Метод дублирования. 11 примеров из конструкции ДВС / Хабр
Дублирование (от французского doubler удваивать) в системе это вид резервирования, имеющего минимальную избыточность.
Статья эволюция развития автомобильных двигателей с начала 90-х годов вызвала интерес, и сильное обсуждение преобразований в двигателестроении. Эта статья будет ее продолжением без временных рамок, но с одним общим условием — все представленные примеры повысили надежность, и ряд других характеристик ДВС в лучшую сторону.
2 ДВС в одном автомобиле (Полный привод без сложной трансмиссии)
Обычно перед инженерами стоит непростой выбор — какой привод выбрать? Идеальным решением конечно будет полный привод, но помимо проблем с развесовкой по осям тут всплывают и дополнительные сложности из за трансмиссии. Простым решением проблемы может служить решение установить два двигателя в автомобиль.
Первые серийные 2-х моторные автомобили появились еще в 1935-ом году.
Немецкая фирма Vidal & Sohn Tempo-Werk GmbH» пытаясь выиграть военный заказ предложила простой и технологичный автомобиль под названием Tempo 1200G.
Число 1200 отображало суммарный объем двух двухтактных моторов, а мощность до 36 л.с. Из оригинальных решений кроме моторов стоит отметить два запасных колеса расположенных по бортам между передней и задней осью. Такое решение позволяло машине передвигаться по бездорожью без риска повредить днище.
Серийный выпуск модели 1200G продолжался до 43-го года, но и после производство продолжилось уже для нужд других стран (Австрия, Турция, Финляндия, Румыния, Болгария, Дания).
Следующий «двухмоторник» — Citroen Sahara.
Этот автомобиль созданный на базе легендарной малолитражки Citroen 2CV стал результатом борьбы за нефтяные контракты в Африке. Простое решение с двумя моторами понравилось заказчикам и в результате в период с 1960 по 1966 год было построено 692 Citroen Sahara.
Кроме этих двух серийных машин были и другие двухмоторные автомобили.
Mini Cooper Twini.
VW Golf II Pikes Peak
VW Scirocco 280/4
MTM TT Bimoto
Mercedes-Benz A38 AMGНе стабильный на лосином тесте MB A-Class был проблемой для имиджа марки.
Дело в том что автомобиль обладал слишком большой «парусностью» по отношению к массе, из-за особенностей установки мотора. В AMG придумали как решить эту проблему… установив сзади второй двигатель!
В А38 установили два двигателя от А190 общей мощностью 254 л. с. и моментом 360 Нм. С помощью такой силовой установки А38 стал набирать 100 км/ч всего за 5,7 с, а максимальная скорость достигла 230 км/ч. Кроме того, спецы AMG уменьшили клиренс на 10 мм.
Интересно, что задний двигатель запускается отдельно от переднего с помощью специального переключателя, встроенного в блок управления стеклоподъемниками.
2 турбины для ДВС (всего несколько десятилетий и уже стандартное решение)
Две турбины на автомобиле сейчас уже не вызывают удивления (некоторые машины уже имеют и больше), но по прежнему с точки зрения надежности это одно из наиболее приемлемых решений. Аналоги решения проблемы инерционности турбины вроде Variable-Nozzle Turbine и электро-турбины пока не настолько простое решение, а часто даже не всегда необходимое.
Преимущества двух турбин в виде уменьшения времени турбо-задержки, увеличения мощности и экономичности в широком диапазоне оборотов двигателя хорошо отработаны на ДВС абсолютно разного назначения и объема.
Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».
Сейчас технология несколько «усложнилась» и две турбины теперь разного размера для обеспечения стабильной тяги без «турбо-ямы».
Главное преимущество — увеличение мощности при относительно небольших габаритах ДВС по сравнению с атмосферной версией впрочем тоже имеет свои пределы, но во многом проблемы связаны уже с очередным «удвоением» количества турбин до четырех («квадро-турбо» от BMW).
2-х режимный впуск (впуск изменяемой геометрии). Проблема выбора между двух «зол» решена
Не зря многие автомобилисты сравнивают мотор с сердцем. Процессы внутри ДВС во многом схожи с пульсирующим органом, так как тоже состоят из целого ряда пульсаций.
