Современные двигатели внутреннего сгорания: Современный мотор: меньше, мощнее – но не вечно…

Современный мотор: меньше, мощнее – но не вечно…

Если говорить о тенденциях современного мирового моторостроения, то двигатель внутреннего сгорания остается на лидирующих позициях, хотя справедливости ради надо отметить, что некие попытки «покуситься» на «святая святых» все же существуют – например, уже продается серийный электромобиль Tesla. Но поскольку нефтепромышленность сегодня является ключевой отраслью мировой экономики, доминирование двигателей внутреннего сгорания еще на многие десятилетия может остаться незыблемым.

Немного истории. Грустной…

Современные двигатели конструктивно практически мало изменились со времен «отцов-осно-вателей»: Николауса Августа Отто и Рудольфа Кристиана Карла Дизеля. Сегодня в ходу те же коленчатый вал, шатуны, поршни, цилиндры, клапаны, распределительный механизм.

Поэтому все новшества в двигателестроении опираются на новые материалы и технологии, в том числе связанные с электронным управлением.

Например, если еще 20 лет назад блок цилиндров почти повсеместно был сделан из чугуна, то сегодня чугунный блок встречается редко, плавно перейдя в разряд анахронизмов. В настоящее время блоки делают из алюминия, который и легче, и технологичнее. Сначала были проблемы с прочностью и жесткостью, но их постепенно решили.

Правда, полностью алюминиевые моторы действительно приживаются трудно – очень они чувствительны к смазке, охлаждению, зазорам. А вот алюминиевый блок с чугунными гильзами гораздо менее требователен в эксплуатации. Так что старый добрый чугун, который использовали Отто и Дизель, еще послужит…

Вообще надо отметить, что создание нового двигателя даже традиционной схемы – это процесс очень долгий. Вот и получается, что модельный ряд автомобилей меняется в среднем через четыре-пять лет, а мотор в нем нередко стоит от предыдущих моделей, а то и еще более ранних. И часто даже в новых двигателях используются узлы от старых – например, блок цилиндров. Так что двигатели «живут» долго – бензиновые в среднем 10-15 лет, а дизели легко «доживают» до 20 и даже 30 лет.

И еще. С сожалением приходится признать, что в России практически не было своих разработок двигателей – все бралось «оттуда», из-за границы. Причем часто даже то, что там отвергалось. Результат очевиден – сегодня передового двигателестроения у нас в стране просто не существует. Как и конструкторов для его возрождения.

Все началось с авиации… Авиадвигатель Rolls-Royce Merlin 40-х годов прошлого века с непосредственным впрыском

Успехи, неудачи и тенденции

В современном моторостроении существуют две основные тенденции: первая – сократить вредные выбросы, и вторая – снизить расход топлива. Это взаимосвязанные задачи: сокращая расход, мы автоматически снижаем выбросы.

Но если 10-15 лет назад «вредными выбросами» считались традиционные оксид углерода – СО, оксиды азота – NOx и углеводороды – СН, то сегодня в разряд основных перешел и углекислый газ СО2, создающий «парниковый эффект». И если учесть, что любое углеводородное топливо в конечном счете распадается на воду и углекислый газ – то уменьшить выбросы СО2 можно единственным путем: снижением расхода топлива.

Здесь надо принять во внимание и такой нюанс: КПД у двигателя внутреннего сгорания в целом лишь около 25-30%. Выходит, что только четверть бензина в ДВС тратится на движение – остальные три четверти просто вылетают в трубу. И греют окружающую среду. Поэтому инженеры-моторостроители борются за каждый «лишний» процент с помощью довольно сложных технических решений.

Верный способ – повысить удельные параметры двигателя: проще говоря, получить «одну лошадиную силу» с меньшего количества топлива. Например, одним из основных путей роста эффективности бензинового двигателя является повышение степени сжатия. При росте степени сжатия эффективность сгорания топлива в цилиндре повышается, а значит, возрастает коэффициент полезного действия (КПД) цикла – и двигателя в целом.

В частности, повышение основных параметров двигателей, в том числе путем увеличения степени сжатия, дают системы непосредственного впрыска бензина в цилиндр – впрыск сдвигает режимы детонации, убирает неравномерность подачи топлива и увеличивает наполнение цилиндров.

Когда мы еще были впереди планеты всей: форкамерно-факельное зажигание на Волге — прообраз современного послойного распределения заряда

На самом деле эта идея достаточно старая: непосредственный впрыск широко применялся на авиационных двигателях 40-х годов прошлого века. Инженерам требовалось добиться небывалой по тем временам удельной мощности 70 л.с. с 1 л рабочего объема двигателя при максимальных 2500-3000 об/мин. Сегодня это удельная мощность обычного автомобильного двигателя (хотя и при вдвое больших оборотах, так что авиационный уровень 70-летней давности все еще не превзойден современным автомобилестроением) – а тогда достичь их в авиации было возможно только с помощью непосредственного впрыска.

Но система подачи топлива была механической, т.е. сложной, дорогой и требовавшей постоянных регулировок, что было приемлемо в авиации, но никак не на автомобилях.

Форкамерно-факельный процесс в двигателе Honda CVCC, такие двигатели ставились на автомобили Honda почти до конца 1980-х годов

Кроме того, механическое управление непосредственным впрыском было хорошо при низких оборотах, требовавшихся для тогдашних авиационных двигателей (воздушный винт все же!). А при их росте хотя бы до автомобильных 6000 об/мин механика уже не справлялась.

Собственно, «возвращение» к старой идее в 1990-2000-х годах стало возможным благодаря развитию электроники, позволившей реализовать управление непосредственным впрыском на высоких оборотах двигателя – с внедрением электронных компонентов появилась возможность управлять процессом горения, чего не было ранее.

Карбюратор, да и традиционные системы впрыска – так называемое внешнее смесеобразование, позволяли лишь смешать 15 кг воздуха с 1 кг топлива и подать смесь в цилиндры. И все. А вот электронное управление непосредственным впрыском в цилиндр дает возможность инженеру выбирать – когда вводить топливо, сколько вводить. И даже впрыскивать топливо за один цикл двигателя несколько раз.

Еще в 70-х годах ХХ века конструкторы для экономии топлива предложили использовать принцип «послойного» впрыска, реализованный в виде так называемого «форкамерно-факель-ного зажигания». Идея заключалась в том, что в специальной камере создается богатая смесь, которая при воспламенении от свечи создает факел, поджигающий бедную смесь, подаваемую непосредственно в цилиндр. Машины с такими двигателями (с аббревиатурой СТСС – Compound Vortex Controlled Combustion) разработала и длительное время производила японская Honda, и даже горьковский автозавод некоторое время выпускал «Волги» с форкамерными моторами. Но в итоге к середине 1980-х от этой идеи пришлось отказаться. Ведь приходилось готовить сразу две топливо-воздушных смеси: бедную, которой надо было много, и богатую, которой надо было мало. И подавать их раздельно – при этом в точные временные промежутки. А сложные карбюраторы (а тогда полноценного электронного управления еще не существовало) не прибавляли ни надежности, ни оптимизма по снижению себестоимости. Но основной удар был неожиданным – выяснилось, что помимо СО и СН оксиды азота тоже не слишком полезны. А здесь у «послойников» возникли новые проблемы…

Но всего через 10 лет, примерно к середине 1990-х годов, инженеры смогли вернуться к идее на новом уровне, чтобы с помощью электроники объединить в одном двигателе все три составляющие: непосредственный впрыск, управление процессом горения и послойное смесеобразование, что позволило поднять степень сжатия и выйти на новый уровень.

Первыми создали серийные автомобили с такими моторами в компании Mitsubishi – они имеют обозначение GDI (Gasoline Direct Injection – «система прямого впрыска бензина»). За ними последовали и другие производители. В этих двигателях нет отдельной форкамеры – форсунка впрыскивает бензин в цилиндр под очень высоким давлением. А камера сгорания имеет такую «хитрую» форму, что в зоне у свечи оказывается богатая смесь, а в остальном объеме – бедная.

Казалось бы, все прекрасно: степень сжатия высокая, смесь бедная, как следствие, вредные выбросы заметно снижены, а экономичность улучшена. Но опять начались проблемы с оксидами азота. Дело в том, что традиционные трехкомпонентные нейтрализаторы убирают из выхлопа СО, NOХ и СН только у смеси обычного состава (15 кг воздуха на 1 кг топлива). А вот с возросшими при бедных смесях объемами оксидов азота они уже не справляются. Так что пришлось разрабатывать новые дополнительные катализаторы. Работают они хорошо, хотя требуют специальной жидкости в качестве «топлива». Но хорошо только в том случае, если в бензине нет серы. А если есть – то быстро «умирают». Ведь бензин с полным отсутствием серы пока еще редкость даже в богатых странах…

Поэтому автопроизводители от идеи послойного впрыска вынуждены были отказаться, а проблему уже построенной инфраструктуры по производству этих двигателей (и уже немало потраченных денег) решили путем «перепрошивки» электронного управления впрыском.

Теперь впрыск топлива осуществляется не тогда, когда поршень находится вблизи верхней «мертвой точки», а раньше. И пока поршень проходит весь путь до ВМТ, смесь успевает перемешаться до практически гомогенной.

Так что «попытка № 2» внедрения послойного смесеобразования и управления горением тоже сорвалась. Когда будет третья попытка, неясно. Но то, что она будет – вполне предсказуемо. Ведь уже создано достаточно много таких двигателей, они работают, хотя их возможности пока не реализованы полностью.

Еще одно направление повышения эффективности ДВС – системы регулирования фаз газораспределения. Они получили распространение недавно, в начале 90-х годов ХХ века, но сегодня двигатель без регулирования фаз уже смотрится каким-то анахронизмом.

Логика таких систем понятна – для эффективной работы двигателя при малых оборотах время (продолжительность) и момент открытия впускных и выпускных клапанов должны быть одни, а с повышением оборотов – другие. И сегодня существует много систем, которые регулируют не только время открытия клапанов, но и величину этого открытия. Что делает ДВС эластичным, а автомобиль с ним – экологичным, экономичным и удобным.

Если подводить промежуточный итог, то можно сказать следующее: современный бензиновый ДВС – обязательно с регулируемыми фазами, а лучшие его образцы имеют непосредственный впрыск. Для повышения мощности двигателей нередко используется наддув, который увеличивает количество воздуха, поступающего в цилиндры, и удельную мощность. Существуют две схемы наддува: газотурбинный, когда турбину для привода компрессора раскручивают выхлопные газы, и приводной, когда компрессор приводится непосредственно от двигателя. Приводные компрессоры тоже разные: объемные, винтовые, волновые и т.д. Но большого распространения такие системы так и не получили, хотя известны давно – в отличие от регулирования фаз газораспределения, непосредственного впрыска топлива и турбонаддува.

Ванкель и другие

В принципе, возможны альтернативы старой конструкции, созданной во времена Отто и Дизеля. Но создать работающий двигатель, способный на равных конкурировать с привычной схемой по всем показателям, очень сложно. Двигатели Стирлинга, Баландина и многих других оригинальных схем и решений не получили распространения и оказались на грани забвения.

