Мотор двс: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?

Главная
Статьи
Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?

Автор: Борис Игнашин

Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.

Средняя скорость, и какой она бывает

Для понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.

Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.

От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.

Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много.

Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.

От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.

Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы

Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.

Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.

При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.

Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.

На фото: двигатель Nissan Qashqai

Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.

Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.

Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.

Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.

Длинноходный прогресс

90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.

А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.

Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.

В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.

На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI

Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.

В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.

Дизели

Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.

На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI

В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.

Оборотная сторона

Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.

Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.

А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.

Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.

На фото: двигатель Renault Latitude

Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.

Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.

Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.

Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.

На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC

Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.

Конец спорам

Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.

Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.

Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».

практика

Новые статьи

Статьи / Популярные вопросы По каким причинам в ГИБДД могут отказать в перерегистрации автомобиля или постановке на учет Мы уже разбирались в том, как оформить куплю-продажу автомобиля и поставить его на учет, а также с тем, можно ли сделать это не в своем регионе и что будет, если не зарегистрировать машин… 44 0 0 08.

05.2023

Статьи / Обзор Два мотора, две коробки и пять комплектаций: первое знакомство с BAIC X35 Число новых китайских брендов, приходящих в Россию в последний год, таково, что может показаться, что пришли уже все. Но на самом деле это не так, и даже не все крупнейшие имена отметились в… 1212 2 2 05.05.2023

Статьи / Бизнес Можно ли заработать на собственном эвакуаторе и насколько это выгодно Отношение к эвакуаторщикам у автолюбителей разное. Многие, чего греха таить, считают, что они существуют только для того, чтобы на пару с инспектором ГИБДД отвозить на штрафстоянку автомобил… 448 0 0 04. 05.2023

5 причин, почему мотор может развалиться в дороге — Лайфхак

Лайфхак
Эксплуатация

Фото из открытых источников

Серьезная проблема, как всегда, случается внезапно. Автомобиль едет по дороге, как вдруг, в районе двигателя слышится гулкий удар и агрегат замирает. После осмотра выясняется, что поршень пробил блок цилиндров и в моторе зияет большая дыра. Почему такое происходит, выяснял портал «АвтоВзгляд».

Виктор Васильев

Когда поршень или шатун пробивают стенку блока цилиндров, это грозит масштабным ремонтом или полной заменой мотора на контрактный. Такую неисправность водители нарекли «рука дружбы», хотя дружественного здесь ничего нет.

Проявление «руки» — результат того, что двигатель заклинил. Чаще всего до клина доводят различные механические проблемы. Обычно, говорят о масляном голодании двигателя, провороте вкладышей с их последующим разрушением и лопающихся поршневых кольцах. Разберемся, по каким причинам происходит такая серьезная поломка.

Перегрев мотора

Это одна из самых распространенных причин появления «руки». При сильном перегреве, детали шатунно-поршневой группы деформируются, что и вызывает заклинивание с последующим пробоем стенки блока цилиндров.

Кустарный ремонт

Нередко мотор заклинивает и после непрофессионального ремонта, когда горе-мастера не соблюдали момент затяжки болтов и не меняли их на новые. В этом случае, шатунные болты раскручиваются, что и приводит к заклиниванию агрегата.

Фото: Drive2.ru (Dnius)

Гидроудар двигателя

Одной из причин появления «руки дружбы» может быть масляное голодание мотора или вариант, когда смазка потеряла свои свойства. Подобное может произойти в результате попадания в нее антифриза или большого количества воды. Это одна из причин, почему не рекомендуют покупать автомобили «утопленники».

Обрыв ремня ГРМ

Такая серьезная поломка может привести к соударению клапанов и поршней. В результате возникнет ситуация, когда клапаны ломаются, а их куски приводят к заклиниванию мотора.

Комплекс проблем

Обычно «кулак дружбы» появляется у сильно изношенных агрегатов. Типичная ситуация: за уровнем масла владелец не следит, радиатор забит грязью, а экономия на бензине вызывает детонацию. При сильных нагрузках, особенно летом, такой двигатель испытывает перегрев и масляное голодание одновременно. Итог: детали не выдерживают растущей нагрузки и мотор заклинивает. А дальше шатун гнется и упирается в стенку блока цилиндров, которую с успехом пробивает.