В процессе работы двигателя во впускном коллекторе так же возникают пульсации из за цикличности процесса всасывания воздуха и выпуска отработавших газов. При определенном резонансе движения волн воздуха внутри коллектора это может даже помочь наполнению цилиндра, но проблема в том что этот процесс работает только на определенном диапазоне оборотов.
Все остальные пульсации выше или ниже этой планки вредят процессу смесеобразования в ДВС.
Для решения этой проблемы иногда ставят «длинный» впускной коллектор (если нужна хорошая тяга на низких оборотах), или «короткий» (для высоких оборотов). Разумеется со временем инженеры задумались о «совмещении функций» в одном устройстве и создали впускной коллектор изменяемой геометрии.
Аналогия из биологии. Лучший пример «зачем это надо?» это дыхание во время бега человека. При небольших нагрузках мы предпочитаем дышать носом, но когда воздуха не хватает «всасываем» воздух уже ртом и носом (при критически высоких нагрузках — только ртом).
Впуск переменной длины сейчас применяется как в дизельных, так и бензиновых двигателях. Даже на ВАЗ такой делали. В надувных двигателях впускной коллектор переменной длины не используется, т.к. необходимый объем воздуха в камере сгорания обеспечивается механическим нагнетателем или турбокомпрессором.
От 2 клапанов к 4-м (удвоение)
Количеством клапанов на цилиндр сейчас мало кого удивишь, а тем не менее этот показатель когда то вызывал интерес у водителей 90-х. Как всякая новая технология в те времена она обросла целым рядом мифов, которые изжили себя уже в наше время (конечно представить себе удвоение движущихся деталей без сопутствующих проблем сложно, но по факту вышло именно так).
Увеличение количества клапанов позволяет снизить массу каждого из них, а значит, клапаны могут двигаться быстрее, создавая меньше нагрузок на пружину и седло. Так что, как ни странно, кажущийся на первый взгляд более сложным двигатель в целом был надежнее аналогичного 2-х клапанного.
Тема увеличения количества клапанов так же неизменно связана с другим видом «раздвоения» — установкой двух распредвалов в ГБЦ ДВС.
2 распределительных вала (DOHC)
Двигатели с 2 распределительными валами получили обозначение DOHC (Double OverHead Camshaft) что буквально означает «двойной верхний распределительный вал».
Широкое распространение данная конструкция получила во многом за счет предыдущих преобразований в ДВС (увеличение оборотов которое непосредственно определило внедрение большего количества клапанов, электронного впрыска и т. д.). Для таких условий эксплуатации простота и надежность работы сыграла решающую роль. Так же «двойной распредвал» позволил более точно выставлять фазы ГРМ что увеличивало показатели мощности из за качественно улучшенного смешивания топливной смеси в цилиндрах ДВС.
Так переделка ГБЦ с 8 клапанной в 16-ти уже сейчас не представляет особых проблем.
2х рядная цепь ГРМ
После внедрения DOHC стал закономерный вопрос — чем приводить в движение распределительные валы в ГБЦ? Так как раньше привод осуществлялся толкателями (что и было причиной ограничения максимальных оборотов двигателя), а сейчас подобный метод свел бы в ноль все преимущества двух распредвалов и многоклапанности. Выход был простой — либо ремнем, либо цепью, и именно выбор цепи в данном случае с точки зрения надежности самый оптимальный.
Наиболее надежным приводом до сих пор считается двухрядная цепь. Сроки эксплуатации цепи совпадают с сроками службы самого двигателя, а двухрядная по понятным причинам еще и более износоустойчива в процессе работы. С временем правда необходимость в высокой надежности отпала, и на данный момент ремни ГРМ и менее надежная однорядная цепь более популярный вариант.
В наше время есть примеры «тюнинга» отечественной техники в виде установки 2-х рядной цепи на «Ниву».
2-х массовый маховик
Словосочетание двухмассовый маховик на первый взгляд все же не подпадает под определение дублирования, но как и впуск переменной длины по сути является объединением двух противоречий.