И хотя новые идеи витают в воздухе, реализовать даже лучшие из них весьма проблематично. Например, роторно-лопастной мотор Вигриянова, который изначально планировалось устанавливать в «прохоровский» «ё-мобиль», пока так и не создан. И для того чтобы (возможно!) довести его до серийного производства, потребуется, по прикидкам, как минимум, 10 лет и весьма неограниченное финансирование. Причем несколько из этих 10 лет надо будет потратить на подготовку специалистов, способных его довести. А поскольку с «неограниченным финансированием», кажется, наступили проблемы, этот двигатель, скорее всего, света так и не увидит…

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля стал, пожалуй, единственным примером внедрения в серийное производство ДВС нетрадиционной конструкции. Хотя двигателю данной схемы уже добрых полвека, и за это время многие производители, выпускавшие такие моторы, давно «сошли с дистанции» (последним стал АвтоВАЗ), он и по сей день ставится на автомобили Mazda. Причем компания так долго занимается этим двигателем и добилась таких его показателей, что уже вряд ли кто сможет сделать хотя бы такой же – по цене, надежности и эффективности. И потому он вряд ли когда-нибудь станет массовым.

Ремонт ремонту рознь

Современные двигатели гораздо более надежны, чем те, которые производились, например, 20 лет назад. В них не надо ничего регулировать, что-то менять – они работают без поломок как минимум до окончания срока гарантии.

Но есть нюанс – сегодня срок службы всего автомобиля стал значительно меньше, чем был ранее. Прошли те времена, когда машину покупали «на всю жизнь». Сегодня сложилась тенденция: люди хотят ездить на новой модели машины. И потому автомобили меняются в среднем через 3-5 лет. Соответственно автопроизводителям не имеет смысла делать машину, которая без поломок прослужит 20 лет. Вот и получается, что автопарк обновляется значительно быстрее, чем два-три десятка лет назад.

Так что время двигателей-«миллионников» давно «кануло в Лету» – их просто невыгодно

делать. Да и зачем? Ресурс мотора рассчитывается с учетом возможного пробега автомобиля: в среднем можно говорить максимум о 150 тыс. км.

Процесс непосредственного впрыска уже широко распространился, но пока использовать все его преимущества не удается

Очевидно, ремонт двигателя должен продлить ресурс – но не до бесконечности, а до конца срока службы автомобиля (который тоже закладывается относительно небольшим – не более 10 лет). К чему это приводит? К тому, что некоторые ремонтные процессы становятся просто ненужными, а ремонтное оборудование «отстает» от современных двигателей.

Например, на старых моторах уровень нагрузки составлял 50 л/с с 1 л объема, а на современных (с наддувом) – вдвое больше. При такой разнице удельных мощностей и нагрузок на детали «старое-доброе» уже не работает – нужны новые технологии. Сегодня многие работы стало просто невозможно сделать без современного оборудования – шлифовального, расточного, хонинговального. Оно не слишком хорошо окупается, поэтому многие предпочитают работать по старинке. Но не тут-то было…

Так, для новых моторов нередко используются шатуны с «ломаными» крышками. Традиционные конструкции крышек шатунов, изготовленных отдельно, а потом собранных, для современных высоконагруженных двигателей не подходят – неточно и совсем недешево. И при ремонте традиционных шатунов всегда есть опасность нарушения соосности, что ведет к катастрофическим последствиям для мотора, хотя традиционные шатуны ремонтируются легко. А вот «колотые» – не ремонтируются вообще.

Еще пример – коленчатый вал на старом тихоходном двигателе можно было наварить и прошлифовать. Сейчас это невозможно даже представить: усталостные трещины очень быстро приведут к разрушению всего двигателя. Кроме того, ручная работа с большим количеством операций стоит дорого. А коленчатый вал легкового мотора – деталь массовая, а значит, и недорогая. И делать двойную, а то и тройную работу, чтобы восстановить деталь, которая потом быстро выйдет из строя, по крайней мере, экономически неэффективно.

При этом надо помнить, что просто замена одной детали, вышедшей из строя, не решает проблемы поломки двигателя в целом: такая локальная замена обычно предполагает «гарантию только до ворот». Современный высоконагруженный двигатель – это сложный комплекс, а потому его ремонт должен быть комплексным, с заменой всего «по кругу», чтобы даже самый экономный автовладелец не возвращался через каждые 10-15 тыс. км для замены очередной детали. Вот почему качественно отремонтированный мотор стоит всего лишь на 25-30% меньше нового. Но насколько такой ремонт выгоднее замены для владельца?

Так что современная тенденция в ремонте проглядывается – замена вышедшего из строя узла постепенно побеждает. Причем ремонт «в гараже на коленке» уже не удается. Поэтому неудивительно, что в последние годы значительно возросли требования к квалификации ремонтников, ощутимо выросла стоимость ремонта, а сам процесс стал сводиться больше к замене деталей, нежели к их восстановлению.

Есть и другая тенденция, когда производитель не дает запчастей вообще – только двигатель в сборе. И ремонтникам остается только поменять весь двигатель, вместо того чтобы его ремонтировать. А зачем чинить, если двигатели непрерывно усложняются, а квалифицированная ручная работа дорожает еще быстрее?

И наконец, «контрактные» моторы…

В заключение отметим: модные сегодня «контрактные» моторы становятся похожи на пресловутый «МММ». Нет в мире такой страны-«донора», где бы существовало столько двигателей с большим остатком ресурса. А поскольку двигатели современных легковых автомобилей рассчитаны на конечный и весьма ограниченный пробег, то покупка такого мотора давно стала лотереей – в которой, как известно, выигрывает один из тысяч. В лучшем случае.

А остальным предлагается раз в 10-20 тыс км купить очередной «билет» – пока не будет выбран их «лимит» на ремонт или замену мотора на новый.

• Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»

Обзор 10 новых двигателей внутреннего сгорания / Блог компании НПП ИТЭЛМА / Хабр

Подписывайтесь на каналы:
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla

Шествие двигателей внутреннего сгорания продолжается, при этом в них появляются инновации – от изменяемой степени сжатия до клапанов без кулачков.

Электрические силовые агрегаты в наши дни на пике моды, но эволюция двигателя внутреннего сгорания не замедлилась. На самом деле, новые изменения происходят быстрее, чем когда-либо.

Рассмотрим, например, этот краткий список последних инноваций двигателя: двигатель с турбонаддувом без кулачков; новый дизель с самым низким в мире коэффициентом сжатия; четырехцилиндровый двигатель с переменным коэффициентом сжатия; первый в мире бензиновый двигатель, использующий зажигание при сжатии.

Здесь мы собрали фотографии двигателей, предлагающих некоторые из последних инноваций в области силовых агрегатов. От интеллектуальных двигателей грузовиков до крошечных моделей с турбонаддувом, мы предлагаем вам подборку основных достижений последних лет. Пролистайте следующие слайды, чтобы увидеть лучшие из них.

2,2-литровый двигатель Mazda SkyActiv-D имеет самый низкий в мире коэффициент сжатия (14,1:1) среди всех дизельных двигателей, что, как сообщается, дает потребителям множество преимуществ. Более низкие показатели сжатия идут рука об руку с более низким давлением и пониженной температурой в верхней части поршня, что способствует лучшему смешению воздуха и топлива, а также уменьшает проблемы с оксидами азота и сажей, давно ассоциирующиеся с дизельным двигателем, говорит Mazda. Более того, более низкий коэффициент сжатия SkyActiv-D обеспечивает меньшее трение и меньший вес конструкции. На нью-йоркском автосалоне на прошлой неделе японский автопроизводитель объявил, что собирается изменить антидизельные настроения последнего времени, установив новый 2,2-литровый дизельный двигатель на компактный кроссовер CX-5 2019 года.

Представьте себе полноразмерный пикап, работающий всего на двух цилиндрах. Это то, на что способен Chevrolet Silverado, благодаря добавлению в новый 2,7-литровый турбодвигатель электромеханического регулируемого распределительного вала и функции активного управления подачей топлива (Active Fuel Management). В целом, двигатель предлагает 17 различных схем отключения цилиндров, что позволяет ему справиться практически с любой ситуацией при движении. «Это все равно, что иметь разные двигатели для работы на низких и высоких оборотах», — отметил главный инженер двигателя Том Саттер в пресс-релизе. «Профиль распределительного вала и синхронизация клапанов полностью отличаются на низких и высоких скоростях». Двигатель мощностью 310 л.с. и крутящим моментом 471.8 Нм заменяет 4,3-литровый V-6 на Silverado.

Производитель суперкаров Koenigsegg Automotive AB возлагает большие надежды на технологию бескулачкового двигателя, которую он представил на концептуальном автомобиле в 2016 году. Известная как FreeValve, эта технология использует «пневмо-гидравлические-электронные» приводы для управления процессом сгорания в каждом цилиндре. Koenigsegg говорит, что с помощью этих приводов, вместо кулачковых валов, можно более точно управлять процессом сгорания в каждом цилиндре. FreeValve также позволяет люксовому автопроизводителю отказаться от других дорогостоящих автозапчастей, включая корпус дроссельной заслонки, кулачковый привод, ГРМ, выпускной клапан, предкаталитический преобразователь и систему непосредственного впрыска. По слухам, компания готовит технологию для установки на суперкар стоимостью 1,1 миллиона долларов, который будет выпущен в 2020 году. В интервью Top Gear основатель компании Кристиан фон Кёнигсегг (Christian von Koenigsegg) заявил, что FreeValve позволит ему построить автомобиль с нулевым уровнем выбросов и двигателем внутреннего сгорания. «Идея заключается в том, чтобы доказать миру, что даже двигатель внутреннего сгорания может быть полностью СО2-нейтральным», — сказал он.

Говорят, что двигатель Nissan VC-Turbo является первым в мире готовым к производству двигателем с переменным коэффициентом сжатия. VC-Turbo разрабатывался более 20 лет, и он использует усовершенствованную многозвеньевую систему для изменения коэффициента сжатия. Во время работы угол наклона многозвеньевых рычагов варьируется, что приводит к регулировке верхней мертвой точки поршней. С изменением положения поршня меняется и степень сжатия. Результат — производительность по требованию. Высокий коэффициент сжатия обеспечивает большую эффективность, в то время как низкий коэффициент сжатия увеличивает мощность и крутящий момент. VC-Turbo доступен в Nissan Altima 2019.

3,6-литровый двигатель Pentastar от Fiat Chrysler Automobiles является примером внимательного отношения к деталям и политики постоянного совершенствования. Двигатель использует две ключевые особенности для повышения топливной экономичности и крутящего момента. Первая из них — это регулируемый подъем клапана (VVL). VVL позволяет двигателю оставаться в режиме пониженного подъема до тех пор, пока водитель не потребует больше мощности. Затем он реагирует переключением в режим повышенного подъема для улучшения сгорания топлива. Вторая инновация — это рециркуляция отработавших газов с охлаждением, которая, как говорят, сокращает выбросы вредных веществ, снижает потери при прокачке и позволяет работать без стука при высоких нагрузках двигателя. Эти особенности обеспечивают Pentastar увеличение экономии топлива на 6%, при этом крутящий момент увеличивается на 14,9%. Fiat Chrysler также отмечает, что эти улучшения наблюдаются при оборотах двигателя ниже 3000 об/мин, когда повышенный крутящий момент необходим больше всего.

