О двигателе внутреннего сгорания : Кафедра ДВС : АлтГТУ
Весьма скромный по габаритам, малютка в сравнении с такими монстрами энергетики, как гидравлические, тепловые и атомные станции, но далеко не простой по конструкции, впитавший в себя все лучшие мировые достижения в технологиях, материалах, нефтехимии, гидравлики, электротехники и электроники, двигатель внутреннего сгорания обеспечивает более 90% от суммарного объема мощности всех установленных энергетических агрегатов мира.
На первый взгляд, это феномен, так как мощность единичного ДВС относительно невысокая: от десятой доли киловатта до десятков тысяч. Но никакого феномена нет. Двигатель весьма востребован в деятельности человека и берет фантастическими объемами, массовостью производства. Он всюду — где человек, там и он. На земле и под землей, на воде и под водой, в околоземном пространстве и в космосе. Нет сферы деятельности человека, где бы не использовался ДВС, и в этом его первая особенность.
Вторая особенность в том, что именно ДВС, осуществляя энергообеспечение машин и механизмов, на которые он устанавливается, главным образом и обеспечивает качество и прогресс в развитии этой техники. Легендарный танк Т-34 времен Великой Отечественной войны стал эталоном боевых машин благодаря установленному на нем дизелю Д-12, производство которого осуществлялось и на барнаульском заводе «Трансмаш». Современный легковой автомобиль стал таким, какой он есть: экономичным, надежным, комфортным, безопасным, динамичным, эргономичным благодаря значительным успехам, достигнутым в конце прошлого и начале нынешнего столетия в развитии двигателестроения. Газотурбинный регулируемый и динамический наддув, непосредственный впрыск бензина, многоклапанные системы газораспределения с изменяемыми фазами, рециркуляция отработавших газов, электронные системы управления, гибридные двигатели (ДВС + электрическая машина) — вот далеко не полный перечень мероприятий, которые позволили современному ДВС обеспечить жесткие требования ЕВРО по удельной мощности и вредным выбросам, по расходу топлива и масла, приемистости, экономичности мобильных машин.
Но это не предел — эволюционное развитие двигателя продолжается. Впереди новые задачи, среди них — расширение создания гибридных двигателей, использование водорода как топлива, адаптация двигателя к работе на биологическом топливе и др.
Вы, нынешние абитуриенты, а затем студенты — бакалавры и магистры, будете их решать и решите, ведь прогресс в энергетике остановить невозможно.
| 2-108 | а) определение плотности нефтепродуктов: 1) цилиндр 1-250 ГОСТ 1770-74, высотой 300 мм и диаметром 50 мм. 2) ареометры по ГОСТ 18481-81 «Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия» с ценой деления 0,0005 г/см3 или 0,001 г/см3. 3) термометр ртутный от –20 оС до 50 оС. б) определение октанового числа бензинов: 1) октанометр «SHATOXSX-100K», 2) лабораторная посуда емкостью 75-100 мл, 3) топлива для исследования: образцы бензина – 100 мл в) определение содержания водорастворимых кислот и щелочей в топливах ДВС: 1) индикаторная трубка ИТ-ВКЩ ТУ 4215-006-16943778-00, 2) шприц полиэтиленовый медицинский ёмкостью 2 см3. 3) резак или трехгранный надфиль, 4) резиновый шланг или трубка полимерная длиной 10-15 мм и внутренним диаметром 2,5-3,5 мм, 5) толкатель для уплотнения сорбента, 6) топливо для исследований – по 5 мл. г) определение наличия смол в бензинах: 1) фарфоровая чаша № 2 или № 3, 2) линейка, 3) шприц медицинский, 4) стакан В-1-100, 5) теплоизоляционная прокладка, 6) топливо для исследований – по 2 мл. д) определение цетанового числа топлив для дизельных двигателей: 1) октанометр «SHATOXSX-100K», 2) лабораторная посуда емкостью 75-100 мл, 3) дизельные топлива для исследования 100 мл. е) определение коэффициента фильтруемости топлив для дизельных двигателей: 1) аппарат для определения коэффициента фильтруемости УОФТ-01 по ГОСТ 19006-73, 2) штатив лабораторный с тремя зажимами для крепления прибора, 3) бумага фильтровальная марки БФДТ с тонкостью отсева не более 3 мкм и толщиной (0,33±0,03) мм, 4) воронка стеклянная вместимостью 50 см3 по ГОСТ 1770-74, 5) стакан В или Н исполнения 1 или 2 вместимостью 400 или 600 см3 по ГОСТ 25336-82, 6) цилиндр 1-50 по ГОСТ 1770-74, 7) секундомер. ж) определение содержания суммарной воды в моторных топливах: 1) индикаторная трубка ИТ-СВ-10 ТУ 4215-011-16943778-2001, 2) шприц полиэтиленовый медицинский ёмкостью 10 см3, 3) резак или трехгранный надфиль, 4) резиновый шланг или трубка полимерная длиной 10 мм и внутренним диаметром 2,5-3,5 мм, 5) измерительная шкала (линейка), 6) толкатель для уплотнения сорбента, 7) топливо для исследований – по 20 мл. з) определение фракционного состава топлив для ДВС: 1) аппарат для разгонки нефтепродуктов АРН-ЛАБ-1 (рис. | Нет | |||
| 13.03.03, 23.03.01, 13.04.03 | Энергетическое машиностроение, Технология транспортных процессов, Энергетическое машиностроение | Транспортная энергетика; | 2-109 | — набор инструментов, стартер, генератор, мобильный диагностический сканер, двигатель с ситемой управления. — автомобильный ДВС. — испытательные стенды с ДВС и необходимым измерительным оборудованием. — комплекс «МИКАС» для обработки экспериментальных данных и изменения настроек системы управления двигателя. — индимодуль фирмы AVL для снятия и обработки индикаторных диаграмм | Нет |
| 13.03.03, 23.03.01, 13.04.03 | Энергетическое машиностроение, Технология транспортных процессов, Энергетическое машиностроение | Агрегаты наддува двигателей; Химмотология; | 2-114 | — ДВС для разбрки/сборки (Mitsubishi GDI), набор ключей (Каbo). — газоанализатор марjк «Аскон-02.13», «Infralight 11-P», «SUNMGA-1500», «Horiba» серии EXSA-240 CL, «Infralight 11-P», «Инфракар 5М». — двигатель внутреннего сгорания. — тормозной стенд AVL 20. — метеостанция. — бензиновая электростанция «HondaEU10i» . — шумомер, виброметр, анализатор спектра «Октава-110А». — метр гибкий. — роторно-шестеренчатый компрессор с приводом от электродвигателя. — манометры и вакуумметры. — мультиметр с термопарой | Нет |
| 13.03.01, 13.03.03, 13.06.01, 23.02.03, 23.03.01, 25.03.01, 13.04.03 | Теплоэнергетика и теплотехника, Энергетическое машиностроение, Электро- и теплотехника, Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, Технология транспортных процессов, Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей, Энергетическое машиностроение | История развития тепловых двигателей; Конструирование двигателей; Агрегаты наддува двигателей; Транспортная психология; Основы физики горения; Системы двигателей; Транспортная энергетика; Гидрогазодинамика; Проектирование объектов энергетического машиностроения; Химмотология; Быстроходные двигатели на альтернативных топливах; Защита интеллектуальной собственности; Исследования в энергетическом машиностроении; | 2-401 | — двигатели и агрегаты систем. | Нет |
| 2-404 | персональные компьютеры (7 шт.). | Нет | |||
| 2-406 | персональные компьютеры (20 шт.). | Нет | |||
| 13.03.01, 13.03.03, 23.02.03, 23.03.01, 25.03.01, 13.04.03 | Теплоэнергетика и теплотехника, Энергетическое машиностроение, Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, Технология транспортных процессов, Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей, Энергетическое машиностроение | Исследования в транспортных процессах; Гидрогазодинамика; Конструирование двигателей; Теория рабочих процессов поршневых двигателей; Агрегаты наддува двигателей; Механика жидкости и газа; Системы двигателей; Транспортная психология; | 2-408 | — одноцикловая установка с генератором волн конечной амплитуды, вакуумный насос, компрессор и система экспериментального анализа. — персональный компьютер. — мультимедийное оборудование. — рейка дорожная универсальная РДУ-АНДОР (2579 Длина: 3м, уклоны: 0-100 промилле. — колесо измерительное MW318RN (дорожное рассотяния до 9999.99 м). — дальномер Leica DISTO D110 (1243641719 0.1 … 50 м, разрешение: 1 мм) — 2 шт.. — комплект пособий на CD по устройству автомобилей CD-Авто-147. — комплект пособий на CD по автомобильным материалам CD-АЭМ-91. — измеритель коэффициента сцепления с дорогой ИКСп-2М | Нет |
| 13.03.03, 23.02.03, 23.03.01, 13.04.03 | Энергетическое машиностроение, Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, Технология транспортных процессов, Энергетическое машиностроение | Теория рабочих процессов поршневых двигателей; Основы физики горения; Механика жидкости и газа; Технические средства организации дорожного движения; Конструирование двигателей; | 2-410 | — Персональные компьютеры (12 шт. ). — Мультимедийное оборудование. — штангенциркуль (Эталон В02601). — микрометр (МК-25-2 модель 211221 ТУ2.034.5748542.57-92) | Нет |
| 23.03.01 | Технология транспортных процессов | 2-410а | — персональный компьютер. — плакаты по организации и безопасности движения | Нет |
Как спасти двигатель внутреннего сгорания / НГ-Энергия / Независимая газета
Чиновники Еврокомиссии подтасовывают факты в пользу электромобилестроения
Строительство завода электромобилей американской корпорации Tesla под Берлином. Фото Reuters
Каждая четвертая новая легковая машина в Германии имела в 2020 году альтернативный двигатель. Из электрических моделей наибольшим спросом пользовались малый класс и внедорожники.
Об этом сообщает немецкое государственное информационное агентство Deutsche Welle (DW). Продажи автомобилей марки Mercedes выросли в Германии в 2020 году на 545,7%, у бренда Volkswagen рост составил 463,3%, Renault продал на 233,8% больше, Hyundai – на 215,5%, Audi – на 133,5%, Tesla – на 55,9%… Такие астрономические цифры опубликовало Федеральное автотранспортное ведомство (KBA). Речь идет о немецком рынке электромобилей.
Бум гибридов и электромобилей на падающем рынке
В ситуации, когда число проданных в ФРГ в прошлом году новых легковых машин из-за пандемии коронавируса, двух локдаунов и рецессии снизилось по сравнению с 2019 годом на 19%, в данном сегменте крупнейшего в Европе автомобильного рынка наблюдался бурный рост. Продажи автомобилей, работающих исключительно на электрической тяге (Battery Electric Vehicle, BEV), за год увеличились более чем в три раза (на 206,8%) и достигли 194 163 единиц. Еще более высокими темпами (342,1%) рос спрос на подзаряжаемые гибриды (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV).
В результате было зарегистрировано 200 469 новых плагин-гибридов. Всего же продажи различных видов гибридов достигли почти 528 тыс. В итоге примерно каждая четвертая новая легковая машина, выехавшая в прошлом году на дороги Германии, имела альтернативный двигатель, указывает KBA.
Ведомство включает в эту категорию не только электромобили и различные виды гибридов, но также легковые машины, работающие на водороде и газе – компримированном или сжиженном. Однако на немецком рынке они продолжают играть незначительную роль. Продажи автомобилей на компримированном газе, к примеру, упали в прошлом году на 6,1% и составили всего 7159 единиц.
