Что такое двс на авто: Что такое ДВС в автомобиле: расшифровка

Что такое ДВС в автомобиле: расшифровка

Хотя по нашим дорогам уже можно встретить электрокары, но большинство начинающих водителей еще интересует, что такое ДВС в автомобиле, так именно такими агрегатами оснащено подавляющее число машин. Подробности узнаем далее.

Расшифровка ДВС

Под данной аббревиатурой скрывается двигатель внутреннего сгорания. Он может быть установлен не только в транспорте, но и в другой технике, например, газонокосилках, электрогенераторах, бензопилах и др. Подобное оборудование широко использует преимущества аппарата.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловое устройство, внутри которого энергия сгорающей топливной смеси переходит в механическую работу.

Такое устройство изобретено достаточно давно, а со второй половины прошлого века устанавливается на самоходный транспорт. Хотя конструкционно агрегат претерпел с тех пор много изменений, но принцип работы остался практически прежним.

Существует определенная градация таких моторов исходя из количества рабочих циклов:

• двухтактные;
• четырехтактные.

Конструкторы используют деление по методике приготовления топливной смеси:

• карбюраторный;
• инжекторный;
• дизельный.

Первые два типа относятся к разновидностям с внешним топливообразованием, а последний – с внутренним типом топливообразования. Также внутри автомобильных движков энергия преобразовывается по-разному, что привело к возникновению турбинных, реактивных поршневых и комбинированных агрегатов.

Составные части

Автомобилистам, интересующимся своей техникой, желательно знать, из чего состоит ДВС. Современное устройство предполагает большое количество деталей. Они в комплексе влияют на производительность и эффективность работы всей силовой системы. К основным элементам относятся:

• Блок цилиндров. Это базовая деталь установки, так как к ней привязываются остальные части. Внутри большинства цельных блоков обычно располагается 4 цилиндра. Также встречаются 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровые авто.
  Реже количество бывает другим.
  Расположение полостей может быть линейным, V-образным и горизонтальным (опозитным).
• Поршень. Внутри каждого из цилиндров компрессия создается поршнем, зафиксированным на шатуне. Он представляет собой полую цилиндрическую деталь из легких сплавов, перемещающуюся соосно.
  
• Свечи. Если воспламенение не предполагается от сжатия топливной смеси, то для принудительного искрообразования должны стоять свечи. Они своевременно поджигают смесь, чтобы высвобождалась энергия.
• Клапаны. Через них обеспечивается подача топлива и выпуск отработанных газов в выхлопную систему. Таким образом, они бывают впускные и выпускные. Как минимум одна пара задействована для каждого цилиндра.
• Коленчатый вал. На нем крепятся шатуны с поршнями. Отбор мощности проводится от одного из хвостовиков коленвала. Благодаря этому элементу вращательное движение переводится в поступательное.

Так как вся система требует смазки, то снизу силовая установка имеет картер. В нем собирается масло, а за счет принудительной отправки часть его уходит на смазывание обратно.

ДВС: что это такое в машине?

Процессы преобразования энергии в силовой установке происходят множество раз в секунду. Таким образом удается двигать автомобиль, передавая вращение от коленвала посредством трансмиссии на ведущие оси машины.

Более подробно процесс включает несколько этапов. На первой стадии топливовоздушная смесь проникает из впускного клапана в камеру сгорания. Далее ее сжимает поршень до определенного объема. На этой стадии происходит искрообразование от свечи.

Воспламененная смесь при избыточной температуре обладает высоким давлением. За счет него обеспечивается создание усилия на торец поршня, толкая его от верхней точки сжатия вниз. Этот момент называется рабочим ходом. Соответственно шатун давит на коленвал и обеспечивает его вращение.

По инерции поршень снова идет вверх и в это время открываются выпускные клапаны. Из камеры сгорания удаляются продукты сгорания. Далее цикл повторяется снова.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Замена и ремонт двигателя KIA в Санкт-Петербурге, капитальный ремонт ДВС автомобиля КИА, цена в дилерском центре МОТОРЛЕНД

На автомобили Kia устанавливают обычные и турбированные бензиновые моторы, дизели и гибриды (Nu, Gamma, Kappa, Theta) с алюминиевыми блоками и головками, компенсаторами клапанов, фазовым регулятором и цепным приводом распредвалов. Такие агрегаты отличает экономичность с расходом до 6-10 л, хорошая динамика, ремонтопригодность и устойчивость к интенсивной эксплуатации. При своевременном сервисе ближайший капитальный ремонт двигателей Киа Спортейдж, Рио, Пиканто понадобится через 200-250 тыс. км и более.

 

Текущий ремонт двигателя Kia

Работы по текущему устранению поломок связаны с нарушением регламента, заправкой горюче-смазочных материалов низкого качества, механическими повреждениями. Такой ремонт двигателя Kia касается следующих неисправностей:

• нарушение регулировки клапанов;
• замена натяжителей и цепей при износе или обрыве;
• загрязнение заслонок дросселей, впускных коллекторов;
• износ прокладки головки с появлением запотевания;
• выход из строя гидрокомпенсаторов.

Моторы G4N, G4F, G6D, D4, D3, D6, гибриды G3L, G4L редко выходят из строя из-за мелких неисправностей, обходятся недорогими расходниками, отличаются простотой в обслуживании.

 

Капитальный ремонт двигателя Киа

Демонтаж и полное восстановление или замена двигателя Киа нужны при повреждениях или проблемах с блоком цилиндров и поршневой группой, неисправностях клапанного механизма и головки. Такой капремонт понадобится после лобовых столкновений, обрывов цепного привода распредвалов, выработки ресурса и появления задиров или эллипсности в цилиндрах, устранить которые в рамках обычного сервиса невозможно. Для восстановления мотора блок и головку разбирают, заменяют прокладки, кольца и поршня, растачивают цилиндры под ремонтные комплекты.

 

Признаки неисправности двигателя Kia

Заказывать ремонт ДВС автомобиля Киа нужно при первых же симптомах неполадок:

• сложности с запуском;
• падение давления и повышение расхода масла;
• дымление;
• отсутствие компрессии;
• падение тяги и ухудшение динамики;
• отказ одного или нескольких цилиндров («троение»).

Обращаться в сервис нужно и при появлении соответствующего сигнала электроники Check Engine.

 

Порядок работ

Устранение неполадок с бензиновым или дизельным двигателем начинается с диагностики и проверки ЭБУ на ошибки, после чего определяется объем, сроки и цена ремонта двигателя Киа. При незначительных поломках их сразу устраняют заменой или восстановлением деталей, а в более сложных случаях выполняют следующие работы:

• сливают масло и спецжидкости, отсоединяют электрику;
• демонтируют двигатель с дельнейшей разборкой, восстановлением или заменой фильтров, прокладок, коллекторов, головки, поршневой группы;
• отдельные детали очищают от загрязнений, моют, подгоняют под ремонтные размеры;

При сильных механических повреждениях или полной выработке ресурса мотор заменяют на новый.

 

Где сделать ремонт двигателя в СПб?

Автовладельцам из Санкт Петербурга и области предлагаем заказать диагностику и качественный ремонт двигателя, технический осмотр и сервисное обслуживание движка в нашем автосервисе. Узнать стоимость сервиса, уточнить сколько стоит отремонтировать мотор в СПб можно по телефону или онлайн. На выполненные работы оформляется гарантия!

Volkswagen откажется от производства авто с ДВС в Европе к 2035 году

2021-06-27T03:42:01+03:00

2021-06-27T03:42:01+03:00

2021-06-27T03:42:01+03:00

2021

https://1prime. ru/auto/20210627/834043487.html

Volkswagen откажется от производства авто с ДВС в Европе к 2035 году

Авто

Новости

ru-RU

https://1prime.ru/docs/terms/terms_of_use.html

https://россиясегодня.рф

Немецкий автомобильный концерн Volkswagen планирует отказаться от производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в Европе к 2035 году, заявил член правления концерна… ПРАЙМ, 27.06.2021

авто, бизнес, новости

https://1prime.ru/images/83329/40/833294061.jpg

1920

1440

true

https://1prime.ru/images/83329/40/833294061.jpg

https://1prime.ru/images/83329/40/833294060.jpg

1920

1080

true

https://1prime.ru/images/83329/40/833294060.jpg

https://1prime.ru/images/83329/40/833294058.jpg

1920

1920

true

https://1prime.ru/images/83329/40/833294058.jpg

https://1prime.ru/gas/20210627/834043448.html

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня. рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

МОСКВА, 27 июн — ПРАЙМ. Немецкий автомобильный концерн Volkswagen планирует отказаться от производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в Европе к 2035 году, заявил член правления концерна Клаус Цельмер.

Газ в Европе рекордно подорожал

«В Европе мы выйдем из бизнеса с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания в период с 2033 по 2035 год, в США и Китае — чуть позже», — сказал Цельмер в интервью изданию Münchner Merkur.

По словам Цельмера, в Южной Америке и Африке отказ от производства автомобилей с ДВС займет больше времени из-за «отсутствия политических и инфраструктурных условий».

Немецкий автопроизводитель Audi ранее сообщил, что рассчитывает перестать выпускать автомобили с двигателями внутреннего сгорания к 2033 году.

Сравнение характеристик электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания — РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

Интерес к электромобилям в последние годы превращается в стойкую тенденцию не только на фоне бурного развития технологий, но и благодаря заверениям автомобилестроительных корпораций в высокой степени экологичности такого транспорта. Как заверяют современные производители электромобилей, главным преимуществом является высокая экологичность, поскольку отсутствуют выхлопы, не используются нефтепродукты, антифризы, масла — как моторные, так и трансмиссионные. Несомненно, с таким доводом можно согласиться, однако многие эксперты призывают быть рациональными в данном вопросе и учитывать все факторы, влияющие на экологию на всем жизненном цикле электромобиля.

Александр Павлов, заведующий кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» Ярославского государственного технического университета, кандидат технических наук, рассказывает, почему электротранспорт не исключает загрязнение атмосферы: «Многие из средств массовой информации слышали — жизнь легкового и грузового автомобиля с ДВС фактически прекращается. Анонсируется, что к 2030 году в странах ЕС продажи автомобилей с ДВС будут запрещены. Активно продвигается тема электромобилей. Однако в данной теме не все так просто и век двигателя внутреннего сгорания далеко еще не исчерпан.

Чтобы разобраться в этом вопросе, следует обратиться к схеме распределения энергии от двигателя до колес обычного легкового автомобиля. Схема легкового автомобиля с механической трансмиссией состоит из источника энергии, которым является ДВС, сцепления, коробки переменных передач, главной передачи и колес. У электромобиля источник энергии — аккумуляторная батарея, система БМС — менеджер батареи, который управляет зарядкой и разрядкой, контроллер, который управляет электродвигателем, сам электродвигатель, главная передача и колеса. КПД фрикционной передачи сцепления порядка 0,95, КПД коробки передач порядка 0,92, КПД главной передачи также — 0,9 . Перемножив эти значения, КПД передачи от двигателя к колесам составит порядка 0,76. Если перемножить все КПД устройств преобразования энергии электромобиля, мы получим всего порядка 0,56 КПД передачи энергии в электромобиле.