В наши дни производительность двигателя — это не только крутящий момент и лошадиные силы. Речь идет и об эффективности. Toyota доказала это в 2018 году, представив 2,5-литровый четырехцилиндровый двигатель Dynamic Force, который, по имеющимся данным, обладает тепловым КПД около 40%. Это большой шаг вперед, учитывая, что большинство современных двигателей приближаются к 30%, что, в свою очередь, означает, что 70% энергии сгорания топлива теряется в виде тепла. Toyota добилась этого с помощью ряда современных усовершенствований, включая длинный ход, высокий коэффициент сжатия, форсунки с двойными распылителями, интеллектуальную регулировку синхронизации клапанов и непосредственный впрыск топлива. Результат: Экономия топлива на трассе 2018 Camry составляет 29 и 41 мг, что на 26% выше по сравнению с предыдущей моделью.

1,5-литровый двигатель EcoBoost от Ford заслуживает внимания, потому что это еще один пример «умного» маленького двигателя, способного управлять относительно большим автомобилем с помощью двух цилиндров. Рядный трехцилиндровый EcoBoost выполняет эту задачу при отключении цилиндра, который определяет ситуацию, когда один цилиндр не нужен, и поэтому автоматически отключает его. Система может отключить или активировать цилиндр всего за 14 миллисекунд для поддержания плавного хода. Однако даже на трех цилиндрах она способна выдать 180 л.с. и 240 Нм крутящего момента (при сгорании 93-октанового топлива). Этот двигатель установлен в европейском Ford Fusion и американском внедорожнике Ford Escape, способном буксировать до 900 кг.

В 2018 году компания Cadillac еще больше увлеклась турбокомпрессорами, представив двигатель Twin Turbo V-8. Twin Turbo использует «горячую V-образную конфигурацию» — то есть устанавливает турбокомпрессоры в верхней части двигателя, в ложбине между головками. Таким образом, инженеры Cadillac утверждают, что они уменьшили общий размер конструкции двигателя и практически ликвидировали отставание турбокомпрессоров. Использованный на Cadillac CT6 V-Sport, новый двигатель выдает примерно 550 л.с. и обеспечивает потрясающий крутящий момент в 850.1 Нм.

Для тех, у кого есть страсть к старомодным лошадиным силам и крутящему моменту, у Dodge есть ответ в виде 6,2-литрового высокомощного двигателя HEMI V-8. Двигатель, выдающий 797 л.с. и 958.6 Нм крутящего момента, большую часть своей мощности черпает из 2,7-литрового нагнетателя — самого большого заводского нагнетателя среди всех серийных автомобилей. Наряду с нагнетателем в двигателе используются высокопрочные шатуны и поршни, высокоскоростной клапанный механизм и два двухступенчатых топливных насоса. 6,2-литровый двигатель, используемый в Dodge Challenger Hellcat Redeye, способен принимать огромное количество бензина в высокопроизводительном режиме, опорожняя бак чуть менее чем за 11 минут. Хорошая новость, однако, в том, что при нормальных дорожных условиях Hellcat все еще находится на отметке 10.69 л/100 км. Dodge хвастается тем, что Hellcat является самым быстрым в отрасли маслкаром с разгоном 0-100 км/ч в 3,4 секунды.

Поговорим о другой крупной инновации в двигателе 2018 года: Mazda выпустила двигатель SkyActiv-X, который, как говорят, является первым в мире бензиновым двигателем, использующим воспламенение при сжатии. Соединив две классические технологии, инженеры Mazda утверждают, что они объединили высокую тягу бензинового двигателя с эффективностью, крутящим моментом и реакцией дизеля. Ключом к их реализации является технология, известная под названием Spark Controlled Compression Ignition, которая максимально увеличивает зону, в которой возможно воспламенение от сжатия, и обеспечивает плавный переход между воспламенением от сжатия и воспламенением от искры. При внедрении двигателя прошлой осенью Mazda сообщила удивительные цифры: крутящий момент повысился на 10-30%, а КПД — на 20-30% по сравнению с предшественником. Mazda говорит, что двигатель также предлагает большую свободу в выборе передаточных чисел, что еще больше увеличивает экономию топлива и ходовые качества двигателя.

Подписывайтесь на каналы:
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla

---

О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик

automotive

компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

Современные двигатели внутреннего сгорания: новые модели и инновации от лидеров индустрии автомобилестроения

Шествие двигателей внутреннего сгорания продолжается, при этом в них появляются инновации – от изменяемой степени сжатия до клапанов без кулачков. Электрические силовые агрегаты в наши дни на пике моды, но эволюция двигателя внутреннего сгорания не замедлилась. На самом деле, новые изменения происходят быстрее, чем когда-либо. Рассмотрим, например, этот краткий список последних инноваций двигателя: двигатель с турбонаддувом без кулачков; новый дизель с самым низким в мире коэффициентом сжатия; четырехцилиндровый двигатель с переменным коэффициентом сжатия; первый в мире бензиновый двигатель, использующий зажигание при сжатии. Здесь мы собрали фотографии двигателей, предлагающих некоторые из последних инноваций в области силовых агрегатов. От интеллектуальных двигателей грузовиков до крошечных моделей с турбонаддувом, мы предлагаем вам подборку основных достижений последних лет. Пролистайте следующие слайды, чтобы увидеть лучшие из них. 2,2-литровый двигатель Mazda SkyActiv-D имеет самый низкий в мире коэффициент сжатия (14,1:1) среди всех дизельных двигателей, что, как сообщается, дает потребителям множество преимуществ.

Воспользуйтесь нашими услугами

Более низкие показатели сжатия идут рука об руку с более низким давлением и пониженной температурой в верхней части поршня, что способствует лучшему смешению воздуха и топлива, а также уменьшает проблемы с оксидами азота и сажей, давно ассоциирующиеся с дизельным двигателем, говорит Mazda.

Более того, более низкий коэффициент сжатия SkyActiv-D обеспечивает меньшее трение и меньший вес конструкции. На нью-йоркском автосалоне на прошлой неделе японский автопроизводитель объявил, что собирается изменить антидизельные настроения последнего времени, установив новый 2,2-литровый дизельный двигатель на компактный кроссовер CX-5 2019 года.

Представьте себе полноразмерный пикап, работающий всего на двух цилиндрах. Это то, на что способен Chevrolet Silverado, благодаря добавлению в новый 2,7-литровый турбодвигатель электромеханического регулируемого распределительного вала и функции активного управления подачей топлива (Active Fuel Management). В целом, двигатель предлагает 17 различных схем отключения цилиндров, что позволяет ему справиться практически с любой ситуацией при движении. «Это все равно, что иметь разные двигатели для работы на низких и высоких оборотах», — отметил главный инженер двигателя Том Саттер в пресс-релизе. «Профиль распределительного вала и синхронизация клапанов полностью отличаются на низких и высоких скоростях». Двигатель мощностью 310 л.с. и крутящим моментом 471.8 Нм заменяет 4,3-литровый V-6 на Silverado.

Производитель суперкаров Koenigsegg Automotive AB возлагает большие надежды на технологию безкулачкового двигателя, которую он представил на концептуальном автомобиле в 2016 году. Известная как FreeValve, эта технология использует «пневмо-гидравлические-электронные» приводы для управления процессом сгорания в каждом цилиндре. Koenigsegg говорит, что с помощью этих приводов, вместо кулачковых валов, можно более точно управлять процессом сгорания в каждом цилиндре. FreeValve также позволяет люксовому автопроизводителю отказаться от других дорогостоящих автозапчастей, включая корпус дроссельной заслонки, кулачковый привод, ГРМ, выпускной клапан, предкаталитический преобразователь и систему непосредственного впрыска. По слухам, компания готовит технологию для установки на суперкар стоимостью 1,1 миллиона долларов, который будет выпущен в 2020 году. В интервью Top Gear основатель компании Кристиан фон Кёнигсегг (Christian von Koenigsegg) заявил, что FreeValve позволит ему построить автомобиль с нулевым уровнем выбросов и двигателем внутреннего сгорания. «Идея заключается в том, чтобы доказать миру, что даже двигатель внутреннего сгорания может быть полностью СО2-нейтральным», — сказал он.

Говорят, что двигатель Nissan VC-Turbo является первым в мире готовым к производству двигателем с переменным коэффициентом сжатия. VC-Turbo разрабатывался более 20 лет, и он использует усовершенствованную многозвеньевую систему для изменения коэффициента сжатия. Во время работы, угол наклона многозвеньевых рычагов варьируется, что приводит к регулировке верхней мертвой точки поршней. С изменением положения поршня меняется и степень сжатия. Результат — производительность по требованию. Высокий коэффициент сжатия обеспечивает большую эффективность, в то время как низкий коэффициент сжатия увеличивает мощность и крутящий момент. VC-Turbo доступен в Nissan Altima 2019.

3,6-литровый двигатель Pentastar от Fiat Chrysler Automobiles является примером внимательного отношения к деталям и политики постоянного совершенствования. Двигатель использует две ключевые особенности для повышения топливной экономичности и крутящего момента. Первая из них — это регулируемый подъем клапана (VVL). VVL позволяет двигателю оставаться в режиме пониженного подъема до тех пор, пока водитель не потребует больше мощности. Затем он реагирует переключением в режим повышенного подъема для улучшения сгорания топлива. Вторая инновация — это рециркуляция отработавших газов с охлаждением, которая, как говорят, сокращает выбросы вредных веществ, снижает потери при прокачке и позволяет работать без стука при высоких нагрузках двигателя. Эти особенности обеспечивают Pentastar увеличение экономии топлива на 6%, при этом крутящий момент увеличивается на 14,9%. Fiat Chrysler также отмечает, что эти улучшения наблюдаются на скоростях двигателя ниже 3000 оборотов в минуту, когда повышенный крутящий момент необходим больше всего.

В наши дни производительность двигателя — это не только крутящий момент и лошадиные силы. Речь идет и об эффективности. Toyota доказала это в 2018 году, представив 2,5-литровый четырехцилиндровый двигатель Dynamic Force, который, по имеющимся данным, обладает тепловым КПД около 40%. Это большой шаг вперед, учитывая, что большинство современных двигателей приближаются к 30%, что, в свою очередь, означает, что 70% сгорания топлива теряется в виде тепла. Toyota добилась этого с помощью ряда современных усовершенствований, включая длинный ход, высокий коэффициент сжатия, форсунки с двойными распылителями, интеллектуальную регулировку синхронизации клапанов и непосредственный впрыск топлива. Результат: Экономия топлива на трассе 2018 Camry составляет 29 и 41 мг, что на 26% выше по сравнению с предыдущей моделью.