Аббревиатуры ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (Zweimassenschwungrad) и DMF (dual mass flywheel) обозначают на трех языках одно и то же изделие – маховик с двумя подвижными друг относительно друга корпусами из стали на одной оси.
Основа идеи разделения масс — избавление от резонанса возникающего на определенных оборотах двигателя, и необходимость избавления от демпферов крутильных колебаний для которых просто не оставалось места. Резонанс так или иначе все равно проявляется на моторах с облегченным и обычным маховиком, если нет гасителей этих колебаний. Перенос функции демпфирования крутильных колебаний в двухмассовый маховик позволил избавиться не только от опасности резонанса в двигателе, но и исключил эту же проблему в трансмиссии.
Недостатком подобного совмещения в эксплуатации стала необходимость замены ДММ вместе с комплектом сцепления по истечению срока службы, так как ресурс двух агрегатов примерно одинаковый. В результате повышенная надежность и возможность переносить более высокие пиковые нагрузки ДММ не так заметна для потребителя как сам факт необходимости замены этой традиционно «вечной» детали в автомобиле.
Фактически понятие надежность тут стоит воспринимать не как фактор повышенного ресурса маховика, а как влияние использования ДММ на общую надежность мотора и трансмиссии.
2 шатуна на круглый поршень — это лучше чем 2 шатуна на овальный как у Хонды …
Очень странной конструкцией с двумя шатунами в ДВС удивляли дважды.
Первый как это обычно бывает сильно удивил, но не «взлетел», а второй стал более успешным. Оба раза речь шла о двигателе мотоцикла!
В 1977 году Хонда решила кардинально изменить свое положение в мотоспорте установив на мотоцикл четырехтактный двигатель с 8 клапанами на цилиндр, и двумя шатунами. Это решение было очень сложным технически, но чего не сделаешь для победы в гонках?
Итог испытаний показал что выигрыша эта конструкция не давала и постоянно ломалась.
Вторым удачным двухшатунным ДВС стал двухцилиндровый турбодизель на мотоцикле NEANDER 1400 TURBODIESEL.
Количество инноваций в моторе огромно, так как изначально планировалось делать его для выступлений на MotoGP, но дальше что то пошло не так… и получился уникальный круизер на солярке. Упрощённо это звучит так – в двух цилиндрах по поршню, который передает момент на шатуны, соединенные с двумя коленвалами. Коленвалы соеденены шестернями и вращаются в разные стороны. Такой конструкторский порыв позволил в результате уравновесить боковые силы действующие на поршень и устанавливать поршни без “юбок”.
Главная проблема моторов – потери на трение и износ в данном случае решена методом уравновешивания, что позволило уже на эксперементальной конструкции для MotoGP (на бензине) достичь 12 тыс. Оборотов. Поэтому 4 – 4. 5 тыс. Оборотов для дизеля не оказывают негативного воздействия на мотор.
2 поршня на цилиндр, или «оппозитник» наоборот
Мотор с встречным движением поршней или двигатель с противоположно-движущемся поршнями (ПДП) вопреки его современному маркетинговому прототипу все таки не только существовал, но и успешно эксплуатируется до сих пор.
Двигатели этой схемы применяются в тепловозах, танках, авиации и судостроении.
Первый ПДП был построен еще в 1900 году компанией Gobron-Brillié, а уже в 1903 году автомобиль с этим мотором достиг скорости 100 миль в час! Далее немного переделанная кострукция французов уже использовалась в авиации фирмой Юнкерс.
Дизельный вариант ПДП был построен в России инженером Р.А. Корейво, и запатентован в 1907 году во Франции.
Схожий по философии на ПДП вариант так же ставили на мотоциклы.
2 форсунки на цилиндр. Зачем усложнять?
Традиционно, когда говорят о количестве цилиндров в двигателе, то считается что количество форсунок равно этому числу. Зачем устанавливать больше?
