ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

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+

Что это — ДВС в автомобиле?

Двигатель внутреннего сгорания в автомобилях – это самая главная составляющая. Если бы ДВС не был изобретен, тогда бы отрасль автомобилестроения, скорее всего, остановилась бы на колесе и не развилась дальше до современных масштабов. Двигатель сделал настоящую революцию. Давайте поговорим о том, что такое ДВС, о его истории, устройстве и принципе действия.

Первые попытки к созданию агрегата, подобного двигателю внутреннего сгорания, начались в 18 веке. Многие изобретатели со всего мира долго пытались создать механизм, в котором бы энергия от сгорания топлива могла бы превращаться в механическую.

Первый двигатель

Первыми о том, что такое ДВС и как его построить, задумались братья Ньепс из Франции. Они изобрели и собрали устройство, которое назвали «пирэолофор». Топливом в данном моторе выступала угольная пыль, но при всей эффективности данный механизм не получил особого признания в науке и остался только в виде чертежей. «Пирэолофор» имел очень несовершенную конструкцию. Он отличался высокими рабочими температурами и огромным расходом топлива при относительно низкой эффективности. Также этот агрегат потреблял много масла. Но уже тогда данный двигатель устанавливался на первые, еще не совершенные трехколесные машины.

Вторая попытка

В 1864 году Зигфрид Маркус, который занимался различными изобретениями, показал миру первый одноцилиндровый карбюраторный мотор. Он приводился в действие от энергии сгорания продуктов нефтепереработки. Этот ДВС был способен развивать существенную на тот момент скорость – 10 миль в час.

Двухцилиндровый мотор Брайтона

В 1873 году инженер Джордж Брайтон на основе уже существующих разработок создал двухцилиндровый ДВС. В самом начале мотор функционировал на керосине, а затем его перевели на бензин. Среди недостатков этого аппарата выделяли слишком крупные размеры.

Двигатель Отто

В 1876 году был сделан большой шаг в истории ДВС. Николас Отто сумел создать технически сложный агрегат, который максимально эффективно преобразовывал энергию сгорания нефтепродуктов в механическую энергию. В 1883 году французский инженер Деламар создает мотор, где в качестве топлива мог бы использоваться природный газ. Однако это изобретение также не нашло отклик и существует только на бумаге в виде чертежей.

Громкое имя в истории автомобилестроения

В 1815 году о том, что такое ДВС и как его можно использовать, задумался Готтлиб Даймлер. Он не просто создал эффективный двигатель, а наладил производство прототипа современного агрегата с вертикальным расположением цилиндров и карбюраторным впрыском.

Это первый на тот момент компактный механизм, который затем поспособствовал развитию автомобилестроения.

Общие определения о ДВС

О том, что такое ДВС в машине, знают, наверное, все. Но основная особенность любого механизма внутреннего сгорания в том, что топливная смесь поджигается непосредственно в рабочей камере, а не в каких-нибудь внешних носителях.В процессе работы двигателя выделяется химическая и тепловая энергия, которая преобразуется в механическую. О том, что такое ДВС, рассказывают в школьном курсе физики, а принцип работы основывается на эффекте от теплового расширения газов, образовавшихся в процессе сгорания горючей смеси под давлением в камере сгорания.

Виды ДВС

Можно выделить поршневые ДВС. Они наиболее эффективные. Это подтвердит человек, который имеет навыки обслуживания и ремонта двигателей, – машинист ДВС. Что это такое? Устройство данного мотора следующее: камера сгорания расположена внутри цилиндра, тепловая энергия превращается в механическую при помощи шатунно-поршневого кривошипного механизма, энергия передается коленчатому валу. Существует несколько видов поршневых двигателей. Сначала отметим карбюраторные ДВС. Здесь топливная смесь приготавливается в карбюраторе, а затем впрыскивается в камеру сгорания от электрической искры. Это хорошая возможность узнать, что такое ДВС в машине. Инжекторный двигатель подает смесь непосредственно во впускной коллектор при помощи специальных форсунок. Все процессы в таком моторе контролируются электроникой. Воспламенение происходит от свечи.

Существуют также и дизельные агрегаты. Тем, кто не знал, что такое ДВС в машине, стоит познакомиться с этим типом мотора подробнее. Здесь топливная смесь поджигается без использования свечей. Воспламеняется она за счет сжатия воздуха, который в результате нагревается до температур, превышающих значения горения смеси. Топливо впрыскивается при помощи специальных форсунок.

Роторно-поршневой двигатель – это довольно интересный агрегат. Что такое ДВС в автомобиле данного типа? Сейчас такое устройство встречается достаточно редко. В этом механизме тепловая энергия от сгорания превращается в механическую при помощи рабочих газов, которые вращают ротор в рабочей камере. Механизм имеет особенную форму, профиль и двигается по «планетарной» траектории непосредственно внутри рабочей камеры. Последняя имеет также особую конфигурацию – «8», а функции ее – ГРМ, поршневая группа и коленчатый вал. Сейчас все знают, что такое ДВС в авто уже практически не используется.

Существуют и газотурбинные двигатели. Здесь энергия превращается в механическую при помощи вращения ротора, который заставляет двигаться вал турбины. В ходе доработок и экспериментов ученые и инженеры со всего мира определили, что самый эффективный, надежный, неприхотливый, а также экономичный в плане горючего и масла – это поршневой ДВС.

Прочие виды двигателей, кроме поршневого, остались далеко в истории. Рассматривая вопрос о том, что такое ДВС в машине, стоит отметить, что роторно-поршневой мотор изготавливает сейчас только концерн Mazda. На Chrysler было собрано несколько газотурбированных моторов, однако это было очень давно, и никто из серьезных автопроизводителей не оценил эти агрегаты. В СССР газотурбированные двигатели использовали на некоторых танках и военных кораблях. Однако затем от технологии и вовсе отказались.