Автомобили
Автопром

Автомобили, которые надо сразу обработать антикором

55205

Автомобили
Автопром

Автомобили, которые надо сразу обработать антикором

55205

Подпишитесь на канал «Автовзгляд»:

Telegram
Яндекс.Дзен

двигатель, ДВС, ремонт, запчасти, техническое обслуживание, дорога

Почему Байден не заинтересован в запрете автомобилей с двигателями внутреннего сгорания

Ожидается, что к 2032 году Агентство по охране окружающей среды (EPA) потребует, чтобы более двух третей всех новых автомобилей, продаваемых в США, были электромобилями. которые предназначены для сдерживания автомобильного загрязнения, крупнейшего источника выбросов углерода в стране со вторым по величине выбросом CO2. Агентство предложило, чтобы к 2032 году более двух третей всех новых автомобилей, продаваемых в США, были электромобилями9. 0003

В частности, новые ограничения на выбросы выхлопных газов не будут требовать продажи определенного количества электромобилей каждый год, а вместо этого установят ограничения на выбросы, которые будут зависеть от размера и типа производимого автомобиля, что вынуждает автопроизводителей продавать много больше электромобилей для удовлетворения требований.

Примечательно, что администрация Байдена не вводит полный запрет, который помог бы быстрее положить конец эре автомобилей, работающих на газе, и закрепить климатические цели. Но на это может быть веская причина.

Можно посмотреть, как ЕС пытался официально утвердить запрет на продажу новых автомобилей с выбросами CO2 к 2035 году. Но в последний момент Германия — крупнейший автопроизводитель в Европе — пригрозила наложить вето на закон, если ЕС стремится создать исключение из правила для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, работающих на так называемом электронном топливе, утверждая, что его можно производить с использованием возобновляемых источников энергии и углерода, улавливаемого из воздуха.

Германия заявила, что автомобили являются углеродно-нейтральными. Критики утверждают, что повторный выброс захваченного CO2 приводит к чистому выбросу парниковых газов в атмосферу.

Полный запрет или ограничение автомобилей, выбрасывающих CO2 — что работает лучше?

Политика США может иметь больше шансов на успех, чем политика ЕС. Ограничение выбросов может стимулировать продажи новых электромобилей, не вынуждая автопроизводителей полностью останавливать определенные линейки транспортных средств, что требует времени, поскольку автопроизводителям необходимо очистить существующие запасы и дождаться, когда клиенты начнут продавать свои автомобили.

Запреты могут использоваться для того, чтобы лишить страны и компании стимулов к инвестированию в автомобили, работающие на топливе, но если цель состоит в том, чтобы изменить поведение, другие стимулы и варианты будут иметь значение. Например, производители роскошных автомобилей, такие как Porsche и Ferrari, которые оба искали исключения для автомобилей на электронном топливе из первоначального запрета ЕС, не были заинтересованы в переходе с двигателей внутреннего сгорания на электромобили, поэтому запрет не обязательно будет стимулировать новые продажи электромобилей. от этих компаний.

Безусловно, цель США, безусловно, амбициозна, учитывая, что потребление электромобилей составляет всего 5,8% от общего объема автомобильного рынка и потребует значительного увеличения инвестиций в инфраструктуру и извлечения критически важных полезных ископаемых, необходимых для создания электромобилей, таких как литий. .

Также возникает вопрос, захотят ли будущие преемники президента продолжать эту политику. Тем не менее ясно, что риторика об ограничении выбросов CO-2 автомобилями во всем мире становится все громче, сигнализируя автопроизводителям, что они должны быть готовы, как только технология электромобилей станет мейнстримом.

Охлаждение двигателя внутреннего сгорания

Jordan: Привет, любознательные! Очень тепло приветствуем The Research Beat. Со мной ваш ведущий, Джордан Крушински. Сегодня мы поговорим о двигателях. Они повсюду вокруг нас, но что входит в их дизайн и как они будут выглядеть в будущем? Мы собираемся пройти через это с Теджо Джехартом, кандидатом технических наук из Оксфордского университета.

Теджо, добро пожаловать на шоу!

Tejo: Большое спасибо, очень приятно быть здесь.

Джордан: Итак, Теджо, давайте сразу к делу…

Можете ли вы дать нам обзор вашего исследования?

Tejo: Да, абсолютно. счастливо. Как вы упомянули, я аспирант инженерных наук в Оксфордском университете.