Безусловно усложнение лишним впрыском сильно влияет на надежность, если речь идет о впрыске закиси азота, газа или даже воздуха. Однако не все так однозначно, и увеличение количества клапанов на цилиндр как оказалось имеет и свой негативный эффект…
В двигателях внутреннего сгорания с системой Dual Injector не одна форсунка на цилиндр, а две — для каждого клапана своя.
Из-за этого диаметр капель топлива, попадающих в цилиндр, уменьшается на 60%, поэтому бензин сгорает плавно и стабильно, особенно в сочетании с системой автоматического регулирования фаз газораспределения, поясняют специалисты компании Nissan. Экономия топлива — 4% по сравнению с моторами с непосредственным впрыском.
Новая технология экономична со всех точек зрения: она дешевле обходится при производстве (не требуется насос высокого давления), меньше весит, имеет простую конструкцию и позволяет сокращать выбросы углекислого газа в атмосферу. Как отмечает Nissan, эта система отлично подходит для двигателей небольшого объема, на которых прямой впрыск устанавливать слишком дорого и технически непросто.
Конкуренты Ниссана в стране восходящего солнца так же создали свой вариант «2 форсунок на цилиндр», но с более сложной конструкцией.Так Lexus на серийном моторе стал устанавливать систему D-4S — Direct Injection 4-stroke petrol Superior version, которая совмещает достоинства непосредственного и обычного впрыска.
Гибридный впрыск за счет различных алгоритмов впрыска работает либо задействуя обе форсунки для впрыска, либо только одну (на режиме оборотов выше средней нагрузки). Таким образом экономится ресурс форсунок непосредственного впрыска и даже достигается экономия топлива — экологичность.
2 свечи на цилиндр. Технологии неба для земли
Когда сейчас говорят 2 свечи на цилиндр подразумевают Twin Spark от Alfa Romeo.
Впервые «2 свечи» появились на моторах послевоенных гоночных Alfa Romeo как адаптация авиа-технологий для автомобильных моторов. Решение кроме очевидных плюсов дало и неожиданную проблему в первые годы своего использования. Проблема в том что рост мощности из за лучшего сгорания прибавил динамики автомобилю что создало проблемы для управляемости. В результате итальянцы уже в середине 30-х годов из за доработки мотора вынуждены были заняться серьезными исследованиями в области доработки шасси.
На данный момент Alfa Romeo является единственной фирмой которая все свои моторы снабжает этой технологией.
P.S. — Примеров дублирования в автомобиле значительно больше. Особенно это хорошо видно в электронике автомобиля, а уже с приходом беспилотных технологий таких примеров станет еще больше. Я перечислил лишь самые основные, которые повлияли на развитие двигателестроения так же, как введение дублирования процессоров на рост вычислительной мощности компьютеров.
Электротяга вместо ДВС? Для каких машин это имеет смысл – DW – 30.06.2022
Олдтаймер марки Framo станет электрокаром после тюнинга в ЭрфуртеФото: Gero Rueter/DW
Экономика и бизнесГермания
Геро Рютер | Михаил Бушуев
30 июня 2022 г.
Продажи электроавтомобилей в мире удвоились за год, но могли бы и больше — тормозит высокая цена. А что если поменять старый бензиновый или дизельный двигатель на электрический?
https://p.dw.
com/p/4DD0U
Реклама
«Переоборудование дизельных автобусов в электрические не только с технической точки зрения завораживающее дело, но и экономически — это выгодная операция для всех сторон», — уверен Ханс-Георг Херб (Hans-Georg Herb), глава компании Elerra из Эрфурта (это на востоке Германии). Компания Херба специализируется на переоснащении традиционного автотранспорта электрическими двигателями. Вот сейчас очередь в его мастерской дошла до рейсового автобуса, который проездил на дизельном моторе 10 лет. Старый двигатель уже сняли, осталось встроить новый: заднюю ось и два электромотора — в ступицах колес. «Выглядит просто, но внутри — хайтек», — объясняет Херб.
Новая конструкция занимает меньше места, чем старая, так что для электрических аккумуляторов хватает места. «Сюда можно встроить восемь батарей с энергоемкостью в 200 кВт/час. Такому автобусу этого хватит примерно на 250 километров пути», — считает Херб.
Электробус на базе подержанного автобуса — выгодно
В зависимости от размера аккумулятора переоснащение обходится от 300 до 340 тысяч евро.
Дорого, если не учитывать, что новый электроавтобус стоит сегодня вдвое дороже. Херб рассчитывает на то, что получит новые заказы на переоснащение рейсовых автобусов. «В этом году мы еще успеем переоснастить три автобуса», — говорит он. Но план на следующий год — переоснастить 60-70 автобусов электротягой, в сотрудничестве с другими мастерскими — довести это число до 200-300.
Спрос на электроавтобусы для городского транспорта растет благодаря новым правилам Евросоюза: больше половины новых машин должны быть оснащены электрическими моторами. Только в Германии закупается более 3000 штук ежегодно и более 15 000 — в целом в ЕС. Промышленные производители столько предоставить пока не могут. В то же время для транспортных предприятий рейсовые электроавтобусы — это выгодная альтернатива традиционным, так как электробусы меньше нуждаются в ремонте, и в сравнении с дизельными обходятся дешевле в эксплуатации — в зависимости от конфигурации до 60 процентов.
Такое переоснащение станет международным трендом, ожидает Херб: цены на аккумуляторные батареи падают, массовое производство позволяет снизить и цены на компоненты к электрическим моторам, встроенным в ступицу колеса. Вскоре стоимость переоснащения можно будет снизить практически вполовину. «Я могу себе представить, что практически половина работающих сегодня автобусов будет переоснащена. Если мы хотим добиться декарбонизации, то без такого переоснащения нам этой цели не добиться», — считает глава Elerra.
Легковушки? «Только в качестве хобби»
В принципе, любой бензиновый или дизельный автомобиль можно сделать электрокаром: снять мотор внутреннего сгорания, поставить электромотор и аккумуляторные батареи, а также поменять электронику. Тот же Ханс-Георг Херб впервые попробовал такое переоснащение в 2014 году на знаменитом Porsche 911. И только потом принялся за олдтаймеры, грузовой и пассажирский транспорт.
«Ягуар» 1993 года получит электротягу. «Это скорее хобби», — говорит автомеханик ХербФото: Gero Rueter/DWНо цена переоснащения олдтаймера под силу не каждому: около 60 тысяч евро обойдется такая работу владельцу лимузина «Ягуар» 1993 года выпуска.
«Клиент попросил электризовать этот автомобиль. Я использовал в этом случае старые модули компании Tesla», — объясняет свою работу Херб. Для понимания того, как складывается такой счет, он объясняет: мотор и аккумулятор обходятся для олдтаймеров в сумму не менее 10 тысяч евро, само переоснащение занимает более 100 часов работы автомеханика, это самая большая статья расходов.
Чисто экономически такое переоснащение смысла не имеет, говорит Херб. «Подобные автомобили, как правило, используются редко, так что расходы на обслуживание роли не играют. Такое переоснащение — это скорее хобби», — считает автомеханик. Тем не менее запросы от частных клиентов не прекращают поступать к нему, и он, по собственным словам, устает повторять одно и то же. «Ну вот, например, звонит человек и спрашивает, можно ли переоснастить VW Polo. Я отвечаю: «Если ты купишь VW E-Up (мини-электрокар. — Ред.), то это окажется и дешевле, и, возможно, лучше, чем наш итоговый результат. Нет смысла переоснащать VW Polo, я это вынужден объяснять очень многим людям», — резюмировал Херб.
Коммерческий транспорт — еще одна ниша
Помимо электробуса, в мастерской Херба стоят три новых грузовых автомобиля — небольшой грузовик Fuso производства Daimler и Mitsubishi. Электрических версий этих грузовых машин производители пока не предлагают, так что их переоснащают тоже в полноприводные электрогрузовики, с новым софтом для автомобильной электроники, которая должна обеспечить эффективную работу нового двигателя и аккумуляторов. «Этот транспорт хорошо годится для работы в зимних условиях, поэтому мы сделаем небольшую серию таких автомобилей для городских условий», — объясняет задачи Херб.