Как устроен ДВС

Для тех, кто не знает, что такое двигатель ДВС, рассмотрим устройство этого механизма. В корпусе мотора объединяются сразу несколько важных узлов. Это блок цилиндров – внутри воспламеняется смесь бензина и воздуха, а затем газы заставляют поршни двигаться. Кривошипно-шатунная группа передает энергию на коленвал.

Механизм ГРМ служит для обеспечения открытия или закрытия впускных и выпускных клапанов в нужный момент. Он нужен для того, чтобы впустить смесь в цилиндры и выпустить отработанные газы. Также ДВС оснащен системой подачи топлива, зажигания смеси и удаления выхлопных газов.

Принцип работы ДВС

Каждый, кто стакивается с автомобилем, обязан знать, что такое двигатель ДВС и как он работает. Когда владелец автомобиля поворачивает ключ в замке зажигания, стартер вращает коленчатый вал. Поршень под действием коленчатого вала приводится в движение. Когда он достигнет своего нижнего положения, то переходит к движению в ВМТ. Затем в камеру сгорания подается смесь горючего и воздуха. Когда поршень движется вверх, смесь сжимается. В момент, когда он достигнет своего верхнего крайнего положения, искра, сгенерированная свечей, подожжет горючую смесь. Происходит взрыв, и выделяющиеся газы с большой силой толкают поршень обратно вниз. В этот момент откроется выпускной клапан. Через него горячие отработанные газы выходят из цилиндра в атмосферу. Когда поршень снова пройдет нижнюю мертвую точку, он вновь отправится в верхнюю. За это время коленвал совершит один оборот. Когда поршень начнет новое движение, откроется впускной клапан и впустит в цилиндр очередную порцию горючей смеси. Последняя займет собой весь объем отработанных газов. Далее весь описанный процесс начнется заново. Так как работа поршня в этих примитивных двигателях ограничена лишь двумя тактами, то он совершает меньше движений, чем четырехтактных двигатель. Также снижаются потери энергии на трение. Но в процессе работы выделяется много тепла, и такие моторы сильнее греются.

Необходимо использовать масло ДВС. Что это такое? Это специальная маслянистая жидкость, изготовленная из углеводородов, которая снижает трение в поверхностях. В двухтактном моторе поршень также выполняет функцию механизма ГРМ, открывая и закрывания клапаны. Главный недостаток этой системы – неэффективный газообмен в сравнении с четырехтактным агрегатом.

Заключение

Вот что такое ДВС в машине. Это тот механизм, который приводит в движение тяжелый автомобиль. Сегодня это принимается как должное, а ведь в свое время ДВС считался величайшим прорывом.

МВД разрешило не ходить в ГИБДД для регистрации нового мотора в машине :: Общество :: РБК

Процедура регистрации автомобилей упрощается: теперь не нужно будет ехать в ГИБДД для согласования замены двигателя на идентичный. Также появляется возможность регистрировать машину с электронным паспортом транспортного средства

Фото: Наталья Селиверстова / РИА Новости

МВД опубликовало приказ, который утверждает новые правила государственной регистрации автомототранспортных средств и прицепов к ним в ГИБДД. Документ размещен на официальном интернет-портале правовой информации и вступает в силу с 6 октября.

​В приказе есть несколько нововведений. Первое из них связано с установкой в автомобиль нового двигателя. Если раньше у владельцев машин возникали трудности при регистрации нового двигателя, то теперь необходимости ездить для этого в ГИБДД нет: можно будет поменять старый двигатель на идентичный и ездить с ним. Инспекторы ДПС не будут сверять на дорогах номер мотора, потому что тот не относится к регистрационным данным и указывается только в паспорте транспортного средства, который водитель возить с собой не обязан.

Если у автомобиля поменяется собственник, то дополнительные документы на двигатель тоже не понадобятся. Инспектор лишь проверит, не изменена ли маркировка, не объявлен ли установленный мотор в розыск и не изменялась ли конструкция автомобиля.

Сейчас, если машина принадлежит сразу нескольким собственникам, могут возникать трудности из-за того, что непонятно, у кого должны быть регистрационные документы на автомобиль и на кого ставить автомобиль на учет.

Новыми правилами вводятся два сценария: либо все собственники приезжают в автоинспекцию и пишут простое заявление о согласии регистрировать машину на одного из них, либо они оформляют нотариально заверенное согласие на регистрацию машины на одного из​ них и тот с этим документом приезжает в ГИБДД, где оформляет транспортное средство на свое имя.

Кроме того, в соответствии с приказом МВД появилось юридическое основание для постановки на учет автомобилей с электронными паспортами (ЭПТС). К этой мере власти готовились на протяжении последних нескольких лет. Более того, с ноября следующего года в России прекратится выдача традиционных бумажных паспортов при выпуске машин в обращение. Уже выданные бумажные документы продолжат действовать бессрочно.

Конец эпохи бензоколонок? Не торопитесь

Автор фото, Dorien Monnens

Подпись к фото,

АЗС вымрут как динозавры, утверждают оптимисты. Не все, и далеко не сразу, отвечают реалисты

Бензоколонок в привычном понимании скоро не будет. Совсем. На их месте расцветут сады, вырастет пшеница или появятся парки и детские площадки.

Во всяком случае, именно так считают апологеты электрического транспорта — и надо признаться, не совсем беспочвенно: Великобритания, например, собирается запретить продажу автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) уже в 2030 году.

Похожие настроения преобладают и в Европе: Норвегия собирается запретить продажу автомобилей с ДВС с 2025 года, аналогичные планы вынашивают в Нидерландах, Дании, Швеции, Исландии, Ирландии, Словении и во Франции.

Крупнейшие европейские концерны Renault-Nissan и Volkswagen объявили, что после 2026 года новые поколения автомобилей с двигателем внутреннего сгорания не будут производиться вовсе. Volvo не производит их уже несколько лет.