Говоря про экологический аспект, внедрением электромобиля нагрузка по выбросам просто перераспределяется: она уходит с дороги и концентрируется близ электростанций. Тем не менее, экологический ущерб будет осуществляться, в том числе при производстве и утилизации батарей. Для производства литий-ионных батарей требуется добыча редко-земельных металлов, требуется затратить энергию на их обработку. Экологический ущерб при производстве аккумуляторных батарей также необходимо учитывать, хотя многие популяризаторы электромобилей об этом умалчивают. Срок службы батареи при активном ее использовании составляет 7 лет, а далее ее необходимо утилизировать. Страны запада надеются продавать уже почти отработанные батареи в менее развитые страны, чьей головной болью и станет их утилизация. Необходимо относиться критически к таким нововведениям. В 2018 году в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте НАМИ под руководством Владимира Федоровича Кутенева, профессора, выпускника кафедры двигателей внутреннего сгорания Ярославского технологического института, была выполнена научная работа, в которой доказывается, что износ покрышек, асфальтобетонного покрытия и износ тормозных механизмов по выбросам твердых частиц равносилен выбросам твердых частиц дизельным двигателем. Поэтому, про полную экологичность электромобилей следует забыть и относиться к этому критически, воспринимая информацию к сведению».

Несмотря на уверенные заверения ряда исследователей о существовании проблем для окружающей среды, связанных с использованием электромобилей, споры в научной сфере относительно последствий производства и работы электротранспорта не прекращаются. Против внедрения автомобилей на электрической тяге в целом пока не выступают ни учёное сообщество, ни власти государств. В силу дороговизны и несовершенства технических характеристик электромобилей единственным их преимуществом перед автомобилями с двигателем внутреннего сгорания является отсутствие загрязняющих выхлопов. Очевидно, что если явных экологических преимуществ электромоторов перед двигателями внутреннего сгорания не окажется, то они не смогут остаться долго на пике тренда и утратят шанс вытеснить бензиновые двигатели. 

Читайте далее:

Украина откажется от автомобилей с ДВС — когда и почему: «5 вопросов» с Владимиром Крейденко

Иллюстративное фото: pixabay.com

Украина планирует отказаться от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания до 2030 года. В 2027 году планируется запретить ввоз не новых автомобилей с бензиновым двигателем. Новые нормы хотят внедрить в рамках выполнения условий соглашения об ассоциации с ЕС.  

Готова ли Украина к отказу от бензиновых двигателей и как будет развиваться инфраструктура для удобного использования электрокаров — рассказал народный депутат Владимир Крейденко в программе «5 вопросов» телеканала «Дом». 

Ведущий — Олег Борисов.

— Верховная Рада приняла закон для удешевления электромобилей. Таким образом Украина идет к внедрению электротранспорта? 

— Безусловно, подписав ассоциацию с ЕС, Украина взяла на себя обязательство следовать экологическим стандартам, продвигать электромашины в Украине. И для этого нужно создавать все условия. 

Одним из условий является снятие дополнительных налогов при регистрации и ввозе электротранспорта. Вторым этапом я считаю популяризацию электротранспорта. Нужно стимулировать внутренние производства электротранспорта. Для нашего государства — это создание новых рабочих мест, это возможность создавать свои собственные марки электроавтомобилей, электроавтобусов, которые будут конкуренты с европейскими автомобилями.

— Какие законы нужно принимать, чтобы эти инициативы можно было воплотить в жизнь? Чтобы создавались заводы, где будет производиться электротехника, аккумуляторы. 

— Действительно, эта сфера для Украины является новой. На данный момент нет сертифицированных электрокаров, которые производятся в Украине в заводском масштабе. Поэтому для того, чтобы создавать новые автомобили на электродвигателях, нужно привлечь инвестиции или стимулировать из государственного бюджета создание таких заводов, привлечение лучших инженеров страны для того, чтобы конкурировать с европейскими производителями.

— Что нужно делать для того, чтобы мировые компании по производству автомобилей заходили в Украину? 

— Во-первых, нужно говорить о снижении налоговых ставок. Нужно говорить об инвестиционной работе наших внешних ведомств, которые отвечают за экономическое сотрудничество. Это переговоры с передовыми брендами электрокаров. 

Эти переговоры должны вестись на наивысшем уровне для того, чтобы эти инвесторы заходили, строили у нас в Украине заводы, давали новые рабочие места, возможности получать и покупать автомобили по сниженной цене. Потому что рабочая сила в Украине стоит ниже, чем в ЕС, и, соответственно, есть возможность удешевления этой продукции как для внешней продажи, так и для внутреннего производителям и потребителя.

— Готовятся ли новые законопроекты для внедрения вышеперечисленных инициатив? Например, о снижении налогов.

— Пакет документов, который необходим, разрабатывается Кабмином. Он будет передан в профильный комитет Верховной Рады. Чтобы депутаты ознакомились с этими предложениями, которые идут от исполнительной ветви власти, чтобы мы обсудили их, внесли свои предложения и в ближайшее время приняли их. 

Безусловно, эта сфера перспективная. Двигатели внутреннего сгорания на бензине — это этап, который нам нужно пройти, чтобы переходить на новые технологии, которые должны стоить небольших денег, чтобы они были доступны каждому гражданину Украины.

— Уже есть инициатива, согласно которой Украина запретит ввоз автомобилей с двигателем внутреннего сгорания до 2030 года. Будет ли развиваться инфраструктура для электрокаров? Ведь сейчас станции зарядки есть только на частных заправках. 

— Согласно стратегии энергосбережения и перехода на альтернативные виды топлива в рамках директивы ЕС, Украина взяла на себя обязательства разработать схему установок таких заправок. Это будет делать государство совместно с бизнесом, чтобы украинцы не переживали, что они не смогут где-то подзарядиться или получить необходимое топливо. 

Эта стратегия есть, она не внедряется за один год, есть поэтапный план действий. Согласно этому плану, с ростом количества электрических автомобилей в Украине будет увеличиваться количество заправок, чтобы люди могли пользоваться своими автомобилями.

— Ожидаете ли вы сопротивление со стороны бизнесменов и олигархов, которые зарабатывают деньги на нефти? 

— Давайте говорить откровенно: в Европейском Союзе, в скандинавских странах, в Норвегии, Швеции этот этап преодолели. Если я не ошибаюсь, в 2023 году они запретят регистрацию и использование этих двигателей. 

Мы понимаем нашу экономическую ситуацию, понимаем уровень дохода наших граждан и их возможность купить новые электроавтомобили или подержанные автомобили на электродвигателях, поэтому, безусловно, эту реформу мы будем реализовывать. Для этого дается 10 лет — чтобы она не стала сюрпризом ни для бизнесменов, которые имеют эти заправки, ни для людей не стало шоком, что нужно пересаживаться с автомобиля с двигателем внутреннего сгорания на электроавтомобили, и искать, где его купить. Государство берет на себя обязанности, имеет стратегию и видение, как это всё внедрять для того, чтобы это становилось максимально комфортно для наших граждан.

Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания — обзор

3.1 Все старое снова новое: поездка на электромобиле во времени

Кажется, что умные деньги делают ставку на электромобили. Крупные автомобильные компании производят или разрабатывают модели электромобилей, правительства субсидируют исследования и продажи, а Уоррен Баффет инвестировал в китайского производителя электромобилей BYD. Генеральный директор Tesla Motors признан бизнесменом года по версии журнала Fortune в 2013 году, а модель S — автомобилем года. Электромобили, аккумуляторные батареи и технологии V2G, похоже, набирают обороты. Platt et al. обсудите последствия в главе 17. Однако история электротранспорта, ориентированная на пользователя, предполагает другую историю.

Длительное доминирование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) не было очевидным в начале двадцатого века. Увлечение велосипедами 1870-х годов привело к появлению более совершенных дорог, проложивших путь для автомобилей; во-первых, только как опасные игрушки для богатых детей, примерно до 1908 года, когда электрический стартер и Ford Model T принесли автомобилестроению безопасность, удобство и доступность.В Америке около 1908 года электрические и паровые транспортные средства были так же распространены, как и автомобили внутреннего сгорания, включая такси, мотоциклы, грузовики и автобусы. Многие считали тихий чистый электромобиль идеальным «городским автомобилем», а шумный, закопченный и вонючий ДВС лучше подходит для длительных загородных поездок, и «Эдисон искренне верил, что ДВС — не более чем мостовая технология, которая в конечном итоге приведет к созданию электромобиля». ³⁰ (рисунок 3).

Рисунок 3. Эдисон и электромобиль.

Эдисон, самый успешный изобретатель Америки, и Генри Форд, самый успешный бизнесмен Америки, вместе разработали электромобиль.В конце концов, отсутствие эффективной батареи победило вдохновение и потоотделение Эдисона, а также его веру в то, что «я не думаю, что природа будет настолько злой, чтобы скрыть секрет хорошей батареи, если будет начата настоящая охота за ней». ³¹

Итак, в то время как Ford Model T продал более 16,5 миллионов, электромобиль исчез из поля зрения на столетие. ³² Но даже когда электромобили стали редкостью на дорогах, они никогда полностью не исчезали, удерживаясь в нишах, таких как молочные платформы, тележки для гольфа, инвалидные коляски, вилочные погрузчики (с батареями в качестве противовесов) и лунные багги.В более широком смысле, электромобили на дорогах снова являются захватывающей новинкой, но электрический транспорт был повсеместным все время, поскольку поезда, трамваи, лифты, траволаторы, канатные дороги и подъемники продолжают ежедневно перемещать миллиарды. И, как последний поворот «назад в будущее», продажи велосипедов опережают продажи автомобилей во всем мире на ³³ , а продажи электрических велосипедов, по прогнозам, достигнут 26 миллионов в 2013 году, опередив электромобили по количеству пользователей, километров и киловатт-часов.

Что можно сказать о новых технологиях V2G, которые обсуждались Platt et al.? Фактически, концепция V2G, «отбор мощности» (ВОМ) от автомобилей, не нова. Для сельских владельцев Ford Model T был не только транспортным средством, но и портативным двигателем. С присоединенным ременным приводом он стал водяным насосом, управлял сельскохозяйственными орудиями или действовал как электрический генератор. ВОМ по-прежнему является обычным явлением в тракторах и грузовиках, но в наши дни, как правило, предпочтительнее автономные генераторы, так как автономные батареи могут быть в будущем.

Как указывают Фаруки и Грюнейх, электрификация транспорта с помощью электромобилей может позволить коммунальным службам сгладить нагрузку и вырасти для решения текущих проблем — решение прямо из учебника Сэмюэля Инсулла для трамваев и поездов. Тем не менее, влияние электромобилей все еще остается неопределенным, и массовое внедрение все еще кажется долгим, даже при оптимистичных прогнозах. Более того, когда батареи достаточно дешевы, чтобы сделать электромобиль экономичным, они достаточно дешевы и для автономного использования — другая проблема и стимул для повышения тарифов на мощность.

Идея распределенного накопления электроэнергии тоже не нова. В статье, опубликованной в Журнале Общества инженеров-телеграфистов и электриков в 1888 году, предлагалось использовать распределение мощности постоянного тока с помощью аккумуляторов (батарей), расположенных у потребителя, чтобы лучше управлять пиковой нагрузкой электрического освещения Лондона.И снова, в далеком Тамворте в 1907 году услуги по электрическому освещению для домашних хозяйств и магазинов основывались на подзарядке аккумуляторов за ночь, когда городская электростанция работала для электрического уличного освещения ³⁴ (рис. 4).

Рисунок 4. Ранний аргумент в пользу распределенного накопления энергии для управления пиковой нагрузкой осветительных приборов в Лондоне из Журнала Общества инженеров-телеграфистов и электриков за 1888 год.