Хм, а я работаю в исследовательской группе терминальных двигательных установок. Итак, моя группа специализируется, как следует из названия, на терминальных двигателях. В настоящее время существует множество различных терминальных двигателей, таких как реактивные двигатели или двигатели стерлингов, ранжирующие циклические двигатели. Но моя команда в основном [00:01:00] сосредоточена на двигателях внутреннего сгорания и двигателях внутреннего сгорания.

Мои исследования сосредоточены, в частности, на теплообмене, измерениях теплопередачи и измерениях температуры поверхности. Все на очень высоком уровне. Итак, мы говорим о микросекундных изменениях теплового потока стенки. Итак, почему мы хотим измерить это? Ну, мы хотим уменьшить потери тепла и связанные с этим потери энергии. Мы надеемся понять это лучше, чтобы помочь в разработке вычислительных инструментов, которые позволят нам разрабатывать более совершенные двигатели в будущем. Так что я бы сказал, что в двух словах это обзор исследований, которые я провожу.

Иордания: Очень интересно.

Итак, давайте рассмотрим это шаг за шагом.

Расскажите, что такое двигатель внутреннего сгорания и где мы его встречаем в повседневной жизни?

Tejo: Ага. Итак, я уверен, что многие из слушателей [00:02:00] знают, что такое двигатель внутреннего сгорания. Проще говоря, это устройство, которое преобразует химическую энергию, хранящуюся в топливе, которое может быть газообразным или жидким, в движение.

Таким образом, благодаря сгоранию этого топлива создается конечная энергия, а эта конечная энергия затем повышает давление в двигателе, в камере сгорания, и мы можем использовать это давление для создания движения…

Где мы их используем на практике? Существует множество и бесчисленное множество приложений. Конечно, самое известное, наверное, применение в наших транспортных средствах, в автомобилях.

Но, конечно же, мы используем их и во многих других приложениях. Э-э, и особенно важным является большегрузный транспорт и грузовой сектор. Итак, речь идет о грузовиках, кораблях, а также об авиации, [00:03:00] и даже о производстве электроэнергии. Иногда мы используем двигатели внутреннего сгорания для выработки электроэнергии… используя природный газ или биогаз. Или, очевидно, вы видите много других приложений, таких как небольшие генераторы, которые мы используем, например, на паромах. Так что они очень, очень хорошо осведомлены о приложениях, в которых мы их используем!

Jordan: Итак, двигатель внутреннего сгорания действительно приводит в действие всю современную транспортную систему.

Tejo: Да, можно и так сказать. Конечно, электрификация и электрическая пропорция теперь также становятся важными. Э-э, но все же значительная часть транспортного сектора приводится в действие внутренним коммерческим двигателем. Точно.

Джордан: Как вы только что упомянули, очень важный акт стрижки газона.

Tejo: Да, это определенно важно, если мы хотим [00:04:00] сохранить наши газоны красивыми, красивыми и зелеными.

Джордан: Итак, вы только что затронули тему электрификации, о которой мы поговорим позже…

Но, во-первых, почему так важно снизить тепловые потери в этих двигателях?

Теджо: Да, это очень хороший вопрос. Итак, типичный двигатель внутреннего сгорания сможет преобразовать в полезную работу только около трети энергии, запасенной в топливе.

Конечно, мы хотели бы увеличить это значение. Теперь остальные две трети – это потери тепла. Около трети энергии приходится на потери тепла через выхлопную систему. Это уже характеристика терминальных двигателей, и там мы мало что можем сделать… однако треть энергии теряется через стенки камеры сгорания. Итак, камера сгорания — это в основном объем, в котором мы создаем горение и извлекаем полезную работу [00:05:00], и любые тепловые потери там будут напрямую влиять на нашу эффективность. И, конечно же, мы хотим повысить эффективность. Итак, мы хотим максимально уменьшить эти потери тепла!

Теоретические исследования, проведенные ранее, говорят, что даже если нам удастся уменьшить этот потенциал дефицита теплового потока, но весьма ограниченный… количество последующих эффектов. Таким образом, уменьшая потери тепла стенками, мы можем уменьшить размер системы охлаждения.

Итак, вы знаете, что в каждой машине, которая есть на дорогах , есть система охлаждения. У них есть радиатор… у них есть решетка… и именно так мы охлаждаем это поступающее тепло, потому что в противном случае двигатели заглохнут. Теперь это связано со штрафом за вес, который влечет за собой штраф за [00:06:00] стоимости. И это также связано с аэродинамическим штрафом.