Казалось бы, хозяевам АЗС и впрямь пора задуматься о новой карьере. Но действительно ли бензоколонкам угрожает неминуемая кончина?

Сколько их всего?

Оценки количества автомобилей на дорогах планеты проводятся довольно регулярно, хотя понятно, что все до последнего пересчитать не удастся. Последнее наиболее полное исследование провела Международная ассоциация автопроизводителей (OICA) в 2015 году.

Она насчитала 947 млн легковых и 335 млн коммерческих автомобилей, подавляющее количество из них — бензиновые или дизельные.

Годом ранее аналитики фирмы Navigant Research насчитали 1,2 млрд автомобилей — в своих подсчетах они не учитывали тяжелую строительную и внедорожную технику.

В прошлом году свои прогнозы опубликовали аналитики ОПЕК: по их оценкам, к 2045 году в мире будет 2,6 млрд автомобилей (430 млн из которых — электрические).

Аналитиков ОПЕК, наверное, можно заподозрить в некой предвзятости, однако и так понятно, что полтора-два миллиарда машин с ДВС в одночасье не исчезнут, как бы того ни желали экологи.

Все эти автомобили надо где-то заправлять, и уже одно это обстоятельство отодвигает неминуемую кончину АЗС в сравнительно далекое будущее.

А как же водород?

Автомобили на водородном топливе пока находятся в тени своих электрических собратьев. Причин тому несколько.

Во-первых, водород, будучи самым распространенным химическим элементом во вселенной, все еще стоит довольно дорого — примерно в 8-10 раз дороже бензина.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Водород — удобное топливо для тяжелого транспорта. Поэтому в Нидерландах придумали и испытывают трактор на водородных топливных элементах

Во-вторых, его производство весьма энергозатратное — на производство одного кубометра водорода с помощью электролиза, например, требуется 4-5 киловатт электроэнергии, и далеко не всегда она поступает из «зеленых» источников. По оценке Международного агентства по энергетике, замещение водородом всего транспортного топлива, используемого сегодня во Франции, потребовало бы производства вчетверо большего количества электроэнергии. Для электролиза требуется, в частности, платина, добыча которой тоже очень затратна и энергоемка и тоже не соответствует растущим требованиям экологов.

В-третьих, это отсутствие инфраструктуры: на сегодняшний день в мире работает всего около 450 водородных заправочных станций, четверть из которых приходится на Японию и треть — на страны Европы. Согласно оценкам американской Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии, стоимость строительства одной водородной заправочной станции варьируется от 1 до 4 миллионов долларов, в то время как оборудование для обычной АЗС обходится в среднем в 100 тысяч долларов.

В-четвертых, хранение и транспортировка водорода отнюдь не безопасны и пока тоже требуют значительных затрат.

Однако, если приглядеться, с похожими проблемами сталкивались и электромобили всего 10-15 лет назад — они стоили немалых денег, для их производства (в основном для аккумуляторов) требуются редкие металлы, добыча которых наносит немалый ущерб планете. За пределами крупных городов зарядить их было практически негде, разве что дома из розетки, электричество в которую поступало с соседней электростанции на ископаемом топливе и обходилось счастливому владельцу в копеечку.

Нельзя сказать, что все эти проблемы благополучно разрешены, однако прогресс достигнут немалый. Можно полагать, что и водородные автомобили претерпят аналогичные метаморфозы в сравнительно короткое время.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Эта только что открывшаяся заправочная станция в Антверпене может заправлять водородным топливом не только автомобили, но и автобусы, грузовики и даже суда

Приспособить уже имеющуюся углеводородную инфраструктуру для заправки водородом будет дешевле, чем создавать ее с нуля, считают эксперты.

«Водород гораздо более совместим с существующей сетью АЗС и может производиться либо на месте в крупных торговых точках путем электролиза воды и храниться в специальном резервуаре высокого давления, либо доставляться и закачиваться прямо в резервуары производителями газа», — утверждает Джефф Олдэм, глава Suresite, британской компании, которая занимается поставкой систем платежа и обработки данных и мониторингом требований охраны труда и техники безопасности на автозаправочных станциях.

Что же касается энергозатрат на производство водорода, эту проблему предполагается решить переводом его на ветряную энергию. Таким образом крупные АЗС смогут сами производить водородное топливо.

К слову, заправка машины водородом по времени сопоставима с заправкой бензином или дизелем.

Ждем-с…

Две главные претензии к электромобилям — это запас хода и время зарядки. Для жителей больших городов обе они проблемой, как правило, не являются: средняя поездка по городу обычно не превышает 20-30 км, которые современный электромобиль преодолевает без труда.

Зарядиться тоже не проблема. Количество зарядных станций в крупных городах растет как на дрожжах, к тому же всегда можно подключить электрокар к розетке у себя дома — если, конечно, вы живете не в многоэтажке.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

В большом городе этот пейзаж уже никого не удивляет. А в маленькой деревне?

Проектируются зарядные устройства, которые можно встроить в бордюр, в фонарный столб, в любое место, где проходит электрокабель, отдельные оптимисты вообще рассуждают о системах индукционной зарядки, проложенных под дорогами и заряжающих электромобиль прямо в процессе движения.

Для сельских жителей эти нововведения проблемы пока не решают. В декабре 2019 года Еврокомиссия утвердила «Зеленый пакт для Европы», по которому к 2025 году на континенте должен появиться миллион зарядных точек для электротранспорта, при том, что в 2020 году их было около 140 тысяч.

Это очень много: во всей Европе сегодня работает около 92 тысяч обычных АЗС. Однако каждая из них может заправлять одновременно несколько автомобилей (некоторые — до 20 штук за раз, не считая отдельных колонок для грузовиков), и процесс заправки занимает несколько минут.