1,5-литровый двигатель EcoBoost от Ford заслуживает внимания, потому что это еще один пример «умного» маленького двигателя, способного управлять относительно большим автомобилем с помощью двух цилиндров. Рядный трехцилиндровый EcoBoost выполняет эту задачу при отключении цилиндра, который определяет ситуацию, когда один цилиндр не нужен, и поэтому автоматически отключает его. Система может отключить или активировать цилиндр всего за 14 миллисекунд для поддержания плавного хода. Однако даже на трех цилиндрах она способна выдать 180 л.с. и 240 Нм крутящего момента (при сгорании 93-октанового топлива). Этот двигатель установлен в европейском Ford Fusion и американском внедорожнике Ford Escape, способном буксировать до 2,000 фунтов.

В 2018 году компания Cadillac еще больше увлеклась турбокомпрессорами, представив двигатель Twin Turbo V-8. Twin Turbo использует «горячую V-образную конфигурацию» — то есть устанавливает турбокомпрессоры в верхней части двигателя, в ложбине между головками. Таким образом, инженеры Cadillac утверждают, что они уменьшили общий размер конструкции двигателя и практически ликвидировали отставание турбокомпрессоров. Использованный на Cadillac CT6 V-Sport, новый двигатель выдает примерно 550 л.с. и обеспечивает потрясающий крутящий момент в 850.1 Нм.

Для тех, у кого есть страсть к старомодным лошадиным силам и крутящему моменту, у Dodge есть ответ в виде 6,2-литрового высокомощного двигателя HEMI V-8. Двигатель, выдающий 797 л.с. и 958.6 Нм крутящего момента, большую часть своей мощности черпает из 2,7-литрового нагнетателя — самого большого заводского нагнетателя среди всех серийных автомобилей. Наряду с нагнетателем в двигателе используются высокопрочные шатуны и поршни, высокоскоростной клапанный механизм и два двухступенчатых топливных насоса. 6,2-литровый двигатель, используемый в Dodge Challenger Hellcat Redeye, способен принимать огромное количество бензина в высокопроизводительном режиме, опорожняя бак чуть менее чем за 11 минут. Хорошая новость, однако, в том, что при нормальных дорожных условиях Hellcat все еще находится на отметке 10.69 л/100 км. Dodge хвастается тем, что Hellcat является самым быстрым в отрасли маслкаром с разгоном 0-100 км/ч в 3,4 секунды.

Поговорим о другой крупной инновации в двигателе 2018 года: Mazda выпустила двигатель SkyActiv-X, который, как говорят, является первым в мире бензиновым двигателем, использующим воспламенение при сжатии. Соединив две классические технологии, инженеры Mazda утверждают, что они объединили высокую тягу бензинового двигателя с эффективностью, крутящим моментом и реакцией дизеля. Ключом к их реализации является технология, известная под названием Spark Controlled Compression Ignition, которая максимально увеличивает зону, в которой возможно воспламенение от сжатия, и обеспечивает плавный переход между воспламенением от сжатия и воспламенением от искры. При внедрении двигателя прошлой осенью Mazda сообщила удивительные цифры: крутящий момент повысился на 10-30%, а КПД — на 20-30% по сравнению с предшественником. Mazda говорит, что двигатель также предлагает большую свободу в выборе передаточных чисел, что еще больше увеличивает экономию топлива и ходовые качества двигателя.

Автор: T-800
Источник: https://habr.com/

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

Geely и Volvo будут совместно разрабатывать двигатели внутреннего сгорания

Zhejiang Geely Holding Group (Geely) и ее дочерняя компания Volvo Car Group (Volvo) объединят свои усилия по разработке современных двигателей.

Zhejiang Geely Holding Group (Geely) и ее дочерняя компания Volvo Car Group (Volvo), полностью находящаяся в собственности концерна, объединят свои усилия по разработке современных двигателей с целью создания ведущего в мире предприятия по производству двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и гибридных силовых установок нового поколения.

Бизнес-проект пока находится на стадии разработки. Предполагается, что данный шаг позволит Volvo Cars сосредоточиться на производстве полностью электрических автомобилей премиум-класса. Компания ожидает, что к середине следующего десятилетия половина глобальных продаж будет приходиться на полностью электрические автомобили, а другая половина – на гибридные модели, поставляемые новым предприятием.

Новое подразделение будет заниматься разработкой эффективных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и гибридных силовых установок, которые получат передовое техническое оснащение, а также их производством для компаний Volvo Cars, Geely Auto, Lynk & Co, Proton, Lotus и LEVC с целью укрепления взаимодействия между брендами.

Предприятие объединит 3000 специалистов Volvo и 5000 сотрудников Geely, работающих над двигателями внутреннего сгорания. Их деятельность включает в себя исследования, разработки, закупки, производство, ИТ и финансы. Сокращений рабочей силы не планируется.

С момента приобретения компанией Geely марки Volvo в 2010 году оба бренда достигли рекордных показателей продаж. Новое бизнес-подразделение должно способствовать дальнейшему сотрудничеству сторон в сфере научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, производства, закупок и прочих операций.

В мировой автомобильной промышленности возрастает спрос на эффективные двигатели внутреннего сгорания и гибридные силовые установки. Проект позволит компаниям продавать двигатели и силовые установки сторонним производителям, тем самым создавая возможности для роста.

«Продолжая работу над переходом к полностью электрифицированным автомобилям, мы в то же время будем увеличивать инвестиции в разработку высокоэффективных двигателей внутреннего сгорания и гибридных силовых установок. Это позволит нам обеспечить клиентов новейшими продуктами и услугами, а также повысить эффективность нашей совместной работы», − заявил президент Zhejiang Geely Holding Group и генеральный директор Geely Auto Group Ань Цунхуэй.

«Гибридным автомобилям необходимы лучшие двигатели внутреннего сгорания. У нового подразделения будут ресурсы, знания и опыт для эффективной разработки этих силовых агрегатов», — комментирует Хокан Самуэльссон, президент и главный исполнительный директор Volvo Cars.

В настоящее время бизнес-план находится на стадии разработки. Затем его рассмотрят руководители компаний и профсоюзов – проект должен получить одобрение со стороны совета директоров и соответствующих органов власти.

Анализ современных двигателей внутреннего сгорания с электросиловыми установками Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 6 (34) • 2019

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 62-1/-9

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЭЛЕКТРОСИЛОВЫМИ УСТАНОВКАМИ

Столяров Даниил Михайлович, студент 2-ого курса Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина,

Коротких Юлия Сергеевна, старший преподаватель кафедры автомобильного транспорта, Пуляев Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного

транспорта;

ФГБОУ ВО РГАУ — МСХА имени К.А, Тимирязева, Москва, РФ

В данной статье рассмотрены современный ДВС и электросиловые установки и проведено их сравнение с целью выявления на сегодняшний день лучшего двигателя. Сделаны выводы о положительных свойствах электродвигателя.

Ключевые слова: ДВС; электросиловая установка; электродвигатель; топливо; устройство; ток; автомобиль.

ANALYSIS OF MODERN INTERNAL COMBUSTION ENGINES WITH ELECTRIC POWER PLANTS

Stolyarov Daniil Mikhailovich, student of 2nd course of Institute of engineering and energy named

after V.P. Goryachkin, Korotkikh Yulia Sergeevna, senior lecturer of the Department of road transport, Pulyaev Nikolay Nikolaevich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor of the Department of road

transport;

Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

This article describes the modern internal combustion engines and electric power plants and compares them in order to identify today the best engine. Conclusions about positive properties of the electric motor are drawn.

Keywords: internal combustion engine; electric power plant; electric motor; fuel; device; current; car

Для цитирования: Столяров Д.М., Коротких Ю.С., Пуляев Н.Н. Анализ современных двигателей внутреннего сгорания с электросиловыми установками // Наука без границ. 2019. № 6(34). С. 56-59.

Значительный рост во всех отраслях требует перемещения большого количества товаров и пассажиров. Высокая проходимость, вместительность и комфорт для работы в различных условиях делают автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Чтобы выяснить, какой двигатель на сегодняшний день обладает более высокими характеристиками, требуемыми от него, рассмотрим каждый двигатель отдельно.

Современные ДВС с электронным

впрыском топлива

Возможно, серьезным шагом в эволюции автомобильных двигателей является разработка электронной системы впрыска топлива. По сравнению с механическими аналогами, электронные системы дали возможность намного точнее вести контроль количества смеси, которая подается в цилиндры двигателя. Начальные технологические процессы предусмотрели систему электронного впрыска с одной точкой, которая была заменена многото-

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 6 (34) • 2019

чечными и даже многопортовыми системами впрыска. Но многопортовый впрыск на сегодняшний день почти не применяется из-за сложности и дороговизны конструкции [5, 6].

Сегодня датчики кислорода, обычно называемые лямбда-зондами, используются в конструкции двигателей впрыска. Такие датчики установлены в системах выпуска отработавших газов, выполняя функцию контроля эффективности сгорания топлива в каждом цикле. На многих автомобилях установлены два или более кислородных датчика до и после каталитического нейтрализатора. Обладая всеми преимуществами, лямбда-зонды имеют существенный недостаток, наиболее явный в российских условиях эксплуатации автомобиля. Данные устройства весьма чувствительны к качеству горючего и при применении топлива невысокого качества имеют все шансы выходить из строя уже после некоторых тысяч пробега [2, 7, 8].

Кроме двигателей, работающих согласно принципу цикла Отто, в мире нынешней автопромышленности применяют и прочие технологии. Таким образом, в качестве варианта мы можем охарактеризовать двигатели, работающие согласно принципу цикла Аткинсона. Но данные двигатели не так распространены из-за меньшей мощности при других равных свойствах. Как правило, бензиновые двигатели, работающие согласно циклу Аткинсона, применяются в смешанных силовых установках [3].

Устройство тягового моторного транспортного средства

Устройство электродвигателя автомобиля зависит от многих факторов. Электродвигатели для электромобилей могут быть равно как постоянного, так и переменного тока. В последнее время только двигатель переменного тока (синхронный либо асинхронный) установлен в автомобиле данного вида. Первоначальные

электродвигатели для машин были постоянного тока. Это логично, поскольку аккумулятор вырабатывает постоянный ток, а электродвигатель также является постоянным током. Они используются сейчас, но не так часто. Двигатели переменного тока намного экономичнее и надежнее. Существует два вида маркировки электродвигателя: АС — двигатель переменного тока, DС — постоянного. Каждый электродвигатель имеет ротор и статор. Ротор — вращающаяся часть, статор не вращается (фиксируется). Ротор и статор имеют обмотки, которые состоят из отдельных проводников. Коллектор предназначен для подачи электрического тока на вращающуюся часть двигателя. От статора к коллектору ток передается с помощью специальных щеток. Взаимодействие магнитных полей вызывает вращение ротора [1].

Двигатели переменного тока работают немного по-другому. Статор создает магнитное поле, которое вращается само по себе. Оно (поле) может уносить стальные предметы, то есть заставлять вращаться ротор. По этой причине на роторе не требуется намотка. Но в этом случае скорость вращения ротора будет отставать от скорости вращения магнитного поля статора. Такие электродвигатели работают асинхронно [1].