Будет ли распределенное накопление энергии, например, V2G или бытовые батареи, изменить правила игры для сетки? Возможно, но он будет конкурировать и сосуществовать с бесчисленным множеством старых неинтересных решений по хранению энергии, которые в настоящее время используются в домашних хозяйствах, например:

•

аккумуляторных батарей в ноутбуках, телефонах и мобильных устройствах;

•

традиционные батарейки в игрушках, инструментах, фонариках и мелкой бытовой технике;

•

аккумулирование тепла в электрической, газовой и солнечной горячей воде, в строительной массе и в холодильниках и, в некоторых случаях, геотермальной энергии;

•

баллонный газ там, где нет основного газа, но также для барбекю большинства людей;

•

древесина, масло и уголь для отопления и бензиновых косилок и инструментов; и

•

даже пропан, керосин и жир / воск, которые все еще присутствуют в свечах, фонарях и походных печах.

Самое главное, что все эти решения для хранения данных будут конкурировать со 100 годами, потраченными на разработку и расширение повсеместной сети.

Тепловая машина — Энергетическое образование

Тепловой двигатель — это тип двигателя (например, двигателя в автомобиле), который производит макроскопическое движение за счет тепла. Когда люди трутся руками, трение превращает механическую энергию (движение наших рук) в тепловую (руки становятся теплее). Тепловые двигатели делают прямо противоположное; они берут энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращают ее в движение.Часто это движение превращается в электричество с помощью генератора.

Почти вся энергия, используемая для транспортировки и электричества, поступает от тепловых двигателей. Горячие предметы, даже газы, обладают тепловой энергией, которую можно превратить во что-то полезное. Тепловые двигатели перемещают энергию из горячего места в холодное и переводят часть этой энергии в механическую. Тепловым двигателям для работы требуется разница в температуре.

Изучение термодинамики изначально было вдохновлено попыткой получить как можно больше энергии из тепловых двигателей. ^[2] По сей день используются различные виды топлива, такие как бензин, уголь и уран. Все эти тепловые машины по-прежнему работают в пределах, налагаемых вторым законом термодинамики. Это означает, что для нагрева газа используются различные виды топлива, и необходим большой резервуар для холода, чтобы избавиться от отработанного тепла. Часто отработанное тепло уходит в атмосферу или в большой водоем (океан, озеро или реку).

В зависимости от типа двигателя используются разные процессы, такие как воспламенение топлива путем сгорания (бензин и уголь) или использование энергии ядерных процессов для производства тепла (уран), но конечная цель одна и та же: переключение тепла в работу.Самый известный пример теплового двигателя — двигатель автомобиля, но большинство электростанций, таких как угольные, газовые и атомные, также являются тепловыми двигателями.

Двигатель внутреннего сгорания

Полная статья

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. Затем в качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха.Хотя это чаще всего делается с помощью поршня, это также можно сделать с помощью турбины.

На рисунке 1 показан пример двигателя внутреннего сгорания. Этот конкретный тип называется четырехтактным двигателем, который довольно часто встречается в автомобилях.

Внешний тепловой двигатель

Полная статья

Внешние тепловые машины — это обычно паровые машины, и они отличаются от внутренних тем, что источник тепла отделен от газа, который действительно работает. Эти тепловые двигатели обычно называют двигателями внешнего сгорания, потому что сгорание происходит вне двигателя. Например, внешнее сгорание будет использовать пламя для нагрева воды до пара, а затем использование пара для вращения турбины. Это отличается от внутреннего сгорания, как в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

Ядерные реакторы не имеют горения, поэтому используется более широкий термин внешний тепловой двигатель. Кипящий водяной реактор на Рисунке 2 представляет собой внешний тепловой двигатель, как и другие атомные электростанции.

Примеры тепловых двигателей

Внутреннее сгорание

Внешнее сгорание

Эффективность

Основная статья

Эффективность двигателя — это процент потребляемой энергии, которую двигатель может преобразовать в полезную работу.Уравнение для этого: η = объем работы / затраты энергии. Наиболее эффективные поршневые двигатели работают с КПД около 50%, а средняя угольная электростанция работает с КПД около 33%. Недавно построенные электростанции имеют КПД более 40%.

Меньшие тепловые двигатели, например, в автомобилях, имеют выходную механическую мощность, измеряемую в лошадиных силах. Большие тепловые двигатели, такие как электростанции, измеряют мощность в МВт. Конечно, выходную мощность можно измерить в любых единицах мощности, например в ваттах.

Потребляемая мощность теплового двигателя — это также мощность, часто измеряемая в МВт. С силовой установкой также имеется выходная электрическая мощность. Чтобы различать две мощности, тепловая мощность (входная мощность) измеряется в тепловых мегаваттах (МВт), в то время как для производства электроэнергии выходная мощность измеряется в электрических мегаваттах (МВт). Для тепловых двигателей, которые обеспечивают движение вместо электричества, выходная мощность будет механической.

Когенерация

основная статья

Тепловая машина имеет два побочных продукта: работу и тепло.Назначение большинства двигателей — производить работу, а с теплом обращаются просто как с отходами. Когенерация использует отходящее тепло для полезных вещей. Обогреватель в автомобиле работает за счет когенерации — отбирая отработанное тепло от двигателя для нагрева воздуха, который нагревает кабину. Вот почему использование автомобильного обогревателя зимой мало влияет на расход бензина, но использование кондиционера летом может стоить примерно 10-20% от расхода бензина автомобиля.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Будет ли существовать жизнеспособная альтернатива двигателю внутреннего сгорания в течение следующего десятилетия?

ИНЖИНИРИНГ

Точка зрения: Да, автомобили с батарейным питанием, электрические топливные элементы и гибридные автомобили сейчас являются технологически жизнеспособными альтернативами двигателю внутреннего сгорания, и они, вероятно, станут экономически жизнеспособными в течение десятилетия.

Точка зрения: Нет, нынешняя технология двигателей внутреннего сгорания имеет много преимуществ по сравнению с ее потенциальными конкурентами — более низкие производственные и эксплуатационные расходы, больший запас хода до дозаправки и лучшие общие характеристики — что обеспечит ее доминирование на несколько десятилетий вперед. .

Двигатель внутреннего сгорания — универсальный источник энергии, используемый во всем, от газонокосилок до ракет. Однако чаще всего она ассоциируется с автомобилем и другими автотранспортными средствами, и именно эта ассоциация в последние годы подвергается все большей критике и проверке.С ростом осведомленности о рисках загрязнения как для здоровья, так и для окружающей среды, двигатель внутреннего сгорания стал менее востребованным, и правительства, корпорации и экологические группы во всем мире ищут практические альтернативы.

По сути, двигатель внутреннего сгорания работает как пушка. Легковоспламеняющееся вещество, такое как бензин, воспламеняется в небольшом замкнутом пространстве, и в результате взрыва выделяется энергия в виде расширяющегося газа, который может толкать объект с большой силой.Типичный автомобильный двигатель производит сотни таких взрывов в минуту и ​​использует часть производимой энергии для вращения приводного вала. Как следует из названия, сгорание происходит внутри двигателя, в отличие от двигателя внешнего сгорания, где топливо сгорает вне двигателя, например, в паровом поезде.

Сегодня двигатель внутреннего сгорания является доминирующим двигателем в транспортных средствах во всем мире. Тем не менее, было много других альтернатив, предложенных и произведенных на заре автомобилей, включая электрические, паровые и даже жидкостные автомобили с пневмоприводом.Первый электродвигатель был выпущен в 1833 году, и многие модели электромобилей были доступны с 1880-х годов до начала века. Паровозы также производились в 1880-х годах. Первые автомобили с бензиновым двигателем внутреннего сгорания были построены в 1891 году и быстро завоевали популярность. У них был гораздо больший запас хода, чем у электромобилей, и они хорошо конкурировали с паровыми автомобилями в гонках на выносливость.

Ранние электрические и паровые автомобили имели много преимуществ перед конкурирующими моделями внутреннего сгорания, включая скорость.В 1898 году электромобиль достиг рекордной скорости 39,25 миль в час (63 км), а год спустя другая электрическая модель превысила 65 миль в час (104,6 км). Этот рекорд продержался до 1902 года, когда паровая машина разогналась до 75,06 миль в час (121 км). Электромобили также были тише — некоторые почти бесшумны — и не производили неприятных выхлопных газов.

Однако двигатель внутреннего сгорания, хотя и шумнее, горячее и грязнее электродвигателей, стал доминировать на автомобильном рынке. У других типов машин были свои проблемы.Ранние электрические батареи были тяжелыми и быстро ржавели, их нужно было заменять каждые два года, и было много случаев утечек из аккумуляторов с образованием ядовитых паров. Бензин стал дешевле; в были улучшены скорость, производительность, дальность и долговечность двигателя внутреннего сгорания; и потребители стали отдавать предпочтение шуму и мощности автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Электродвигатель стал ассоциироваться у пожилых людей, в то время как бензиновый двигатель считался прогрессивным, надежным и, что, возможно, самое главное, более дешевым в покупке и эксплуатации.Таким образом, двигатель внутреннего сгорания преобладал.

Однако, в то время как автомобили с двигателем внутреннего сгорания доминировали в двадцатом веке, в двадцать первом, вероятно, произойдет повторное внедрение электромобилей. Существуют веские причины для поиска альтернатив: от большей осведомленности о последствиях загрязнения и опасений по поводу глобального потепления до опасений по поводу того, что запасы нефти иссякают или, по крайней мере, их добыча и добыча становятся более дорогими.

Разрабатывается много разных типов автомобилей.Большинство проблем, которые преследовали автомобили с батарейным питанием в девятнадцатом веке, были решены. Современные автомобильные аккумуляторы безопаснее, служат дольше и обеспечивают большую мощность, чем аккумуляторы предыдущего поколения. Другой альтернативный тип электромобилей использует топливные элементы, которые производят электричество, а не хранят его, пока в элементе есть топливо. Стандартным топливом для топливных элементов является водород, дешевый и доступный в большом количестве газ, но также чрезвычайно огнеопасный и часто связанный в общественном сознании с катастрофой дирижабля Hindenburg .

Также предлагались гибридные двигатели. В них используется либо комбинация двух альтернативных технологий, таких как топливные элементы и батареи, либо одна альтернативная технология со стандартным двигателем внутреннего сгорания. Хотя многие из этих комбинаций приводят к увеличению дальности хода и улучшенным характеристикам, необходимость иметь два двигателя увеличивает вес и размер автомобиля.

Существует много споров по поводу того, какой альтернативный двигатель или комбинация лучше всего способны снизить выбросы от автомобиля и при этом обеспечить потребителя необходимой мощностью и диапазоном.В настоящее время существует ошеломляющий выбор вариантов, каждый из которых требует собственной инфраструктуры автозаправочных станций и предприятий сферы услуг. Ряд различных альтернативных транспортных средств используется во всем мире и особенно успешен в нишевых областях, таких как городской транспорт. Однако кажется вероятным, что лишь некоторые из них, возможно, всего один, станут серьезным конкурентом двигателю внутреннего сгорания.

Те же опасения по поводу окружающей среды, которые привели к исследованиям альтернативных двигателей, также привели ко многим недавним усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания.Современные автомобили имеют значительно меньшие выбросы нежелательных газов, чем те, что были несколько десятилетий назад, и более экономичны. Но в то же время производители автомобилей производили и продвигали более крупные автомобили, которые, как правило, имеют более низкую топливную эффективность.