Итак, если нам удастся уменьшить потери тепла стенами, тогда мы сможем уменьшить размер системы охлаждения, что может уменьшить вес автомобиля. И вес имеет очень важное влияние на энергию, необходимую для движения автомобиля. Мы можем уменьшить аэродинамику, опять же, очень важно!

Способ повысить эффективность автомобилей. И, возможно, что также важно, мы можем извлечь выгоду из сокращения выбросов от двигателей. Таким образом, не только выбросы двуокиси углерода, но и выбросы других полиолов, в частности, во время фаз холодной звезды. Так что, да, очень важно попытаться уменьшить потери тепла от этих двигателей…

Джордан: Так что это очень хорошая смесь амбиций по сокращению выбросов в целом, что важно. Существует своего рода инженерная задача, заключающаяся в том, чтобы просто постоянно улучшать способ проектирования вещей, а затем желание сделать транспортные средства и двигатели более эффективными, способными двигаться более эффективно с меньшими затратами энергии и меньшими потерями энергии из-за отходов. Итак, Теджо…

Расскажите, какие методы снижения теплопотерь вы рассматриваете?

Tejo: Да, есть ряд методов, которые промышленность использовала в прошлом и пытается внедрить в будущем. Итак, первый, вы знаете, метод, который мы можем применить сразу, это попытаться уменьшить отношение поверхности к объему…

Итак, для желаемой выходной мощности нам нужен определенный объем двигателя, определенный объем, общий объем все камеры сгорания объединены. Гм, но если нам удастся улучшить отношение поверхности к объему, другими словами, [00:08:00] сохранив тот же объем, но уменьшив площадь поверхности окружающих стен, что ж, это первый шаг, который мы можем использовать. попытаться уменьшить потери тепла!

Как вы знаете, производители уже пытались достичь этого. Конечно, все в рамках технических ограничений…

У нас есть и другие методы, которые использовались ранее. Одним из них являются работы по натриевому месторождению. Итак, чтобы контролировать вход и выход газов, например, воздуха и выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания, нам нужно контролировать это с помощью стенок двигателя.

И, как правило, эти стены должны быть сплошными металлическими стенами, что опять же не является лучшим с точки зрения контроля и сохранения тепла в камере сгорания. Таким образом, стены поля натрия были реализованы, особенно в высокопроизводительных приложениях. Это означает, что [00:09:00] часть объема пуста, и это также помогает создать изоляцию.

Хм, мы можем попробовать снизить температуру газа. Высокая температура газа является причиной потери тепла в первую очередь. Так что, если мы можем попытаться уменьшить это, мы также можем уменьшить потери тепла.

Также были реализованы такие методы, как повторное использование части выхлопных газов в камере сгорания, поскольку это помогает снизить температуру цилиндров. Э-э, бедная смесь воздуха питает смеси, то есть, другими словами, доступ воздуха, так что больше воздуха, чем нам нужно, также помогает снизить температуру цилиндров. Но, конечно же, есть предел тому, насколько бедной мы можем стать из-за неустойчивости горения, э-э, чем здесь.

Гм, но в последнее время большое внимание уделяется разработке специальных [00:10:00] изоляционных материалов. Как я уже упоминал, традиционно мы использовали металл для камер сгорания. Итак, это может быть алюминий или сталь, а металлы, очевидно, очень хорошо проводят тепло, но мы хотим уменьшить потери тепла. Э-э, так что первоначальные исследования в этом начались еще, я бы сказал, в 1980-х годах, первоначально для военных целей, э-э, где использовались толстые керамические покрытия. И это позволило в определенной степени снизить тепловые потери, но это ряд, ну, другие проблемы, а именно, гм, свежая порция воздуха предварительно нагревалась, что затем мешало нам использовать, например, очень высокую степень сжатия, а высокая степень сжатия является одним из средств, как мы можем повысить эффективность. Таким образом, был компромисс, и польза от использования кодов была недостаточно существенной. [00:11:00] Но в последнее время мы сосредоточились на очень, очень тонких изоляционных материалах, которые имеют не только низкую, э-э, конечную проводимость, но и низкую терминальную емкость. И чего мы пытаемся достичь с помощью этого, мы пытаемся добиться колебания температуры на поверхности этого. Итак, в основном мы хотим, чтобы температура быстро колебалась от, знаете, низкой температуры, близкой к температуре атмосферного воздуха, в начале цикла, в начале процесса, а затем быстро достигла температуры 800 градусов Цельсия. или даже больше в течение даже нескольких микросекунд.