А зарядка электромобиля — дело куда более длительное. В среднем на 50 км пробега требуется около часа времени у источника питания. Хотя системы быстрой подзарядки существуют, они сокращают срок службы аккумуляторов электрокара. И даже с их использованием время полной зарядки электромобиля все равно на порядок уступает обычному с ДВС.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

В этой маленькой норвежской деревушке АЗС — это центр цивилизации

Обе проблемы — дальности пробега и времени зарядки — решаются с помощью АЗС. Большая шоссейная заправочная станция — это обычно еще и небольшой торговый центр, и ресторанчик, и неизменный набор закусочных, а заодно еще и туалеты и душевые кабины, а часто еще и детская площадка и место для выгула домашних питомцев. Здесь вполне можно провести час-два, пока ваша машина зарядится, дети набегаются и наедятся мороженого, а сами вы немного отдохнете и, возможно, даже пообедаете.

Решение неидеальное (что делать, если вы торопитесь, а детей и собаку в дорогу взять забыли?), но все же лучше, чем никакого.

В некоторых небольших городах и деревнях автозаправки — это единственные оставшиеся торговые точки, к тому же круглосуточные. Для многих людей это настоящий спасательный круг. Им наверняка придется адаптироваться к новым реалиям, но говорить об их исчезновении в ближайшее десятилетие, как полагают неисправимые оптимисты, тоже не приходится.

Спиритические сеансы

Несколько неожиданное применение для АЗС? Пожалуй. Хотя, справедливости ради заметим, что старая заправочная станция в английском городе Лидс, которую предприимчивый хозяин по имени Джек Симпсон превратил в цветочный магазин, а заодно бар, концертный зал, ресторан и художественную галерею под названием «Книжный клуб Гайд-парка», не является постоянным местом для общения с потусторонними силами. Однако, по его словам, спиритические сеансы здесь проводились.

Автор фото, Hyde Park Book Club

Подпись к фото,

На месте «Книжного клуба Гайд-парка» более 80 лет стояла автозаправочная станция

Строго говоря, «Книжный клуб Гайд-парка» уже не является заправочной станцией. Однако общий вектор развития малых АЗС в его метаморфозе разглядеть можно. Многие малые АЗС начинают адаптироваться к новым веяниям и уделять больше внимания и площади сопутствующему бизнесу — автомойкам, торговле высококачественными продуктами на вынос, превращая заправки в круглосуточные магазины предметов первой необходимости и не только.

Очевидно, со временем на них появятся и точки зарядки электромобилей, и водородные резервуары — если эти планы не угробит очередная пандемия или экономический кризис.

Третий мир

Происходящие с АЗС метаморфозы наиболее отчетливо заметны в западном мире и в Китае, где только в мае этого года было продано более двух миллионов машин всех типов, и аналитики предсказывают, что примерно столько же электромобилей будет продано за весь 2021 год.

Электрокар (да и любой другой автомобиль на альтернативном топливе) пока что довольно дорогое удовольствие. В США, где в среднем на семью приходится 1,9 автомобиля, лишь около 2% семей имеют электрокар. В Европе — около 11%.

Похожая ситуация и в России. «Надо понимать, что электромобиль в России — это минимум второй автомобиль в семье, а скорее — третий или четвертый. То есть это продукт — в большинстве случаев для очень обеспеченной аудитории, которая может себе позволить приобретение автомобиля не из рациональных, а из эмоциональных побуждений», — считает Сергей Новосельский, член совета директоров «Объединенной Автомобильной Корпорации».

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Не для всех в России электромобиль — это роскошь. Для кого-то — и средство передвижения!

В менее богатых странах про электромобили почти не слышали, а говорить об инфраструктуре или даже о ее появлении в ближайшие годы, а то и десятилетия, не приходится. Соответственно, и АЗС здесь тоже никуда не денутся.

Похожая ситуация и в странах Персидского залива, хотя и по другим причинам: бензин (про солярку там знают только военные) стоит копейки, и электромобилям здесь приходится непросто. Хотя электрокары проникают и сюда, а в июле 2017 года свой первый в регионе салон открыла в Дубае Tesla.

Еще один твит Илона Маска

В относительно короткий срок Tesla сделалась настолько популярным автомобилем, что аналитики часто выделяют ее в отдельный класс электрокаров, отдельно от всех остальных электромобилей на батареях и гибридов (автомобилей, имеющих и ДВС, и электропривод).

«Tesla сделала электромобили модными и желанными. Превратив свои электрокары в планшеты на колесах, Tesla стала похожа на еще одну компанию, чьи товары столь популярны, что люди выстраиваются в очередь за несколько дней до их поступления в продажу», — пишет Эндрю Хокинс, автор технологического издания The Verge, намекая на продукцию Apple.

Параллели с «яблочной» продукцией напрашиваются сами собой. Faraday Future, Lucid Motors, NextEV и другие компании пытаются имитировать стратегию Илона Маска, создавая роскошные (или, в случае FF, супер-роскошные) электромобили, пытаясь создать устойчивый контингент поклонников, а вырученные деньги вложить в производство массового электромобиля для всех нас.

Теперь представьте, что Apple по тем или иным причинам разорилась. Это, разумеется, не означает кончины мобильных телефонов, планшетов и компьютеров, но вектор, по которому технологии продолжат развиваться, очевидно, изменится.

То же самое может произойти и в случае, если что-то случится с детищем Илона Маска, которое, заметим, отнюдь не приносит прибыли, хотя бы отдаленно сопоставимые с доходами Apple, — Tesla стала прибыльной лишь в прошлом году, и конкуренты наступают на пятки. (Только в апреле-мае этого года доля Tesla на рынке электромобилей сократилась с 29% до 11%).