Чтобы точно знать, с какой частотой вращается ротор, и отрегулировать эту частоту, необходимо разместить электрическую обмотку на роторе. Такие электродвигатели называются синхронными. Но слабое звено электродвигателя — коллектор вновь появляется. Щетки изнашиваются и требуют замены. Асинхронные двигатели не нуждаются в обслуживании [1].

Во время работы каждый мотор нагревается. По этой причине тема охлаждения электромобилей очень важна. Система охлаждения может быть автономной и принудительной. На электромобилях большой грузоподъемности, например, на БелА-

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 6 (34) • 2019

тЕхНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Зе, принудительное охлаждение (подача охлаждающего воздуха осуществляется специальным вентилятором). Маленькие автомобили и машины на самом двигателе имеют рабочее колесо, которое продувает воздух через двигатель, тем самым охлаждая его.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод.

Полностью разобравшись с каждым двигателем в отдельности и рассмотрев их конструктивные особенности, можно сделать выводы:

1. Надежность. Электромобили намного надежнее своих бензиновых аналогов. У них меньше движущихся и изнашивающихся частей, так как сам двигатель и КПП намного проще. Помимо этого, из-за низкого КПД у бензиновых двигателей выделяет большое количество теплоты во время его работы, что ускоряет износ основных узлов силового агрегата.

2. Пометка. Единственная часть двигателя, которая беспокоит — это аккумулятор. Со временем он теряет часть своей первоначальной электрической емкости. Но статические данные позволяют нам судить, что при правильном уходе маловероятно, что батарея потеряет более 20% своей емкости на расстоянии 250 000 км.

3. Стоимость обслуживания и эксплуатации. Следствием высокой надежности

электромобилей являются низкие затраты на ремонт и техническое обслуживание. В дополнение к этому у них значительно меньше расходных материалов и жидкостей, которые требуют регулярной замены. Полная зарядка с электричеством будет дешевле для владельца автомобиля, чем заполнение бака обычного автомобиля самым дешевым топливом.

4. Скорость и безопасность. У электродвигателей нет необходимости в коробке передач, поэтому способны мгновенно и более точно передавать количество крутящего момента на колеса, благодаря чему электромобили очень динамичны и позволяют безопасно управлять автомобилем. Расположение батареи в днище автомобиля позволяет сместить центр тяжести ниже и увеличивает жесткость корпуса, что положительно сказывается на управляемости и безопасности при боковых столкновениях. Отсутствие массивного двигателя в передней части электромобиля создает своего рода «буферную зону», смягчающую последствия лобового столкновения.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что на современном этапе развития технологий электродвигатели обладают рядом неоспоримых преимуществ, и я думаю, что можно с уверенностью сказать, что будущее транспорта стоит за электрической энергией.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разработка электромобилей ОАО «АвтоВАЗ». Электромотор для электромобиля [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://10i5.ru/raznoe/elektromotor-dlya-elektromobilya.html. (дата обращения: 11.06.2019).

2. Электродвигатель или ДВС? Плюсы и минусы двух технологий [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://eenergymedia/2018/08/20/elektrodvigatel-ili-dvs-plyusy-i-minusy-dvuh-tehnologij (дата обращения: 12.06.2019).

3. Электродвигатель или ДВС? Противостояние двух технологий [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://renen.ru/an-electric-motor-or-an-ice-confrontation-of-two-technologies (дата обращения: 12.06.2019).

4. История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://sovavto.org/novosti/istoriya-razvitiya-benzinovyx-dvigatelej-vnutrennego-sgoraniya (дата обращения: 12.06.2019).

тЕхНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 6 (34) • 2019

5. Коротких Ю.С. К методу оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду // В сборнике: Проблемы развития технологий создания, сервисного обслуживания и использования технических средств в агропромышленном комплексе. — Воронеж, 2017. — С. 14-18.

6. Коротких Ю.С. Экологический стандарт Евро-6 в Европе и России [Электронный ресурс] // Управление рисками в АПК. 2016. № 1. — Режим доступа: http://www.agrorisk.ru/#!korotkih-1/ lsuyi (дата обращения: 25.05.2016).

7. Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С., Приваленко А.Н. Обеспечение экономии топливно-энергетических ресурсов и качества топливно-смазочных материалов. — М. : ООО «Автограф», 2018. — 120 с.

8. Асадов Д.Г. Теоретические основы экологической безопасности на автомобильном транспорте / Д.Г. Асадов, ЮН. Ризаева, ВС. Богданов, Н.Н. Пуляев, Ю.С. Коротких. — М. : УМЦ «Триада», 2017. — 60 с.

REFERENCES

1. Razrabotka elektromobilej OAO «AvtoVAZ». Elektromotor dlya elektromobilya [The development of electric cars of «AVTOVAZ». Electric motor for electric car]. Available at: https://10i5.ru/ raznoe/elektromotor-dlya-elektromobilya.html. (accessed 11.06.2019).

2. Elektrodvigatel’ ili DVS? Plyusy i minusy dvuh tekhnologij [The electric motor or internal combustion engine? Pros and cons of two technologies]. Available at: https://eenergy.media/2018/08/20/ elektrodvigatel-ili-dvs-plyusy-i-minusy-dvuh-tehnologij (accessed 12.06.2019).

3. Elektrodvigatel’ ili DVS? Protivostoyanie dvuh tekhnologij [The electric motor or internal combustion engine? The confrontation between the two technologies]. Available at: http://renen. ru/an-electric-motor-or-an-ice-confrontation-of-two-technologies (accessed 12.06.2019).

4. Istoriya razvitiya benzinovyh dvigatelej vnutrennego sgoraniya [History of development of gasoline internal combustion engines]. Available at: http://sovavto.org/novosti/istoriya-razvitiya-benzinovyx-dvigatelej-vnutrennego-sgoraniya (accessed 12.06.2019).

5. Korotkikh Yu.S. K metodu ocenki vozdejstviya avtomobil’nogo transporta na okruzhayushchuyu sredu [On the method of assessing the impact of road transport on the environment]. V sbornike: Problemy razvitiya tekhnologij sozdaniya, servisnogo obsluzhivaniya i ispol’zovaniya tekhnicheskih sredstv v agropromyshlennom komplekse, Voronezh, 2017, pp. 14-18.

6. Korotkikh Yu.S. Ekologicheskij standart Evro-6 v Evrope i Rossii [Euro-6 environmental standard in Europe and Russia]. Upravlenie riskami v APK, 2016, no 1. Available at: http://www.agrorisk. ru/#!korotkih-1/lsuyi (accessed 25.05.2016).

7. Pulyaev N.N., Korotkikh Yu.S., Privalenko A.N. Obespechenie ekonomii toplivno-energeticheskih resursov i kachestva toplivno-smazochnyh materialov [Saving fuel and energy resources and ensuring the quality of fuel and lubricants]. Moscow, OOO «Avtograf», 2018, 120 p.

8. Asadov D.G., Rizaeva Yu.N., Bogdanov V.S., Pulyaev N.N., Korotkikh Yu.S. Teoreticheskie osnovy ekologicheskoj bezopasnosti na avtomobil’nom transporte [Theoretical foundations of environmental safety in road transport]. Moscow, UMC «Triada», 2017, 60 p.

Материал поступил в редакцию 12.06.2019 © Столяров Д.М., Коротких Ю.С., Пуляев Н.Н., 2019

Научная работа кафедры двигателей внутреннего сгорания

К основным научным направлениям кафедры относится:

• исследование судового дизелестроения, концепций конструирования судовых комбинированных двигателей новых поколений;
• использование фундаментальной теории управления при проектировании современных дизелей;
• математическое моделирование нестационарных процессов в цилиндре двигателя и смежных с ним систем впуска и выпуска и топливоподающей аппаратуре;
• создание систем наддува двигателя в зависимости от величины среднего эффективного давления;
• проблемы создания современных дизель-электрических агрегатов переменного тока с высоким качеством электроэнергии;
• решение проблем создания адаптивных (интеллектуальных) двигателей внутреннего сгорания;
• моделирование и совершенствование процессов формообразования и обеспечения точности в технических и технологических системах;
• совершенствование процессов абразивной обработки ответственных изделий машиностроения;
• создание конструкций эффективных укороченных забоек взрывных скважин.

Перечисленным перечнем научные интересы нашей кафедры не исчерпываются. В ближайшее время кафедра планирует уделить особое внимание освоению современных методов исследований по экологическим показателям двигателей, по параметрам шума и вибрации с разработкой новых идей по улучшению этих показателей. В практическое русло переводятся исследования по конкретным моделям среднеоборотных и высокооборотных двигателей с обеспечением их работы на газообразном топливе. Кафедра располагает собственной аспирантурой, где продолжают обучение наиболее одаренные выпускники кафедры. В настоящее время 10 аспирантов работают по различным научным направлениям кафедры. В последнее время интенсивная автомобилизация Дальнего Востока за счет импортных автомобилей потребовала подготовки специалистов по автомобильным ДВС. Современный автомобильный двигатель является сердцем автомобиля, самым сложным и самым главным агрегатом автомобиля. Быть специалистом по ДВС означает применение ваших знаний на любой работе в области энергетики в любом регионе мира. Профессорско-преподавательский коллектив кафедры «ДВС» ведет обучение студентов на современном оборудовании и стендах, оснащенных разнообразной измерительной аппаратурой, ЭВМ, отечественными и импортными ДВС.

В процессе обучения студенты изучают физику процессов, происходящих в ДВС, их механизмы и системы, что позволит вам в будущем правильно эксплуатировать ДВС. В учебном процессе широко используются персональные ЭВМ, локальная вычислительная сеть ТОГУ имеет выход в INTERNET. Глубокие знания студент получает по теплотехнике, гидравлике, информатике, системам ДВС, системам автоматике, теории и конструкции ДВС. Созданы несколько научных лабораторий, в том числе, лаборатория горюче-смазочных материалов, лаборатория ДВС.

Кафедра «ДВС» имеет творческие связи с ведущими Вузами России (МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАДИ, Санкт-Петербургский ГТУ и др.), с РАН (институт автоматики и процессов управления ДВО РАН и др.). Большую поддержку в подготовке специалистов оказывает Российская инженерная академия (РИА). Там где кипит разумная и полезная обществу работа, обойтись без науки и изобретательства просто невозможно. А на кафедре с таким творческим потенциалом и с такими кадрами, решающей дела как практические (хоздоговорные работы), научные (статьи, учебные пособия, методические указания), исследовательские (разработка аспирантами совместно с руководителями новой тематики), учебные (методические семинары, конференции) – здесь без творчества не обойтись!!! Поэтому и работает при кафедре региональный семинар по вопросам создания, проектирования и эксплуатации комбинированных двигателей внутреннего сгорания. Доклад на этом семинаре – это путевка для выхода серьезной научной работы на докторский совет по защите диссертационных работ. В этом совете четыре профессора кафедры определяют направление: тепловые двигатели внутреннего сгорания. Кафедра принимает активное участие совместно с преподавателями ДВГУПС в работе второго семинара: механика твердого деформируемого тела. На фотографии представлены частично патенты и авторские свидетельства, полученные кафедрой в разные годы. Безусловно, научная деятельность определяет и качество подготовки специалистов в области двигателей внутреннего сгорания и их эксплуатации. Симбиоз науки и практики – вот основное начало в педагогической деятельности. Кстати заметим, что практически все стенды лаборатории кафедры «ДВС» были созданы руками ее сотрудников.