Так что в Германии из всех альтернатив классическим двигателям внутреннего сгорания (ДВС), бензиновым и дизельным, в начале нового десятилетия перспективной представляется только электрическая тяга. Переходу на нее из экологических и климатических соображений активно содействует правительство Германии, предоставляя покупателям электромобилей и плагин-гибридов субсидии, которые могут достигать 9 тыс.
евро.
Благодаря этой системе субсидирования и произошел тот коренной перелом, которого добились в 2020 году BEV и PHEV на немецком рынке. Именно так трактует итоги прошлого года глава KBA Рихард Дамм: электромобильность перестала быть экзотикой, она прочно вошла в жизнь страны.
«При сохранении темпов роста регистрации новых автомобилей на электрической тяге примерно в 22%, достигнутых в последнем квартале 2020 года, можно будет добиться провозглашенной федеральным правительством цели – выйти на уровень от 7 млн до 10 млн зарегистрированных в Германии электрических автомобилей к 2030 году», – считает глава автотранспортного ведомства.
В 2020 году больше всего от этого тренда выиграл тот немецкий автостроитель, который решительнее других сделал ставку на электрификацию выпускаемого им легкового автотранспорта: группа Volkswagen. Статистика KBA показывает, что именно этот концерн со всеми его дочерними фирмами и брендами добился в прошлом году самых значительных успехов, став, причем с существенным отрывом от конкурентов, бесспорным лидером на немецком рынке электромобилей и плагин-гибридов, особенно в сегменте BEV.
Конечно, рост продаж электромобилей сразу на 463% во многом связан с эффектом низкой базы: в 2019 году бренд VW еще не мог предложить покупателям ничего оригинального – только оснащенные электрическими моторами модели Golf или, скажем, серийное производство VW ID.3, первого электромобиля компании, с самого начала сконструированного для работы с электрическим двигателем, началось лишь в конце того года.
Но в значительной мере именно эта модель, реально поступившая к дилерам лишь в сентябре 2020 года, обеспечила бренду взрывной рост продаж и, по данным KBA, долю сразу в 23% среди всех новых BEV, зарегистрированных в прошлом году в Германии. На электромобили марки Audi пришлись 4,3%, еще одна дочерняя фирма концерна, Skoda, завоевала 2,4% при росте продаж за год на 132,7%.
Таким образом, по итогам 2020 года группа Volkswagen контролирует примерно 30% немецкого рынка электромобилей. Второе место с долей в 16,2% занял французский автостроитель Renault, чья компактная модель ZOE уже несколько лет пользуется большой популярностью во всей Европе, третье место с долей в 8,3% досталось американской корпорации Tesla.
Сравним эти показатели с данными из Норвегии, ставшей первым в мире рынком, где покупают больше электромобилей, чем легковых машин с двигателями внутреннего сгорания. В 2020 году 54,3% всех зарегистрированных в этой стране новых автомобилей имели электрические или гибридные двигатели, сообщила Служба информации дорожного движения (OFV) в Осло. По итогам 2019 года данный показатель составлял 42,4%.
Обращает на себя внимание, что четыре самые востребованные в Норвегии модели – это чисто электрические BEV: внедорожник Audi e-tron, Tesla Model 3, Volkswagen ID.3 и Nissan Leaf. Пятое место заняла гибридная версия VW Golf. Расклад сил напоминает тот, что сложился и в Германии: группа Volkswagen явно лидирует, заняв три позиции из пяти. В ближайшие дни станет понятно, в какой мере подобное распределение долей наблюдается и в других странах Европы.
Статистика KBA позволяет сделать еще некоторые выводы о специфике немецкого рынка электромобилей.
Лучше всего в 2020 году продавались BEV, относящиеся к малому классу (29,9%), к городским внедорожникам SUV (19,9%), к компактному классу (19,6%) и к классу мини (16,2%). Средний класс был меньше востребован, бизнес-класс – существенно меньше.
Таким образом, жители Германии приобретали электромобили главным образом для езды по городу или в качестве второго автомобиля в семье. Либо останавливали свой выбор на особо модных в последнее время городских внедорожниках. Именно в этих сегментах рынка группа Volkswagen с брендами VW и Audi хорошо позиционирована. К классу SUV относится и электромобиль VW ID.4, продажи которого должны начаться в 1-м квартале этого года.
Но как раз в этом классе концерн может вскоре столкнуться с мощной конкуренцией со стороны американской компании Tesla, которая после завершения строительства своей гигафабрики под Берлином собирается уже летом этого года начать там выпуск городского внедорожника Model Y.
Однако «хоронить» двигатель внутреннего сгорания в Германии еще рано.
Спасение двигателя внутреннего сгорания
Немецкая газета Welt опубликовала на днях статью о путях спасения двигателя внутреннего сгорания в условиях климатического разворота. Как известно, эти шаги являются крайне актуальными. Дело в том, что Еврокомиссия предложила проект ужесточения выбросов для автомобилей. Речь идет о нормативах Евро-7, которые должны быть введены с 2025 года. Глава немецкого союза автомобильной промышленности (VDA) Хильдергард Мюллер сравнивает это нововведение с фактическим запретом двигателя внутреннего сгорания. Вопрос, пишет газета, однако, связан с определением лимита сокращения выбросов. Насколько его можно сокращать, чтобы еще можно было использовать двигатель внутреннего сгорания? Чтобы ответить на этот вопрос, Комиссия ЕС собрала группу независимых ученых и поручила им разработать различные сценарии. Ученые должны были ответить на основной вопрос, к каким последствиям приводят различные низкие границы выбросов.
Ученые разработали три сценария. Однако при презентации в Комиссии ЕС был представлен только один сценарий – самый жесткий. Как сообщили ученые немецкой газете Stuttgarter Zeitung, указание представить именно этот сценарий им поступило от вице-президента Комиссии ЕС Франса Тиммерманса, ответственного за Green Deal («зеленую сделку»). Напомним читателям, что «зеленая сделка» – это 24-страничный документ, в котором изложен путь ЕС к климатической нейтральности и радикальному снижению уровня выбросов парниковых газов в атмосферу к 2050 году. Документ затрагивает разные сферы жизнедеятельности – энергетику, сельское хозяйство, транспорт, биоразнообразие и др. Депутат Европарламента, христианский демократ Маркус Пипер высказал сомнение в таком узком и идеологизированном подходе Комиссии ЕС. Однако германская автомобильная промышленность предполагает, что именно самый жесткий сценарий и будет одобрен Комиссией ЕС, чтобы ввести нормативы Евро-7. Введение этого норматива будет означать запрет двигателя внутреннего сгорания «через заднюю дверь», или, другими словами, не напрямую.
Для лимита выброса окиси азота в Евро-7 предусмотрен лимит в 10–30 мг на пройденный километр пути независимо от ситуации на дороге, погоды и состояния самого двигателя. Независимые ученые считают эти показатели в техническом плане просто недостижимыми. Поэтому они сделали вывод, что те, кто ставит цели, подобные Евро-7, просто намерены запретить двигатель внутреннего сгорания. Депутат Марк Пипер уверен, что если Евро-7 станет реальностью, то через пять или шесть лет обычные (не электрические) автомобильные моторы уже не будут производиться. И это, по его мнению, равносильно уничтожению моторостроения и промышленности, производящей компоненты для автомобильной промышленности. При этом экология не получит никакой выгоды. По мнению Пипера, электромобили имеют на самом деле гораздо худший баланс двуокиси углерода по сравнению с самыми современными дизельными автомобилями, которые после введения Евро-7 не будут больше собираться. На этот счет известно исследование группы CESifo из мюнхенского Института экономических исследований (IFO).
Сравнительное исследование транспортных средств среднего класса Tesla Model 3 и Mercedes C 220 d показало, что первая модель выбрасывает в атмосферу больше углекислого газа, чем второй автомобиль – с дизельным двигателем. К такому выводу пришли ученые исследовательской группы CESifo Института экономических исследований в Мюнхене. Результаты их работы представлены на сайте учреждения.
Опасный для окружающей среды электромобиль
Несмотря на мнение большинства о том, что массовое внедрение электромобилей экологически безопасно, выяснилось, что электромобиль производит на 25% больше выбросов, чем модель немецкого автоконцерна. Mercedes C 220 d выделяет 117 г диоксида углерода за километр, в то время как электромобиль – 159 г.
В исследовании подчеркивается, что добыча и переработка лития, необходимого для производства аккумуляторных батарей, также требует большого количества энергии.
Батарея мощностью 75 кВт-ч выделяет от 10 тыс. до 14 тыс. кг углекислого газа. По мнению ученых, ввиду 10-летнего срока эксплуатации аккумулятора и среднегодового пробега электромобиля в 15 тыс. км, на который рассчитана батарея, на изготовление и дальнейшую переработку аккумулятора приходится 73–98 г углекислого газа на километр.
Отмечается, что дизельные двигатели, работающие на метане, то есть природном газе, значительно меньше загрязняют окружающую среду. В сравнении с дизельными двигателями выбросы метанового мотора меньше на треть. В настоящее время крупнейшие автоконцерны форсируют производство электромобилей. Так, например, японский производитель Toyota объявил о намерении ориентировочно к 2025 году полностью прекратить выпуск автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями, оставив в своей модельной линейке только гибриды, электромобили и автомобили, работающие на водороде.
Катализаторы и альтернативное топливо
Сторонники традиционного двигателя внутреннего сгорания делают сегодня ставку на новые катализаторы, в которых применяются… препараты из мочевины – AdBlue.
Подобные катализаторы резко снижают в выхлопных газах оксид азота. Сегодня они находят применение автомобильной промышленности для достижения норм Евро-6. Зеленые в Европарламенте требуют дальнейшего совершенствования катализаторов с AdBlue и полагают, что это поможет внедрению норм Евро-7 для традиционных автомобильных моторов.
В Германии по этому поводу разгорается дискуссия о новой концепции энергетического налога и замене им традиционного топливного налога, который учитывается в цене бензина на немецких бензоколонках. На сегодня, по данным Statista, в цене 1,449 евро за литр Супер, на налоги приходится 65% цены. Важнейшими налогами при этом являются наряду с НДС энергетический или топливный налог.
Речь идет о том, чтобы бензин или дизель оценивался с позиций воздействия на окружающую среду и эмиссии двуокиси углерода. Это позволило бы повысить конкурентоспособность альтернативных видов топлива, которые более благоприятны в отношении окружающей среды.
Консалтинговая фирма Frontier Economics и исследовательский институт при Кельнском университете (FiFo) разработали концепцию реформы энергетического налога с позиций усиления охраны окружающей среды. С точки зрения разработчиков, чтобы достичь климатических целей, и на транспорте необходимо наряду с повышением уровня электромобильности активнее внедрять альтернативные виды топлива. В данном случае речь идет о биотопливе из растительных масел и отходов, а также о новых видах топлива, производимого исключительно с использованием возобновляемых источников энергии. Речь идет о водороде. Разумеется, производство такого топлива дороже, чем изготовление топлива из ископаемого сырья. Но чтобы обеспечить их выход на рынок, необходимо создание соответствующих условий, и главную роль в создании таких условий будет играть налоговая политика.
Сегодня же, указывает газета, именно роль такого регулятора, как энергетический налог, остается вне поля зрения экологов. Подход к энергетическому налогу должен быть изменен.
Как известно, в Германии с 15 июля 2006 года он в качестве потребительского налога заменил налог на нефтепродукты и регулирует налогообложение всех видов энергоносителей как природного, так и искусственного происхождения. Вопрос заключается в том, что именно облагать налогом. Немецкий институт прикладной экологии (Institute for Applied Ecology) рекомендует дополнительно включить в энергетический налог ставку на выбросы двуокиси углерода.