А имея в виду склонность Маска к спонтанному использованию «Твиттера» и нервной реакции, которую это вызывает у инвесторов и американской Федеральной комиссии по ценным бумагам, такой сценарий нельзя считать совсем уж невозможным.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Вот оно, будущее! Бензин и электричество мирно соседствуют друг с другом на заправке где-то в Исландии…

Подводя итог, можно утверждать, что в ближайшие годы и десятилетия смерть бензоколонкам не грозит. А по какому именно пути пойдет их дальнейшее развитие — водородному, электрическому, торговому — пожалуй, не так уж и важно.

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

  • своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
  • последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

  • стальная пружина;
  • устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
  • втулка, направляющая движение;
  • посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

  • минимально возможный вес;
  • антикоррозийная устойчивость;
  • безупречная теплоотдача клапана;
  • устойчивость к высоким температурам;
  • герметичность работы при контакте с седлом;
  • повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
  • отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
  • максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

  • головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
  • стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

ДВС или электричество. Какие двигатели будут работать в машинах будущего? | Об автомобилях | Авто

Многие страны Европы и мира декларируют постепенный отказ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Так, премьер-министр Дании Ларс Лекке Расмуссен в октябре 2018 года заявил, что к 2030 году в стране планируется ввести ограничения на продажу новых автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями. А уже к 2050 году Дания собирается полностью вывести транспорт с ДВС из эксплуатации.

Франция, Швеция, Норвегия придерживаются тех же позиций и рассматривают вопрос о поэтапном отказе от привычных сейчас моторов к 2040 году. В Великобритании вообще запланирован отказ от ДВС к 2032 году. На фоне этих громких заявлений прагматики ставят вопрос: а на чем будет ездить человечество? Несмотря на многие преимущества электромотора, пока нет ни одной компании, которая бы получала прибыль от производства электрокаров. Слишком короткие пробеги на одной зарядке, чувствительность к низким температурам и высокая зависимость от сложной инфраструктуры ставят под вопрос их массовую эксплуатацию. Гибридные установки с функцией подзарядки, конечно, могут эксплуатироваться более широко и заменить машины с ДВС, но у владельцев таких транспортных средств рано или поздно встает вопрос: а зачем переплачивать за дополнительный электромотор, если он используется лишь в 5% от времени поездки? На этом фоне очень обнадеживающе звучит признание
технического директора Volkswagen AG Маттиаса Рабе
: что хоронить ДВС пока рано. Потенциал их усовершенствования еще не исчерпан.

Недостаточное сгорание топлива

Главной причиной, по которой крупные автоконцерны переходят к гибридным установкам, являются экологические требования по выбросам диоксида углерода (CO2). Еще в 2018 году должен был вступить в силу стандарт, по которому все выпускаемые автомобили не должны в среднем превышать значения выбросов в 95 гр/км. Пока технологический уровень не позволил достигнуть приемлемых результатов, и новый стандарт отложен до 2021 года с перспективой продления моратория до 2025 года. А к 2030 году средние показатели выбросов СО

2 должны снизиться до 66 гр. Достигнуть заявленного значения можно только при периодическом выключении мотора и использовании электродвигателя.

Однако дополнительный мотор — это всегда увеличение веса и снижение динамических характеристик. Кроме того, согласно анализу эксплуатации гибридных машин, их владельцы редко ездят на электричестве. Почти всегда бензиновый мотор находится в работе, а электрический двигатель необходим лишь для сертификации, чтобы на стендах помогать машинам показывать заявленные в экологических стандартах показатели.

По словам Маттиаса Рабе, сейчас есть возможность обеспечить требования по выбросам CO2 и без довеска в виде дополнительного электродвигателя. Правда, для этого потребуется существенно переработать конструкцию двигателя внутреннего сгорания и разработать новые сорта синтетического топлива. Что это за технологии?

Авиационные технологии

Вредные выбросы появляются в выхлопе в результате неполного сгорания топлива. Сейчас в современных моторах смесь сгорает только на 75%, а ее остатки выбрасываются в систему выпуска и догорают в катализаторе, в результате чего пары газа проходят через сложные преобразования. Чтобы сократить количество вредных веществ, необходимо обеспечить качественное сгорание смеси с увеличением КПД мотора.

Такая технология у немцев уже есть. Называется она Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC), то есть «встречные поршни, встречные цилиндры». Взята она из недавнего прошлого авиации. К примеру, в немецких «Юнкерсах» применялись двигатели со встречными поршнями, которые обеспечивали лучшее заполнение камер сгорания и газоотвод, чем у обычных четырехтактных моторов.

В итоге сгорание топлива улучшается. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, а в моторе с технологией OPOC — турбонаддув. Для лучшей работы на низких оборотах разогнать турбину помогает внешний электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию.

При этом мотор OPOC состоит из модулей, из которых можно собирать многоцилиндровые агрегаты, комбинируя блоки и соединяя их электромагнитными муфтами. Для экономии топлива один или несколько модулей можно отключать.

Синтетическое топливо

Помогать мотору будет и новое синтетическое топливо. Еще в 2015 году Volkswagen Group запустила тестовое производство синтетического бензина e-benzin с октановым числом 100, причем в нем нет ни серы, ни бензола, что делает его сгорание менее токсичным. Это топливо может обеспечить более экологичный выхлоп.

Разрабатывается и новая система впрыска. Для образования топливовоздушного облака с предельно низкой плотностью в состав смеси могут вводиться горячие отработанные газы. Если при прямом впрыске топливо распыляется в виде аэрозоля, то теперь оно превращается в туман мельчайших капелек. Когда поршень сжимает смесь до определенного объема, происходит подрыв. В результате доля сгоревшего топлива вырастает до 95% в сравнении с 75% в циклах Отто и Дизеля.

В общем, такая конструкция силового агрегата еще позволит жить двигателям внутреннего сгорания. Тем более что предложенная схема уже доказала свою эффективность во время военного использования.