Возможно, самые большие негативные факторы, которые приходится преодолевать альтернативным автомобильным двигателям, являются не техническими, а экономическими и восприимчивыми. В настоящее время стоимость альтернативных автомобилей намного выше стандартных. Хотя методы массового производства снизят цены, может пройти еще много лет, прежде чем они приблизятся к паритету с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.Также необходимо снизить эксплуатационные расходы и увеличить доступность автозаправочных станций. Общественное восприятие также должно быть изменено, если мы хотим, чтобы альтернативные двигатели стали желательными. Какими бы ни были реалии, большинство покупателей автомобилей по-прежнему считают электромобили маленькими, бессильными и способными работать только на короткие расстояния.

По целому ряду веских причин существует, по-видимому, неудержимая тенденция к использованию новых двигателей в автомобилях, которые заменяют давно эксплуатируемый двигатель внутреннего сгорания.Однако когда такая техника станет обычным явлением на дорогах, пока остается открытым вопросом.

—ДЭВИД ТУЛЛОЧ

Точка зрения: Да, автомобили с батарейным питанием, электрические и гибридные автомобили на топливных элементах сейчас являются технологически жизнеспособной альтернативой двигателю внутреннего сгорания, и они, вероятно, станут экономически жизнеспособными в течение десятилетия.

Не только жизнеспособная альтернатива двигателю внутреннего сгорания будет существовать в течение следующего десятилетия, она существует сегодня, хотя термин «жизнеспособный» может быть причиной разногласий.Применение определения Webster жизнеспособного как «работоспособного и способного выжить или иметь реальное значение» поднимает новые вопросы: жизнеспособен технологически или жизнеспособен экономически? Технологически ответ — «да». Альтернативой двигателю внутреннего сгорания является электромобиль. Сегодня используется небольшое количество электромобилей с батарейным питанием, электромобилей на топливных элементах и ​​гибридных электромобилей, и во всем мире идет гонка за то, чтобы получить больше автомобилей с новыми технологиями на дорогах. Одним из факторов, замедляющих эту гонку, является стоимость автомобиля, поэтому с экономической точки зрения ответ — положительное «да».»

Есть много неопределенностей относительно того, что является экономичным. В 2001 году не было соревнований. Автомобиль внутреннего сгорания более экономичен, чем любая альтернатива. Двигатель внутреннего сгорания произвел революцию в транспорте и экономике по мере развития двадцатого века. Автор начало двадцать первого века, в США на дорогах находилось более 200 миллионов автомобилей. Заправка их двигателей внутреннего сгорания вынудила страну полагаться на импортную нефть с Ближнего Востока и бороться за резервы в условиях неопределенности поставок.

В течение следующего десятилетия стоимость топлива и стоимость защиты окружающей среды могут изменить баланс. Экологические проблемы могут быть настолько серьезными, что проблемы со здоровьем и безопасностью могут вынудить к изменениям независимо от стоимости. Существует также насущный вопрос о глобальном потеплении и о том, как выбросы автомобилей внутреннего сгорания вписываются в это уравнение.

Несмотря на то, что были сделаны значительные улучшения в сокращении выбросов от двигателей внутреннего сгорания, постоянно увеличивающееся количество транспортных средств, размер / стиль транспортных средств и увеличивающееся количество пройденных миль в совокупности сводят на нет любой прогресс в области контроля выбросов.После более чем 100 лет усовершенствований технология двигателей внутреннего сгорания достигла пределов совершенствования. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), автотранспортные средства в Соединенных Штатах по-прежнему составляют 78% всех выбросов монооксида углерода, 45% выбросов оксида азота и 37% летучих органических соединений в атмосфере.

Предпосылки перехода к альтернативам

Как соотносятся три типа используемых электромобилей — с батарейным питанием, топливными элементами и гибридными электромобилями? Технология батарей сильно отличается от технологии топливных элементов, хотя ни у одной из них нет движущихся частей, что делает их очень тихими и надежными.Батареи накапливают электричество, и когда они разрядятся, их необходимо подзарядить. Транспортные средства с батарейным питанием ограничиваются по большей части местными типами коммунальных услуг, потому что в настоящее время нет батареи, которая могла бы пройти такое расстояние, которое может преодолеть транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания с полным баком газа. Некоторые автомобили с батарейным питанием в Калифорнии заряжаются от фотоэлементов, но большинство из них заряжаются от сети. Обычно они не рассматриваются как конкуренты ДВС. Топливные элементы не накапливают электричество, а, скорее, непрерывно производят электричество, пока есть топливо.Технология топливных элементов хорошо развита. Вопросы хранения топлива являются основным направлением текущих исследований, чтобы придать автомобилям на топливных элементах характеристики, которые общественность ожидает от автомобиля. По мнению некоторых, гибриды — лучшее из обоих миров.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что топливные элементы являются ведущей технологией в качестве альтернативы автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Чтобы сохранить лидирующие позиции в энергетических технологиях, крупные нефтяные компании присоединяются к производителям автомобилей и двигателей в исследованиях и разработках, чтобы вывести на рынок автомобили, работающие на топливных элементах.Там, где водород является топливом для топливных элементов, очень вероятно, что до того, как закончится первое десятилетие двадцать первого века, придется выбирать насосы по-другому.

Топливный элемент не является новой технологией. Впервые он был разработан в 1839 году, когда британский физик Уильям Гроув открыл принцип действия топливного элемента. Однако прошло более 120 лет, прежде чем НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) нашло им применение в 1960-х годах, когда топливные элементы считались более безопасными, чем ядерная энергия в космическом полете.Топливные элементы использовались в миссиях Gemini и Apollo и продолжают использоваться в космических проектах в качестве источника электроэнергии и воды.

Успех НАСА заинтересовал промышленность, но первые исследования и разработки были не очень обнадеживающими, а технология оказалась слишком дорогой. Усилия стали активнее, когда в 1984 году Управление транспортных технологий Министерства энергетики США (DOE) начало поддерживать исследования и разработки.В 1990 году поправки к Закону США о чистом воздухе и Закон о национальной энергетической политике 1992 года дали толчок к разработке альтернатив двигателям внутреннего сгорания для транспортных средств. В 1990 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам признал, что, вероятно, не удастся достичь своей первой цели по нулевым выбросам с бензиновыми автомобилями к 1998 году. Эта цель была нереалистичной, поэтому был составлен новый график. Начиная с 2003 года, 10% новых автомобилей в Калифорнии должны будут иметь нулевые (или почти нулевые) выбросы.Подобные правила сейчас действуют в штатах Восточного побережья.

Технология топливных элементов

Топливный элемент — это электрохимическое устройство, то есть оно производит электричество в результате химической реакции. В топливном элементе газообразный водород и кислород из воздуха объединяются для производства электроэнергии, а тепло и вода являются побочными продуктами. Поскольку не происходит горения, топливные элементы соответствуют стандарту нулевых выбросов. Топливный элемент состоит из двух электродов: анода (положительный электрод) и катода (отрицательный электрод).Электроды разделены пористой средой, которая служит электролитом. Топливные элементы бывают пяти разновидностей, которые различаются используемым электролитом.

Топливный элемент, который является лидером в области использования транспортных средств, идентифицируется как топливный элемент PEM. PEM означает протонообменную мембрану, а также мембрану из полимерного электролита. PEM представляет собой тонкопленочную полимерную мембрану, покрытую платиновым катализатором. Электролит по определению — это вещество, которое диссоциирует на положительно и отрицательно заряженные ионы в присутствии воды.Мембрана влажная, и хотя мембрана не диссоциирует, она служит электролитом в том смысле, что позволяет положительно заряженным частицам — протонам — проходить через нее, отсюда и название протонообменной мембраны. В клетке мембрана выглядит как кусок толстой полиэтиленовой пленки.

В топливном элементе водород поступает через анод, где катализатор на мембране расщепляет его на протон и электрон. Протон проходит через мембрану; электрон не может. Вместо этого электрон выходит из ячейки через внешнюю цепь.Электроны, движущиеся во внешней цепи, являются источником энергии, приводящим в движение автомобиль.

На катодной стороне мембраны, покрытой катализатором, протон встречает кислород (из воздуха) и электрон (из внешней цепи) на катоде. Когда он соединяется с кислородом, образуется вода. Хотя это реакция с выделением тепла и во многих случаях эти реакции легко начать, эта реакция не могла бы произойти без катализатора.

Одна ячейка дает около 0.7 вольт. Ячейки уложены последовательно, поэтому их напряжения складываются. Пакеты PEM использовались на космическом корабле Gemini , хотя ранняя версия была не так эффективна, как нынешние топливные элементы, поскольку в первых широко использовалась платина, дорогостоящий элемент. В конце концов исследователи из Лос-Аламоса нашли способ снизить содержание платины на 90%. Дополнительные исследования, проведенные канадской компанией Ballard, позволили усовершенствовать технологию, и компания имеет около 400 патентов на усовершенствования топливных элементов.Стек PEM Балларда значительно превосходит удельную мощность, необходимую для современных автомобилей. International Fuel Cells (IFC), компания United Technologies (наиболее известная своими реактивными двигателями), также добилась прогресса в технологии, включая уменьшение размера, веса и стоимости, что важно для обеспечения экономической жизнеспособности

[Изображение недоступно для причины авторского права]

топливные элементы. Тем не менее, предстоит еще работа по оптимизации процессов проектирования и производства для производства более дешевых элементов.Массовое производство топливных элементов также снизит стоимость.

Некоторые видят ключевую проблему в переходе к топливным элементам в самом топливе, теперь, когда большая часть исследований и разработок элементов сосредоточена на точной настройке, чтобы повысить экономичность производства. Откуда возьмется водород? Все основные производители автомобилей работают над тем, чтобы массово выводить на рынок автомобили на топливных элементах. Нефтяные компании работают с ними над развитием источников топлива.

Есть также технологии, связанные с хранением топлива, которые необходимо решить.Когда водород является топливом, возникают проблемы: как безопасно хранить достаточное количество водорода или как произвести достаточно водорода на борту, чтобы обеспечить транспортному средству с топливными элементами такое же расстояние, на которое пользователь может проехать при заправке бензина. двигатель внутреннего сгорания. Экономическая жизнеспособность находится под угрозой, если транспортное средство, работающее на топливных элементах, не может обеспечить такое же удобство, как его конкурент с двигателем внутреннего сгорания. Рассматривается возможность хранения сжатого газа на борту. Сжиженный газ также исследуется, но для его хранения требуются очень низкие температуры.Речь идет о криогенных технологиях, которые могут оказаться слишком дорогостоящими. Существует также опасение, что водород возник в результате печально известной катастрофы Hindenburg 1937 года, когда дирижабль, работающий на водородном газе, взорвался в воздухе, в результате чего погибло тридцать шесть человек.

Допуская решение проблем с хранением на борту, нефтяные компании рассматривают возможность производства водорода, который будет закачиваться в систему хранения транспортного средства. Texaco имеет более 150 патентов на технологию, которую они называют газификацией, в которой используется нежелательная тяжелая нефть, нефтяной кокс, а также отходы и превращение их в водород.Компания могла продавать водород в насосе с этой системой.

Другой подход заключается в хранении источника водорода в автомобиле. Одной из доминирующих технологий для производства водорода на борту является топливный процессор, механическое устройство, которое использует тепло и катализатор для изменения химического состава углеводорода, чтобы высвободить водород в системе, интегрированной с топливным элементом в транспортном средстве. У IFC есть готовый прототип. Углеводородом может быть метанол, метан из природного газа или других источников или даже бензин, хранящийся в автомобиле.