Другими словами, мы хотим, чтобы температура стенок была максимально близка к температуре рабочего газа в двигателе. Потому что теоретически это должно позволить нам уменьшить тепловые потери без каких-либо отрицательных эффектов [00:12:00] предварительного нагрева впуска и необходимости уменьшать степень сжатия и так далее и тому подобное.

Итак, это самая последняя разработка, направленная на снижение потерь тепла. Итак, так называемые термоусадочные покрытия.

Джордан: Это действительно увлекательно слышать, сколько различных методов существует для потенциальных улучшений, и что это устройство, этот механизм, двигатель внутреннего сгорания, который имеет скромное происхождение, продолжает совершенствоваться, в него вложены исследования. снова и снова на протяжении многих десятилетий.

И действительно интересно увидеть то, что постоянно совершенствуется в мире исследований.

Tejo: Да, абсолютно. Ага. И вы знаете, характеристика двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что нам часто приходится искать компромиссы. Поэтому мы хотим найти оптимальный компромисс, при котором, как вы знаете, мы можем достичь максимально возможной эффективности в рамках бюджетных и технических ограничений.

Джордан: Итак, разработка современного двигателя [00:13:00] включает довольно много компьютерного моделирования.

Не могли бы вы объяснить нам, как ваша работа связана с моделированием и почему это так важно в вашей области?

Tejo: Ага. Сначала объясните, почему моделирование так важно. Разработка современного сложного двигателя внутреннего сгорания без вычислительного моделирования просто невозможна.

И причина в том, что у нас чрезвычайно строгие нормы выбросов, но также и очень высокая эффективность. Таким образом, мы хотим практически молекула за молекулой проследить, что происходит в двигателе внутреннего сгорания. И из-за компромиссов, о которых я упомянул, есть много вещей, которые нам нужно учитывать!

Итак, как мы направляем воздушный поток, как мы смешиваем его с топливом, как мы создаем движение, заряд внутри цилиндра и т. д. И просто делать это с помощью экспериментальных тестов [00:14:00] было бы слишком дорого, слишком долго, и, вероятно, мы не достигли бы адекватных результатов. Так что вычислительное моделирование действительно очень важно.

Важным аспектом исследования является точное создание этих вычислительных моделей. Так что это в основном математические инструменты, и они должны быть экспериментально проверены с помощью базовых экспериментов. И в этом моя работа надеется помочь. Таким образом, часть расчетного моделирования также заключается в прогнозировании тепловых потерь.

Потери тепла напрямую влияют на температуру ячеек, а температуры напрямую влияют на эффективность и выбросы. Итак, мы хотим точно понять, какие теплопотери у нас будут, и, продвигаясь дальше в будущее, мы хотим понять, как поведет себя этот срок покрытия качелей.

Другими словами, какие колебания температуры будут достигаться в [00:15:00] различных рабочих условиях. Итак, если мы сможем, э-э, точно измерить температуру поверхности на них, это поможет нам напрямую подавать информацию для эффективной настройки вычислительных моделей теплопередачи…

Джордан: И ваша дисциплина не единственная, где компьютерное моделирование становятся все более и более важными по мере увеличения сложности идей и потенциальных приложений.

Как вы сказали, невозможно использовать все ресурсы, необходимые для того, чтобы на самом деле, а в некоторых случаях просто позволить себе провести практический эксперимент. Итак, вам нужно использовать моделирование, чтобы увидеть, если мы это сделаем, как это, вероятно, сработает?

Техо: Точно. Итак, мы всегда начинаем, знаете ли, с начального, ну, вычислительного моделирования. Итак, сначала очень простые математические модели для создания базовой конструкции, затем они обновляются до сложных трехмерных моделей двигателей, чтобы снова попытаться проследить почти молекулу за молекулой. Хм, а затем, когда у нас есть эта концепция, [00:16:00], мы обычно создаем экспериментальную установку, которая будет уменьшенной версией реального движка. Итак, одноцилиндровая версия двигателя, из-за окончательной доработки, перед созданием полноразмерного двигателя и просто подтверждением его концепции.