Иной подход демонстрирует уже упомянутая выше группа ученых из FiFo Кельнского университета. Они предлагают изменить измеряемую базу энергетического налога. Если в действующем налоге в части автомобильного бензина или дизельного топлива налогом облагается, по сути, уровень содержания серы, то в будущем налогом должен облагаться только уровень содержания углерода ископаемого топлива. Благодаря этому альтернативные виды топлива станут конкурентоспособнее, чем традиционные виды топлива, производимые из нефти. Встает вопрос – что это даст? В сравнении с планами по введению Евро-7, который может исключить использование двигателя внутреннего сгорания, новое налогообложение топлива позволит сохранить парк автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.
Адриан Виллиг, управляющий немецкого научно-исследовательского института тепла и мобильности (IWO), который совместно с экспертами объединения топливной промышленности Германии (MWV) подготовил исследование по перспективам двигателя внутреннего сгорания в мире, утверждает, что даже при бурном расширении электромобильности в 2030 году по дорогам Германии будут ездить 35 млн автомашин с двигателем внутреннего сгорания и жидкие виды топлива по-прежнему будут играть важную роль в транспорте. Отсюда и необходимость того, чтобы и двигатель внутреннего сгорания вносил свой вклад в снижение выбросов парниковых газов. Предлагаемые изменения могут позволить реализовать в случае бензина и дизеля, производимых из ископаемых энергоносителей, налоговую ставку в 300–400 евро на тонну выбросов СО2, которые потребителя не столь затронут, как введение Евро-7. А для инвесторов будет дан сигнал вкладывать средства в производство альтернативных видов топлива.
Симондс: Двигатели внутреннего сгорания рано хоронить
Правительства разных стран и многие автопроизводители считают, что эпоха двигателей внутреннего сгорания подходит к концу, и транспорт будет постепенно переходить на электрическую тягу, однако специалисты Формулы 1 и другие представители мира автоспорта не готовы с этим согласиться.
Современные гибридные силовые установки уже достаточно эффективны, их не стоит сравнивать с атмосферными монстрами прошлого, у которых было по 10-12 цилиндров, а в 2025 году Формула 1 перейдёт на двигатели нового поколения, которые будут работать на топливе, получаемом из полностью возобновляемых источников.
Команды чемпионата надеются, что работа над новым техническим регламентом на двигатели в основном завершится к июню этого года.
«Многие думают, что двигатель внутренного сгорания пора хоронить, но я готов спорить, что это не так, – заявил Пэт Симондс, технический директор Формулы 1, выступая на недавней конференции Ассоциации автомобильной индустрии (MIA). – Мы активно продвигаем использование биотоплива в Формуле 1, и я считаю, что это надо внедрять и в других категориях автоспорта.
Формула 1 с недавних пор присоединилась к MIA, это позволяет обмениваться идеями с автопроизводителями, вникать в их проблемы, а поскольку чемпионат мира готовится к переходу на технику нового поколения, в которой будет больше стандартизованных компонентов, для нас очень важно установить более тесные связи с их поставщиками.
И участие в работе MIA – правильный путь к этому».
Топливо, которое применяется в Формуле 1 сейчас, уже на 5,75% состоит из биокомпонентов, а в следующем году в нём будет 10% этанола, получаемого из возобновляемых источников. К 2030-му чемпионат мира планирует достичь углеродной нейтральности.
Ульрих Барецки, бывший главный моторист Audi Sport, не исключает, что в будущем не только в гонках на выносливость, но и в Формуле 1 будут применяться водородные двигатели внутреннего сгорания. Например, в Ле-Мане планируют ввести отдельную категорию для машин с такими силовыми установками уже к 2024 году.
«Всё-таки и в 2025 году в Ле-Мане мы ещё увидим машины с двигателями внутреннего сгорания, поскольку топливо, которое в них применяется, отличается самой высокой плотностью энергии, – сказал он. – Но ещё через пять лет я надеюсь увидеть более разнообразную картину, поскольку должны появиться водородные двигатели, силовые установки на топливных элементах, но ДВС всё равно останутся».
Двигатели внутреннего сгорания
О профессии
Транспортные перевозки играют ключевую роль в развитии экономики стран и регионов. Практически все силовые установки автомобильного, воздушного, водного, железнодорожного и специального транспорта являются тепловыми двигателями, в большинстве своем – поршневые. Двигатели внутреннего сгорания используются в генераторах, служащих основными и резервными источниками электрической энергии практически во всех сферах деятельности. При проектировании, строительстве и эксплуатации альтернативных источников энергии генераторы с поршневыми двигателями являются вспомогательными и резервными источниками электрической энергии. Современные направления в двигателестроении – создание малотоксичных и экономичных двигателей внутреннего сгорания, транспортных средств с гибридными силовыми установками, использования традиционных и альтернативных топлив. Выпускники выполняют научно-исследовательские работы любой сложности в области малой энергетики, работают в научно-исследовательских институтах и на заводах двигателестроительной отрасли, занимающихся разработкой новых и модернизацией существующих моделей силовых установок для транспорта и малой энергетики; в сервисных центрах по обслуживанию, ремонту и проектированию автомобилей, тракторов, быстроходных гусеничных машин, специальной колёсной и гусеничной техники и т.д.
Учебный процесс
Учебный процесс в магистратуре направлен на изучение основ создания, исследования, моделирования, производства, эксплуатации ДВС и энергетических установок с ДВС, процессы преобразования энергии в ДВС, комбинированных ДВС и их элементов. Магистр техники и технологий приобретает навыки по принятию обоснованных решений на стадиях выбора, проектирования, создания, испытаний, эксплуатации, обеспечивающих надежную и экономичную работу энергетических установок с ДВС и комбинированных ДВС. Специалист может пользоваться принятыми в отрасли методами расчетов, графическими пакетами, базами данных для обеспечения надежной эксплуатации энергетических установок; способен выполнять расчеты по определению основных показателей экономичности и надежности ДВС и комбинированных ДВС.
Изучаемые специальные дисциплины охватывают основные направления энергетического машиностроения, применительно к двигателям внутреннего сгорания: «Математическое моделирование тепловых двигателей», «Современные энергетические технологии», «Патентоведение», «Автоматическое регулирование тепловых двигателей», «Когенерационные установки на базе тепловых двигателей», «Современные компьютерные коммуникационные технологии», «Методы испытаний ПГТ», «Специальные главы теории тепловых двигателей», «Автоматическое регулирование тепловых двигателей», «Системы топливоподачи ДВС», «Проблемы снижения вредных выбросов ДВС», «Современные проблемы науки и производства в энергетическом машиностроении», «Специальные главы теории и конструирования ДВС».
Практика
В ходе прохождения научно-исследовательских практик студенты знакомятся с современной техникой, организацией и управлением предприятиями, а также новейшими методами ведения научных исследований. В рамках педагогической практики обучающиеся получают навыки преподавательской деятельности. Департамент машиностроения и приборостроения имеет долгосрочные и продуктивные связи с ведущими российскими вузами (МГТУ им. Баумана, МАДИ, МЭИ, КАИ, МАИ, МАМИ и др.). Практики организуются на таких предприятиях, как ПАО «МОСЭНЕРГО», Объединенный институт высоких температур РАН, ОАО «Коломенский завод», ТЭЦ-25 и других флагманах теплоэнергетики.
Карьера
По окончании обучения у выпускника есть возможность построения успешной карьеры в инновационно-ориентированных высокотехнологичных двигателестроительных, энергетических и машиностроительных компаниях. Выпускники подготовлены для работы в структурах, занимающихся научной и конструкторской деятельностью, в научных и научно-производственных учреждениях и предприятиях реального сектора экономики и образовательных учреждениях высшего образования. После окончания магистратуры есть возможность продолжения учебной и научной деятельности в аспирантуре.
Код ТН ВЭД 8407219900. Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием для силовых судовых установок подвесные с рабочим объемом цилиндров двигателя более 325 куб. см, мощностью более 30 квт. Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности ЕАЭС
Позиция ТН ВЭД
|
Позиция ОКПД 2
Таможенные сборы — ИМПОРТ
| Базовая ставка таможенной пошлины | 8% реш.54 |
| Акциз | Не облагается |
| НДС | Технические средства для инвалидов Реакторы ядерные.. (НДС): Постановление 1042 от 30.09.2015 Правительства РФ
0% — 36. Специальные технические средства для обучения инвалидов и осуществления ими трудовой деятельности, которые могут быть использованы только для профилактики инвалидности или реабилитации инвалидов 20% — Прочие
Комплектующие для гражданских воздушных судов Реакторы ядерные; котлы.. (НДС-авиазапчасти): Федеральный закон 117-ФЗ от 05.08.2000 ГД РФ
0% — авиационные двигатели, запасные части и комплектующие изделия, предназначенные для строительства, ремонта и (или) модернизации на территории Российской Федерации гражданских воздушных судов, при условии представления в таможенный орган документа, подтверждающего целевое назначение ввозимого товара 20% — Прочие |
Рассчитать контракт
Электропривод vs двигатель внутреннего сгорания
На стороне электромобилей, согласно выводам экспертов, научно-технический прогресс и государственная поддержка, продиктованная растущим вниманием к проблемам экологии и стремлением стран-импортеров к энергетической безопасности. Тогда как на стороне традиционных автомобилей – потребительские предпочтения, структура производства автоконцернов, развитой сервис и инфраструктура, а сегодня еще и дешевая нефть.
Основным драйвером глобального спроса на нефть является транспорт, на долю которого приходится до 65% потребления нефти. Причем автотранспорт – это 75-77% конечного потребления нефтепродуктов в этом сегменте. В этом году бензиновый автомобиль отпразднует свое 130-летие: в 1886 г. Карл Бенц получил патент №37435 «автомобиль, работающий на бензине» на свой трицикл Бенца №1. В то время бак автомобиля вмещал всего два литра горючего, которых хватало на 16 км пути. С тех самых пор динамика спроса на автомобили с двигателем внутреннего сгорания определяла потенциал роста потребления нефти. «За прошедшие почти полтора века в автомобиле с ДВС изменилось все от внешнего вида до развиваемой скорости, сохранились только топливные предпочтения. Однако и здесь не без перемен – повысилась экономичность и экологичность автомобилей», – говорится в исследовании «Электропривод vs ДВС: когда ждать полноценной конкуренции?» VYGON Consulting.
В связи с начавшимся полтора года назад циклом низких нефтяных цен темпы развития электроприводного транспорта несколько снизились. В США в 2015 г. продажи электромобилей упали впервые с 2010 г. в связи с двукратным падением цен на бензин. Однако европейский рынок показал 50% рост продаж, что во многом связано с меньшими темпами снижения цен на топливо из-за роста спроса и высоких акцизов (годовое падение цен на топливо в Германии составило 20% по сравнению с 50% падением цен на бензин в США). В Европе ряд государств активно стимулируют продажи электромобилей: так, например, в Норвегии фискальные льготы и субсидии доходят до 17 тыс. долларов. Согласно последним статданным, мировым лидером продаж электромобилей стал Китай, показав в 2015 г. более чем трехкратный рост парка электромашин. Такое бурное развитие рынка в Поднебесной, изначально в массовом, а не люксовом сегменте, может послужить драйвером для дальнейшего развития глобального рынка электромобилей. Поскольку КНР в последние десятилетия определяет темпы роста потребления нефти, то и судьбу мирового рынка может решить успех или неудача электромобилей в этой стране.