Технология гибридных электрических систем

Гибридный электромобиль работает от аккумуляторов, которые заряжаются по мере движения транспортного средства. Это исключает простои на станции подзарядки аккумуляторных электромобилей и делает автомобиль таким же полезным, как и любой его аналог с двигателем внутреннего сгорания. Есть несколько систем, используемых для подзарядки аккумуляторов. Особняком стоит микротурбина, соответствующая жестким стандартам выбросов Калифорнии. У калифорнийской компании Capstone есть микротурбина, которая была установлена ​​на автобусе в Чаттануге, штат Теннесси, в 1997 году в качестве бортового зарядного устройства, и она прошла без поломок более 30 000 миль.Автобус производит менее 1/25 выбросов дизельного автобуса. В настоящее время микротурбины используются в таких далеких городах, как Крайстчерч, Новая Зеландия, и Токио, Япония. Микротурбина легче аналогичного дизельного двигателя. В Крайстчерче дизели были заменены микротурбинами в гибридных электрических автобусах. Микротурбина имеет только одну движущуюся часть и очень экологична. Микротурбина Capstone может работать практически на любом жидком топливе — от природного газа до свалочного метана и дизельного топлива.

В Лос-Анджелесе у ISER, производителя автобусов, есть система привода с гибридной турбиной, в которой используются свинцово-кислотные батареи с микротурбинами Capstone для их подзарядки. Бортовая компьютерная сеть непрерывно отслеживает мощность автомобиля и уровень заряда аккумулятора, а также регулирует выходную мощность турбины, чтобы обеспечить необходимое количество мощности для работы транспортного средства. Когда генераторы не нужны, они автоматически отключаются, и шина работает от аккумулятора. В то время автобус представлял собой электромобиль с нулевым уровнем выбросов.Аккумуляторы обеспечивают импульсную мощность для ускорения и возврата энергии во время торможения. Микротурбина работает на пропане.

В настоящее время все основные производители автомобилей производят гибридные электрические испытательные автомобили в рамках Программы по гибридным электромобилям Управления транспортных технологий Министерства энергетики США. Одна из последних моделей — внедорожник Dodge Durango Hybrid. Федеральное законодательство, устанавливающее налоговые льготы для покупателей гибридных транспортных средств в размере до 3000 долларов, может сделать их конкурентоспособными по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.Обратной стороной является то, что многие из них все еще используют топливо на основе нефти. Хорошая новость заключается в том, что технологии топливных элементов и гибридных электромобилей вышли из-под контроля и теперь находятся на рынке, чтобы обеспечить технологически жизнеспособную альтернативу автомобилю с двигателем внутреннего сгорания. Через десять лет эти альтернативы могут стать даже экономически жизнеспособными.

—М. C. NAGEL

Мнение: Нет, нынешняя технология двигателей внутреннего сгорания имеет много преимуществ по сравнению с ее потенциальными конкурентами — более низкие производственные и эксплуатационные расходы, больший запас хода до дозаправки и лучшие общие характеристики — что обеспечит ее доминирование на несколько десятилетий. прийти.

Хотя озабоченность по поводу окружающей среды и поставок топлива послужила поводом для многочисленных исследований по поиску альтернатив приводам в действие автомобилей и других транспортных средств, каждый новый прототип «двигателя будущего» демонстрировал, что замена эффективного и надежного двигателя внутреннего сгорания двигатель будет сложной задачей. Многие информированные наблюдатели, в том числе представители Управления энергетической информации Министерства энергетики США, прогнозируют, что пройдет несколько десятилетий, прежде чем любая из разрабатываемых новых технологий, включая электрические, топливные элементы и гибридные технологии, начнет оказывать влияние. на рынке превосходство двигателя внутреннего сгорания.Эта универсальная конструкция двигателя, которая в настоящее время используется в более чем 200 миллионах автомобилей в Соединенных Штатах, была основой транспортной отрасли более века и не зря.

С самого начала у двигателя внутреннего сгорания были конкуренты. Например, первый электромобиль появился в 1860-х годах, а в 1899 году электромобиль установил мировой рекорд скорости, разогнавшись со скоростью более 62 миль в час. Но двигатель внутреннего сгорания стал предпочтительной технологией из-за его надежности и удобства.

На протяжении многих лет продолжались исследования по совершенствованию двигателя внутреннего сгорания, и он еще не реализовал весь свой потенциал, в том числе потенциал повышения топливной эффективности и производства более чистых выбросов, менее вредных для окружающей среды. В течение 1990-х годов двигатель внутреннего сгорания был значительно улучшен с точки зрения воздействия на окружающую среду. Например, увеличение количества миль на галлон газа привело к повышению эффективности использования топлива и снижению загрязнения окружающей среды. Более низкие выбросы загрязняющих веществ также стали результатом улучшений в бензине, таких как добавление оксигенатов, что привело к снижению выбросов монооксида углерода на 18%.Кроме того, дополнительные улучшения, такие как постепенное сокращение использования серы в бензине, еще больше снизят выбросы загрязняющих веществ, создаваемые двигателем внутреннего сгорания.

В целом, благодаря таким технологиям, как усовершенствованный каталитический нейтрализатор и электронное управление сгоранием, выбросы от автомобилей уже ниже на 95% по сравнению с 1960-ми годами, несмотря на то, что сегодня на дорогах стоит гораздо больше автомобилей. Кроме того, большинство автомобилей, произведенных в США в 2001 году и позже, выбрасывают на 99% меньше углеводородов, чем автомобили 1960-х годов.Даже если в двигатель внутреннего сгорания не будет внесено никаких дальнейших улучшений, его воздействие на окружающую среду продолжит уменьшаться исключительно из-за того, что новые автомобили с гораздо меньшими выбросами будут заменять старые автомобили по мере их износа и отправки на свалку.

Обладая огромным опытом в разработке двигателей внутреннего сгорания и огромными мощностями для их производства, производители транспортных средств также не собираются оставлять эти двигатели безвестными в ближайшем будущем. Однако наиболее важным является то, что современная технология двигателей внутреннего сгорания имеет множество преимуществ перед своими потенциальными конкурентами — преимущества, которые требуются потребителю.К ним относятся более низкие затраты на производство и эксплуатацию, что приводит к снижению затрат для потребителя; увеличенный запас хода до заправки; и лучшая общая производительность.

Двигатель внутреннего сгорания против электромобиля

В начале двадцатого века более 100 производителей электромобилей в Соединенных Штатах соперничали за производство автомобиля, предпочитаемого в этой молодой, но быстро развивающейся отрасли. Менее чем за два десятилетия почти все они закрыли свои магазины.Многие факторы, которые привели к упадку электромобилей, в том числе большая разница в стоимости и удобстве, по-прежнему остаются вескими причинами, по которым такие автомобили вряд ли заменят двигатель внутреннего сгорания в следующем десятилетии.

Несмотря на десятилетие или более интенсивных исследований и испытаний, электромобили могут проехать не более 100 миль (160,9 км) до того, как их потребуется подзарядить. Кроме того, эта подзарядка занимает значительное время по сравнению с относительно быстрой заправкой на местной заправке.Для сравнения, стандартный двигатель внутреннего сгорания может проехать около 345 миль (155,2 км) до того, как потребуется дозаправка. Электромобили также могут сравниться с двигателем внутреннего сгорания по мощности только в течение короткого периода времени (примерно один час), прежде чем их мощность начнет уменьшаться из-за таких факторов, как скорость и холодная погода. Более короткий диапазон электродвигателя и более низкая общая скорость могли быть приемлемыми в начале двадцатого века, когда семьи и предприятия обычно концентрировались в более мелких географических регионах.Однако в современном обществе люди обычно путешествуют на гораздо большие расстояния, и потребительская публика, которая высоко ценит свое «время», не показала склонности принимать электромобили, которые работают медленнее и требуют большего количества остановок и подзарядки.

В обществе, которое становится все более экологически сознательным, широко разрекламированным преимуществом электромобилей является то, что они намного чище с точки зрения воздействия на окружающую среду, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Хотя электромобили производят почти нулевые выбросы от самого автомобиля (возможно, на 97% чище, чем двигатель внутреннего сгорания), это преимущество в значительной степени сводится на нет из-за того, как заряжаются электродвигатели.Например, ископаемое топливо, такое как уголь и нефть, часто используется для выработки электроэнергии, которая также производит собственные загрязнители. Даже некоторые известные защитники окружающей среды признали, что этот факт сводит на нет все экологические преимущества электромобилей по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. В настоящее время бензин также не содержит свинца, но отходы аккумуляторных батарей по-прежнему создают серьезные проблемы для окружающей среды, включая утилизацию свинца и кадмия.

Двигатель внутреннего сгорания против топливных элементов

Еще одна технология, предложенная в качестве волны будущего, — это топливные элементы, в которых основное внимание уделяется водородным топливным элементам.Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое использует газы водорода и кислорода для производства электроэнергии. Однако, как и электромобиль, автомобили на топливных элементах будут иметь ограниченный запас хода по сравнению с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания, вероятно, около 200 миль (321,8 км) или около того. Хотя этот диапазон будет увеличиваться с такими улучшениями, как уменьшение веса автомобиля, уменьшение веса автомобиля также улучшит пробег автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения, топливный элемент по-прежнему достигнет лишь одной трети диапазона, достигаемого с помощью двигателя внутреннего сгорания.Кроме того, существует проблема производства энергии, запасенной в топливных элементах. Эта энергия будет создаваться за счет ископаемого топлива или выработки электроэнергии для выделения водорода из воздуха — проблемы, которые, как и электромобиль, могут привести к загрязнению окружающей среды. Водород также летуч и представляет собой чрезвычайно маленькую молекулу, которая может фильтровать самые маленькие отверстия, что увеличивает проблемы безопасности при утечках и резервуарах под давлением, которые могут взорваться.

Топливные элементы также чрезвычайно дороги в производстве.Стоимость 500 000 долларов за киловатт энергии, связанная с первыми топливными элементами, использовавшимися для обеспечения энергией космических капсул в начале 1960-х годов, была снижена примерно до 500 долларов. Тем не менее, стоимость двигателя на топливных элементах и ​​трансмиссии в 10 раз превышает стоимость производства двигателя внутреннего сгорания. В результате в среднем стоимость технологии топливных элементов составляет примерно от 25 000 до 30 000 долларов (и, возможно, от 45 000 до 65 000 долларов) по сравнению со средней стоимостью от 2500 до 3000 долларов для стандартного двигателя внутреннего сгорания во многих автомобилях.Немногие потребители с готовностью согласятся принять эти значительные дополнительные расходы.

Еще один фактор, который следует учитывать, — это местная заправочная станция, которая представляет собой уже существующую общенациональную инфраструктуру для обеспечения автомобилистов горючим. Для автомобилей на топливных элементах такой инфраструктуры не существует. В то время как существующая инфраструктура может быть адаптирована для размещения топливных элементов, в которых используются бортовые риформеры для выделения водорода из бензина, дизельного топлива или метанола, бортовая технология еще больше увеличит и без того более высокие затраты.Кроме того, он будет занимать даже больше места, чем большой бак, необходимый в настоящее время для топливных элементов, чтобы обеспечить достаточное расстояние движения. Технология топливных элементов также по-прежнему требует ископаемого топлива, как и двигатель внутреннего сгорания. Энергетическим компаниям, вероятно, потребуется более десяти лет, чтобы создать ряд новых или капитально отремонтированных производственных мощностей, необходимых для производства водорода в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей потребителей. Кроме того, по некоторым оценкам, только 2% станций смогут предлагать заправку автомобилей на топливных элементах к 2011 году и только 3.5% к 2020 году.