Объем двигателя | Lowcars.net

Даже короткое объявление о продаже автомобиля будет содержать несколько обязательных пунктов: производитель, модель, год выпуска и объем двигателя. Часто приходится слышать это выражение, но что значит «объем двигателя»,чем он измеряется и за что отвечает.

В далеком 1885 году, немецкий инженер Карл Бенц собрал первый автомобиль оснащенный двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Сам двигатель был создан на 7 лет раньше, однако не находил применения. С тех пор, большинство серийных автомобилей использует ДВС.

Механика процесса очень проста: в камеру поступает топливная смесь, происходит зажигание от искры, что приводит к взрыву. После каждого взрыва выделяется определенное количество энергии, которая выталкивает поршень. Сам поршень при перемещении крутит коленчатый вал, тем самым, придавая движение колесам автомобиля. После первого зажигания, процедура непрерывно повторяется до тех пор, пока будет поступать топливная смесь.

Объем двигателя


Разумеется, детальная конструкция двигателя намного сложнее и для его работы используется масса механизмов, но главную роль играет камера сгорания. Именно ее объем и принято называть объемом двигателя автомобиля. Таких камер (цилиндров), может быть несколько и тогда, суммарный объем двигателя будет высчитываться сложением объемов всех цилиндров. Например, двигатель автомобиля включает 4 цилиндра, объем каждого – 399 см³. Если сложить объем всех цилиндров, то получим общее значение – 1596 см³. Измерять можно в кубических сантиметрах или в литрах. Если брать за единицу измерения литры, то принято округлять до целого числа, 1596 см³ = 1,6 л.

Объем двигателя

Как правило, в зависимости от веса автомобиля устанавливается соответствующий по объему двигатель. Для малогабаритного Daewoo Matiz, вполне достаточно литрового ДВС, в то время как, массивный BMW x5 использует рабочий объем в 4,6 л. Однако, не всегда размер автомобиля и объем двигателя состоят в прямой зависимости. Например, спортивные автомобили стараются снабдить объемным двигателем, но при этом снизить общий вес до минимума. Объем двигателя Lamborghini Gallardo составляет 5 литров при массе 1,5 тонны.

От объема двигателя зависят многие параметры автомобиля. В первую очередь – мощность. Чем больше топлива помещается в каждый цилиндр, тем больше энергии выделяется. Есть и негативные стороны: чем больше объем, тем больше расход топлива. От мощности двигателя напрямую зависят разгон автомобиля и его максимальная скорость передвижения.

Кроме соотношения объема двигателя и массы автомобиля, есть множество других деталей, которые влияют на ходовые качества автомобиля, но в первую очередь стараются увеличить объем. Очень часто этим занимаются самостоятельно, пытаясь модернизировать автомобиль в «домашних условиях». Данный процесс называется – «расточка». Дело в том, что со временем, стенки цилиндров стачиваются от постоянного трения, что приводит к увеличению объема камеры сгорания. Используя подручные средства можно ускорить этот процесс, но такие действия могут вывести систему из строя. В случае успеха объем цилиндров увеличивается, и мощность двигателя возрастает.

С точки зрения финансовых затрат, объемный двигатель обходится в производстве дороже. Приходится использовать больше дорогостоящих материалов, обрабатывать их и готовить к эксплуатации. Кроме того, для мощного двигателя необходимо улучшать все системы автомобиля – тормозную, систему охлаждения и питания. В зависимости от объема двигателя меняется и цена на автомобиль. Допустим, автомобиль с двигателем 1.4 л стоит на 100 -200 тысяч дешевле, чем тот же, но с объемом 1.6 л.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличьте рабочий объем: Чем больше рабочий объем, тем больше мощность, потому что вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела. Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Добавьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают входящий воздух, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер — это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Пусть воздух поступает легче: Когда поршень опускается на такте впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха.Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Позвольте выхлопу легче выходить: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет тот же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он использует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает характеристики и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы, связанные с двигателем, которые задают читатели.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличьте рабочий объем: Чем больше рабочий объем, тем больше мощность, потому что вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела. Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Добавьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают входящий воздух, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер — это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Пусть воздух поступает легче: Когда поршень опускается на такте впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха.Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Позвольте выхлопу легче выходить: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет тот же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он использует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает характеристики и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы, связанные с двигателем, которые задают читатели.

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

ENGINEERING

Точка зрения: Да, сейчас автомобили с батарейным питанием, электрические и гибридные автомобили на топливных элементах 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 это связано 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. Однако было много других альтернатив, предложенных и произведенных на заре автомобилей, включая электрические, паровые и даже жидкостные автомобили с пневматическим приводом. 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. Первые 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 истощаются или, по крайней мере, их добыча и добыча становятся более дорогими.

Разрабатывается много разных типов автомобилей. Большинство проблем, которые мучили 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 автомобилей 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 для замены давно эксплуатируемого двигателя 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 «жизнеспособного», данного Webster, как «работоспособного и способного выживать или имеющего 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 будет положительным.»

Есть много неуверенности в том, 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 привести 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 в сокращении выбросов от двигателей внутреннего сгорания были сделаны значительные улучшения, 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 электрическими автомобилями? 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 нужно 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 другие насосы.

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 предприятиях 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 вырабатывающее электричество посредством 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. Однако еще предстоит проделать работу 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 в 1937 году, когда дирижабль, работающий на водородном газе, взорвался в воздухе, в результате чего погибло тридцать шесть человек.