Ханс-Георг Херб и его мастерская — далеко не единственная в ЕС, которая предлагает такое переоснащение. Их клиенты — это небольшие европейские муниципалитеты, которые в стремлении добиться снижения вредных выбросов ищут варианты отказа от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, а также службы доставки, которые стремятся переоборудовать свой транспорт.
Смотрите также:
Что говорят поклонники и критики Илона Маска
To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video
Написать в редакцию
Реклама
Пропустить раздел Еще по темеЕще по теме
Пропустить раздел Топ-тема1 стр. из 3
Пропустить раздел Другие публикации DWНа главную страницу
Как работают автомобильные двигатели | Артикул
Окунитесь во взрывоопасный мир четырехтактного двигателя
Приблизительно один миллиард автомобилей на дорогах использует бензин для передвижения. И хотя основные принципы работы двигателей внутреннего сгорания, на которые они опираются, не претерпели кардинальных изменений в течение почти 150 лет, в наших автомобилях используется удивительный уровень химии.
Источник: © X-RAY Pictures/Shutterstock
Слова «автомобиль» и «взрыв» несовместимы. Но именно поршневые взрывы в двигателе внутреннего сгорания заставляют ваш автомобиль двигаться
В большинстве автомобилей используется четырехтактный двигатель, разработанный Николаусом Отто в 1861 году. Этот двигатель имеет ряд отверстий, называемых цилиндрами, с поршнем внутри. Когда поршень опускается, он втягивает воздух и бензин, смесь углеводородов и присадок для защиты двигателя. Затем поршень движется вверх, сжимая смесь и создавая идеальное сочетание температуры – до 2500°C – и давления. Как только поршень достигает своего верхнего положения, создается искра.
Теперь у нас есть ключевые ингредиенты для горения – кислород, топливо и тепло – которые вызывают взрыв, который снова опускает поршень. На обратном пути поршень выдавливает продукты сгорания в виде выхлопных газов и возвращается в исходное положение, чтобы цикл начался снова. Прикрепив нижнюю часть поршня к коленчатому валу, взрывы, создаваемые каждым цилиндром, приводят автомобиль в движение.
Весь процесс происходит быстро: кривошип болида Формулы-1 вращается со скоростью около 15 000 оборотов в минуту, что составляет примерно 50 000 взрывов в двигателе на каждом круге.
Загадка возгорания
Однако с этой установкой связано много проблем. Во-первых, это невероятно неэффективно. Хотя углеводороды содержат много химической энергии, большая ее часть теряется в виде тепла, а не для питания автомобиля. Даже самый эффективный двигатель внутреннего сгорания может работать только с тепловым КПД 50%. Также трудно получить точный баланс топлива и воздуха в двигателе, чтобы обеспечить полное сгорание. Слишком мало воздуха означает, что топливо «богатое» и более мощное, но расточительное. Слишком много воздуха и «обедненное» топливо, которое производит меньше энергии и заставляет двигатель гореть сильнее.
Мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически не выбрасывают вредных веществ
Взрывы тоже могут быть проблемой.
Ранние бензиновые двигатели часто имели проблему «детонации», когда небольшие воздушные карманы в цилиндре воспламенялись сами по себе, а не поршень, толкаемый гладкой стеной пламени. Эту проблему решил химик Томас Мидгли-младший, который предложил добавлять в бензин тетраэтилсвинец. Если бы образовался карман, вместо того, чтобы прервать цикл, он просто образовал бы небольшие комочки свинца или газообразного оксида свинца, которые можно было бы вытолкнуть с выхлопом. К сожалению, свинец токсичен для человека, что приводит к повреждению головного мозга, а его выделение с выхлопными газами автомобилей оказалось смертельным. Сегодня этилированный бензин запрещен во всем мире, а проблемы с детонацией решаются другими способами.
Истощающее загрязнение
Еще есть отработанный газ. Неполное сгорание в двигателе приводит к образованию выхлопных газов, содержащих углеводороды, двуокись углерода (CO 2 ), окись углерода (CO) и смесь оксидов азота (NO x ), которые могут вызывать кислотные дожди.
