более длинных ходов коленчатого вала уже увеличило количество миль на галлон.Так же улучшилась конструкция камеры сгорания с помощью компьютерного моделирования.
Андерсон также объясняет, что способ работы двигателя имеет решающее значение, поскольку у каждого двигателя внутреннего сгорания есть своя оптимальная эффективность. «Мы хотим сделать этот островок эффективности как можно большим», — говорит он. Простое снижение трения также может принести большую выгоду: снижение его всего на 8 процентов сокращает расход топлива на 1 процент. Последняя версия 2-литрового двигателя GM с турбонаддувом снизила трение на 16 процентов по сравнению с его предшественником.
Грядут изменения и в подаче топлива. Томас Апостолос, президент Ricardo, Inc., американского подразделения глобальной инженерной консалтинговой компании с почти 100-летним опытом разработки двигателей, ожидает включения прямого впрыска топлива с распылителем и обедненной стратифицированной заправки, в которой соотношение количество топлива в воздух уменьшается, но топливо концентрируется именно там, где оно больше всего необходимо.
Бензиновый двигатель также может быть на грани объединения со своим целующимся кузеном, дизельным двигателем.В научных кругах этот брак был постоянной темой для обсуждения. Дизели выигрывают от отсутствия дросселирования: они управляют скоростью двигателя, изменяя подачу топлива, а не ограничивают поступление воздуха с помощью механического дросселя, который создает сопротивление и трение. Поскольку дизели инициируют сгорание за счет внутреннего тепла, а не искры, они обычно имеют очень высокую степень сжатия — большое «сжатие» воздуха внутри цилиндра. Эти высокие давления позволяют извлекать больше работы из химической энергии, хранящейся в топливе.Пока инженеры экспериментируют с понижением степени сжатия в дизельных двигателях для снижения выбросов и повышением их в бензиновых двигателях, эти две технологии уже сближаются, говорит Билл Вёбкенберг, старший инженер, отвечающий за топливо, технические и нормативные вопросы Mercedes-Benz. США.
Один многообещающий пример: двигатель с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI). В этом гибриде, что стало возможным благодаря улучшениям в компьютерном моделировании и управлении двигателем, внутреннее тепло двигателя воспламеняет равномерно распределенную смесь воздуха и топлива внутри цилиндра.В результате получается двигатель с чистой работой, который, по словам исследователей General Motors, может быть на 80 процентов эффективнее дизельного двигателя при примерно 50 процентах стоимости.
Двигатели HCCI имели проблемы с поддержанием бесперебойной работы, поэтому в настоящее время планируется создать один двигатель с двумя режимами работы. Обычное сгорание будет использоваться для резкого ускорения, а режим HCCI будет использоваться для легких нагрузок, таких как круиз по шоссе. По словам Вобкенберга, Mercedes уже добился успеха с этой моделью в европейских приложениях.
Назревают еще более радикальные идеи. Новые способы организации механической компоновки двигателей внутреннего сгорания могут обещать значительное повышение эффективности. EcoMotors International в Мичигане, например, разрабатывает двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами, который может производить одну лошадиную силу на фунт веса двигателя. Другие компании разрабатывают двигатели с двойным сжатием и двойным расширением, которые распределяют работу по дополнительным цилиндрам, разделяя циклы сжатия и мощности.
Бензиновый двигатель — быстро движущаяся цель.На самом деле, ирония заключается в том, что он движется быстрее, чем некоторые из технологий, которые угрожают его заменить. По словам ДеЧикко, выбросы углерода от автомобилей в США будут сокращаться на 2,1 процента в год, в то время как выбросы от электростанций сокращаются с прогнозируемой скоростью менее 1 процента в год. Именно на этих заводах, две трети которых используют ископаемое топливо, используются электромобили. Фактически, Союз обеспокоенных ученых заявил в своем отчете, что транспортные средства с батарейным питанием не обладают явным преимуществом в парниковых условиях по сравнению с лучшими бензиновыми или гибридными моделями в США.С. утверждает, что в значительной степени полагается на электроэнергию, вырабатываемую углем.
Даже средний бензиновый двигатель может скоро приблизиться к своему электрическому сопернику по количеству выбросов углекислого газа в граммах на милю. «Ничего не позаимствовав у« Звездного пути », мы разработали программу Ford Focus с выбросом углекислого газа 97 граммов на километр, — говорит Апостолос о Рикардо. «К 2040 году мы получим 30 граммов, что сделает двигатели внутреннего сгорания конкурентоспособными с электромобилями». И, конечно же, есть стоимость: батареи должны стать в 10 раз дешевле и в 100 раз повысить их удельную энергию, чтобы соответствовать бензиновым.