Двигатель внутреннего сгорания по сравнению с гибридом

В некотором смысле гибридный электромобиль — это уступка тому, что двигатель внутреннего сгорания будет использоваться еще много лет. Как и в случае с электромобилем, концепция гибридного двигателя внутреннего сгорания и электрического автомобиля восходит к первым дням автомобилестроения, когда в США был подан первый патент в 1905 году. Однако они никогда не были разработаны так полно, как электромобиль. По сути, гибрид использует электродвигатель с батарейным питанием для езды по городу, но также имеет двигатель внутреннего сгорания, который можно использовать для путешествий на большие расстояния, а в некоторых моделях — для подзарядки электродвигателя с батарейным питанием.

Хотя эта альтернатива двигателю внутреннего сгорания в качестве основного источника энергии кажется привлекательной, недостатки нынешней технологии, используемой в этом подходе, существенны. Например, двигатель внутреннего сгорания в сочетании с потребностью во многих батареях и большом электродвигателе для питания автомобиля требует дополнительного пространства и большего веса, что снижает общую топливную эффективность автомобиля. И Национальная академия наук, и Национальная инженерная академия заявили, что эта технология не является рентабельной с точки зрения экологической безопасности, особенно потому, что использование бензина или дизельного топлива снижает экологические преимущества, которые необходимы для любой новой моторной технологии.Гибриды также будут стоить примерно на 10-15 тысяч долларов дороже, чем современные автомобильные технологии.

Нет ближайших альтернатив

В нескольких отчетах и ​​исследованиях говорится, что текущая технология не обеспечит жизнеспособной альтернативы двигателю внутреннего сгорания в течение следующего десятилетия и, возможно, не в течение многих последующих лет. В своем исследовании политики «Повышение экологичности автомобилей, грузовиков и двигателей внутреннего сгорания», проведенном в июне 2000 года, Институт Хартленда предсказал, что «пройдет 30 лет, прежде чем даже скромные 10% всех легковых и грузовых автомобилей на дорогах страны будут снабжены электроэнергией. чем-то отличным от двигателей внутреннего сгорания.»

Хотя технология существует для создания альтернативы двигателю внутреннего сгорания, она еще не достигла уровня, который сделал бы ее конкурентоспособной или жизнеспособной с точки зрения потребностей и желаний потребителей. Например, хотя некоторые электромобили активно продаются на рынке в таких странах, как Калифорния, они по-прежнему составляют лишь небольшой процент рынка. И такие компании, как Honda и General Motors, прекратили их производство. Даже в Европе и Японии, где бензин стоит в два-три раза больше, чем в Соединенных Штатах и там, где существуют значительные государственные и производственные субсидии для поддержки потребителей в покупке электромобилей, они составляют лишь около 1% рынка.

С ростом популярности внедорожников в Соединенных Штатах на протяжении 1990-х годов потребители, очевидно, проявили интерес к автомобилям с большей мощностью и большими размерами. На сегодняшний день альтернативы двигателю внутреннего сгорания привели к появлению автомобилей меньшего размера с меньшей мощностью и меньшим количеством пассажиров и багажного отделения. Кроме того, чтобы компенсировать дополнительный вес технологии и увеличить расстояние проезда до дозаправки или подзарядки, в конструкции этих автомобилей используются более легкие материалы.В результате автомобили становятся менее безопасными в случае аварии — еще один факт, который потребители вряд ли проигнорируют.

Даже если бы двигатель внутреннего сгорания никогда не был усовершенствован, маловероятно, что альтернативные технологии смогут преодолеть такие факторы, как размер, безопасность, стоимость, удобство и мощность в течение следующего десятилетия. Но гонка ведется не против технологии, которая стоит на месте. В то время как новые технологии будут продолжать совершенствоваться, производители автомобилей также продолжают инвестировать миллиарды в улучшение двигателей внутреннего сгорания.Стандартный двигатель внутреннего сгорания, хотя в настоящее время является непомерно дорогостоящим, может однажды получить 80 миль на галлон и сможет проехать 545 миль до дозаправки. Кроме того, достижения в других технологиях, таких как компьютеризированная разведка газа и горизонтальное бурение, увеличивают долгосрочную добычу. добыча нефти и газа в США и других западных странах, что увеличивает перспективы непрерывных, долгосрочных и относительно недорогих поставок топлива.

Чтобы стать «жизнеспособной» альтернативой двигателю внутреннего сгорания, альтернативные технологии должны быть такими же эффективными, надежными и мощными.Кроме того, они должны быть столь же конкурентоспособными с точки зрения затрат для потребителя. Достичь этих целей в течение десятилетия невозможно, учитывая нынешнее огромное превосходство двигателей внутреннего сгорания в этих областях.

—ДЭВИД ПЕТЧУК

Дополнительная литература

Андерсон, Роджер Н. «Добыча нефти в XXI веке». Scientific American (март 1998 г.): 86-91.

Баст, Джозеф Л. и Джей Лер. Повышение устойчивости автомобилей, грузовиков и двигателей внутреннего сгорания. Исследование политики Хартленда № 95. Институт Хартленда, 22 июня 2000 г.

Брэдли, Роберт Л., мл. «Электрические и топливные автомобили — это мираж». USA Today Magazine (1 марта 2000 г.): 26.

California Air Resources Board (веб-сайт). .

Топливные элементы Green Power (веб-сайт). .

Хоффман, Питер. Топливо навсегда: история водорода. Боулдер, Колорадо: Westview Press, 1981.

Коппель, Том. Праймер для топливных элементов. 2001. .

Лармини, Джеймс. Топливные системы объяснения. NewYork: John Wiley & Sons, 2000.

Lave, Lester B., et al. «Воздействие электромобилей на окружающую среду». Science 268 (19 мая 1995 г.): 993-95.

Мотавалли, Джим. Форвард-драйв: гонка за автомобилем будущего. Сан-Франциско, Калифорния: Sierra Club Books, 2000.

Office of Transportation Technologies (веб-сайт) .

Партнерство по созданию автомобилей нового поколения (веб-сайт). .

Propulsion Technologies (сайт). .

Вук, Виктор. «Гибридные электромобили». Scientific American (октябрь 1997 г.).

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА:

Где электрическая энергия производится химическим способом.Электроны покидают ячейку у анода и возвращаются в ячейку у катода. Любое устройство, приводимое в действие ячейкой, крепится между анодом и катодом.

ВЫБРОСЫ:

Вещества, выброшенные в воздух.

ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО:

Топливо, которое образуется в земле из останков растений или животных. Ископаемые виды топлива включают уголь, нефть и природный газ.

МОЩНОСТЬ:

Единица мощности, равная 746 Вт.

УГЛЕВОДОРОДЫ:

Органические соединения, содержащие только углерод и водород; часто встречаются в нефти, природном газе и угле.

ВОДОРОД:

Самый простой и легкий из элементов; обычно без цвета и запаха; легковоспламеняющиеся.

ИНФРАСТРУКТУРА:

Ресурсы (включая персонал, здания или оборудование), необходимые для деятельности.

МЕМБРАНА:

Полупроницаемая поверхность или тонкая пленка. Заряженные частицы и небольшие молекулы выборочно проходят через мембрану, отделяя их от смеси.

ПОЛИМЕР:

Обычно называют пластиком. Этот термин буквально означает множество частей.Полимер состоит из множества молекул одного или нескольких типов, многократно соединяющихся вместе. Меньшие единицы называются мономерами.

SKUNK WORKS:

Лаборатория, в которой исследования и разработки обычно проводятся в рамках собственных проектов или за кулисами.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В КОСМОСЕ

НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) начало ежегодно публиковать отчеты о SPINOFFS в 1970-х годах. В отчетах рассказывается о сотрудничестве промышленности и правительства в области прорывных технологий, разрабатываемых в результате космической программы.Если бы НАСА писало такие отчеты в 1960-х годах, технологии топливных элементов заняли бы одно из первых мест в списке первых историй успеха. Топливные элементы — элементы, вырабатывающие энергию за счет взаимодействия газов кислорода и водорода — были впервые изобретены в начале девятнадцатого века, но широко не использовались до первых лет космической программы. Топливные элементы по-прежнему фигурируют в отчетах SPINOFF; в 1999 году, например, была представлена ​​разработка топливного элемента на основе ПЭМ следующего поколения.

После того, как топливные элементы стали источником питания для космических кораблей Gemini и Apollo , промышленность заинтересовалась.Сегодня три электростанции на топливных элементах обеспечивают постоянный ток 28 В, необходимый для космического корабля. Система топливных элементов вырабатывает всю электроэнергию для транспортного средства на всех этапах миссии. Для клеток используются криогенный водород и кислород. Кроме того, криогенный кислород подается в систему экологического контроля и жизнеобеспечения для герметизации кабины экипажа. Температура хранения жидкого кислорода составляет минус 285 ° F (минус 176 ° C) и минус 420 ° F (минус 251 ° C) для жидкого водорода.

Помимо обеспечения всей бортовой электрической энергии (нет резервной батареи), топливные элементы также производят воду как побочный продукт электрохимической реакции. Эта вода затем используется в качестве питьевой воды для экипажа, а также для охлаждения космических кораблей. Топливные элементы представляют собой электростанции на щелочных топливных элементах (AFC), каждая из которых содержит 96 отдельных элементов. Электролит, раствор гидроксида калия, дал название топливному элементу. AFC обладают преимуществом быстрой реакции и высокой производительности, поэтому они популярны для военных и космических приложений.Однако AFC также дороги. Анодный катализатор содержит платину и палладий, а катодный катализатор содержит золото и платину. Фактор стоимости, несомненно, является одной из причин продолжения исследований топливных элементов.

—М. К. Нагель

Как на самом деле работает двигатель внутреннего сгорания?

Ежегодно около 222 миллионов человек в Соединенных Штатах водят самые разные автомобили. Почти все эти автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания.Однако недавний опрос AA показал, что только 10% водителей могут в общих чертах описать, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Если вы только что осознали, что не входите в число этих 10%, не волнуйтесь, мы составили краткое описание удивительного процесса, с помощью которого ваша машина действительно движется.

Основы

Горение, также известное как горение, является основным химическим процессом высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя.

Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. В конечном счете, это движение приводит в движение колеса автомобиля через систему шестерен трансмиссии.

Различные типы двигателей внутреннего сгорания

Двумя наиболее распространенными типами двигателей внутреннего сгорания являются бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия.Эти двигатели специально разработаны для работы как с бензином, так и с дизельным двигателем, поэтому использование неправильного топлива в вашем автомобиле может привести к значительному повреждению двигателя.

В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода.

В дизельном двигателе только воздух всасывается в двигатель, а затем сжимается.Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.

Большинство двигателей внутреннего сгорания представляют собой четырехтактные двигатели, что означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня. Цикл двигателя состоит из четырех различных процессов. Это впуск, сжатие, сгорание, рабочий такт и выпуск.

Разработка двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания стал результатом ряда постепенных изменений в установленных патентах, а не одним значительным усовершенствованием.Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был создан Этьеном Ленуаром около 1860 года.

Эксперименты Ленуара с электричеством привели его к разработке первого двигателя внутреннего сгорания, который сжигал смесь угольного газа и воздуха, воспламеняемую системой зажигания «прыгающей искрой» катушки Румкорфа.

То, что мы можем считать первым современным двигателем внутреннего сгорания, было создано в 1876 году Николаусом Отто. Двигатель Отто — это большой стационарный одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.Двигатели изначально использовались для стационарных установок, поскольку Отто не интересовался транспортом, и в конечном итоге были разработаны для транспортных средств Готлибом Даймлером.