По мнению экспертов, нефтяная твердыня автопрома может быть поколеблена в ближайшее время. Изменения на рынке неизбежно приведут к падению спроса на нефтепродукты на автотранспорте. Прогнозируется сокращение удельного расхода топлива (как в легковом, так и в грузовом сегментах), развитие гибридов и электромобилей. Урбанизация и развитие интернет-технологий, в том числе изменение стиля жизни поколения Миллениума (феномен Kuruma Banare – отказ от автомобилей в пользу интернета) приведут к сокращению пробега. Кроме того, поддержкой со стороны государства будут пользоваться программы по переходу на альтернативные виды топлива (ГМТ и биотопливо). Стимулировать спрос на электромобили будут государственные и частные инициативы по отказу от использования автомобилей с ДВС, работающих на бензине и дизеле.
Глобальный рынок электромобилей эволюционирует, и на конец 2015 г. по миру колесит уже около полутора миллионов подключаемых автомобилей. Ежегодно на международный рынок выходит порядка 10 новых моделей. Успех Tesla породил качественно новый интерес к электромобилям. Сформированы линейки выпуска концептов и обновляемых модельных рядов у компаний Nissan, Chevrolet, Tesla, а в последние два года на рынок электромобилей вышли новые игроки – BMW, Audi и Mercedes. Ведущие мировые автомобильные концерны уже выпустили около 40 новых моделей, а в ближайшие три года модельный ряд вырастет до 51. Если сейчас рыночные позиции этих типов автомобилей пока несоизмеримы с традиционными, в будущем расстановка сил может измениться. Специалисты особо выделяют выход на рынок в конце 2016 г. автомобиля Chevrolet Bolt концерна General Motors с энергоемкостью аккумулятора 40 кВт*ч и пробегом 320 км при стоимости 37,5 тыс. долларов.
Основной преградой на пути массового распространения электромобиля является его высокая цена, в несколько раз превышающая стоимость традиционного автомобиля со схожими характеристиками. Сегодня выдерживать ценовую конкуренцию электромобилям помогают существенные фискальные льготы и субсидии. Ожидается, что уже в ближайшие несколько лет стоимость большинства электромоделей начнет конкурировать с традиционным автотранспортом. Дальнейшему процессу удешевления стоимости батареи будет способствовать эффект увеличения масштаба производства и научные достижения в увеличении их энергоемкости при меньшем весе. Анонсированы новые инвестиционные инициативы в проекты по созданию новых мощностей по производству аккумуляторных батарей для электромобилей. Согласно прогнозам, они утроятся с текущих 42 ГВт до 122 ГВт благодаря реализации проектов компаний Tesla, BYD, Foxconn, Boston Power и LG. VYGON Consulting прогнозирует снижение средней стоимости батареи на 57%. Прогресс будет обеспечен за счет оптимизации системы сборки и «упрется» в стоимость материалов, главным образом кобальта и никеля. «Вопреки распространенному мнению, стоимость батареи от цены лития практически не зависит, поскольку его доля в структуре затрат аккумулятора ничтожна мала (менее 3%). В связи с этим даже многократный рост цен на этот металл из-за повышения спроса не приведет к заметному удорожанию аккумуляторного блока», – утверждается в аналитическом исследовании.
Основными составляющими цены на электромобиль, не позволяющими ему конкурировать с традиционными автомобилями, являются аккумуляторная батарея и силовая и зарядная электроника. Однако, вопреки многим прогнозным оценкам, стоимость батареи уже снизилась в среднем с 1000 долларов/кВт*ч в 2009 г. до 460 долларов/кВт*ч в 2015 г. Благодаря технологической эволюции (снижению веса материалов) и росту производственного масштаба ожидается снижение стоимости батареи до 250 долларов/кВт*ч к 2020 г. По мере роста энергоемкости батареи и соответственно дальности пробега на одной зарядке ожидается рост ценовой доступности новых моделей.
Как отмечают эксперты VYGON Consulting, при текущих технических и ценовых параметрах дифференциал стоимости пятилетнего владения электрическим Nissan Leaf и традиционным Nissan Versa Note в США составляет более 5 тыс. долларов даже с учетом субсидий в размере более 10 тыс. долларов в пользу последнего. Однако в базовом сценарии в 2020 г. (при снижении цены батареи до 250 долларов/кВт*ч и ценах на нефть 60 долларов за баррель) стоимость владения электромобилем в массовом сегменте будет ниже, чем традиционного автомобиля.
Долгие годы основным драйвером глобального роста спроса на нефть оставался транспортный сектор. «На наших глазах происходит переоценка будущей роли нефти для мирового хозяйства – меняется парадигма перманентно растущего спроса на нефть. На протяжении последних 12 лет Международное энергетическое агентство (МЭА) последовательно снижает объемы нефти, которые потребуются миру в 2030 г. Если в 2004 г. агентство предполагало, что через 26 лет для удовлетворения глобального спроса потребуется добывать порядка 116 млн баррелей в сутки, то сейчас будущие потребности стали скромнее на четверть», – отмечают эксперты в своем исследовании. В базовом сценарии МЭА, разработанном в период низких цен, потребность в нефти составит 92,9 млн баррелей в сутки, тогда как согласно радикальному сценарию агентства – МЭА 450, мировое потребление нефти к 2030 г. сократится до 80 млн баррелей в сутки.
http://neftianka.ru
Возврат к списку
Двигатель внутреннего сгорания — обзор
1 ВВЕДЕНИЕ
Топливная эффективность двигателя внутреннего сгорания может быть увеличена за счет снижения механических потерь, вызванных, главным образом, трением. Использование соответствующих масел снижает трение, увеличивает топливную экономичность и в то же время поддерживает низкий износ. Существует два подхода, с помощью которых можно добиться снижения трения в двигателях внутреннего сгорания: за счет уменьшения вязкости масла, что приводит к снижению трения в режиме смазки жидкой пленкой, и за счет использования присадок, снижающих трение, которые минимизируют трение в смешанной / граничной смазке. режим при контакте неровностей поверхности [1].
Очень важным классом присадок, снижающих трение, широко используемых в составах картерных масел, являются молибденосодержащие соединения, такие как диалкилдитиокарбамат молибдена (MoDTC). Общее количество присадок в масле может составлять от 5 до 25% [2], а эффективность MoDTC в снижении трения сильно зависит от синергетических или антагонистических эффектов с другими присадками, особенно с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) [3– 5]. Присадка ZDDP, помимо антиоксидантных свойств, как известно, очень эффективна для защиты поверхностей от износа в условиях граничной смазки; свойства, которые делают его незаменимым ингредиентом в подавляющем большинстве текущих составов масел [6].Поэтому понимание взаимодействия ZDDP и MoDTC в трибологических характеристиках как двух ключевых компонентов масел имеет важное значение для достижения оптимальных характеристик. Предыдущая работа [7] также указала на необходимость усовершенствования математических моделей смазки клапанного механизма, чтобы повысить их чувствительность к характеристикам состава масла. Такие улучшения станут возможными только путем развития лучшего понимания образования трибопленки, структуры, химических и морфологических свойств и их соотнесения с приработкой систем клапанного механизма.
MoDTC зарегистрировано для уменьшения трения за счет образования пленки, содержащей MoS 2 , на металлических поверхностях [8–12]. Было замечено, что трение уменьшилось через определенное время, определяемое как фаза индукции, после чего трение упало с высоких значений примерно 0,12 до уменьшенных значений порядка 0,05. Ямамото и Гондо [9, 13, 14] в своей работе с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) предположили, что для образования MoS 2 необходимо предварительное формирование слоя MoO 3 .Было видно, что образование M0S 2 из MoDTC происходит в результате контакта твердое тело-твердое тело [15]. Образование MoO 3 перед любым падением трения предполагает, что может произойти увеличение шероховатости, которое может способствовать образованию M0S2, что указывает на физический эффект MoO 3 на образование M0S 2 . Хотя в нескольких работах [9, 11, 15] было показано, что только MoDTC эффективен в уменьшении трения, есть сообщения, которые показывают, что MoDTC может быть эффективным в уменьшении трения только в присутствии добавки ZDDP [3-5].Sogawa et al. [16] показал, что присутствие ZDDP способствует образованию M0S 2 из MoDTC. Они обнаружили, что при использовании модельного масла, содержащего как ZDDP, так и MoDTC, около 40% S из ZDDP было использовано для образования трибопленки M0S 2 в рубце износа, но точный механизм не был исследован. С другой стороны, Martin et al. [17] предложила реакцию элиминирования M0O3 фосфатом цинка, генерируемым из ZDDP, в соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований (HSAB).Устранение M0O 3 считалось причиной того, почему система ZDDP / MoDTC более эффективна в снижении трения, чем только MoDTC — химический эффект ZDDP на снижение трения MoDTC. Однако топографический анализ трибопленок ZDDP подтвердил высокую шероховатость этой пленки [18, 19], что свидетельствует о влиянии ZDDP на образование M0S 2 , которое имеет физическую природу .
Хотя указание на виды, образующиеся при использовании добавки MoDTC, можно получить из анализа работы, проделанной несколькими группами, последовательность реакций, с помощью которых MoDTC образует M0S 2 , еще не установлена и не доказана экспериментально.Кроме того, влияние ZDDP на механизм образования M0S 2 от MoDTC до сих пор полностью не изучено. В данной статье представлена полная характеристика с точки зрения химических и топографических свойств трибопленок, образовавшихся до падения трения, и обсуждаются условия, благоприятные для образования M0S 2 и, следовательно, снижения трения. Процедура испытания, включающая замену масла одной модели на другую, использовалась для того, чтобы понять, имеют ли взаимодействия ZDDP / MoDTC физическую природу или химическую или их комбинацию.
Ступени двигателя внутреннего сгорания
Чтобы самолет двигался по воздуху, тяга создается какой-то двигательная установка. Начиная с братьев Райт ‘ первый полет, многие самолеты использовали двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры для создания тяги. Сегодня большинство самолетов гражданской авиации или частных самолетов с двигателем внутреннего сгорания (IC) , как и двигатель в вашем семейном автомобиле. Обсуждая двигатели, мы должны учитывать как механическая работа машина и термодинамический процессы, которые позволяют машине производить полезные Работа.На этой странице мы рассматриваем термодинамику четырехтактный Двигатель IC .
На рисунке показан внутренний вид Двигатель братьев Райт 1903 года в шесть раз, или ступеней , во время термодинамический цикл. Двигатель Райта был выбран из-за его простоты, но те же шесть ступеней встречаются во всех четырехтактных двигателях IC . Этапы идут от левого верхнего угла к левому нижнему, затем от от нижнего правого до верхнего правого в непрерывном цикле.Мы обозначаем этапы по тем же причинам, что и станции из газотурбинный двигатель; чтобы лучше организовать наши анализ производительности двигателя. Разработан термодинамический цикл для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. доктора Н. А. Отто, 1876 г. Цикл протекает следующим образом:
- Цикл начинается, когда впускной клапан открывается и смесь топлива и воздух всасывается в цилиндр из впускной коллектор. Поршень тянется к коленчатому валу, на рисунке слева, при постоянном давлении, потому что клапан открыт.Движение поршневой называется ход поршня . Этап 1 — начало впускной ход.
- В конце такта впуска впускной клапан закрывается, а поршень вернулся к камере сгорания. Поскольку клапаны закрыты, давление и температура увеличиваются адиабатическое сжатие. Этап 2 — начало ход сжатия.
- В конце такта сжатия, давление в камере сгорания максимальное.Свеча зажигания в современном двигателе, или контактный переключатель двигателя Райта, а затем генерирует электрическую искру, которая воспламеняет топливно-воздушная смесь. Этап 3 — начало процесс горения.