Все эти атмосферные загрязнители ужасны для планеты, поэтому почти все современные автомобили включают в себя каталитический нейтрализатор выхлопных газов — небольшую коробку с керамической сотовой структурой, заполненную такими металлами, как платина или палладий. При достаточной температуре (около 400°C) металл вступает в реакцию с отработавшими газами двигателя, что приводит к окислению СО до СО 2 и окисление несгоревших углеводородов в CO 2 и воду. Современные каталитические нейтрализаторы являются «трехсторонними», поэтому также уменьшайте количество газов NO x , сначала реагируя с CO с образованием азота.
Несмотря на все эти усилия, трудно не признать, что двигатель внутреннего сгорания вреден для планеты. По оценкам Международного энергетического агентства, на транспорт приходится четверть глобальных выбросов CO 2 , и три четверти этого объема приходится на дорожное движение. Именно поэтому мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, имеющие гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически без выбросов.
Тем не менее, имея миллиард автомобилей, пройдут десятилетия, прежде чем бензиновые и дизельные автомобили исчезнут навсегда, и мы, наконец, перейдем к более чистым и эффективным способам передвижения.
Кит ЧепменКит — отмеченный наградами научный журналист и ранее был редактором комментариев журнала Chemistry World
Темы
- Применение химии
- Топливо
- Загрязнение
Почему двигатель внутреннего сгорания?
«Разве мы все скоро не будем водить электромобили?»
Этот вопрос мне часто задают, когда я говорю кому-то, что работаю в компании Achates Power, которая разрабатывает экологически чистый дизельный двигатель с более низким расходом топлива. Мой ответ: «Вряд ли».
С 1860-х годов двигатель внутреннего сгорания (ДВС) играет важную роль в транспорте. Совсем недавно Министерство энергетики США опубликовало свой четырехлетний обзор технологий, в котором говорится: «Производительность, низкая стоимость и гибкость двигателей с топливом делают вероятным, что они будут продолжать доминировать в автопарке, по крайней мере, в течение следующих нескольких десятилетий».
Так почему двигатель внутреннего сгорания, а не аккумуляторно-электрическая трансмиссия? Причина проста: пока транспортные средства должны иметь собственный источник энергии, трудно превзойти формы энергии, которые имеют наибольшую плотность (как по весу, так и по объему), легко доступны и экономически эффективны. Жидкие углеводороды — это именно то, что нужно. Дизельное топливо имеет примерно в 100 раз большую гравиметрическую плотность энергии, чем литий-ионный аккумулятор. Аккумуляторы Tesla Roadster, например, весят 450 кг и имеют такое же количество энергии, как менее 1,5 галлона (4,5 кг) дизельного топлива. Увеличение веса и размера транспортных средств делает их менее эффективными. Кроме того, батареи дорогие — насколько я читал, около 36 000 долларов для Tesla и 8 000 долларов для батарей Chevy Volt.
Дополнительным преимуществом двигателей внутреннего сгорания является то, что дизельное топливо и бензин как жидкости легко транспортируются, широко доступны и могут быть быстро заправлены.
Чего нельзя сказать об их электрических аналогах. Сегодня на дорогах находится один миллиард автомобилей, а в будущем ожидается два миллиарда, поэтому в настоящее время нет инфраструктуры для удовлетворения потребностей в заправке электромобилей. А время перезарядки до восьми часов делает заправку в лучшем случае сложной задачей.
В будущем я ожидаю, что некоторые легковые и коммерческие автомобили будут электрифицированы, поскольку производители ищут пути повышения эффективности.
Однако когда дело доходит до дальнемагистральных грузовиков, электрификация не подходит. Количество энергии, необходимое для перевозки 80 000 фунтов по стране, слишком много для батарей. Проблема возрастает для кораблей и самолетов, поэтому мы будем использовать жидкие углеводороды — почти идеальный способ хранения энергии — в течение длительного времени, даже если в конечном итоге жидкие углеводороды будут поступать из ненефтяных источников, таких как водоросли, биотопливо или газ. к-жидкости.
Двигатели внутреннего сгорания никуда не денутся.