Учитывая, что проблемы с хранением на борту решены, 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, отходы и превращаются 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 безвредна для окружающей среды. 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 контролирует мощность автомобиля и уровни 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 до 3000 долларов для покупателей гибридных автомобилей, может сделать их конкурентоспособными 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 какая-либо из разрабатываемых новых технологий — включая электрические, топливные элементы и гибридные технологии — начнет оказывать влияние. на рынке первенство 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 до 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 по топливной экономичности и производству 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 ездит намного 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 из факторов, 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 только около 100 миль (160,9 км), прежде чем их потребуется подзарядка. 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, — 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, что, как и в случае с электромобилем, приведет 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 в 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 одним фактором, который следует учитывать, является 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 говорилось, что современные технологии не обеспечат жизнеспособную альтернативу двигателю внутреннего сгорания в течение следующего десятилетия и, возможно, не в течение многих последующих лет. В своем исследовании политики «Повышение устойчивости автомобилей, грузовиков и двигателей внутреннего сгорания», июнь 2000 г., 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 продвигаются на рынок 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 проехать 545 миль до дозаправки. Кроме того, достижения в других технологиях, таких как компьютеризированные исследования 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. Forward Drive: гонка за автомобилем будущего. Сан-Франциско, Калифорния: Sierra Club Books, 2000.

Office of Transportation Technologies (веб-сайт) .

Товарищество 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, которые вырабатывают 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 электроэнергии (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. C. Nagel

Сколько времени потребуется электромобилям для замены двигателей внутреннего сгорания?

На прошлой неделе я был у одного из формовщиков автомобилей, когда наш разговор перешел на электрификацию. Крупные автопроизводители делают большие ставки на электромобили.Они разрабатывают новые модели, улучшенные аккумуляторы, больше станций с более быстрой зарядкой и даже творческие способы продавать то, что в настоящее время является довольно дорогой технологией.

Но электромобили по-прежнему остаются нишевым продуктом. Кейт Крейн, председатель нашей материнской компании Crain Communications и главный редактор Automotive News , недавно написал, что электромобили составляют менее 2 процентов продаж новых автомобилей, согласно недавнему исследованию J.D. Power. Большинство из них пришло от Tesla.

В 2020 году автопроизводители продали в США чуть более 300000 аккумуляторных электромобилей.С., по данным центра обработки данных Automotive News . Это на 19 процентов больше, чем в 2019 году, но это все еще довольно небольшая доля рынка. Для сравнения: AN сообщил, что примерно столько же автомобилей Honda CR-V продано в США.

Но электромобили должны быть волной будущего. Потребители в Китае и Европе пожирают их, и обозреватели автомобильной промышленности считают, что более строгие федеральные и государственные экологические нормы будут способствовать увеличению продаж электромобилей в Соединенных Штатах.

Но пока не выбрасывайте эту кредитную карту заправочной станции. Формовщик, которого я посетил, указал, что некоторые американские автопроизводители все еще разрабатывают новый двигатель внутреннего сгорания для будущих моделей. Это означает, что они делают ставку на то, что у ICE все еще есть как минимум десять лет массового производства новых, а может и больше.

Колонка мистера Крейна на самом деле не была посвящена электромобилям. Он оплакивал кончину другой «старомодной» автомобильной технологии — стандартной трансмиссии.

«Возможно, я единственный, кто помнит, как учился водить машину с механической коробкой передач», — написал он. «Моя первая машина, Ford ’51, была с механической коробкой передач, как и несколько последующих машин».

Вы не последний, мистер Крейн. Я научился водить ужасный Ford Fairmont 1970-х годов с четырехступенчатой ​​механической коробкой передач, которой едва хватало мощности для достижения скоростей на шоссе.

Первой моей машиной был автобус VW 1960-х годов с механической коробкой передач. Второй была Toyota Tercel 1980-х годов с пятиступенчатой ​​коробкой передач.У него лучший расход бензина, чем у всех, на которых я ездил с тех пор. От себя лично я также научил свою жену водить машину на той Тойоте, и мы до сих пор женаты. Но не думаю, что смогу убедить ее купить еще одну машину со сцеплением.

И мы не одни. Сегодня только около 1% новых автомобилей имеют стандартные коробки передач.

Итак, за всю свою жизнь покупкой автомобиля я увидел серьезный сдвиг в потребительских предпочтениях от стандартных коробок передач к автоматическим. Когда мы купили нашу последнюю машину несколько лет назад, я сказал, когда мы выезжали со стоянки, что это может быть последний неавтономный автомобиль с бензиновым двигателем, который мы когда-либо купим.

Моя жена думала, что я был неправ, и похоже, что она права. Мы еще не готовы к электромобилю.

Пластмассы и ископаемое топливо тесно связаны на протяжении десятилетий. Некоторые производители нефти отказываются от бензина в пользу пластмасс и химикатов, делая ставку на более долгое и устойчивое будущее.

Возможно, действия правительства ускорит переход от внутреннего сгорания к электромобилям. Согласно Automotive News , в ходе кампании 2020 года нынешний президент Джо Байден пообещал построить 550 000 зарядных станций для электромобилей и создать более 1 миллиона рабочих мест за счет инвестиций в исследования в области экологически чистой энергии.

Автопроизводители, такие как General Motors, предвкушают будущее электричества. Федеральная политика может склонить чашу весов в этом направлении. Но не ждите, что изменения произойдут в одночасье. Мне кажется, что мы увидим на рынке как электромобили, так и двигатели внутреннего сгорания по крайней мере еще десять или два года.

Лоэпп — редактор Plastics News и автор блога Plastics. Следуйте за ним в Twitter @donloepp .

Volkswagen прекратит производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2035 году в Европе | Новости | DW

Volkswagen больше не будет производить автомобили с двигателями внутреннего сгорания в Европе к 2035 году, заявил в воскресенье член правления.

Это объявление прозвучало в связи с тем, что европейские автопроизводители столкнулись с растущим давлением по борьбе с изменением климата и сокращению выбросов в соответствии с новыми правилами ЕС.

Какие планы у VW?

Клаус Зеллмер, член правления по продажам и маркетингу бренда легковых автомобилей Volkswagen, раскрыл график в интервью.