- В двигателе внутреннего сгорания горение происходит очень быстро и при постоянном объем в камере сгорания. Высокое давление заставляет поршень вернуться в исходное положение. в сторону коленчатого вала. Этап 4 — начало рабочий ход.
- В конце рабочего хода нагревать отклоняется в окружение, как того требует второй закон термодинамики. Этап 5 — начало теплоотдача.
- После отвода тепла выпускной клапан открывается и остаточный газ вытесняется в окружающую среду, чтобы подготовиться к следующему впускной ход. Этап 6 — начало такт выхлопа.
В конце такта выпуска условия вернулись к Стадия 1 условий, и цикл повторяется. Вариация давление и цилиндр объем может отображаться на диаграмма p-V для Цикл Отто.Площадь участка равна полезной Работа генерируется одним цилиндром двигателя.
Деятельность:
Экскурсии с гидом
Навигация ..
- Руководство для начинающих Домашняя страница
Вывод из эксплуатации двигателей внутреннего сгорания? Это уже происходит
- Несколько автопроизводителей уже признались, что прекратили разработку каких-либо новых двигателей внутреннего сгорания.
- Некоторые использовали многоэтапный подход, однако постепенно свертывали разработку на одних рынках раньше других.
- Видимый проблеск конца: Cadillac сказал, что CT4 и CT5 — последние V-образные автомобили, которые он будет производить.
Автопроизводители делают это официально — они постепенно отказываются от внутреннего сгорания и с разной степенью счастья движутся к полностью электрическому будущему. Итак, в какой момент действительно заканчивается более чем 120-летняя история производства и совершенствования бензиновых и дизельных двигателей? Некоторые автопроизводители заявляют, что процесс уже идет полным ходом, и больше никаких многомиллионных планов разработки двигателей не будет утверждено.
Stellantis опоздал на электрификацию, но в 2021 году он наверстывает упущенное, особенно после слияния Fiat Chrysler и PSA, в результате которого была создана компания. Jeep Wrangler 4xe — это подключаемый гибрид с четырехцилиндровым турбомотором и двумя электромоторами, общая мощность которых составляет 350 л.с. На вопрос, дошел ли бензиновый двигатель до конца линейки, пресс-секретарь Stellantis Лиза Барроу ответила: «Мы сказали, что для обновленного Jeep Grand Cherokee будет установлена трансмиссия 4xe. Других анонсов двигателей мы пока не делали.”
Jeep заявляет, что каждая новая модель будет иметь определенную степень электрификации.Stellantis
Будет ли 4xe Grand Cherokee обладать большей мощностью, и превратится ли концепт Magneto на базе аккумуляторной батареи на базе Wrangler в серийный автомобиль, как это кажется вероятным? Бэрроу отказался вдаваться в подробности, но Jeep заявил, что каждая новая модель будет иметь определенную степень электрификации. Компания уже продает подключаемые гибридные 4xe версии Compass и Renegade, но только в Европе.Картина неоднозначна, но нынешняя эпоха, когда преобладают огромные бензиновые двигатели в автомобилях Dodge, Chrysler, Ram и Jeep, может иметь ограниченный срок службы.
Генеральный директор Stellantis Карлос Таварес сыграл важную роль в развертывании электрического Leaf во время работы в Nissan и является горячим сторонником электрификации. В марте WardsAuto писал: «Stellantis стремится к будущему электричества и не будет делать в будущем никаких крупных инвестиций в двигатели внутреннего сгорания», — сказал Таварес. Он будет работать с существующими двигателями меньшего размера от PSA и более крупными двигателями от FCA.”
Так же, как электрификация Stellantis ускоряется в Европе, Ford также лидирует на этом рынке. К 2026 году, по заявлению компании, 100 процентов ее европейских легковых автомобилей будут иметь «нулевые выбросы», все электрические или гибридные, с полной электрификацией к 2030 году. BBC Top Gear высказал мнение: «Если вы в В США вашим пикапам и Mustang будет немного легче, потому что Ford электрифицировал только свой европейский модельный ряд ». Но это промежуточный шаг, и даже у Mustang теперь есть электромобиль Mach-E.
И все же расписание на внутреннем рынке Форда более мутное. «Как вы знаете, мы инвестируем не менее 22 миллиардов долларов до 2025 года в поставку совершенно новых электрифицированных автомобилей», — сказал Т. Рид, директор по связям с общественностью и корпоративной политикой Ford. «Мы также видим роль эффективных и гибридных двигателей внутреннего сгорания в определенных областях применения в Северной Америке, поскольку мы работаем над выполнением нашего обязательства по снижению выбросов углерода к 2050 году. Помимо этого, мы не комментируем предположения о будущих транспортных средствах или трансмиссиях.”
CT6-V Cadillac 2019 года: конец эпохи?ДЖЕССИКА ЛИНН УОКЕР
General Motors удивила мир объявлением в январе прошлого года о том, что к 2035 году компания планирует прекратить продажу бензиновых и дизельных автомобилей. И, по крайней мере, в одном подразделении конвейер для новых V8, кажется, иссякает. «На стороне дома Cadillac нет никаких будущих двигателей внутреннего сгорания, которые я мог бы прокомментировать на данный момент», — сказал представитель Cadillac Стефан Кросс.«В то время как Cadillac стремится к полностью электрическому будущему, продукты электромобилей и интегральных схем будут по-прежнему предлагаться вместе по мере появления новых альтернатив электромобилей. 4,2-литровый двигатель V8 с двумя турбинами, известный как Blackwing, доступен только в Cadillac CT6 Platinum и CT6-V с 2019 по 2020 год. В настоящее время у нас нет никаких дополнительных планов по поводу этого движка ».
Давайте на мгновение остановимся на Cadillac и его двигателе. Хотя совершенно новый Blackwing был собран вручную в Боулинг-Грин, штат Кентукки, и никогда не предназначался для массового производства, он определенно должен был иметь более длительный срок хранения, чем сейчас.Он предлагался в том, что тогда было CT6 V-Sport (с изменением названия в какой-то момент на CT6-V). В 2019 году было произведено всего 875 автомобилей, а в 2020 году — 600. Это был медовый двигатель с мощностью 550 л.с. и крутящим моментом 640 фунт-фут.
4,2-литровый двигатель V8 Cadillac с твин-турбонаддувом мощностью 550 л.с. попал в очень немногие автомобили.Кадиллак
При первом показе на шоу-каре Escala компания Cadillac заявила, что новый V8 является «прототипом новой системы, разрабатываемой для будущих моделей Cadillac.Но этого не произошло, и двигатель и затраты на его разработку списаны. Road & Track ссылается на источник, который сказал, что в Blackwing было вложено 16 миллионов долларов, при этом стоимость сборки каждого двигателя составила 20 000 долларов.
Между тем, компания Cadillac высокого класса отошла от CT6 и включила в себя два аккумуляторных автомобиля, внедорожник Lyriq (будет доступен в начале 2022 года как модель 2023 года) и седан в стиле фастбэк Celestiq (который будет представлен позже этим летом).
Материнская компания Cadillac, как и Ford, немного подстраховывается.«GM стремится к 2035 году устранить выбросы выхлопных газов из выхлопных труб новых легковых автомобилей и к 2040 году добиться углеродно-нейтрального баланса в мировой продукции и производственной деятельности», — сказал Крис Бонелли, глобальный представитель GM в области двигателей. «При этом у нас есть план продукта для поддержки наших основных программ внутреннего сгорания до 2035 года, который включает важные обновления наших текущих двигателей и совершенно новые конструкции двигателей, о которых еще предстоит объявить. Мы считаем, что можем стремиться к 2035 году и, в конечном итоге, к полностью электрическому будущему, продолжая при этом вводить новшества и развивать наши предложения IC.”
Платформа Ultium является основой стратегии GM в области электромобилей.GM
Но большие деньги на разработку в GM идут на электромобили, включая инвестиции в размере 2,3 миллиарда долларов с LG Energy Solution в завод по производству аккумуляторов Ultium в Теннесси.
В Европе автопроизводители с меньшей охотой говорят о своих планах по поэтапному отказу от бензина и дизельного топлива. Генеральный директор Audi Маркус Дюсманн заявил немецкому изданию Automobilwoche : «Мы больше не будем разрабатывать новый двигатель внутреннего сгорания, а адаптируем наши существующие двигатели к новым директивам по выбросам.Он сказал, что новые и строгие правила выбросов Евро-7 очень ограничивают двигатели внутреннего сгорания. Генеральный директор VW Ральф Брандштеттер сказал примерно то же самое.
Главный операционный директор Mercedes-Benz Cars Маркус Шефер, отвечающий за групповые исследования, также общался с немецкими СМИ. Он сказал Auto Motor und Sport , что у него нет планов по созданию двигателей следующего поколения IC. К 2022 году все автомобили Benz будут предлагаться в электрифицированных версиях.
Только BMW сохраняет курс.Генеральный директор BMW Оливер Зипсе заявил, что компания не планирует прекращать разработку газовых и дизельных двигателей, и добавил, что спрос на автомобили внутреннего сгорания «останется устойчивым в течение многих лет». Но BMW также ускоряет планы электромобилей и недавно выпустила электрический i4 2022 с запасом хода до 300 миль.
Toyota заявила еще в 2017 году, что не планирует выпускать двигатели внутреннего сгорания после 2040 года, но неясно, что она думает сейчас. В 2019 году Honda объявила, что после 2022 года будет продавать в Европе только электромобили и гибриды.Возможно, мышление компании неуместно, по крайней мере, на внутреннем рынке, потому что Япония рассматривает вопрос о запрете традиционного внутреннего сгорания к середине 2030-х годов, оставив только аккумуляторные электромобили и подключаемые гибриды.
Совершенно очевидно, что у традиционных автомобилей с бензиновым и дизельным топливом — на сегодняшний день большая часть рынка — в ближайшем будущем будет ограничен нулевой срок хранения. Корвет с батарейным питанием? Почему нет? У нас уже есть плагин Mustang.
Неужели — конец пути для двигателей внутреннего сгорания — наступит так быстро? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.
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.
Двигатель внутреннего сгорания | Engineering
Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором сгорание происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Сгорание топлива создает газы с высокой температурой / давлением, которые могут расширяться.Расширяющиеся газы используются для непосредственного перемещения поршня, лопаток турбины, ротора (ов) или самого двигателя, выполняя полезную работу.
Двигатели внутреннего сгорания могут работать на любом топливе, которое может сочетаться с «окислителем» в камере.
Напротив, двигатель внешнего сгорания, такой как паровой двигатель, действительно работает, когда в процессе сгорания нагревается отдельная рабочая жидкость, такая как вода или пар, который, в свою очередь, работает.
Реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины строго классифицируются как двигатели внутреннего сгорания, но термин двигатель внутреннего сгорания также используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым.
Сегодня двигатель внутреннего сгорания сокращается до аббревиатуры ICE.
Четырехтактный цикл (или цикл Отто)
Без сжатия [править | править источник]
Леонардо да Винчи [1] в 1509 году и Христиан Гюйгенс [2] в 1673 году описали двигатели постоянного давления. (Описание Леонардо не может подразумевать, что идея исходила от него или что она действительно была сконструирована.)
Непрямое внутреннее сгорание или принцип всасывания может не соответствовать определению двигателя, поскольку процесс не повторяется.
Первые двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственного оборудования.
Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд [3] использовал порох [4] для привода водяных насосов в 17 веке. В 1794 году Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого будет доминировать почти столетие.
Первый двигатель внутреннего сгорания, который будет применяться в промышленности, был запатентован Самуалом Брауном в 1823 году. Он был основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, к тому времени уже был устаревшим.Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам. Итальянцы Эухенио Барсанти [5] и Феличе Маттеуччи [6] запатентовали первый работающий, эффективный двигатель внутреннего сгорания в 1854 году в Лондоне (номер детали 1072), но не начали его производство. Он был похож по концепции на успешный двигатель непрямого действия Отто Лангена, но не так хорошо проработан в деталях.
В 1860 году Этьен Ленуар [7] (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, внешне не отличавшийся от парового двигателя.Он очень напоминал горизонтальный паровой двигатель двойного действия с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в котором газ, по сути, занимал место пара. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания. Американец Сэмюэл Мори [8] получил патент 1 апреля 1826 г. на «газовый или паровой двигатель».
Его первый (1862 г.) двигатель со сжатием, разошедшийся на части, Николаус Отто [9] разработал двигатель непрямого действия со свободным поршнем без сжатия, чья большая эффективность получила поддержку Лангена, а затем и большей части рынка, который в то время, в основном предназначался для небольших стационарных двигателей, работающих на газовом топливе.В 1870 году в Вене Зигфрид Маркус [10] поставил на ручную тележку первый передвижной бензиновый двигатель.
Сжатие [править | править источник]
Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и ранними конструкциями заключается в использовании сжатия, в частности сжатия в цилиндре. Термодинамическая теория идеализированных тепловых двигателей была основана Николя Леонардом Сади Карно [11] во Франции в 1824 году. Это научно доказало необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, были ли разработчики двигателей знали об этом до того, как сжатие уже стало широко использоваться.Фактически, это могло ввести в заблуждение дизайнеров, которые пытались подражать циклу Карно бесполезными способами.
Первым зарегистрированным предложением компрессии в цилиндре был патент, выданный Уильяму Барнету (англ.) В 1838 году. Он, очевидно, не осознавал его преимуществ, но его цикл был бы большим достижением, если бы был достаточно развит.
Отто, работая с Готлибом Даймлером [12] и Вильгельмом Майбахом [13] в 1870-х годах, разработал практический четырехтактный двигатель (цикл Отто).Немецкие суды, однако, не удержали его патент на все двигатели с цилиндрическим компрессором или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения компрессия в цилиндрах стала универсальной.
Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в мобильных силовых установках. В мобильных сценариях внутреннее сгорание является преимуществом, поскольку оно может обеспечить высокое соотношение мощности к весу вместе с превосходной удельной топливной энергией. Эти двигатели используются почти во всех автомобилях, мотоциклах, многих лодках, а также в самых разных самолетах и локомотивах.Там, где требуется очень большая мощность, например, реактивные самолеты, вертолеты и большие корабли, они появляются в основном в виде газовых турбин. Они также используются в электрических генераторах и в промышленности.
Для маломощных мобильных и многих немобильных приложений электродвигатель является конкурентоспособной альтернативой. В будущем электродвигатели также могут стать конкурентоспособными для большинства мобильных приложений. Однако высокая стоимость, вес и низкая удельная энергия батарей PbA и даже NiMH, а также отсутствие доступных по цене бортовых электрических генераторов, таких как топливные элементы, в значительной степени ограничивают их использование в специализированных приложениях.Однако последние достижения в области легких литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов позволяют снизить безопасность, удельную мощность, срок службы и стоимость до приемлемых или даже желаемых уровней. Например, недавно аккумуляторные электромобили начали демонстрировать дальность действия 300 миль на литиевой основе, теперь улучшенная мощность делает их привлекательными для подключаемых к сети гибридных электромобилей, запас хода на которых менее критичен с внутренним сгоранием для неограниченного диапазона .
Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакции топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться другие окислители, такие как закись азота.См. Также стехиометрию [14].
Наиболее распространенные виды топлива, используемые сегодня, состоят из углеводородов и получают из нефти. К ним относятся такие виды топлива, как дизельное топливо, бензин и сжиженный нефтяной газ. Большинство двигателей внутреннего сгорания, разработанных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженном нефтяном газе без каких-либо модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Также можно использовать жидкое и газообразное биотопливо соответствующего состава.
Некоторые предполагают, что в будущем водород может заменить такое топливо.Кроме того, с внедрением технологии водородных топливных элементов использование двигателей внутреннего сгорания может быть прекращено. Преимущество водорода в том, что при его сгорании образуется только вода. Это не похоже на сжигание углеводородов, при котором также образуется двуокись углерода, основная причина глобального потепления, а также окись углерода в результате неполного сгорания. Большим недостатком водорода во многих ситуациях является его хранение. Жидкий водород имеет чрезвычайно низкую плотность — в 14 раз меньше, чем вода, и требует обширной изоляции, в то время как газообразный водород требует очень тяжелых резервуаров.Хотя водород легкий и поэтому имеет более высокую удельную энергию, объемный КПД все же примерно в пять раз ниже, чем у бензина. Вот почему водород необходимо сжимать, чтобы сохранить полезное количество энергии.
Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь средства зажигания, способствующие сгоранию. В большинстве двигателей используется электрическая система зажигания или система зажигания с подогревом от сжатия. В системах электрического зажигания обычно используются свинцово-кислотная батарея и индукционная катушка, которые создают электрическую искру высокого напряжения для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.Эту батарею можно заряжать во время работы с помощью генератора с приводом от двигателя. Системы зажигания с компрессионным нагревом (дизельные двигатели и двигатели HCCI) полагаются на тепло, создаваемое в воздухе за счет сжатия в цилиндрах двигателя, для воспламенения топлива.
После успешного воспламенения и сгорания продукты сгорания (горячие газы) имеют больше доступной энергии, чем исходная сжатая топливно-воздушная смесь (которая имела более высокую химическую энергию). Доступная энергия проявляется в виде высокой температуры и давления, которые могут быть переведены в работу двигателем.В поршневом двигателе газы продукта высокого давления внутри цилиндров приводят в движение поршни двигателя.
После того, как доступная энергия удалена, оставшиеся горячие газы удаляются (часто путем открытия клапана или выхода выхлопных газов), что позволяет поршню вернуться в свое предыдущее положение (верхняя мертвая точка — ВМТ). Затем поршень может перейти к следующей фазе своего цикла (который зависит от двигателя). Любое тепло, не переведенное в работу, является отходом и выводится из двигателя с помощью системы воздушного или жидкостного охлаждения.
Иллюстрация нескольких ключевых компонентов типичного четырехтактного двигателя
Составные части двигателя различаются в зависимости от типа двигателя. Для четырехтактного двигателя ключевыми частями двигателя являются коленчатый вал (фиолетовый), один или несколько распределительных валов (красный и синий) и клапаны. Для двухтактного двигателя вместо клапанной системы могут быть просто выпускной патрубок и впускное отверстие для топлива. В обоих типах двигателей имеется один или несколько цилиндров (серый и зеленый), и для каждого цилиндра есть свеча зажигания (темно-серый), поршень (желтый) и кривошип (фиолетовый).Одиночный ход поршня вверх или вниз известен как ход поршня, а ход вниз, который происходит непосредственно после воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, известен как рабочий ход.
Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, вращающийся в эпитроихоидной камере (в форме фигуры 8) вокруг эксцентрикового вала. Четыре фазы работы (впуск, сжатие, мощность, выпуск) происходят в разных местах, а не в одном месте, как в поршневом двигателе.
В двигателе Bourke используется пара поршней, встроенных в кулисный механизм, который передает возвратно-поступательное усилие через специально разработанный подшипниковый узел для поворота кривошипно-шатунного механизма. Впуск, сжатие, мощность и выпуск — все это происходит при каждом такте вилки.
Существует широкий спектр двигателей внутреннего сгорания, соответствующих их многочисленным применениям. Аналогичным образом существует множество способов классификации двигателей внутреннего сгорания, некоторые из которых перечислены ниже.
Хотя термины иногда вызывают путаницу, реальной разницы между «двигателем» и «мотором» нет.«Когда-то слово« двигатель »(от латинского [15], через старофранцузское [16], ingenium ,« способность ») означало любую часть механизма.« Двигатель »(от латинского motor ,« двигатель ») — это любая машина, которая производит механическую энергию. Традиционно электродвигатели не называют« двигателями », но двигатели внутреннего сгорания часто называют« двигателями ».
Принципы работы [править | править источник]
Поршневой:
Поворотный:
Непрерывное горение:
Цикл двигателя [править | править источник]
Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два хода (один вверх, один вниз) для каждого рабочего хода.Поскольку нет специальных тактов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы очистки цилиндров. Наиболее распространенный метод в двухтактных двигателях с искровым зажиганием заключается в использовании движения поршня вниз для создания давления свежего заряда в картере, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием маленькие и легкие (для их выходной мощности) и очень просты в механическом отношении. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы.К сожалению, они, как правило, громче, менее эффективны и загрязняют окружающую среду больше, чем их четырехтактные аналоги, и они плохо масштабируются до больших размеров. Интересно, что самые большие двигатели с воспламенением от сжатия являются двухтактными и используются в некоторых локомотивах и больших кораблях. Эти двигатели используют принудительную индукцию для продувки цилиндров.
Двигатели, основанные на четырехтактном цикле или цикле Отто, имеют один рабочий ход на каждые четыре хода (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются в автомобилях, больших лодках и многих легких самолетах.Как правило, они тише, эффективнее и крупнее своих двухтактных собратьев. Есть несколько разновидностей этих циклов, в первую очередь циклы Аткинсона и Миллера. В большинстве дизельных двигателей грузовиков и автомобилей используется четырехтактный цикл, но с системой зажигания с подогревом от сжатия можно отдельно говорить о дизельном цикле. Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без ходов поршня, правильнее было бы назвать четырехфазным двигателем), поскольку фазы находятся в разных местах двигателя; однако, как и двухтактный поршневой двигатель, он обеспечивает один «ход» мощности на оборот на ротор, что дает ему такую же пространственную и весовую эффективность.Фаза сгорания в цикле Бурка более точно соответствует сгоранию с постоянным объемом, чем четырехтактный или двухтактный цикл. В нем также используется меньше движущихся частей, поэтому необходимо преодолевать меньшее трение, чем в двух других типах возвратно-поступательного движения. Кроме того, его более высокий коэффициент расширения также означает, что используется больше тепла от его фазы сгорания, чем используется в четырехтактных или двухтактных циклах.
Типы топлива и окислителя [править | править источник]
Используемые виды топлива включают бензин (британский термин: бензин), сжиженный нефтяной газ, испаренный нефтяной газ, сжатый природный газ, водород, дизельное топливо, JP18 (реактивное топливо), свалочный газ, биодизель, арахисовое масло, этанол, метанол (метил или древесный алкоголь).Даже псевдоожиженные металлические порошки и взрывчатые вещества нашли применение. Двигатели, в которых в качестве топлива используются газы, называются газовыми двигателями, а двигатели, в которых используются жидкие углеводороды, называются масляными двигателями. Однако, к сожалению, бензиновые двигатели также часто называют «газовыми двигателями».
Основные ограничения для топлива заключаются в том, что топливо должно легко транспортироваться через топливную систему в камеру сгорания, и что топливо выделяет достаточно энергии в виде тепла при сгорании, чтобы можно было использовать двигатель на практике.
Окислителем обычно является воздух, и его преимущество заключается в том, что он не хранится в транспортном средстве, что увеличивает удельную мощность. Однако воздух можно сжимать и переносить на борту транспортного средства. Некоторые подводные лодки предназначены для перевозки чистого кислорода или перекиси водорода, что делает их независимыми от воздуха. Некоторые гоночные автомобили содержат закись азота в качестве окислителя. Другие химические вещества, такие как хлор или фтор, нашли экспериментальное применение; но в основном непрактичны.
Дизельные двигатели обычно тяжелее, шумнее и мощнее на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.Они также более экономичны в большинстве случаев и используются в тяжелых дорожных транспортных средствах, некоторых автомобилях (в большей степени из-за их более высокой топливной эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями), кораблях и некоторых локомотивах и легких самолетах. Бензиновые двигатели используются в большинстве других дорожных транспортных средств, включая большинство автомобилей, мотоциклов и мопедов. Обратите внимание, что в Европе сложные автомобили с дизельным двигателем стали довольно распространенными с 1990-х годов, составляя около 40% рынка. И бензиновые, и дизельные двигатели производят значительные выбросы.Есть также двигатели, работающие на водороде, метаноле, этаноле, сжиженном нефтяном газе (СНГ) и биодизеле. Парафиновые двигатели и двигатели с испарительным маслом для тракторов (TVO) больше не используются.
Цилиндры [править | править источник]
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество цилиндров, обычно с номерами от одного до двенадцати, хотя было использовано целых 28 цилиндров. Наличие большего количества цилиндров в двигателе дает два потенциальных преимущества: Первое. двигатель может иметь больший рабочий объем с меньшими индивидуальными возвратно-поступательными массами (то есть масса каждого поршня может быть меньше), что обеспечивает более плавную работу двигателя (поскольку двигатель имеет тенденцию вибрировать в результате движения поршней вверх и вниз).Во-вторых, с большим рабочим объемом и большим количеством поршней может быть сожжено больше топлива, и может быть больше событий сгорания (то есть больше рабочих ходов) в заданный период времени, что означает, что такой двигатель может генерировать больший крутящий момент, чем аналогичный двигатель. с меньшим количеством цилиндров. Недостатком большего количества поршней является то, что в целом двигатель будет иметь больший вес и иметь тенденцию создавать большее внутреннее трение, поскольку большее количество поршней трутся о внутреннюю часть их цилиндров. Это имеет тенденцию к снижению топливной экономичности и лишению двигателя части его мощности.Для высокопроизводительных бензиновых двигателей, использующих современные материалы и технологии (например, двигатели, используемые в современных автомобилях), кажется, есть точка разрыва около 10 или 12 цилиндров, после чего добавление цилиндров становится общим ущербом для производительности и эффективности, хотя есть исключения. такие как двигатель W-16 от Volkswagen.
- Большинство автомобильных двигателей имеют от четырех до восьми цилиндров, некоторые высокопроизводительные автомобили имеют десять, двенадцать или даже шестнадцать, а некоторые очень маленькие легковые и грузовые автомобили имеют два или три цилиндра.В предыдущие годы некоторые довольно большие автомобили, такие как DKW и Saab 92, имели двухцилиндровые двухтактные двигатели.
- Радиальные авиационные двигатели, ныне устаревшие, имели от пяти до 28 цилиндров. Строка содержит нечетное количество цилиндров, поэтому четное число указывает на двух- или четырехрядный двигатель.
- Мотоциклы обычно имеют от одного до четырех цилиндров, а в некоторых высокопроизводительных моделях их шесть.
- Снегоходы обычно имеют два цилиндра. У некоторых более крупных (не обязательно высокопроизводительных, но тоже туристических машин) их четыре.
- Небольшие портативные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, чаще всего имеют один цилиндр, хотя существуют и двухцилиндровые бензопилы.
Система зажигания [править | править источник]
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе зажигания. Сегодня в большинстве двигателей используется электрическая или компрессионная система нагрева для зажигания. Однако исторически использовались системы с внешним пламенем и горячими трубами. Никола Тесла получил один из первых патентов на механическую систему зажигания с патентом США « Электрический воспламенитель для газовых двигателей » 16 августа 1898 года.
Топливные системы [править | править источник]
Часто для более простых поршневых двигателей используется карбюратор для подачи топлива в цилиндр. Однако точный контроль количества топлива, подаваемого в двигатель, невозможно.
Более крупные бензиновые двигатели, используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива. В двигателях, работающих на сжиженном нефтяном газе, используется смесь систем впрыска топлива и карбюраторов с обратной связью. В дизельных двигателях всегда используется впрыск топлива.
В других двигателях внутреннего сгорания, таких как реактивные двигатели, используются горелки, а в ракетных двигателях используются различные идеи, включая ударные струи, сдвиг газа / жидкости, предварительные горелки и многие другие идеи.
Конфигурация двигателя[править | править источник]
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их конфигурации, которая влияет на их физические размеры и плавность хода (более плавные двигатели производят меньшую вибрацию). Общие конфигурации включают прямую или линейную конфигурацию, более компактную V-образную конфигурацию и более широкую, но более гладкую плоскую или боксерскую конфигурацию. Авиационные двигатели также могут иметь радиальную конфигурацию, которая обеспечивает более эффективное охлаждение. Также использовались более необычные конфигурации, такие как «H», «U», «X» или «W».
Конфигурации с несколькими коленчатыми валами вовсе не обязательно нуждаются в головке блока цилиндров, но вместо этого могут иметь поршень на каждом конце цилиндра, что называется конструкцией с оппозитным поршнем. Эта конструкция использовалась в дизельном авиационном двигателе Junkers Jumo 205 с двумя коленчатыми валами, по одному на обоих концах одного ряда цилиндров, и, что наиболее заметно, в дизельных двигателях Napier Deltic, в которых использовались три коленчатых вала для обслуживания трех групп двусторонних цилиндров. цилиндры расположены в равностороннем треугольнике с коленчатыми валами по углам.Он также использовался в одноблочных локомотивных двигателях и продолжает использоваться для судовых двигателей, как для тяги, так и для вспомогательных генераторов. Двигатель Gnome Rotary, использовавшийся в нескольких ранних самолетах, имел неподвижный коленчатый вал и ряд радиально расположенных цилиндров, вращающихся вокруг него.
Объем двигателя [править | править источник]
Рабочий объем двигателя — это рабочий объем или рабочий объем поршней двигателя. Обычно он измеряется в литрах или кубических дюймах для двигателей большего размера и кубических сантиметрах (сокращенно кубических сантиметрах) для двигателей меньшего размера.Двигатели большей мощности обычно более мощные и обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, но при этом потребляют больше топлива.
Помимо разработки двигателя с большим количеством цилиндров, есть два способа увеличения мощности двигателя. Первый — удлинить ход, второй — увеличить диаметр поршня. В любом случае может потребоваться дополнительная регулировка подачи топлива в двигатель, чтобы обеспечить оптимальную производительность.
Заявленная мощность двигателя может быть больше вопросом маркетинга, чем инженерии.Morris Minor 1000, Morris 1100 и Austin-Healey Sprite Mark II имели двигатели с одинаковым ходом и диаметром цилиндра в соответствии с их спецификациями и были от одного производителя. Однако объем двигателя был указан как 1000 куб. См, 1100 куб. См и 1098 куб. См соответственно в торговой литературе и на значках автомобиля.
Загрязнение двигателя [править | править источник]
Обычно двигатели внутреннего сгорания, особенно поршневые двигатели внутреннего сгорания, производят умеренно высокие уровни загрязнения из-за неполного сгорания углеродсодержащего топлива, что приводит к образованию оксида углерода и некоторого количества сажи, а также оксидов азота и серы и некоторых несгоревших углеводородов в зависимости от условий эксплуатации и соотношение топливо / воздух.
Дизельные двигатели выделяют широкий спектр загрязняющих веществ, включая аэрозоли из множества мелких частиц, которые, как считается, глубоко проникают в легкие человека.
- Многие виды топлива содержат серу, что приводит к образованию оксидов серы (SOx) в выхлопных газах, что способствует кислотным дождям.
- Высокая температура горения создает большую долю оксидов азота (NOx), которые, как доказано, опасны как для здоровья растений, так и для животных.
- Чистое производство углекислого газа не является обязательной характеристикой двигателей, но, поскольку большинство двигателей работают на ископаемом топливе, это обычно происходит.Если двигатели работают на биомассе, то чистый углекислый газ не образуется, поскольку растущие растения поглощают столько же или больше углекислого газа во время роста.
- Водородные двигатели должны производить только воду, но при использовании воздуха в качестве окислителя также образуются оксиды азота.
- Зингер Чарльз Джозеф; Рэпер, Ричард, История технологии: Двигатель внутреннего сгорания , отредактированный Чарльзом Сингером … [и др.], Clarendon Press, 1954-1978. С. 157–176. [20]
- Харденберг, Хорст О., Средние века двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999 г.
Шаблон: Commons
Может ли водород поддерживать двигатель внутреннего сгорания?
Все более строгие правила выбросов затрудняют для автопроизводителей продолжать предлагать автомобили с двигателями внутреннего сгорания, при этом некоторые страны, такие как Соединенное Королевство, даже предпринимают шаги для полного запрета двигателей.
Интересно, что водород может оказаться спасителем двигателя внутреннего сгорания.
Ряд автопроизводителей предложили преобразовать водород, полученный из возобновляемых источников, в синтетическое топливо с нейтральным выбросом углерода. Porsche и его партнеры даже построили пилотный завод, способный производить синтетическое топливо в промышленных масштабах.
Toyota сейчас тестирует другое, гораздо более старое решение, связанное с водородом: сжигание этого вещества непосредственно в двигателе внутреннего сгорания.
На прошлой неделе автопроизводитель представил гоночный автомобиль, чей рядный трехцилиндровый двигатель разработан для работы на чистом водороде.Гоночный автомобиль все еще проходит испытания, но в мае этого года он выйдет на этап гоночной серии Super Taikyu Series 2021 года в Японии.
Как уже упоминалось, это решение не ново. BMW представила прототип 7-й серии, двигатель V-12 которого мог работать на водороде. Это было еще в 2006 году. Основные необходимые изменения касаются топливного бака и топливных форсунок.
При сжигании водорода выбросы CO2 нулевые. Однако технология не лишена недостатков.При сжигании водорода в двигателе внутреннего сгорания образуются вредные оксиды азота. Однако есть способы минимизировать это, например, использование селективного каталитического восстановления на основе мочевины, как в современных дизельных двигателях.
Как мы уже выяснили, более серьезной проблемой является низкая эффективность. Энергия уже тратится на производство водорода из возобновляемых источников, и к тому времени, когда водород сгорает в двигателе и мощность передается на трансмиссию и, в конечном итоге, на колеса, фактически передается только около 25% энергетической ценности водорода.
Вот почему электромобили на топливных элементах, такие как Toyota Mirai, имеют больше смысла при использовании водорода в качестве топлива. Здесь водород объединяется с кислородом воздуха, чтобы создать электричество, которое затем приводит в действие электродвигатель, который может напрямую приводить в действие колеса. Здесь КПД приближается к 50%. И вредных выбросов тоже нет. Просто вода.
Еще один недостаток водорода? Отсутствует инфраструктура, которая позволяла бы производить чистые закупки материалов и поставлять их клиентам. Вот почему электромобили с аккумуляторными батареями, которые могут использовать существующую электрическую сеть, вероятно, будут основным источником личного транспорта в будущем, хотя водород все еще может иметь место в транспорте на дальние расстояния.
Смерть двигателя внутреннего сгорания
«ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ изобретательность… до сих пор не нашла механического процесса, который заменил бы лошадей в качестве двигателя для транспортных средств», — сетует французская газета Le Petit Journal Декабрь 1893 года. Его ответом была организация гонки Париж-Руан для безлошадных экипажей, которая должна была состояться в июле следующего года. 102 участника включали автомобили, работающие на пару, бензине, электричестве, сжатом воздухе и гидравлике.Только 21 человек квалифицировался в гонке на 126 км (78 миль), которая собрала огромные толпы. Явным победителем оказался двигатель внутреннего сгорания. В следующем столетии он перейдет в энергетику и изменит мир.
Большой конец
Но его дни сочтены. Быстрый прогресс в области аккумуляторных технологий в пользу электромоторов (см. Брифинг). В Париже в 1894 году ни один электромобиль не доехал до старта, отчасти потому, что станции для замены батарей требовались каждые 30 км или около того. Сегодняшние электромобили, работающие от литий-ионных аккумуляторов, могут работать намного лучше.Chevy Bolt имеет запас хода 383 км; Поклонники Tesla недавно проехали на Model S более 1000 км без подзарядки. Банк UBS считает, что «общая стоимость владения» электромобилем в следующем году достигнет паритета с бензиновым, хотя и с убытками для его производителя. Он оптимистично прогнозирует, что к 2025 году электромобили составят 14% мировых продаж автомобилей по сравнению с 1% сегодня. Другие имеют более скромные прогнозы, но поспешно пересматривают их в сторону повышения по мере того, как батареи становятся все дешевле и лучше — стоимость киловатт-часа упала с 1000 долларов в 2010 году до 130-200 долларов сегодня.Регламенты тоже ужесточаются. В прошлом месяце Великобритания присоединилась к расширяющемуся списку стран, производящих только электромобили, заявив, что все новые автомобили должны иметь нулевой уровень выбросов к 2050 году.
Переход от топлива и поршней к батареям и электродвигателям вряд ли займет так много времени. Первые предсмертные хрипы двигателя внутреннего сгорания уже раздаются по всему миру, и многие последствия будут приветствоваться.
Чтобы понять, что нас ждет впереди, подумайте, как двигатель внутреннего сгорания повлиял на современную жизнь.Богатый мир был перестроен для автомобилей с огромными инвестициями в дорожную сеть и изобретением пригородов, торговых центров и проезжих ресторанов. Примерно 85% американских рабочих ездят на автомобиле. Производство автомобилей было также генератором экономического развития и роста среднего класса в послевоенной Америке и других странах. Сейчас на дорогах около 1 миллиарда автомобилей, почти все они работают на ископаемом топливе. Хотя большинство из них простаивают, американские двигатели для легковых и грузовых автомобилей могут производить в десять раз больше энергии, чем ее электростанции.Двигатель внутреннего сгорания — самый мощный двигатель в истории.
Но электрификация привела к хаосу в автомобильной промышленности. Его лучшие бренды основаны на их инженерном наследии, особенно в Германии. По сравнению с существующими автомобилями, электромобили намного проще и состоят из меньшего количества деталей; они больше похожи на компьютеры на колесах. Это означает, что им нужно меньше людей для их сборки и меньше вспомогательных систем от специализированных поставщиков. Рабочие на заводах, которые не производят электромобили, обеспокоены тем, что им может быть плохо.Чем меньше ошибок, тем меньше рынок обслуживания и запасных частей. В то время как сегодняшние автопроизводители борются со своим дорогостоящим наследием старых заводов и раздутой рабочей силы, новые участники останутся свободными. Бренды премиум-класса могут выделяться своим стилем и управляемостью, но малоприбыльные производители автомобилей для массового рынка должны будут конкурировать в основном за счет стоимости.
Если, конечно, люди вообще хотят иметь машины. Электрическая силовая установка, наряду с технологиями вызова и самоуправления, может означать, что право собственности в значительной степени заменяется «транспортом как услугой», когда парк автомобилей предлагает поездки по запросу.По самым крайним оценкам, это может привести к сокращению отрасли на целых 90%. Множество совместно используемых беспилотных электромобилей позволят городам заменить автостоянки (до 24% территории в некоторых местах) новым жильем и позволить людям ездить на работу издалека, пока они спят, — пригород наоборот.
Даже без перехода на безопасные беспилотные автомобили, электрические двигатели принесут огромную пользу для окружающей среды и здоровья. Зарядка автомобильных аккумуляторов от центральных электростанций более эффективна, чем сжигание топлива в отдельных двигателях.По данным Американского совета по защите национальных ресурсов, существующие электромобили сокращают выбросы углерода на 54% по сравнению с бензиновыми. Эта цифра будет расти по мере того, как электромобили станут более эффективными, а создание сетей станет более экологичным. Упадет и местное загрязнение воздуха. Всемирная организация здравоохранения заявляет, что это самая большая опасность для здоровья, связанная с окружающей средой, поскольку загрязнение атмосферного воздуха является причиной 3,7 млн смертей в год. Одно исследование показало, что автомобильные выбросы убивают 53 000 американцев каждый год по сравнению с 34 000, которые погибают в дорожно-транспортных происшествиях.
Авто и автократии
А еще есть масло. Примерно две трети потребления нефти в Америке приходится на дороги, а значительная часть остальной части расходует побочные продукты переработки сырой нефти для производства бензина и дизельного топлива. Нефтяная промышленность разделилась во мнениях относительно того, когда ожидать пикового спроса; Royal Dutch Shell заявляет, что до этого может потребоваться чуть больше десяти лет. Перспектива будет давить на цены задолго до этого. Поскольку никто не хочет оставаться с бесполезной нефтью в земле, будет нехватка новых инвестиций, особенно в новые дорогостоящие районы, такие как Арктика.Напротив, такие производители, как Саудовская Аравия, обладающие огромными запасами, которые можно использовать дешево, будут вынуждены начать добычу, пока не стало слишком поздно: Ближний Восток по-прежнему будет иметь значение, но гораздо меньшее, чем было. Хотя по-прежнему будет существовать рынок природного газа, который поможет генерировать электроэнергию для всех этих электромобилей, неустойчивые цены на нефть будут напрягать страны, которые зависят от доходов от углеводородов для пополнения национальной казны. Когда объемы упадут, корректировка будет чревата, особенно там, где борьба за власть долгое время велась за контроль над нефтяным богатством.В таких странах, как Ангола и Нигерия, где нефть часто была проклятием, распространение экономического влияния может принести огромные выгоды.
Тем временем борьба за литий продолжается. Цена на карбонат лития выросла с 4000 долларов за тонну в 2011 году до более чем 14000 долларов. Спрос на кобальт и редкоземельные элементы для электродвигателей также стремительно растет. Литий используется не только для питания автомобилей: коммунальные службы хотят, чтобы гигантские батареи накапливали энергию, когда спрос снижается, и высвобождали ее при пике.Превратит ли все это богатое литием Чили в новую Саудовскую Аравию? Не совсем, потому что электромобили его не потребляют; старые литий-ионные аккумуляторы от автомобилей можно повторно использовать в электрических сетях, а затем утилизировать.
Двигатель внутреннего сгорания хорошо себя зарекомендовал — и еще десятилетия может доминировать в судоходстве и авиации. Но на суше электромоторы скоро будут предлагать свободу и удобство, более дешево и чисто. Поскольку переход на электромобили обращает вспять тенденцию в богатых странах к падению потребления электроэнергии, директивным органам необходимо будет помочь, обеспечив достаточное количество генерирующих мощностей, несмотря на неработающую систему регулирования во многих странах.Им, возможно, потребуется быть повивальными бабками по новым правилам и стандартам для общественных зарядных станций, а также по переработке батарей, редкоземельных двигателей и других компонентов в «городских шахтах». И им придется справиться с суматохой, когда исчезнут старые заводские рабочие места.
Беспилотные электромобили в 21-м веке, вероятно, значительно улучшат мир, как и автомобили с двигателями внутреннего сгорания в 20-м веке. Но это будет ухабистая дорога. Пристегнитесь.
Эта статья появилась в разделе «Лидеры» печатного издания под заголовком «Roadkill»
Некролог по двигателю внутреннего сгорания
Форд был филантропом, и ему не нравилась прибыль от постоянно растущих продаж, удваивающая заработную плату его рабочих, в то время как цена Model T постепенно упала с 850 долларов до 260 долларов благодаря экономии на масштабе и усовершенствованию производства.Машина должна была остаться.
Высокая удельная энергия жидкого топлива, сделавшая возможным двигатель внутреннего сгорания, также сдерживала ранние разработки. Первоначально использовались любые летучие производные масла — ранняя модель Ts могла работать на конопляном масле — и до начала 1920-х годов октановое число было низким, что ограничивало мощность.
Начало Первой мировой войны поставило процесс горения под более пристальное внимание, и после долгих экспериментов американский химик Томас Мидгли-младший., обнаружил присадку к бензину под названием тетраэтилсвинец (TEL), которая обеспечивает гораздо более высокие степени сжатия и, следовательно, мощность. В то время возникли проблемы со здоровьем — рабочие на заводе TEL заболели и умерли, и сам Миджли заболел — но запретить его начали только в середине 70-х годов. Позже Мидгли изобрел фреон, хладагент.
Другие страны, стремящиеся мобилизовать свое население, создали свои собственные доступные автомобили. Во Франции Citroen начал разработку 2CV в 1930-х годах с учетом интересов фермеров, отсюда и простые кресла-гамак, минимальные функции, но длинноногая подвеска, которая позволяла без поломок транспортировать корзину с яйцами по только что вспаханному полю.Начало Второй мировой войны отложило запуск его в производство до 1948 года. В Германии Volkswagen (буквально «народный автомобиль») разрабатывал Beetle, свой собственный серийный автомобиль.
В то время как другие совершенствовали масштаб, именно артистичные, выразительные и страстные итальянцы создали первый суперкар. Энцо Феррари с самого начала создавал красавиц с двигателями V12. Но его новый конкурент, Lamborghini, сделал первый настоящий суперкар, когда он повернул свой собственный V12 на 90 градусов и установил его за сиденьями в Miura со средним расположением двигателя.
Однако ни одна страна не была так привязана к автомобилю, как Америка. Его население росло вместе с автомобилем, который стал неотъемлемой частью повседневной жизни, продвигая жизнь в пригороде и поездки на работу, торговые центры за городом, сети быстрого питания, фильмы о проезде на автомобиле, поездки на автомобиле.
Американские автомобили эволюционировали в соответствии с окружающей средой, они были большими, удобными, легкими и не слишком беспокоились о поворотах. Они тоже хотели пить, но бензин был дешевым; США были крупнейшим производителем нефти в мире, хотя в конце 1960-х годов спрос превысил ее производство, и они начали импортировать нефть из арабских стран.
Влияние пристрастия Америки к ICE стало очевидным, когда над такими городами, как Лос-Анджелес, начал формироваться смог. Результатом стало законодательство, подобное Закону о чистом воздухе, которое привело к обязательной установке каталитических нейтрализаторов, которые преобразовывали оксид углерода, несгоревшие углеводороды и оксиды азота в менее вредные вещества. Они также сильно ударили по мощности американских автомобилей, что привело к повышению эффективности.
Motorsport тоже не застрахован от заботы об окружающей среде.В серии CanAm (Канада-Америка) для спортивных автомобилей были представлены одни из самых мощных двигателей, когда-либо созданных для кольцевых гонок, турбированный Flat-12 доминирующего Porsche 917/30 имел предполагаемую мощность 1500 л.с. Из-за нефтяного кризиса в 1974-75 годах потребовалась пара лет перерыва, и таких результатов больше никогда не было.