Джордан: Итак, что касается актуальных вопросов, мы действительно хотим услышать об академических вопросах, которые важны для вас, и… Теджо,

Я думаю, сначала вы расскажете нам немного о приложенных усилиях. в академической работе?

Tejo: Да, академическая работа, и вы знаете, работа аспиранта определенно сложна. Э-э, некоторые из проблем, которые я считаю особенно трудными, — это найти что-то новое, особенно в области, которая, вы знаете, была тщательно исследована в прошлом, вы знаете, почти сто лет, можно сказать. Гм, так что найти новинку определенно сложно. [00:17:00] Гм, и, в частности, когда мы говорим об экспериментальной работе, требуется значительное количество усилий для подготовки экспериментов. планировать их, готовить их, проводить их, знаете ли, на уровне, который дает нам необходимую точность.

Итак, гм, требуется значительное количество времени для часто очень ограниченных результатов исследований. Вы знаете, часто мы проводим эксперименты только для того, чтобы узнать, что мы можем повторить эксперименты. Вы знаете, после этого у нас нет ценных выводов. Итак, я бы сказал, что это может быть довольно, э-э, умственно сложным отсутствием четких результатов исследований.

Хм, так что я бы сказал, что это сложность исследования или, в частности, исследования докторской диссертации, когда мы еще более ограничены во времени для предоставления результатов, потому что это то, что позволит нам получить высшее образование в конце дня.

Для [00:18:00] исследователей и профессоров, конечно же, есть и другие проблемы. Часто им приходится совмещать много работы, так что зачастую не только резервировать, но и учить, читать лекции, готовить учебники, нужно отмечать учебники. Им, очевидно, также необходимо проводить исследования, и для этого им часто необходимо подавать заявки на финансирование. Гм, так вот, заявки на финансирование обычно довольно обширны, ведь не редко мы говорим о миллионах, верно?

Так что эти миллионы нужно потратить с умом. Это означает, что процессы подачи заявок на эти возможности финансирования обычно очень длительны и их трудно получить. Так что да, исследователям определенно есть с чем справиться. В частности, в нашей области доступное финансирование двигателей внутреннего сгорания в последние годы значительно сократилось. Так что становится все труднее, [00:19:00] для получения финансирования, потому что, конечно же, много усилий вложено в электрификацию, что чрезвычайно, чрезвычайно дорого… так что это определенно некоторые из проблем, которые, я бы сказал, горят…

Иордания: Итак, что касается новизны:

Какое давление это действительно оказывает на ученых? Вы всегда стремитесь найти новизну любой ценой?

Теджо: Ага. Большая часть результатов исследований должна быть новой или значительно лучше, чем раньше, или обеспечивать некоторое улучшение. Поэтому иногда исследователи готовили метод, который является небольшим улучшением предыдущего метода. Но если вы знаете, что это улучшение, то это будет новый результат исследования.

Некоторые работы можно выполнять только для проверки работы других. Посмотрите, сможете ли вы получить то же самое. И если [00:20:00] вы получаете противоречивые результаты, вы знаете, пытаясь понять, почему результаты противоречат друг другу… Я бы сказал, что в основном у нас есть эти два типа, которые пытаются проверить работу других, но часто определенно обеспечивают некоторая новинка в этой области.

Jordan: Говоря о финансировании, вы упомянули мне ранее, что вам всегда нужно искать новые возможности финансирования.

Не могли бы вы немного рассказать нам об этом и о том давлении, с которым сталкиваются такие ученые, как вы, пытаясь найти следующую возможность?

Теджо: Да, я имею в виду, что определенно есть давление, нужно финансирование для запуска исследовательской лаборатории.

Финансирование — это то, где, как вы знаете, зарплаты иногда покрываются из финансирования — это то, что обеспечивает оборудование, необходимое для исследований, и будь то, знаете ли, лицензионное оборудование для вычислительного программного обеспечения или аппаратного обеспечения и экспериментального материала.[00:21:00] Вдобавок к этому исследователи, как вы знаете, хотят иметь в своих командах аспирантов, и часто этих аспирантов также необходимо финансировать, чтобы покрыть этап обучения, а также обеспечить их посещаемость. Таким образом, чтобы обеспечить финансирование для этого, опять же, исследователи должны попытаться получить это финансирование. И, как я уже сказал, это финансирование, как вы знаете, есть, но его довольно сложно получить. Так что да, это определенно, э-э, давление на исследователей и профессоров, чтобы получить финансирование и получить финансирование вовремя… Конечно.