Отто фактически основал свой двигатель на коммерческом двигателе внутреннего сгорания на жидком топливе 1872 года, изобретенном американцем Джорджем Брайтоном.

В то время как двигатели внутреннего сгорания чаще всего ассоциируются с транспортными средствами, термин двигатель внутреннего сгорания также может применяться к пушкам, ракетам или вообще ко всему, что использует мощность взрыва для генерирования энергии или импульса.

В последние годы преобладанию бензина и дизельного топлива в качестве основного топлива для двигателей транспортных средств бросили вызов более экологичные виды топлива, такие как биодизель, биоэтанол, водород и этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ). Многие производители автомобилей также производят гибридные автомобили, которые работают на смеси традиционного топлива и электроэнергии, или, в случае таких компаний, как Tesla, полностью электрические автомобили

.

Научитесь водить машину в Неваде сегодня!

Северо-западная автошкола и школа дорожного движения предоставляют жителям Лас-Вегаса уроки вождения и дорожного движения под руководством опытных инструкторов.Все наши инструкторы по вождению прошли проверку биографических данных. Каждый автомобиль одобрен DMV по безопасности, и каждый член семьи Northwest стремится предоставить отличные инструкции для водителей и за рулем.

На Northwest вы можете рассчитывать найти выдающиеся классы, как в кампусе, так и за рулем, которые увлекательны, наполнены фактами, занимательны и нацелены на успех.

Мы не скрываем этого, мы уверены, что Northwest предлагает лучшие уроки вождения в Лас-Вегасе, независимо от вашего возраста и происхождения.Мы гордимся тем, что 98% наших студентов сдают экзамен с первого раза. Позвоните нам по телефону (702) 403-1592 , чтобы начать свое приключение с одним из наших опытных инструкторов.

Автор:

Рич Генрих

Мастер-инструктор, Почетный

Является ли молниеносная плазма ключом к более чистому двигателю автомобиля?

Сегодня на дорогах мира курсирует около миллиарда автомобилей, и почти все они работают от внутреннего сгорания.Фактически, технологии 150-летней давности лежат в основе большинства видов транспорта, будь то самолет, поезд или лодка. Важность двигателя для … ну, всего, , означает, что поколения действительно умных людей посвятили свою жизнь — и неисчислимые миллиарды долларов — тому, чтобы сделать его лучше. Но независимо от того, насколько он близок к совершенству, двигатель внутреннего сгорания всегда будет иметь один серьезный недостаток: он убивает нашу планету.

Большинство двигателей внутреннего сгорания сжигают ископаемое топливо и при этом выделяют парниковые газы, такие как диоксид углерода и оксид азота.В США на транспорт приходится почти треть выбросов парниковых газов, несмотря на ряд мер, направленных на ограничение его воздействия на окружающую среду. Двигатель внутреннего сгорания — принципиально грязная технология, но есть много способов сделать его чище. И они начинаются с искры, точнее, свечи зажигания.

Дэвид Хауэлл, директор отдела автомобильных технологий Министерства энергетики США, много времени уделяет размышлениям о том, как создать более совершенные двигатели.В этом году около 70 миллионов долларов — почти четверть годового бюджета его офиса — будет потрачено на исследования и разработки в области сжигания топлива и топлива. «Мы видим, что электромобили на аккумуляторных батареях широко распространены, но двигатели внутреннего сгорания в той или иной форме будут существовать еще долгое время», — говорит Хауэлл. «И нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы повысить эффективность и сократить выбросы».

В двигателях внутреннего сгорания существует глубокая связь между эффективностью и выбросами. Более эффективный двигатель использует меньше топлива для выполнения того же объема работы, а меньшее количество топлива означает меньшие выбросы.Есть несколько способов воспользоваться этим приростом эффективности. В течение многих лет Управление автомобильных технологий было сосредоточено на замене обычного бензина на более экологически чистое биотопливо.

«В двигателе внутреннего сгорания может использоваться широкий спектр видов топлива, и некоторые из них могут быть частично возобновляемыми», — говорит Хауэлл. Но чтобы избавиться от бензина на заправке, потребуется время. Это новое биотопливо должно быть не только таким же эффективным, как бензин, но и дешевым. А у бензина есть большая фору.«Бензин существует уже столетие, и его характеристики горения были значительно оптимизированы, — говорит Хауэлл. Поэтому, пока новые модные виды топлива Министерства энергетики не будут готовы для широкой публики, другие исследователи ищут способы улучшить использование обычного старого бензина в двигателях сегодня.

Типичный автомобильный двигатель объединяет воздух и газ в камере сгорания, а затем воспламеняет смесь с помощью свечи зажигания. Эта вековая технология расположена в камере сгорания и установлена ​​в верхней части двигателя в головке блока цилиндров.Когда поршень движется к верхней камере, сжимая топливно-воздушную смесь, свеча создает кратковременную электрическую искру. Искра запускает молекулярную мешанину, которая выделяет тепло и создает парниковые газы, которые выбрасываются из двигателя в виде выхлопных газов.

Одним из способов сокращения выбросов является смешивание большего количества воздуха с топливом во время сгорания, что известно как «обедненное сжигание». Идея проста — разбавить топливно-воздушную смесь большим количеством воздуха, но заставить ее работать — нет. Двигатели внутреннего сгорания лучше всего работают при очень определенном соотношении топлива к воздуху.Отклонение от этого соотношения может быстро сделать неэффективным каталитический нейтрализатор двигателя — систему дополнительной обработки, предназначенную для преобразования вредных газов, таких как оксид азота, в более безвредные вещества. В какой-то момент воздуха слишком много, чтобы двигатель вообще воспламенил топливно-воздушную смесь.

История автомобиля

Самые первые автономные дорожные транспортные средства были оснащены паровыми двигателями, и по этому определению Николя Жозеф Кюньо из Франции построил первый автомобиль в 1769 году, который был признан Британским Королевским автомобильным клубом и Автомобильным клубом Франции как первый.Так почему же так много книг по истории говорят, что автомобиль был изобретен Готлибом Даймлером или Карлом Бенцем? Это потому, что и Daimler, и Benz изобрели очень успешные и практичные автомобили с бензиновым двигателем, которые положили начало эре современных автомобилей. Даймлер и Бенц изобрели автомобили, которые выглядели и работали так же, как автомобили, которые мы используем сегодня. Однако было бы несправедливо утверждать, что кто-то из этих людей изобрел «автомобиль». История двигателя внутреннего сгорания — сердце автомобиля Двигатель внутреннего сгорания — это любой двигатель, который использует взрывное сгорание топлива для толкания поршня внутри цилиндра — движение поршня вращает коленчатый вал, который затем вращает колеса автомобиля. через цепь или приводной вал.Для двигателей внутреннего сгорания автомобилей обычно используются различные виды топлива: бензин (или бензин), дизельное топливо и керосин. Краткий очерк истории двигателя внутреннего сгорания включает следующие основные моменты: 1680 — Голландский физик Кристиан Гюйгенс разработал (но так и не построил) двигатель внутреннего сгорания, который должен был работать на порохе. 1807 — Франсуа Исаак де Риваз из Швейцарии изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода.Риваз сконструировал автомобиль для своего двигателя — первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Однако его конструкция была очень неудачной. 1824 — Английский инженер Сэмюэл Браун приспособил старый паровой двигатель Ньюкомена для сжигания газа и использовал его, чтобы ненадолго привести в движение транспортное средство на Шутерс-Хилл в Лондоне. 1858 — Инженер бельгийского происхождения Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел и запатентовал (1860 г.) электрический двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием двойного действия, работающий на угольном газе.В 1863 году Ленуар прикрепил улучшенный двигатель (на бензине и примитивном карбюраторе) к трехколесному фургону, которому удалось совершить историческое путешествие длиной в пятьдесят миль. (См. Изображение вверху) 1862 — Альфонс Бо де Рошас, французский инженер-строитель, запатентовал, но не построил четырехтактный двигатель (французский патент № 52,593, 16 января 1862 г.). 1864 — Австрийский инженер Зигфрид Маркус * построил одноцилиндровый двигатель с грубым карбюратором и прикрепил свой двигатель к тележке для скалистой 500-футовой езды.Несколько лет спустя Маркус сконструировал автомобиль, который ненадолго разгонялся до 10 миль в час, который несколько историков считали предшественником современного автомобиля, будучи первым в мире транспортным средством с бензиновым двигателем (однако, прочтите противоречивые примечания ниже). 1873 — Американский инженер Джордж Брайтон разработал неудачный двухтактный керосиновый двигатель (в нем использовались два внешних насосных цилиндра). Однако он считался первым безопасным и практичным масляным двигателем. 1866 — Немецкие инженеры Ойген Ланген и Николаус Август Отто усовершенствовали конструкции Ленуара и де Роша и изобрели более эффективный газовый двигатель. 1876 — Николаус Август Отто изобрел и позже запатентовал успешный четырехтактный двигатель, известный как «цикл Отто». 1876 — Первый успешный двухтактный двигатель был изобретен сэром Дугалдом Клерком. 1883 — Французский инженер Эдуард Деламар-Дебутвиль построил одноцилиндровый четырехтактный двигатель, работавший на печном газе.Неизвестно, действительно ли он построил автомобиль, однако проекты Деламара-Дебутвилля были очень продвинутыми для того времени — в некоторых отношениях опережали как Daimler, так и Benz, по крайней мере, на бумаге. 1885 — Готлиб Даймлер изобрел то, что часто называют прототипом современного газового двигателя — с вертикальным цилиндром и с впрыском бензина через карбюратор (запатентовано в 1887 году). Daimler сначала построил двухколесный автомобиль Reitwagen (ездовая повозка) с этим двигателем, а год спустя построил первый в мире четырехколесный автомобиль. 1886 — 29 января Карл Бенц получил первый патент (DRP № 37435) на автомобиль, работающий на газе. 1889 — Daimler построил улучшенный четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами и двумя V-образными цилиндрами. 1890 — Вильгельм Майбах построил первый четырехцилиндровый четырехтактный двигатель. Дополнительная литература — Механика двигателей внутреннего сгорания — Что такое 2-тактный двигатель? 4-тактный? Проектирование двигателей и автомобилей были неотъемлемой частью деятельности, почти все конструкторы двигателей, упомянутые выше, также проектировали автомобили, а некоторые из них стали крупными производителями автомобилей.Все эти изобретатели и многие другие внесли заметные улучшения в эволюцию автомобилей внутреннего сгорания. Важность Николауса Отто Одна из важнейших вех в разработке двигателей принадлежит Николаю Августу Отто, который в 1876 году изобрел эффективный газовый двигатель. Отто построил первый практический четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, названный «Двигатель цикла Отто», и как только он закончил работу над двигателем, он встроил его в мотоцикл.Вклад Отто был очень исторически значимым, именно его четырехтактный двигатель был повсеместно принят для всех будущих автомобилей, работающих на жидком топливе. (Узнайте больше о Николаус Отто ) Важность Карла Бенца В 1885 году немецкий инженер-механик Карл Бенц спроектировал и построил первый в мире практичный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. 29 января 1886 года Бенц получил первый патент (DRP No.37435) для автомобиля, работающего на газе. Это был трехколесный автомобиль; Бенц построил свой первый четырехколесный автомобиль в 1891 году. Benz & Cie., Компания, основанная изобретателем, стала крупнейшим в мире производителем автомобилей к 1900 году. Бенц был первым изобретателем, который интегрировал двигатель внутреннего сгорания с шасси — разработав и то, и другое. вместе. (Подробнее о Karl Benz ) Важность Готлиба Даймлера В 1885 году Готлиб Даймлер (вместе со своим партнером по проектированию Вильгельмом Майбахом) сделал шаг вперед в двигателе внутреннего сгорания Отто и запатентовал то, что обычно считается прототипом современного газового двигателя.Связь Даймлера с Отто была прямой; Даймлер работал техническим директором компании Deutz Gasmotorenfabrik, совладельцем которой в 1872 году являлся Николаус Отто. Есть некоторые разногласия относительно того, кто построил первый мотоцикл Отто или Daimler. Двигатель Daimler-Maybach 1885 года был небольшим, легким, быстрым, имел карбюратор с впрыском бензина и вертикальный цилиндр. Размер, скорость и эффективность двигателя сделали революцию в дизайне автомобилей. 8 марта 1886 года Даймлер взял дилижанс и приспособил его для размещения своего двигателя, тем самым спроектировав первый в мире четырехколесный автомобиль . Daimler считается первым изобретателем, который изобрел практический двигатель внутреннего сгорания. В 1889 году компания Daimler изобрела V-образный двухцилиндровый четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами. Как и двигатель Отто 1876 года, новый двигатель Daimler заложил основу для всех будущих двигателей автомобилей. В том же 1889 году Daimler и Maybach построили свой первый автомобиль с нуля, они не адаптировали другое транспортное средство, как всегда делали раньше.Новый автомобиль Daimler имел четырехступенчатую коробку передач и развивал скорость до 10 миль в час. Компания Daimler основала Daimler Motoren-Gesellschaft в 1890 году для производства своих моделей. Одиннадцать лет спустя Вильгельм Майбах сконструировал автомобиль Mercedes. (Узнайте больше о Gottlieb Daimler & Wilhelm Maybach ) * Если бы Зигфрид Маркус построил свою вторую машину в 1875 году, и она была бы такой, как заявлено, это была бы первая машина с четырехтактным двигателем и первая, которая использовала бензин в качестве топлива, первая имела карбюратор для бензинового двигателя. и первый с зажиганием от магнето.Однако единственное существующее свидетельство указывает на то, что автомобиль был построен примерно в 1888/89 году — слишком поздно, чтобы быть первым. Следующая страница > Начало сборочной линии все иллюстрации mary bellis

Вывод из эксплуатации двигателей внутреннего сгорания? Это уже происходит

• Некоторые автопроизводители уже признались, что прекратили разработку каких-либо новых двигателей внутреннего сгорания.
• Некоторые использовали многоэтапный подход, однако постепенно свертывали разработку на одних рынках раньше других.
• Видимый проблеск конца: Cadillac сказал, что CT4 и CT5 — последние V-образные автомобили, которые он будет производить.

---

Автопроизводители делают это официально — они постепенно отказываются от внутреннего сгорания и с разной степенью счастья движутся к полностью электрическому будущему. Итак, в какой момент действительно заканчивается более чем 120-летняя история производства и совершенствования бензиновых и дизельных двигателей? Некоторые автопроизводители заявляют, что процесс уже идет полным ходом, и больше не будут утверждены многомиллионные планы разработки двигателей.


Stellantis опоздал к электрификации, но в 2021 году он наверстывает упущенное, особенно после слияния Fiat Chrysler и PSA, в результате которого была создана компания. Jeep Wrangler 4xe — это подключаемый гибрид с четырехцилиндровым турбомотором и двумя электродвигателями общей мощностью 350 л.с. На вопрос, дошел ли бензиновый двигатель до конца линейки, пресс-секретарь Stellantis Лиза Бэрроу ответила: «Мы сказали, что для обновленного Jeep Grand Cherokee будет установлена ​​трансмиссия 4xe. Других анонсов двигателей мы пока не делали.”

Jeep заявляет, что каждая новая модель будет иметь определенную степень электрификации.

Stellantis

Будет ли 4xe Grand Cherokee обладать большей мощностью, и превратится ли концепт Magneto на базе аккумуляторной батареи на базе Wrangler в серийный автомобиль, как это кажется вероятным? Бэрроу отказался вдаваться в подробности, но Jeep заявил, что каждая новая модель будет иметь определенную степень электрификации. Компания уже продает подключаемые гибридные 4xe версии Compass и Renegade, но только в Европе.Картина неоднозначна, но нынешняя эпоха, когда преобладают огромные бензиновые двигатели в автомобилях Dodge, Chrysler, Ram и Jeep, может иметь ограниченный срок службы.

Генеральный директор Stellantis Карлос Таварес сыграл важную роль в развертывании электрического Leaf во время работы в Nissan и является горячим сторонником электрификации. В марте WardsAuto писал: «Stellantis стремится к электрическому будущему и не будет делать в будущем никаких крупных инвестиций в двигатели внутреннего сгорания, — говорит Таварес. Он будет работать с существующими двигателями меньшего размера от PSA и более крупными двигателями от FCA.”

Так же, как электрификация Stellantis ускоряется в Европе, Ford также лидирует на этом рынке. К 2026 году, по заявлению компании, 100 процентов ее европейских легковых автомобилей будут иметь «нулевые выбросы», как полностью электрические, так и гибридные, с полной электрификацией к 2030 году. BBC Top Gear высказал мнение: «Если вы находитесь в В США вашим пикапам и Mustang будет немного легче, потому что Ford электрифицировал только свой европейский модельный ряд ». Но это промежуточный шаг, и даже у Mustang теперь есть электромобиль Mach-E.

И все же расписание на внутреннем рынке Форда более мутное. «Как вы знаете, мы инвестируем не менее 22 миллиардов долларов до 2025 года в поставку совершенно новых электрифицированных автомобилей», — сказал Т. Рид, директор по связям с общественностью и корпоративной политикой Ford. «Мы также видим роль эффективных и гибридных двигателей внутреннего сгорания в определенных областях применения в Северной Америке, поскольку мы работаем над выполнением нашего обязательства по снижению выбросов углерода к 2050 году. Помимо этого, мы не комментируем предположения о будущих транспортных средствах или трансмиссиях.”

CT6-V Cadillac 2019 года: конец эпохи?

ДЖЕССИКА ЛИНН УОКЕР

General Motors удивила мир объявлением в январе прошлого года о том, что к 2035 году компания планирует прекратить продажу бензиновых и дизельных автомобилей. И, по крайней мере, в одном подразделении конвейер для новых двигателей V8, кажется, иссякает. «На стороне Cadillac нет никаких будущих двигателей внутреннего сгорания, которые я мог бы прокомментировать на данный момент», — сказал представитель Cadillac Стефан Кросс.«В то время как Cadillac стремится к полностью электрическому будущему, продукты электромобилей и интегральных схем будут по-прежнему предлагаться вместе по мере появления новых альтернатив электромобилей. 4,2-литровый двигатель V8 с двумя турбинами, известный как Blackwing, доступен только в Cadillac CT6 Platinum и CT6-V с 2019 по 2020 год. В настоящее время у нас нет никаких дополнительных планов по поводу этого движка ».

Давайте на мгновение остановимся на Cadillac и его двигателе. Хотя совершенно новый Blackwing был собран вручную в Боулинг-Грин, штат Кентукки, и никогда не предназначался для массового производства, он определенно должен был иметь более длительный срок хранения, чем сейчас.Он предлагался в том, что тогда было CT6 V-Sport (с изменением названия в какой-то момент на CT6-V). В 2019 году было произведено всего 875 автомобилей, а в 2020 году — 600. Это был медвежий двигатель с мощностью 550 л.с. и крутящим моментом 640 фунт-фут.

550-сильный двигатель Cadillac с твин-турбонаддувом и 4,2-литровым двигателем V8 попал в очень немногие автомобили.

Кадиллак

При первом показе на шоу-каре Escala компания Cadillac заявила, что новый V8 является «прототипом новой системы, разрабатываемой для будущих моделей Cadillac.Но этого не произошло, и двигатель и затраты на его разработку списаны. Road & Track ссылается на источник, который сказал, что в Blackwing было вложено 16 миллионов долларов, при этом стоимость сборки каждого двигателя составила 20 000 долларов.

Между тем, компания Cadillac высокого класса отошла от CT6 и включила в себя два аккумуляторных автомобиля, внедорожник Lyriq (будет доступен в начале 2022 года как модель 2023 года) и седан в стиле фастбэк Celestiq (который будет представлен позже этим летом).

Материнская компания Cadillac, как и Ford, немного подстраховывается.«GM стремится к 2035 году устранить выбросы выхлопных газов из выхлопных труб новых легковых автомобилей и к 2040 году добиться углеродно-нейтрального баланса в производстве и производстве», — сказал Крис Бонелли, глобальный представитель GM в области двигателей. «При этом у нас есть план продукта для поддержки наших основных программ внутреннего сгорания до 2035 года, который включает важные обновления наших текущих двигателей и совершенно новые конструкции двигателей, о которых еще не объявлено. Мы считаем, что можем стремиться к 2035 году и, в конечном итоге, к полностью электрическому будущему, продолжая при этом вводить новшества и развивать наши предложения IC.”

Платформа Ultium — это основа стратегии GM в области электромобилей.

GM

Но большие деньги на разработку в GM идут на электромобили, включая инвестиции в размере 2,3 миллиарда долларов с LG Energy Solution в завод по производству аккумуляторов Ultium в Теннесси.

В Европе автопроизводители с меньшей охотой говорят о своих планах по поэтапному отказу от бензина и дизельного топлива. Генеральный директор Audi Маркус Дюсманн заявил немецкому изданию Automobilwoche : «Мы больше не будем разрабатывать новый двигатель внутреннего сгорания, а адаптируем наши существующие двигатели к новым директивам по выбросам.Он сказал, что новые и строгие нормы выбросов Евро-7 очень ограничивают двигатели внутреннего сгорания. Генеральный директор VW Ральф Брандштеттер сказал примерно то же самое.

Главный операционный директор Mercedes-Benz Cars Маркус Шефер, отвечающий за групповые исследования, также общался с немецкими СМИ. Он сказал Auto Motor und Sport , что у него нет планов по созданию двигателей IC следующего поколения. К 2022 году все автомобили Benz будут предлагаться в электрифицированных версиях.

Только BMW сохраняет курс.Генеральный директор BMW Оливер Зипсе заявил, что компания не планирует прекращать разработку газовых и дизельных двигателей, и добавил, что спрос на автомобили внутреннего сгорания «останется устойчивым в течение многих лет». Но BMW также ускоряет планы электромобилей и недавно выпустила электрический i4 2022 с запасом хода до 300 миль.

Toyota заявила еще в 2017 году, что не планирует производить двигатели внутреннего сгорания после 2040 года, но неясно, что она думает сейчас. В 2019 году Honda объявила, что после 2022 года будет продавать в Европе только электромобили и гибриды.Возможно, мышление компании неуместно, по крайней мере, на внутреннем рынке, потому что Япония рассматривает вопрос о запрете традиционного внутреннего сгорания к середине 2030-х годов, оставив только аккумуляторные электромобили и подключаемые гибриды.

Совершенно очевидно, что у традиционных автомобилей с бензиновым и дизельным топливом — на сегодняшний день большая часть рынка — в ближайшем будущем будет ограничен нулевой срок хранения. Корвет с батарейным питанием? Почему нет? У нас уже есть плагин Mustang.

Неужели — конец пути для двигателей внутреннего сгорания — наступит так быстро? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.