«В Европе мы выйдем из бизнеса автомобилей с двигателями внутреннего сгорания между 2033 и 2035 годами», — сказал Зеллмер газете Münchner Merkur .

График поэтапного отказа, объявленный в воскресенье, касается автомобилей марки Volkswagen, в то время как планы также находятся в разработке для других марок, принадлежащих Volkswagen Group.

Зеллмер сообщил газете, что поэтапный отказ произойдет «немного позже в Соединенных Штатах и ​​Китае», и что это займет еще больше времени в Африке и Южной Америке «из-за отсутствия политических рамочных условий и инфраструктуры».

Хотя Volkswagen стремится расширить предложение электромобилей, компания на данный момент продолжит инвестировать в технологии двигателей внутреннего сгорания, сказал Зеллмер, добавив, что дизельные автомобили по-прежнему пользуются высоким спросом.

Чем занимаются другие автопроизводители?

Комментарии следуют за аналогичным заявлением на этой неделе от Audi, дочерней компании Volkswagen.

Audi заявила, что планирует прекратить производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в 2033 году.

Американский автопроизводитель Ford и шведская Volvo объявили о планах перейти на полностью электрическую версию в Европе, начиная с 2030 года.

Почему изменения происходят сейчас?

Общественный резонанс по поводу изменения климата и новых экологических норм в Европе побудил к переходу на электромобили.

Volkswagen, в частности, пытается восстановить свою репутацию после скандала с «Dieselgate», который обошелся компании в миллиарды.

В 2015 году немецкий автомобильный гигант признал, что незаконно оснащал миллионы дизельных автомобилей по всему миру программным обеспечением, снижающим выбросы, что вызвало множество судебных дел против компании и бывших руководителей.

Европейский Союз намерен объявить более строгие цели по выбросам на 2030 год и новые предложения по регулированию в конце июля.Ожидается, что автомобильные компании столкнутся с еще более строгими ограничениями.

RS / DJ (AFP, DPA)

Обновленная информация о государственных целях по поэтапному отказу от продаж новых легковых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания

Это глобальный обзор всех объявленных с июня 2021 года целей по прекращению продажи или регистрации новых пассажирских двигателей внутреннего сгорания (ДВС) машины. Он включает подробную информацию о каждой цели в заключительной таблице. Обратите внимание, что поэтапные отказы, требуемые в разных юрисдикциях, различаются по срокам и по определению того, что квалифицируется как автомобиль с нулевым выбросом или без ДВС.Понимание различных задействованных автомобильных технологий важно при рассмотрении потенциальных последствий этих инициатив для климата, и в этом брифинге представлен обзор этих технологий.

На политической карте ниже выделены страны, провинции и штаты, правительства которых заявили о своем намерении разрешить продажу или регистрацию только новых аккумуляторных электромобилей (BEV), электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV) и подключаемых гибридных электромобилей. (PHEV) на некоторую дату в будущем.Объявления, которые сигнализируют о намерении прекратить продажу или регистрацию новых бензиновых и дизельных автомобилей, но прямо разрешают продажу или регистрацию других новых транспортных средств, использующих ископаемое топливо, таких как мягкие гибридные электромобили и гибридные электромобили, а также сжатые природные автомобили, работающие на газе и сжиженном углеводородном газе, не показаны. Кроме того, правительства, которые ограничивают целевой показатель отказа от ДВС определенными группами пользователей, например, частными легковыми автомобилями, не выделяются.

Установив эти цели, правительства послали четкий сигнал, даже если в настоящее время невозможно реализовать цели в форме обязательного регулирования, как это имеет место в странах Европейского Союза.Кроме того, по мере того, как страны стремятся уменьшить воздействие выбросов от транспорта на изменение климата и соблюдать цели по сокращению выбросов парниковых газов в соответствии с Парижским соглашением, эти цели будут приобретать все большую актуальность. Для достижения этих целей необходим переход на автомобили с нулевым уровнем выбросов.

Audi официально уничтожит все свои двигатели внутреннего сгорания, перейдя на электромобиль к 2033 году: Новости

Audi расширяет линейку электромобилей e-tron — и вскоре будет выпускать только модели электромобилей.(Изображение: Audi)

Audi заявляет, что ее последний двигатель внутреннего сгорания будет «лучшим из всех, что мы когда-либо создавали».

Очевидно, что не секрет, что почти каждый автопроизводитель расширяет линейку электромобилей в течение следующих нескольких лет. Некоторые игроки намерены придерживаться внутреннего сгорания еще некоторое время, но Audi официально прекращает отношения с двигателями внутреннего сгорания в течение следующих 12 лет. Однако до этого компания планирует еще одну последнюю, недавно разработанную силовую установку, производство которой начнется в ближайшие четыре года.

«Последний двигатель внутреннего сгорания Audi будет лучшим из всех, что мы когда-либо создавали», — говорит генеральный директор Маркус Дюсманн. Таким образом, до жесткого перехода на модели электромобилей останется одно поколение, но в среду автопроизводитель установил тикающие часы. Audi отметила, что в этом году она уже выпустила больше новых моделей с электрической трансмиссией — e-tron GT, RS e-tron GT, Q4 e-tron и Q4 Sportback e-tron — чем автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.

Несмотря на переход, мы продолжим видеть изменения и улучшения, пока бренд, наконец, не выпустит последний двигатель внутреннего сгорания.Некоторые правительства по всему миру настаивают на запрете на бензин и дизельные двигатели в эти сроки, хотя собственные временные рамки Audi 2033 могут измениться. «Компания ожидает, что спрос в Китае будет продолжаться после 2033 года, поэтому там могут появиться автомобили с двигателями внутреннего сгорания местного производства».

Нам нужно будет следить за политикой ситуации и за тем, будет ли Audi придерживаться этого расписания с точки зрения создания своей линейки электромобилей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.