Джордан: Итак, Тео, в этом обсуждении мы немного коснулись электрификации.

Сейчас мы действительно собираемся обсудить эту тему и кое-что еще через призму Формулы-1. Итак, мы просмотрели несколько статей BBC и The Guardian, и все эти [00:22:00] статьи посвящены планам Формулы-1 на 2026 год.

Формула-1. Не могли бы вы рассказать нашей аудитории о том, что здесь происходит?

Теджо: Ага. Формула-1, как вы знаете, самая сложная, почти самая сложная инженерия, о которой мы только можем подумать, с широкой оглаской, к 2026 году перейдет на стопроцентное устойчивое топливо. И у них уже есть планы на 10% биотоплива на данный момент. Так что это значит?

Что ж, это означает, что мы используем ту же технологию, что и сейчас. Таким образом, использование двигателя внутреннего сгорания в гибридном приложении вместе с электрической трансмиссией. Поэтому мы используем комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Но вместо того, чтобы использовать ископаемое топливо в качестве источника энергии, Формула-1 планирует использовать экологически чистое топливо. Что [00:23:00] это означает, что топливо либо создается путем биообработки, такой как переработка отходов или улавливание солнечной энергии, например, с помощью биоматериалов, либо производится это топливо синтетическим путем, что фактически означает, что мы используем электричество.

Например, получить доступ к возобновляемой электроэнергии, когда есть избыток энергии ветра, и использовать эту электроэнергию для создания синтетического топлива. Так что эти виды топлива очень похожи на ископаемые виды топлива, но они искусственны по своему происхождению, а их, гм, их соединения более предсказуемы. Потому что, когда мы говорим об ископаемом топливе, таком как бензин, оно состоит из ряда различных топливных молекул, в то время как синтетическое топливо мы можем довольно точно определить, какие молекулы мы хотим [00:24:00] иметь, и это может помочь нам улучшить двигатели. также. Итак, да, Формула-1 пытается, к 2026 году мы перейдем на стопроцентное устойчивое топливо, и это в основном означает, что любой углекислый газ, который выбрасывается двигателем, это тот, который ранее был уловлен из атмосферы. — будет что-то вроде нулевого выброса углекислого газа от этих силовых агрегатов.

Джордан: Чтобы из двигателя и его процессов не выделялся дополнительный углерод и…

Где электрическая электрификация связана с синтетическим топливом?

Что ж, у нас есть цитата Росса Брауна, управляющего директора F1 по автоспорту, которая проясняет ситуацию.

“ Когда мы находим решение, вы можете использовать его в своем дорожном автомобиле без каких-либо изменений в двигателе. У нас будет около 2 миллиардов двигателей внутреннего сгорания на планете, и какое бы электрическое решение мы ни нашли, какое бы водородное решение мы ни нашли, все равно будет 2 миллиарда автомобилей. Есть части мира, где эти машины не [00:25:00] поменять на электрический ».

Итак, электрификация грядет, но дело в том, что до тех пор, пока она не будет полностью реализована, синтетическое топливо, которое разрабатывает Формула-1, на самом деле может использоваться в стандартных дорожных автомобилях для решения проблемы выброса углерода…

Tejo: Абсолютно . Ага. Итак, вы знаете, что типичная продолжительность жизни автомобилей на дорогах увеличивается, верно? Так что сейчас нередко можно увидеть машины на дорогах, ну, знаете, первых двухтысячных годов. Гм, и, конечно же, вы знаете, что эти машины могут работать на стали, потому что часто, когда мы утилизируем их здесь, они часто отправляются в другие, э-э, страны в разработке, и они используются там для другого 20 лет или около того.

Таким образом, двигатели внутреннего сгорания будут использоваться, ну, вы знаете, от, э-э, двигателей предыдущих поколений, но также и от наших дней, и, вы знаете, э-э, от будущих лет. Хм, и они могут быть углеродно-нейтральными, если топливо для них будет [00:26:00] углеродно-нейтральным. Так что, если нам удастся создать масштабируемое синтетическое топливо, которое станет прямой заменой существующему бензину и дизельному топливу, тогда мы сможем значительно сократить выбросы от этих старых автомобилей.