Актуальным направлением является разработка и внедрение в учебный процесс заданий по курсам «Начертательная геометрия. Инженерная графика», «Инженерная и компьютерная графика» и «Компьютерная графика» для компьютерного тестирования в АСТ, которое внедряется на кафедре с 2007 года.

Современные автомобили с двигателями внутреннего сгорания готовы стать частью решения по улучшению качества городского воздуха

Некоторые европейские государства-члены объявили о своих национальных амбициях по введению запрета на автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Мы объясним не только, почему новые автомобили, оснащенные современными передовыми технологиями контроля выбросов, должны быть частью решения для улучшения качества воздуха, но и почему модели завтрашнего дня будут продолжать улучшать качество воздуха на долгие годы.

По мере того, как технологии продолжают совершенствоваться, будущее личного транспорта в городах будет включать в себя целый ряд технологий от «обычных» бензиновых и дизельных двигателей до электрифицированных — мягких, полных или гибридных — и электромобилей, работающих от батарей, и даже моделей на топливных элементах. . Все это потребуется для замены старых, более загрязняющих окружающую среду транспортных средств с наших европейских дорог и улучшения качества воздуха в наших городах.

Большинство современных автомобилей, работающих на жидком топливе, будь то «обычные» или гибридные, выбрасывают очень низкие уровни загрязняющих веществ и мало влияют на качество воздуха.Сертифицированные как Euro 6d-TEMP или 6d были протестированы, чтобы продемонстрировать, что их выбросы соответствуют ограничениям на дороге в реальных условиях движения.

На этой диаграмме показаны оксиды азота (NOx) из дизельных автомобилей (Источник: данные ACEA / JAMA PEMS, полученные от 17 июля 2020 г.).

На этой диаграмме показано количество частиц от бензиновых автомобилей (Источник: данные ACEA / JAMA PEMS, полученные от 17 июля 2020 г.). Обе диаграммы показывают прогрессирование выбросов от автомобилей, сертифицированных в соответствии с последними стандартами, при реальных условиях эксплуатации.

Стандарты Euro 7, которые в настоящее время обсуждаются в Европейской комиссии, вероятно, еще больше снизят выбросы загрязняющих веществ.Если эти стандарты будут введены в середине 2020-х годов с использованием самых передовых технологий контроля выбросов, они помогут снизить общие выбросы автомобильным транспортом за счет замены большей части существующего автопарка.

Исходя из проникновения предыдущих этапов, показанных на графике ниже, этого изменения в парке можно ожидать в первой половине следующего десятилетия. Поступая таким образом, регулирующие органы обеспечивают улучшение качества местного воздуха. Действительно, положительное влияние на выбросы норм, основанных на реальном вождении, уже заметно.

На этом рисунке показана рыночная доля легковых автомобилей по стандартам выбросов (Источник: ICCT European Vehicle Market Statistics Pocketbook 2019/20)

Между тем, для автомобилей с ДВС следует использовать более экологичные, альтернативные и возобновляемые низкоуглеродные виды топлива. Это гарантирует снижение выбросов парниковых газов (ПГ) как от существующего, так и от нового автопарка. Сочетание экологически чистых видов топлива и более эффективных автомобилей с очень низким уровнем выбросов загрязняющих веществ уже помогает ускорить переход к нулевым выбросам.

Несмотря на это, ряд европейских стран предложили запретить продажу новых автомобилей, работающих на ископаемом топливе, или рассматривают программы стимулирования исключительно для автомобилей с нулевым выбросом выхлопных газов. Основная причина в том, что это поможет им достичь своих национальных целей по снижению климата. Хотя это может иметь определенное влияние, более эффективным способом сведения выбросов в секторе автомобильного транспорта к нулю в краткосрочной перспективе было бы поощрение более быстрого обновления парка.

Это будет способствовать продвижению более чистых автомобилей и фургонов, включая гибриды и автомобили с чистым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) как часть пакета.Это также гарантировало бы удаление с дорог старых, более загрязняющих окружающую среду транспортных средств, замену их более чистыми транспортными средствами разумным социально-экономическим способом.

Кроме того, фрагментарное введение предлагаемых запретов на продажу окажет серьезное влияние на Европейский единый рынок, вызывая путаницу и потенциально препятствуя людям путешествовать и продавать подержанные автомобили в пределах Европейского Союза.

Ожидается, что пройдет много лет, прежде чем автомобили с нулевым выбросом выхлопных газов займут доминирующую рыночную долю в продажах новых автомобилей в силу того, что они обладают качествами автомобилей с ДВС, имеют эквивалентные выбросы в течение жизненного цикла в странах ЕС и являются более дешевыми.До этого момента технологии, необходимые для соответствия нормативам Евро 7 в отношении загрязняющих веществ, а также парниковых газов, должны быть полностью использованы для улучшения качества воздуха в Европе и сокращения выбросов парниковых газов на нашем континенте.

Только технологический и топливно-нейтральный подход к будущему законодательству в области транспортных средств позволит создать множество предложений по мобильности, подходящих для каждого случая использования. Такой подход также является единственным способом гарантировать доступность доступного решения для всех, кто хочет купить новый автомобиль.До тех пор, пока автомобили с нулевым выбросом выхлопных газов не станут технологией, которую выбирают граждане по всей Европе, все технологические решения должны поддерживаться и доступны, чтобы и далее оказывать положительное влияние на качество воздуха на пути к будущему с нулевыми выбросами.

Двигатель внутреннего сгорания, объяснение

Современный двигатель внутреннего сгорания — это чудо техники, чудо механики, для использования которого не нужно много знать о его работе. Если вы не автомобильный фанат, вы, вероятно, не так много думаете о двигателе своей машины.

Конечно, пока что-то под капотом не пойдет не так. Когда дела идут плохо, проблемы и причины могут сбивать с толку многих водителей, для которых такие термины, как «поршень» и «картер» являются непонятной терминологией, а «боксер» напоминает Мухаммеда Али, а не Фердинанда Порше.

Итак, чтобы внести некоторую ясность в то, что происходит под капотом, мы в Gear Patrol собрали воедино краткое руководство о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, и краткое изложение различных типов двигателей внутреннего сгорания, доступных для массового потребителя. автомобили.

Полезные термины

Карбюратор: Устройство, которое смешивает воздух и топливо в надлежащем соотношении для сгорания. Система механическая, а не электронная, как современные двигатели с впрыском топлива или с прямым впрыском; как таковой, он менее эффективен.
Картер: Часть блока двигателя, в которой находится коленчатый вал. Обычно изготавливается из одного или двух кусков алюминия или чугуна.
Коленчатый вал: Компонент двигателя, соединенный с поршнями, который обеспечивает вращательное движение при сгорании.
Цилиндр: Часть блока двигателя, в которой находятся поршень и шатун, а также место, где происходит сгорание.
Прямой впрыск: Метод, с помощью которого бензин нагнетается под давлением и впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. В отличие от впрыска топлива, когда газ впрыскивается во впускной канал цилиндра.
Гармонический балансир: Также известный как демпфер, круглое устройство из резины и металла, прикрепленное к передней части коленчатого вала для поглощения вибраций и уменьшения износа коленчатого вала.Он уменьшает гармоники двигателя, возникающие при движении нескольких цилиндров вдоль коленчатого вала.
Поршень: Компонент, расположенный внутри стенок цилиндра и закрепленный поршневыми кольцами. Он движется вверх и вниз во время четырехтактного процесса сгорания, создавая силу при взрыве топлива, а воздух перемещает его.
Ред. Соответствие: Технология в автомобилях с механической коробкой передач, в которой используются датчики педали сцепления, переключения передач и трансмиссии, отправляющие сигналы электронному блоку управления, которые сообщают ему автоматически увеличивать обороты двигателя, если обороты в минуту падают слишком низко.Согласование оборотов также происходит во время переключения на пониженную передачу, повышая обороты, чтобы соответствовать более низкой передаче. Это снижает износ двигателя и упрощает процесс переключения передач.
Торсионная вибрация: Вибрация, возникающая из-за вращающихся валов внутри автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания

Как только вы преодолеете защитный пластиковый кожух двигателя, который есть на большинстве новых автомобилей, становится ясно сердце автомобиля: двигатель, окруженный радиатором, резервуарами для жидкости, воздушной камерой и аккумулятором. Независимо от того, насколько сложными могут быть двигатели — отчасти благодаря таким функциям, как прямой впрыск, согласование оборотов и т. Д.- в большинстве автомобилей используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования топлива в кинетическую энергию. Короче говоря, ваш двигатель 1. втягивает воздух и топливо, 2. сжимает его, 3. воспламеняет его, толкая поршни вниз и создавая механическую силу, которая перемещает автомобиль, а 4. выталкивает. воздух, чтобы освободить место для следующего цикла цикла.

Хотя реальный процесс значительно сложнее, четыре этапа в основном можно суммировать следующим образом:

Такт всасывания: Воздух и топливо втягиваются в цилиндр по мере того, как поршень движется вниз.
Ход сжатия: Воздух, подаваемый в двигатель, и топливо сжимаются, когда цилиндр перемещается в положение хода вверх.
Ход сгорания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая давление. Расширяющаяся смесь толкает поршень вниз.
Exhaust Stroke: Образовавшаяся газовая смесь, образовавшаяся в результате воспламенения и расширения, выбрасывается из цилиндра как отходы.

Мощность двигателя сильно различается в зависимости от количества цилиндров, конфигурации двигателя и таких технологий, как турбонаддув и наддув.Лошадиная сила — это не просто добавление цилиндров или рабочий объем; Фактически, многие из сегодняшних высокопроизводительных четырехцилиндровых двигателей могут легко соответствовать или превосходить мощность своих шестицилиндровых собратьев. В наши дни это еще и технологическая игра; Соедините меньший бензиновый двигатель с электродвигателем, и вы получите рецепт дополнительного ускорения. (Показательный пример: BMW i8, который сочетает в себе 1,5-литровый рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом и электродвигатель общей мощностью 357 лошадиных сил и 420 фунт-фут крутящего момента.)

Типы двигателей

Современные двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с 1876 года, когда уроженец Германии Николаус Отто построил первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Сегодня автомобильные инженеры регулярно творят чудеса, извлекая из конструкции максимальную мощность и эффективность. И хотя гибридные и электрические силовые агрегаты находятся на подъеме, на данный момент двигатели внутреннего сгорания — рядные / прямые, V-образные и оппозитные / плоские, работающие на бензине или дизельном топливе, ‚владеют дорогой.

Рядные / прямые двигатели

Примеры рядных / прямолинейных двигателей
Рядный / прямой-тройной: BMW i8
Рядный / прямой-четвертый: Honda Civic Si
Рядный / прямой-шестой: BMW X3 / X4 M

В «рядном» или «прямом» двигателе цилиндры расположены по прямой линии.Подавляющее большинство автомобилей с четырьмя цилиндрами на дорогах — это двигатели с рядным четырехцилиндровым двигателем, поэтому промышленность обычно называет их «четырехцилиндровыми». Рядные четырехцилиндровые двигатели, как правило, используются в автомобилях эконом-класса, поскольку они менее дороги в сборке и проще в обслуживании — цилиндры выстраиваются вдоль одного коленчатого вала, который приводит в движение поршни.

Рядный / рядный шестицилиндровый двигатель по своей сути сбалансирован из-за того, что отсутствуют вторичные гармоники, генерируемые парами поршней, движущихся под нечетным углом или на разных осях друг от друга, что приводит к гораздо меньшей вибрации, чем у рядных четырехцилиндровых двигателей. -цилиндровые двигатели.В настоящее время только BMW и Mercedes-Benz производят рядные / рядные шестицилиндровые двигатели для своих легковых автомобилей, и они имеют звездную репутацию благодаря плавности хода и сбалансированности.

Двигатели V-типа

Примеры двигателей V-типа
V-4: Porsche 919 Hybrid Le Mans
V-6: Toyota 4Runner
V-8: Dodge Challenger
V- 10: Lamborghini Huracán
V-12: Ferrari 821 Superfast

«V-6» и «V-8» настолько встроены в американский словарь, что некоторые люди могут не знать, что двигатели бывают в каком-либо другом формате.Двигатели V-типа обычно имеют два ряда цилиндров, установленных под углом 90 градусов друг к другу — отсюда V-образная форма — причем каждый ряд имеет половину общего числа цилиндров. В результате V-образные двигатели короче и занимают меньше места, чем прямые, что позволяет автопроизводителям уменьшить размер моторного отсека и увеличить зоны деформации и пространство для пассажиров. Кроме того, их легче установить ниже в автомобиле, что улучшит управляемость.

Если вы считаете себя фанатом автоспорта, вам нравятся двигатели V-типа из-за их частого использования в гоночных автомобилях.Жесткая конструкция и прочные материалы, используемые в двигателях V-типа, позволяют им выдерживать высокие нагрузки. Это также обеспечивает низкие силы крутильной вибрации, обеспечивая плавную подачу при переключении передач и высоких оборотах.

оппозитный / плоский двигатель

Примеры оппозитных / плоских двигателей
Flat-Four: Subaru WRX
Flat-Six: Porsche 911 Carrera

Термин «оппозитный» двигатель происходит от расположения поршней, которые лежать горизонтально друг к другу, как два боксера-соперника, которые касаются перчаток в начале боя.Поршни в оппозитном / плоском двигателе образуют два ряда — по одному с каждой стороны одного коленчатого вала.

Двигатель оппозитного типа звучит не просто устрашающе; он обеспечивает более низкий центр тяжести, чем рядные / прямые и V-образные двигатели, что улучшает управляемость. (Есть причина, по которой Porsche использует оппозитный двигатель в своих спортивных автомобилях 911, 718 Boxster и 718 Cayman.) Однако оппозитные двигатели имеют тенденцию быть более громоздкими и иметь более неудобную форму, что затрудняет их размещение в переднем моторном отсеке. . (Subaru — единственный производитель автомобилей, использующий в настоящее время оппозитный двигатель — однако, это удается довольно успешно.)

Дизельные двигатели

Примеры дизельных двигателей
Турбодизель V-6: Ram 1500 EcoDiesel
Турбодизель V-8: Ford F-250 Super Duty

Избавьтесь от старого представления о выбросе дыма хриплых 18-колесных автомобилей; современные дизельные двигатели, работающие на экологически чистом топливе, используемые в легковых автомобилях, гораздо менее тяжелые. Сгорание, происходящее в дизельном двигателе, не требует искры; скорее, высокоэнергетическое дизельное топливо воспламеняется из-за сильного сжатия поршней: воздух сжимается, нагревая его до очень высоких температур; топливо впрыскивается, и смесь воспламеняется.

Хотя дизельные двигатели имеют разное количество цилиндров, они отличаются от своих газовых аналогов тем, что они используют сжатие, а не искру для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси. Но не только то, как происходит сгорание, отличает эти силовые установки от других: в силу того, что для сгорания требуется более высокое давление, дизельный двигатель должен быть построен как резервуар, чтобы противостоять неправильному обращению. В результате они, как правило, служат дольше, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания.Дизельные двигатели также более эффективны; они извлекают из своего топлива больше энергии, чем бензин.

И, наконец, у дизельных двигателей есть одно преимущество, которое нравится многим энтузиастам: больший крутящий момент на более низких оборотах двигателя, что заставляет их чувствовать себя более быстрыми вне очереди.

Подробнее Обзоры Gear Patrol

Горячие отзывы и подробные обзоры заслуживающих внимания, актуальных и интересных продуктов. Прочитать историю

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Двигатели внутреннего сгорания — обзор

2.1 Введение

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и реактивные двигатели являются важными силовыми установками для гражданского и военного применения. Эти двигатели — это машины, которые преобразуют тепло, выделяемое при сгорании, в механическую или кинетическую энергию. В настоящее время ДВС и реактивные двигатели по-прежнему работают на ископаемом топливе и в основном полагаются на него.Растущая озабоченность по поводу экологической и энергетической безопасности привлекает внимание к альтернативным видам топлива (AFs). Существует два типа ДВС, а именно двигатели с искровым зажиганием (SI) и двигатели с воспламенением от сжатия (CI), обычно соответствующие бензиновым двигателям и дизельным двигателям. Двигатели SI широко используются в качестве источников энергии для легковых автомобилей и мотоциклов, в то время как двигатели CI в основном используются для грузовиков, кораблей и внедорожников из-за их более высокой энергоэффективности и удельной мощности по сравнению с бензиновыми двигателями [1].

Преобладающие АФ, задействованные в ДВС, охватывают широкий спектр нетрадиционных видов топлива, включая биотопливо, полученное из биомассы, сжиженного нефтяного газа (СНГ), преобразования угля в жидкие углеводороды (CtL) и водорода (H ₂ ). Биотопливо считается более чистым, чем обычное топливо для ДВС, с точки зрения выбросов вредных газообразных веществ и твердых частиц (ТЧ) [2,3]. Хотя по-прежнему существуют некоторые технологические барьеры при использовании H ₂ в ДВС, H ₂ по-прежнему является одним из перспективных видов топлива для будущих двигателей, о котором будет кратко рассказано в разделе 2.2. LPG и CtL обычно получают из ископаемого топлива [4], и они обычно классифицируются как альтернативные виды топлива, но не как биотопливо. В этой главе основное внимание уделяется технологии и производству биотоплива. Сжиженный нефтяной газ и CtL также вскоре будут представлены в разделе 2.2.

Биотопливо, которое в настоящее время применяется в транспортных средствах во всем мире, — это биодизель и биоспирт [5]. Биодизель — это кислородсодержащее топливо на основе сложных эфиров, состоящее из длинноцепочечных жирных кислот, полученных из растительных масел (как пищевых, так и несъедобных) или животных жиров, и оно невзрывоопасно, биоразлагаемо, негорючо, возобновляемо и нетоксично.Его можно использовать в дизельном двигателе в качестве альтернативы дизельному топливу без существенной модификации двигателя с такими же или лучшими характеристиками по сравнению с обычным дизельным топливом [6–8]. С другой стороны, биоспирты производятся из ряда сельскохозяйственных культур, таких как картофель, сахарный тростник, зерна, кукуруза, сорго и т. Д. Этанол и бутанол являются наиболее часто используемыми альтернативными видами топлива в ДВС [9]. Таким образом, биодизель используется для замены дизельного топлива в двигателях CI, тогда как биоспирты используются в смеси с бензином для работы двигателей SI.Сообщается, что сжигание биодизеля может привести к заметному снижению выбросов ТЧ из-за присутствия атомов кислорода и более полному сгоранию [10,11].

Пластинки графена выглядят более искаженными и имеют более длинные разделительные расстояния. Кроме того, выбросы NO _x несколько увеличиваются, в то время как выбросы углеводородов (HC) и окиси углерода (CO) уменьшаются по сравнению со сжиганием нефтяного дизельного топлива. Это можно объяснить более высокой температурой камеры сгорания при сжигании биодизеля.Биобутанол и обычные смеси дизельного топлива, по-видимому, способны эффективно снизить выбросы ТЧ, а выбросы NO _x немного ниже, чем при сжигании чистого дизельного топлива. Более высокий уровень смешивания может привести к большему снижению. Аналогичная тенденция наблюдается и при использовании топлива, смешанного с биоэтанолом. Тенденция выбросов углеводородов диаметрально противоположна выбросам NO _x . Однако влияние биоспиртов на выбросы CO все еще остается спорным и требует дальнейшего объяснения [12–14].

Реактивные двигатели можно разделить на четыре типа: турбореактивные двигатели, турбовентиляторные двигатели, турбовальные двигатели и турбовинтовые двигатели, работающие на реактивном топливе со строгими стандартами [15].Альтернативные виды топлива для реактивных двигателей получают из ископаемых источников, таких как уголь и природный газ, экологически чистого сырья растений или животных или других потенциальных углеводородных материалов. Как правило, альтернативные реактивные топлива получают с использованием следующих методов: газификация биомассы, синтез с использованием процесса Фишера-Тропша (F-T) и гидрообработка растительных масел и жиров (гидрообработанные сложные эфиры и жирные кислоты) [16]. Синтез F-T, который был предложен и разработан Францем Фишером и Гансом Тропшем в 1925 году [17], включает серию химических реакций и позволяет преобразовывать синтез-газ (CO и H ₂ ) в жидкие углеводороды.Sasol и Shell поставляют коммерчески доступные виды топлива F-T по всему миру. Sasol производит топливо F-T с помощью процесса преобразования угля в жидкость (CtL), а Shell — с помощью процесса преобразования газа в жидкость (GtL).

Большинство альтернативных видов топлива содержат большую долю изопарафинов и нормальных парафинов, не содержат ароматических углеводородов и серы. Более высокое содержание парафинов в альтернативных топливах приводит к более высокому содержанию C и H и, следовательно, к более высокому уровню выбросов CO ₂ и H ₂ O. Для большинства альтернативных видов топлива можно найти сокращение выбросов CO примерно на 20%.Нет существенной разницы в выбросах NO _x , потому что образование NO _x обычно является тепловым. Выбросы SOx напрямую связаны с содержанием серы в топливе. Ароматические углеводороды являются важными предшественниками сажи. Предыдущие экспериментальные работы показали, что сжигание альтернативных видов топлива может снизить образование сажи на 60–95%, особенно при более низкой мощности [18].

Эта глава демонстрирует классификацию альтернативных видов топлива и знакомит с их характеристиками выбросов по сравнению с обычными видами топлива.Во-первых, альтернативные виды топлива для ДВС и реактивных двигателей будут обсуждаться в разделах 2 и 3, где будут рассмотрены пути производства топлива и сырье. Далее, выбросы газообразных веществ и твердых частиц (ТЧ) от ДВС, работающих на альтернативных видах топлива, будут объяснены в разделах 4 и 5. Наконец, характеристики выбросов газообразных и ТЧ реактивных двигателей будут рассмотрены в разделах 6 и 7.

Современные двигатели внутреннего сгорания — 2021

Доступность:

В настоящее время недоступно в 2021 году

Описание установки

Рассматривает конструкцию, работу, производительность, требования к топливу и воздействие на окружающую среду современных двигателей внутреннего сгорания.Двигатели внутреннего сгорания являются богатым источником понимания многих механических технологий и актуальны для местной промышленности. Рассмотрены различные типы двигателей внутреннего сгорания: двигатели с искровым зажиганием, дизельные, со стратифицированным зарядом и двигатели смешанного цикла. Обзор литературы по теме проводится небольшими группами.

Содержание единицы

Анализ идеального цикла

Циклы газовых турбин

Рабочие параметры

Введение в двигатели с искровым зажиганием и с воспламенением от сжатия (дизельные)

Горение и термохимия

Контроль загрязняющих веществ

Приточно-вытяжные процессы

Топливо

Балансировка

Новые разработки

Результаты обучения

Результаты обучения модуля выражают успеваемость с точки зрения того, что студент должен знать, понимать и уметь делать по завершении модуля.Эти результаты согласуются с атрибутами выпускника. Результаты единичного обучения и характеристики выпускников также являются основой оценки предшествующего обучения.

По завершении этого раздела студенты должны уметь:
1	понимать особенности, технологию, работу и характеристики искрового зажигания, газовых турбин и дизельных двигателей и их современных вариантов
2	определить преимущества и недостатки типов двигателей в различных приложениях
3	проанализировать образование загрязняющих веществ и их влияние на окружающую среду
4	выполнить базовые расчеты, касающиеся производительности и выбросов двигателей внутреннего сгорания
5	предпринять и представить результаты исследовательского проекта в форме обзора литературы по теме
6	понять применение двигателей внутреннего сгорания в промышленности.

По завершении этого раздела студенты должны уметь:

1. понимать особенности, технологию, работу и характеристики искрового зажигания, газовых турбин и дизельных двигателей, а также их современных вариантов
2. определять преимущества и недостатки типы двигателей в различных приложениях
3. анализируют образование загрязняющих веществ и их влияние на окружающую среду
4. выполняют базовые расчеты, касающиеся производительности и выбросов двигателей внутреннего сгорания
5. проводят и представляют результаты исследовательского проекта в форме обзора литературы В теме
6. разбираются в применении двигателей внутреннего сгорания в промышленности.

Курсы, поддерживаемые Содружеством
Для получения информации о размерах взносов учащихся посетите страницу «Суммы взносов учащихся».

Преобразование энергии | технология | Britannica

Энергия обычно и наиболее просто определяется как эквивалент или способность выполнять работу. Само слово происходит от греческого energeia: en , «в»; эргон , «рабочий». Энергия может быть связана с материальным телом, как в спиральной пружине или движущемся объекте, или она может быть независимой от материи, как свет и другое электромагнитное излучение, пересекающее вакуум.Энергия в системе может быть доступна для использования только частично. Измерения энергии — это измерения работы, которые в классической механике формально определяются как произведение массы ( м ) и квадрата отношения длины ( l ) ко времени ( t ): мл ² / т ² . Это означает, что чем больше масса или расстояние, на которое он перемещается, или чем меньше времени требуется для перемещения массы, тем больше будет проделанная работа или больше затраченной энергии.

Развитие концепции энергии

Термин энергия не применялся как мера способности выполнять работу до довольно позднего периода развития науки механики. Действительно, развитие классической механики может осуществляться без обращения к концепции энергии. Однако идея энергии восходит к Галилею 17 века. Он признал, что, когда груз поднимается с помощью системы шкивов, прилагаемая сила, умноженная на расстояние, через которое эта сила должна быть приложена (произведение, называемое по определению работой), остается постоянной, даже если любой из этих факторов может меняться.Концепция vis viva, или живой силы, величины, прямо пропорциональной произведению массы и квадрата скорости, была введена в 17 веке. В 19 веке термин «энергия» применялся к концепции vis viva.

Первый закон движения Исаака Ньютона признает, что сила связана с ускорением массы. Почти неизбежно, что тогда интерес представляет интегральный эффект силы, действующей на массу. Конечно, есть два вида интеграла силы, действующей на массу, которые можно определить.Один — это интеграл силы, действующей вдоль линии действия силы, или пространственный интеграл силы; другой — интеграл силы за время ее действия на массу или временной интеграл.

Оценка пространственного интеграла приводит к величине, которая теперь используется для представления изменения кинетической энергии массы в результате действия силы и составляет лишь половину от vis viva. С другой стороны, временное интегрирование приводит к оценке изменения количества движения массы в результате действия силы.Некоторое время велись споры о том, какая интеграция привела к надлежащей мере силы, немецкий философ-ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц приводил доводы в пользу пространственного интеграла как единственной истинной меры, в то время как ранее французский философ и математик Рене Декарт защищал временную шкалу. интеграл. В конце концов, в XVIII веке физик Жан Д’Аламбер из Франции показал правомерность обоих подходов к измерению силы, действующей на массу, и что полемика велась только по номенклатуре.

Итак, сила связана с ускорением массы; кинетическая энергия или энергия, возникающая в результате движения, является результатом пространственной интеграции силы, действующей на массу; импульс — это результат интегрирования во времени силы, действующей на массу; а энергия — это мера способности выполнять работу. Можно добавить, что мощность определяется как скорость передачи энергии (к массе, когда на нее действует сила, или по линиям передачи от электрического генератора к потребителю).

Сохранение энергии (см. Ниже) было независимо признано многими учеными в первой половине XIX века. Сохранение энергии как кинетической, потенциальной и упругой энергии в замкнутой системе в предположении отсутствия трения оказалось действенным и полезным инструментом. Кроме того, при более внимательном рассмотрении обнаруживается, что трение, которое служит ограничением классической механики, выражается в выделении тепла, будь то на контактных поверхностях блока, скользящего по плоскости, или в объеме жидкости, в которой весло вращается или любое другое выражение «трение».«Тепло было определено как форма энергии Германом фон Гельмгольцем из Германии и Джеймсом Прескоттом Джоулем из Англии в 1840-х годах. Джоуль также экспериментально доказал связь между механической и тепловой энергией в это время. Поскольку возникла необходимость в более подробном описании различных процессов в природе, подход заключался в поиске рациональных теорий или моделей процессов, которые позволяют количественно измерить изменение энергии в процессе, а затем включить его и соответствующий ему энергетический баланс в систему. представляет интерес, при условии общей потребности в сохранении энергии.Этот подход работал для химической энергии в молекулах топлива и окислителя, высвобождающейся при их сгорании в двигателе, для производства тепловой энергии, которая впоследствии преобразуется в механическую энергию для работы машины; он также работал над преобразованием ядерной массы в энергию в процессах ядерного синтеза и ядерного деления.

Как двигатель внутреннего сгорания становится лучше

По мере того, как одно место за другим предпринимаются шаги по запрету бензиновых автомобилей в следующие несколько десятилетий — Норвегия, Нидерланды, Великобритания, Индия, Китай, Калифорния, Париж — становится все труднее И все труднее отрицать, что будущее за электричеством.И двигатель внутреннего сгорания, который движет мировым движением на протяжении более столетия, скоро сделает последний глоток воздуха, который он так загрязнен.

Но электромобили еще далеко не готовы к такому поглощению. Пока Tesla изо всех сил пытается создать масштабную модель 3 для массового рынка, остальная часть автомобильной промышленности активно обсуждает натиск с батарейным питанием, но большинство из них не станет выпускать модели в реальных количествах в течение многих лет. В США электромобили по-прежнему составляют менее 1 процента продаж новых автомобилей.Путь к 100 процентам будет долгим, и двигатель без боя не уступит эту землю.

За 133 года, прошедшие с тех пор, как Карл Бенц установил четырехтактный двигатель на свой трехколесный автомобиль в 1885 году, инженеры по всему миру вели нескончаемую войну, чтобы выжать больше мощности из меньшего количества топлива. Силовая установка под капотом современного автомобиля имеет систему впрыска топлива, часто более одного турбокомпрессора, регулируемое управление клапанами, каталитические преобразователи и электронный мозг для наблюдения за всем этим. Это сложные, универсальные и масштабируемые машины, которые используют мощность крошечных взрывов тысячи раз в секунду.Они приводят в движение автомобили, грузовики, поезда, корабли, воздуходувки и многое другое. И они продолжают поправляться.

«Двигатель внутреннего сгорания может быть даже не среднего возраста», — говорит Дон Хиллебранд, возглавляющий исследования транспорта в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. В таких лабораториях, как его, исследователи работают над тем, чтобы газовые и дизельные автомобили были максимально чистыми и эффективными. Они сосредоточены на трех областях: компьютерное управление, материалы и обработка топлива и воздуха. Поэтому мы поехали в Аргонн, чтобы посмотреть, как, по словам Хиллебранда, можно добиться 50-процентного повышения эффективности использования топлива.

Как оказалось, даже если будущее за электричеством, его еще нет.

---

Engine Evolution

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Гленн Исследовательский центр

В течение сорока лет после первый полет братьев Райт использовались самолеты Двигатели внутреннего сгорания повернуть пропеллеры генерировать толкать.Сегодня большинство самолетов гражданской авиации или частных самолетов все еще находятся в эксплуатации. с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания, как и ваш автомобильный двигатель. На этой странице мы обсудим основы двигатель внутреннего сгорания с использованием Двигатель братьев Райт 1903 года, показанный на рисунке в качестве примера.

Обсуждая двигатели, мы должны учитывать как механическая работа машина и термодинамический процессы, которые позволяют машине производить полезные работай. Базовая механическая конструкция двигателя Райта такова: замечательно похож на современный, четырехтактный, четыре цилиндра автомобильные двигатели.Как следует из названия, процесс горения двигателя внутреннего сгорания происходит в закрытом цилиндр . Внутри цилиндра движется поршень, который компрессы смесь топлива и воздуха перед сгоранием, а затем принудительно возвращается вниз по цилиндру после сгорания. На рабочий ход поршень вращает кривошип, который преобразует линейное движение поршень в круговое движение. Поворот коленчатый вал затем используется для поворота воздушного винта. В движение поршня повторяется в термодинамический цикл называется Цикл Отто который был разработан немцем Dr.Н. А. Отто, 1876 г. и используется до сих пор.

Хотя есть некоторые важные различия между современными авиационные двигатели и двигатель Wright 1903, простота конструкции двигателя Райта делает его хорошей отправной точкой для студентов. Индивидуальные веб-страницы для всех основных систем и части предоставляются так, чтобы вы можете детально изучить каждый пункт. Вот программа на Java, которую вы можете использовать, чтобы посмотреть на движок из разнообразие локаций:

На этой странице показан интерактивный Java-апплет, который позволяет вам изменять вид авиационного двигателя 1903 года путем нажатия кнопок для остановки, шага или поворота изображение.

Вы можете загрузить свою собственную копию этого апплета, нажав следующую кнопку:

Программа скачивается в формате .