Но тогда у нас также есть приложения, где электрификация просто не будет работать, например, такие приложения, как корабли, морской транспорт — электрификация просто невозможна, по крайней мере, в обозримом будущем, потому что вес и размер и стоимость батарей, необходимых для движения судна из Китая в США, в значительной степени заняла бы все пространство, доступное в настоящее время для грузовых перевозок…

Но, конечно же, мы хотим обезуглерожить и эти сектора. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания, работающий на синтетическом возобновляемом топливе, определенно имеет большой потенциал, чтобы помочь аналогичному в авиации, например [00:27:00]. Полеты на батарейках, полеты на дальние расстояния будут невозможны, по крайней мере, в обозримом будущем, с той физикой, которую мы знаем на данный момент…

Хм, так что да, все эти сектора определенно будут какой-то формы сгорания в будущем. И важно попытаться дать им возобновляемое топливо, на котором они могут работать.

Jordan: просто расскажите нам немного о веществах, участвующих в этом, потому что я думаю, что многие люди слышали о водороде как о чем-то, что будет очень важно в будущем для синтетического топлива, но есть также аммиак как хорошо.

Tejo: Да, так что водород и аммиак в настоящее время, как вы знаете, два переносчика, о которых больше всего говорят, и на то есть веская причина. Гм, водород — самое простое синтетическое топливо, которое вы можете получить. Таким образом, вы можете напрямую использовать электричество, скажем, излишков [00:28:00] возобновляемой энергии ветра для создания водорода из воды.

Теперь не бойтесь, что вода… мы не потеряем эту воду. Таким образом, мы не будем использовать воду, но… водород — это самое простое синтетическое топливо, которое мы можем сделать, и, следовательно, самое эффективное синтетическое топливо, которое мы можем сделать.

И его можно использовать во многих различных приложениях. Его можно использовать в промышленных процессах, где необходима высокая температура, таких как производство стали, производство бетона. Его можно использовать в отоплении, электрификация отопления возможна в определенной степени, но определенно сопровождается, знаете ли, значительным увеличением генерирующих мощностей, необходимых для того, чтобы обогреть электричеством все дома…

Ну, значит, водород точно поможет. Э-э, но, как вы упомянули [00:29:00], его также можно использовать в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Аммиак… нам нравится называть его переносчиком водорода. Итак, аммиак, состоит из азота и водорода. А водород — это вещество, которое мы используем в качестве топлива, которое мы сжигаем и которое приводит в движение наши двигатели внутреннего сгорания.

Чем привлекателен аммиак, так это тем, что если мы немного надавим на него или немного охладим, он окажется в жидкой форме. И это очень важно, потому что жидкое топливо несет гораздо больше энергии в определенном объеме, чем газообразное топливо, такое как водород. Так что это особенно важно в таких приложениях, как, вы знаете, суда, о которых мы упоминали ранее. Им нужно много энергии в относительно компактном пространстве. Вот где аммиак имеет свой потенциал. В основном перевозит топливо в жидком [00:30:00] виде. И помимо этого аммиака, цепочка поставок аммиака действительно хорошо налажена… потому что мы используем аммиак во многих химических процессах, таких как производство удобрений и т. д.

Вот почему водород и пневмония представляют особый интерес в качестве топлива будущего.

Джордан: Итак, Тео, связывая все вместе…

Каковы ваши надежды на будущее ваших исследований?

Tejo: Хороший вопрос. Если я коснусь сначала своих личных исследований, как я уже упоминал, надеюсь, что смогу измерить очень быстрые перепады температуры на поверхности покрытий, которые мы планируем использовать в двигателях внутреннего возбуждения, и возможность измерения напрямую поможет улучшить вычислительные модели, которые мы используем для разработки двигателей.

Так что это надежда на мои личные исследования, я бы сказал. Что касается исследований в моей области, я, конечно же, надеюсь на дальнейшее повышение эффективности [00:31:00] двигателей внутреннего сгорания и снижение выбросов, которые они производят, чтобы они могли помочь нам приводить в движение транспортные средства, э-э, в будущем, где электрификация будет бороться. Итак, где борьба с электрификацией, как мы уже упоминали, связана с тяжелым транспортом, судоходством, полетами, а также с автомобильными приложениями! Особенно в недорогих автомобилях — мы действительно будем бороться за создание недорогих электромобилей.

Мотор двс: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия