Система зажигания автомобиля
Основным назначением системы зажигания автомобиля является подача искрового разряда на свечи зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя. Для дизельных двигателей под зажиганием понимают момент впрыска топлива в такт сжатия. В некоторых моделях автомобилей система зажигания, а именно ее импульсы, подаются на блок управления погружным топливным насосом.
Систему зажигания, по мере своего развития, можно разделить на три типа. Контактная система зажигания, импульсы у которой создаются во время работы контактов на разрыв. Бесконтактная система зажигания, управляющие импульсы создаются электронным транзисторным управляющим устройством – коммутатором, (хотя правильно его назвать генератором импульсов). Микропроцессорная система зажигания — это электронное устройство, которое управляет моментом зажигания, а также другими системами автомобиля. Для двухтактных двигателей, без внешнего источника питания используются системы зажигания типа магнето. Основана на принципе создания ЭДС при вращении постоянного магнита в катушке зажигания по заднему фронту импульса.
Устройство системы зажигания
Схема системы зажигания: 1 — замок зажигания; 2 — катушка зажигания; 3 — распределитель, 4 — свечи зажигания; 5 — прерыватель, 6 — масса.
Все вышеперечисленные виды систем зажигания похожи между собой, отличаются только методом создания управляющего импульса. Так в систему зажигания входят:
- Источник питания для системы зажигания, это аккумуляторная батарея (в момент запуска двигателя), и генератор (во время работы двигателя).
- Выключатель зажигания – это механическое или электрическое контактное устройство подачи напряжения на систему зажигания, или по-другому – замок зажигания. Как правило, выполняет две функции: подачи напряжения на бортовую сеть и систему зажигания, подачи напряжения на втягивающее реле стартера автомобиля.
- Накопитель энергии – узел предназначенный для накопления, преобразования энергии достаточной для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания. Условно накопители энергии можно разделить на индуктивный и емкостный.
- Простейший индуктивный накопитель – это катушка зажигания, которая представляет собой автотрансформатор, первичная обмотка у него подключается к плюсовому полюсу и через устройство разрыва к минусовому. Во время работы устройства разрыва, например кулачков зажигания, в первичной обмотке возникает напряжение самоиндукции. Во вторичной обмотке образуется повышенное напряжение, достаточное для пробоя воздушного зазора свечи.
- Емкостный накопитель представляет собой емкость, которая заряжается повышенным напряжением и в нужный момент отдает свою энергию на свечу зажигания
- Свечи зажигания, представляют собой устройство с двумя электродами находящимися друг от друга на расстоянии 0,15-0,25 мм. Это фарфоровый изолятор, насаженный на металлическую резьбу. В центре находится центральный проводник, который служит электродом, вторым электродом является резьба.
- Система распределения зажигания предназначена для подачи в нужный момент энергии от накопителя к свечам зажигания. В состав системы входят распределитель, и(или) коммутатор, блок управления системой зажигания.
- Распределитель зажигания (трамблёр) – устройство распределения высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам цилиндров. Обычно в распределителе собран и кулачковый механизм. Распределение зажигания может быть механическим и статическим. Механический распределитель представляет собой вал, который приводится в действие от двигателя и при помощи «бегунка» распределяет напряжение по высоковольтным проводам. Статическое распределение зажигания подразумевает под собой отсутствие вращающихся деталей. При таком варианте катушка зажигания присоединятся непосредственно к свече, а управление происходит от блока управления зажиганием. Если, например, двигатель автомобиля имеет четыре цилиндра, то и катушек будет четыре. Высоковольтные провода в данной системе отсутствуют.
- Коммутатор – электронное устройство для генерации импульсов управления катушкой зажигания, включается в цепь питания первичной обмотки катушки и по сигналу от блока управления разрывает питание, в результате чего возникает напряжение самоиндукции.
- Блок управления системой зажигания – микропроцессорное устройство, которое определяет момент подачи импульса в катушку зажигания, в зависимости от данных датчиков положения коленвала, лямбда-зондов, температурных датчиков и датчика положения распредвала.
- Высоковольтный провод — это одножильный провод с повышенной изоляцией. Внутренний проводник может иметь форму спирали, для исключения помех в радиодиапазоне.
Принцип работы системы зажигания
Рассмотрим принцип действия классической системы зажигания. При вращении вала привода трамблёра в действие приводятся кулачки, которые «разрывают» подаваемые на первичную обмотку автотрансформатора (бобину) 12 вольт. При пропадании напряжения на трансформаторе, в обмотке появляется ЭДС самоиндукции, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение порядка 30000 вольт. Высокое напряжение подается в распределитель зажигания (бегунок), который вращаясь попеременно подает напряжение на свечи в зависимости от такта работы двигателя внутреннего сгорания. Высокого напряжения достаточно для пробоя искровым разрядом воздушного зазора между электродами свечи зажигания.
Опережение зажигания нужно для более полного сгорания топливной смеси. Из-за того, что топливо сгорает не сразу, поджечь его необходимо немного раньше, до прихода в ВМТ. Момент подачи искры должен быть точно отрегулирован, потому что в ином случае (раннее или позднее зажигание) двигатель потеряет свою мощность, возможна повышенная детонация.
|
РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:
|
Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко
Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко
По дорогам мира перемещаются миллионы автомобилей, автобусов и грузовиков. Такое развитие транспорта было бы невозможным без ДВС – главной движущей силы всех современных машин.
Что такое ДВС в автомобиле, что в нем горит и почему внутри – поясняем кратко. Паровой котел – это двигатель внешнего сгорания: дрова, уголь или мазут горят, подогревая воду, которая превращается в пар, который толкает поршни. Получается длинный и неэффективный цикл. Принципиальное отличие ДВС в том, что топливо сгорает внутри цилиндров, передавая энергию непосредственно поршням и валу, эффективность преобразования существенно выше. Кроме этого ДВС занимают немного места, мало весят, экономичны, работают на разнообразных видах топлива.
Краткое содержание статьи
1.Типы ДВС;
2. Как устроен ДВС автомобиля;
3. Как работает ДВС, описание, анимация;
4. Ремонт ДВС, стоимость.
1. Типы ДВС, бензин и дизель
По принципу воспламенения топлива двигатели делятся на несколько типов: искровые и дизельные. В первых топливо воспламеняется от искры, в цилиндрах вторых дизель зажигается от сжатия топливной смести. Бензиновые моторы имеют меньший КПД, по этому дизельные моторы экономичнее. Дизельные моторы дороже в обслуживание и ремонте, так как сложнее в устройстве.
2. Как устроен ДВС автомобиля
Приведем на примере современного двигателя внутреннего сгорания, опишем как устроен ДВС автомобиля.
ДВС состоит из следующих модулей:
- Система подачи топлива;
- Головка блока цилиндров;
- Блок цилиндров с поршневой группой;
- Газораспределительный механизм;
- Коленчатый вал.
3. Как работает ДВС, описание и анимация
Главный принцип работы ДВС – расширение объема газов в замкнутом пространстве цилиндра от тепла, возникающего в результате сгорания топлива.
Чтобы двигатель работал непрерывно, реализуется цикл, состоящий из:
- Поступления топливной смеси в цилиндр, Поджога и сгорания смеси;
- Рабочего хода поршня;
- Выпуска газов.
Импульс, полученный от сгоревшего топлива, толкает поршень, коленчатый вал поворачивается. Так энергия преобразуется в движение. Выше мы описали как работает ДВС, прикрепляем анимацию.
4. Ремонт ДВС в автомобиле, стоимость
Из чего состоит, и что такое ДВС в автомобиле мы разобрались, теперь немного расскажем о ремонте ДВС. Так как ДВС является сложным инженерным устройство и состоит из множества систем, которые должны слаженно работать, выход из строя или обшивка одной системы двигателя ведет к неровной работе системы в целом или к полной остановке мотора — поломке. Например, вышла из строя форсунка распыления топливной смеси в одном цилиндре, следовательно, в одном цилиндре нет детонации и что происходит с мотором в целом?
Мотор или как его еще называют ДВС, теряет мощность, и, если мотор 4 цилиндровый будет работать с рывками и провалами. С большой вероятностью будет давать сильную вибрацию на кузов, из-за ассиметричного зажигания. На помощь приходит диагностика и ремонт ДВС, автомобиль подключают к компьютеру и считывают ошибки по работе мотора. По набору ошибок, мастера поймут в чем причина поломки и поменяют форсунку.
Стоимость ремонта ДВС в автомобиле варьируется от модификации самого мотора и вида неисправности. Бывает, такое, что сама машины дешевая, а ремонт мотора дорогой, из-за неудобного расположения различных узлов. Бывает наоборот. Лучше всего не запускать проблемы по ДВС до ремонта. Нужно вовремя вменять масло, фильтры. Ели появляется как-либо проблема, нужно сразу вытиснять в чем причина и решать вопрос, пока мелкая проблема не переросла в полномасштабный ремонт.
Volvo больше не будет выпускать машины с ДВС
Модель Volvo XC90 станет последним автомобилем шведской марки с традиционным двигателем внутреннего сгорания.
Редакция
Шведская компания Volvo намерена завершить производство автомобилей с традиционными ДВС. Третье поколение флагманского кроссовера XC90 может стать последней новинкой с бензиновым мотором.
Как отмечает генеральный директор бренда Хокан Самуэльссон, компания будет стремиться полностью отказаться от производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания до того, как это ограничат законодательно. В будущем марка сконцентрируется на разработке и сборке полностью электрических автомобилей.
Volvo XC40 Recharge P8 AWD in Glacier SilverПри этом актуальный Volvo XC90 выпускается с 2015 года, поэтому новая версия кроссовера дебютирует не раньше 2025 года. Таким образом, полностью отказаться от перспективных моделей с бензиновыми двигателями шведская марка может уже в этом десятилетии.
Также в период с 2019 по 2021 год компания запустит пять полностью электрических автомобилей, три из которых будут модели Volvo, а два – высокопроизводительными электрифицированными автомобилями от суббренда Polestar.
Хочу получать самые интересные статьи
Ремонт ДВС и КПП
Компания «АЛЬЯНС ТРАКС» профессионально занимается комплексной диагностикой и ремонтом любой сложности ДВС и КПП.
Ремонт двигателей внутреннего сгорания
К сожалению, двигатель любого автомобиля имеет ограниченный срок службы. Неизбежно наступает момент, когда появляется излишняя шумность мотора, стуки, падение мощности. Как правило, это сопровождается характерным сизым цветом дыма, увеличенным расходом моторного масла, нестабильной работой или плохим пуском.
Наиболее популярными причинами выхода из строя двигателя являются — плохое качество топлива, агрессивная манера вождения, превышение максимальной грузоподъемности, климатические условия, несоблюдение сроков регламентного обслуживания или его качества и конечно, естественный износ.
Для предотвращения крупных поломок и обеспечения безопасности автомобиля и водителя советуем немедленно обратиться в технический центр для проведения диагностических работ.
По результатам диагностики и дефектовки определяется размер ущерба двигателя, при необходимости — ремонта, в том числе капитального.
Ремонт ДВС может быть:
- «текущим» — устранение мелких неисправностей;
- «средним» — частичная разборка/сборка двигателя без снятия + замена или восстановление поврежденных деталей;
- «капитальным», включающим в себя снятие/установку двигателя, разборку, детальную диагностику, ремонт или восстановление всех поврежденных и изношенных элементов.
Любой ремонт двигателя значительно дешевле, чем замена ДВС, услуги эвакуатора и простой транспорта из-за снятия автомобиля с рейса.
Ремонт КПП
Вторым по значимости агрегатом в автомобиле является коробка переключения передач.
Стоит отметить, что управление транспортным средством с неисправностями в КПП в первую очередь небезопасно для водителя и участников дорожного движения.
Наиболее популярными показателями неисправной работы являются:
- помехи во время переключения передач,
- шумы во время движения,
- нагрев,
- следы масла или самопроизвольные выключения передачи в КПП.
При том, выход из строя одной из деталей может вызвать цепную реакцию и привести к серьезным поломкам.
В нашем сервисном центре:
- Применяется только самое современное диагностическое оборудование и специальный инструмент;
- Все работы по ремонту ДВС и КПП проводят опытные сотрудники, прошедшие обучение на различных заводах;
- Широкий ассортимент запасных частей позволяет проводить работы в самые кратчайшие сроки;
- На все виды работ распространяется гарантия.
Подробную информацию вы можете получить по телефону +7 (495) 543-94-49. Или оставьте заявку записаться на сервис.
Китай представил грандиозный план по отказу от автомобилей с ДВС к 2035 году. В нём предусмотрены все нюансы
Неделей ранее мы сообщали, что к 2035 году в Китае будут запрещены продажи новых автомобилей на ДВС (за исключением гибридных). Это предусматривает новый план развития автомобильного транспорта страны. В понедельник «План развития индустрии новых энергетических транспортных средств (2021–2035)» был официально опубликован и стал руководством к действию. Как всегда, Китай подошёл к проблеме не просто комплексно, а мегакомплексно.
Источник изображений: cnTechPost
План включает пять стратегических задач. Во-первых, равное внимание будет уделяться как производству комплектующих, так и полностью готовых транспортных средств. Сейчас Китай зависит от поставок запчастей иностранного производства и планирует снизить эту зависимость. В рамках этой задачи будут поддерживаться технологические прорывы на всех направлениях, главными из которых названы батареи и двигатели. Цель — улучшение характеристик. Сюда же входит совместное развитие электрификации, сетей связи и технологий ИИ.
Второй стратегической задачей названо построение нового типа промышленной экосистемы. Транспортом на новой энергии должны заниматься разноплановые компании с глубокой интеграцией связей вплоть до разделения труда и прибыли. Например, производство и эксплуатация тяговых аккумуляторов должны быть связаны с утилизацией, что вовлекает в процесс как производителей, так и операторов зарядных станций и много кого ещё. В частности, это обещает горячую поддержку властями Китая технологии быстрой замены батарей вместо зарядки. Добавим, быстро достичь подобного возможно только при плановой экономике.
Третьим пунктом в стратегии отмечено содействие промышленной интеграции и развитию. Иначе говоря, транспортные средства на новой энергии, куда кроме электромобилей входят гибридные машины и машины на топливных ячейках, необходимо вписать в энергетическую систему, общую транспортную систему и информационную инфраструктуру. Всё это — оптимизация потребления на фоне роста интеллектуальных систем управления транспортом.
Четвёртой задачей заявлено улучшение инфраструктуры для зарядки транспорта на новой энергии, включая выработку и доставку водорода для заправки машин на топливных ячейках. Цель стратегии — создание благоприятной среды для использования машин на новой энергии. Это направление, добавим, будет щедро субсидироваться государством.
Пятая задача новой стратегии в развитии транспорта на новой энергии заключается в поощрении и поддержке сотрудничества, кооперации и обмена в области исследований и разработок, торговли и инвестиций, технических стандартов и в других областях, что должно постоянно повышать международную конкурентоспособность китайских компаний.
К 2025 году, разъясняет документ, в Китае среди новых автомобилей должно быть 20 % на новой энергии (для сравнения, в прошлом году таковых было 5 %). К этому времени среднее потребление электроэнергии новыми легковыми электромобилями в Китае упадёт до 12,0 кВт·ч/100 км. Современные Tesla Model S на 100 км в среднем потребляют 16-17 кВт·ч, что делает честь китайским планам. Также к 2025 году «в ограниченных районах и в определённых сценариях» будут коммерчески доступны «высокоавтоматизированные» автомобили или, проще говоря, транспорт с автопилотом.
«К 2035 году чистые электромобили станут основным направлением продаж новых автомобилей, автомобили государственного сектора будут полностью электрическими, а автомобили на топливных элементах будут коммерчески доступны. К тому времени высокоавтоматизированные транспортные средства будут широко применяться, эффективно способствуя энергосбережению и сокращению выбросов, а также повышая социальную эффективность работы», — говорится в источнике.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
В компании Toyota предсказали смерть ДВС к 2050 году — Авторевю
Глава отдела разработок и инжиниринга компании Toyota Сейго Кузумаки заявил о скором отказе всех автопроизводителей от двигателей внутреннего сгорания. По его словам, выпуск чисто бензиновых и дизельных машин прекратят уже к 2040 году, после чего моторы, работающие на углеводородном топливе, останутся только на гибридах, за которыми будет примерно 10% рынка. А полный отказ от производства автомобилей с ДВС ожидается к 2050 году.
К такому развитию событий автопром подталкивают власти многих стран. Например, Франция и Великобритания объявили о намерениях ввести запрет на продажу бензиновых и дизельных машин с 2040 года, Германия пообещала сделать это в 2030-м, а Норвегия — уже в 2025 году. К середине века выбросы углекислого газа автомобилями должны снизиться на 90%. Правда, не ясно, что делать с менее развитыми странами. Скажем, в России, Индии или Бразилии о запрете ДВС пока ничего не слышно, и есть большая вероятность, что во многих странах к 2050 году бензиновые и дизельные моторы все еще будут актуальными.
По мнению Кузумаки-сана, на смену углеводородным автомобилям постепенно придут электромобили. Что касается Тойоты, то она сейчас лидирует по объему производства гибридов (компания удерживает 43% мирового рынка «электрифицированных» автомобилей, к которым относятся и гибриды), но собственного массового электромобиля пока не имеет. Выход первой такой модели запланирован на 2020 год, за ней последует целое семейство. Поначалу электро-Тойоты будут оснащать традиционными литий-ионными аккумуляторами (пробег на одной зарядке около 300 км), но ближе к 2030 году у компании должны появиться массовые твердотельные батареи, которые окажутся эффективнее и дешевле нынешних. Именно эта технология, по мнению тойотовских боссов, должна стать переломной в деле массовой электромобилизации.
Автомобиль на дровах? в России — CARobka.ru
С момента начала производства автомобилей люди начали задумываться о разных источниках энергии. Первые автомобили, ввиду отсутствия альтернатив, работали на пару, затем появились редкие образцы автомобилей, работающие на основе электроэнергии, и только спустя десятки лет был изобретен двигатель внутреннего сгорания.
Однако поиски новых источников энергии для автомобилей не оканчиваются и по сегодняшний день. Инженеры преследуют разные цели: одних заботят экологические аспекты, другие грезят разрушить нефтяную монополию. Но в большинстве своем изобретатели ищут более экономичный вид энергии.
Многократно в различных источниках проскальзывали новости об умельцах из глубинки, которые дорабатывали свои авто для движения на основе спиртосодержащих продуктов или подсолнечного масла. Сегодня же речь пойдет о газогенераторах, основанных на горении. Хотя уже в 30-х годах люди пользовались этой технологией, сегодня находится масса любителей данной альтернативы ДВС.
Как это работает?
В транспортное средство устанавливается специальный газогенератор, в котором под воздействием высокой температуры происходит сложный термохимический процесс, в результате которого топливо расщепляется на простейшие элементы, делящиеся на полезный газ — этилен (C2h5), метан, угарный газ, водород, и бесполезный — азот, двуокись углерода.
После процесса расщепления в топке происходит охлаждение, фильтрация газа и его поступление в ДВС.
Что может быть использовано как топливо?
В основном используются дрова или древесный уголь, но список не ограничивается ими. Пластик, резина, полиэтилен, тряпичная ветошь, различный мусор, помёт и многие другие виды отходов могут войти в состав топлива (конечно, расход топлива и состав газа меняются в зависимости от продуктов сгорания). Любители утверждают, что благодаря работе их автомобилей придорожная полоса оказывается очищенной от разного рода мусора.
Учитывая стоимость дров и древесного угля, нельзя забывать о различных отходах производств, которые могут быть использованы как топливо, — лузга семечек, скорлупа орехов, стержни кукурузы, отработанный кофе после кофемашин, сено, торф, разновидности угля.
Какова реальная экономия, расход топлива?
Пожалуй, самый волнующий вопрос. В среднем при расходе автомобиля 10 л бензина на 100 км потребление газогенератора составляет 20 кг дров. При этом мощность снижается всего на 4% по сравнению с бензином, а значит двигатель также может выдавать необходимую скорость.
Таким образом, 1 литр бензина = 2–3 килограмма дров. Стоимость килограмма дров примерно в 3 раза меньше, чем стоимость литра бензина, поэтому на этапе расчета экономии разница не ощутима. Однако она имеется.
Каково время запуска газогенератора?
На запуск двигателя на древесном угле требуется от 10 до 30 секунд, на дровах (и мусоре) — от 5 до 15 минут.
А не погубит ли такой газ ДВС?
Октановое число газа, получаемого таким способом, — 110–120, что снижает детонацию и в целом менее разрушительно влияет на двигатель. Газ не смывает масляную плёнку, в результате чего работа двигателя становится более тихой и ровной. Однако при неправильно организованной фильтрации газа (изначально в 1м3 газа около 3 грамм пыли) пыль может действовать деструктивно на поршни. Поэтому важнейшими этапами при разработке газогенератора является продуманная система фильтрации и охлаждения (по результатам экспериментов было выяснено, что при увеличении температуры газа с 20 до 70 градусов Цельсия мощность ДВС падает на 25%).
Вредные выхлопы, вырубка леса и прочие вопросы экологии
При сжигании только органических веществ количество вредных выбросов будет стремиться к нулю — в результате работы двигателя ничего, кроме углекислого газа, на выходе не будет. По результатам исследований, проводимых в Европе, такие автомобили в десятки раз экологичнее транспортных средств, движущихся на бензине или газу. Так происходит из-за того, что процесс генерации газа происходит на очень высоких температурах (до 1 000 градусов Цельсия), ввиду чего топливо расщепляется на простейшие элементы.
Вопрос вырубки леса также беспокоит многих, кто сталкивается с газогенераторами. Хочется заметить, что для обеспечения таких автомобилей топливом не обязательно вырубать лес. Многие приверженцы этой технологии пользуются ветками и дровами от умерших деревьев, которых много и в наших лесополосах. Таким образом, бесплатный сухостой и валежник также могут быть использованы как топливо. Кроме того, производство бензина наносит гораздо больший вред окружающей среде, поэтому даже при вырубке леса уровень полезности последнего метода гораздо выше. Конечно, ни на одной заправке вам не предложат отсыпать дров или угля как топлива, поэтому газогенератор подходит далеко не всем.
Кому подходит газогенератор?
В первую очередь жителям глубинки, где сложно найти/дорого стоит топливо (бензин или газ). Однако у жителей городов также часто есть потребность в газогенераторах (по разным причинам).
Например, житель Англии, Колин Дэвисон, с друзьями проехал всю Англию (а это 2 575 км), заправляя свой автомобиль отходами кофе! Маршрут был проложен между 37 кофейными магазинами, в которых они брали отработанное кофе, в результате чего их путешествие было занесено в книгу рекордов Гиннесса. Максимальная скорость — 105 км/час.
Йохан Линель, житель Швеции, проехал всю Швецию (5 420 км) за 20 дней на дровах. Расход топлива составил 7 куб. метров древесины. При этом максимальная скорость составляла до 150 км/час.
Житель Украины, Андрей Лагунов, пошел ещё дальше — он сделал курс «Авто на дровах своими руками», а также собрал множество информации о газогенераторах и их владельцах. Любой желающий, по словам Андрея, может сделать газогенератор своими руками за несколько дней, потратив на его создание менее 50$.
Вывод
Если верить информации, что запасов нефти хватит человечеству на 30–40 лет, то поиск альтернативных видов энергии можно считать оправданным. Количество древесины, необходимой для повсеместного перехода населения на такой метод, невообразимо велико.
В любом случае, главное — чтобы люди использовали новые технологии по мере необходимости и продолжали поиски, ведь любая новая разработка (или улучшение старой технологии) благотворно воздействует на эффективность процессов нашей жизнедеятельности.
А для тех, кто интересуется электромобилями, у нас тоже есть интересная публикация.
Как работает двигатель?
Вы уже знаете, что завести машину так же просто, как повернуть ключ, но задумывались ли вы, что на самом деле происходит под капотом?
Когда вашему телу нужно топливо, вы кормите его пищей. Когда вашему автомобилю требуется топливо, вы «кормите» его бензином. Точно так же, как ваше тело преобразует пищу в энергию, автомобильный двигатель преобразует газ в движение. Некоторые новые автомобили, известные как гибриды, также используют электричество от аккумуляторов для движения автомобиля.
Процесс преобразования бензина в движение называется «внутреннее сгорание».«Двигатели внутреннего сгорания используют небольшие контролируемые взрывы для выработки энергии, необходимой для перемещения вашего автомобиля во все места, куда ему нужно ехать.
Если вы создаете взрыв в крошечном замкнутом пространстве, таком как поршень в двигателе, огромное количество энергии выделяется в виде расширяющегося газа. Типичный автомобильный двигатель производит такие взрывы сотни раз в минуту. Двигатель использует энергию для приведения в движение вашего автомобиля.
Взрывы заставляют поршни двигателя двигаться. Когда энергия первого взрыва почти иссякает, происходит еще один взрыв.Это заставляет поршни снова двигаться. Цикл повторяется снова и снова, давая автомобилю мощность, необходимую для движения.
В автомобильных двигателях используется четырехтактный цикл сгорания. Четыре такта — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Удары повторяются снова и снова, генерируя энергию. Давайте подробнее рассмотрим, что происходит на каждой фазе цикла сгорания.
Впускной: Во время впускного цикла впускной клапан открывается, и поршень перемещается вниз. Цикл начинается с подачи воздуха и газа в двигатель.
Сжатие: В начале цикла сжатия поршень перемещается вверх и выталкивает воздух и газ в меньшее пространство. Меньшее пространство означает более мощный взрыв.
Сгорание: Затем свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет и взрывает газ. Сила взрыва заставляет поршень снова опускаться.
Выхлоп: Во время последней части цикла выпускной клапан открывается, чтобы выпустить отработанный газ, образовавшийся в результате взрыва.Этот газ перемещается в каталитический нейтрализатор, где он очищается, а затем через глушитель, прежде чем он выходит из автомобиля через выхлопную трубу.
|
Самые первые автономные дорожные транспортные средства приводились в движение паровыми двигателями, и по этому определению Николя Жозеф Кюньо из Франции построил первый автомобиль в 1769 году, который был признан Британским Королевским автомобильным клубом и Автомобильным клубом Франции как первый.Так почему же так много книг по истории говорят, что автомобиль был изобретен Готлибом Даймлером или Карлом Бенцем? Это связано с тем, что и Daimler, и Benz изобрели очень успешные и практичные автомобили с бензиновым двигателем, которые положили начало эре современных автомобилей. Даймлер и Бенц изобрели автомобили, которые выглядели и работали так же, как автомобили, которые мы используем сегодня. Однако было бы несправедливо утверждать, что кто-то из этих людей изобрел «автомобиль». История двигателя внутреннего сгорания — сердце автомобиля Краткий очерк истории двигателя внутреннего сгорания включает следующие основные моменты:
Важность Николауса Отто Важность Карла Бенца Важность Готлиба Даймлера Двигатель Daimler-Maybach 1885 года был небольшим, легким, быстрым, имел карбюратор с впрыском бензина и вертикальный цилиндр. Размер, скорость и эффективность двигателя сделали революцию в дизайне автомобилей. 8 марта 1886 года Даймлер взял дилижанс и приспособил его для размещения своего двигателя, тем самым спроектировав первый в мире четырехколесный автомобиль . Daimler считается первым изобретателем, который изобрел практический двигатель внутреннего сгорания. В 1889 году компания Daimler изобрела V-образный двухцилиндровый четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами. Как и двигатель Отто 1876 года, новый двигатель Daimler заложил основу для всех будущих двигателей автомобилей. Также в 1889 году Daimler и Maybach построили свой первый автомобиль с нуля, они не адаптировали другой автомобиль, как всегда делали раньше.Новый автомобиль Daimler имел четырехступенчатую коробку передач и развивал скорость до 10 миль в час. Компания Daimler основала Daimler Motoren-Gesellschaft в 1890 году для производства своих моделей. Одиннадцать лет спустя Вильгельм Майбах сконструировал автомобиль Mercedes. (Узнайте больше о Gottlieb Daimler & Wilhelm Maybach ) * Если бы Зигфрид Маркус построил свой второй автомобиль в 1875 году, и он был бы таким, как было заявлено, это был бы первый автомобиль с четырехтактным двигателем и первый, который использовал бензин в качестве топлива, первый имел карбюратор для бензинового двигателя. и первый с зажиганием от магнето.Однако единственное существующее свидетельство указывает на то, что автомобиль был построен примерно в 1888/89 году — слишком поздно, чтобы быть первым. Следующая страница > Начало сборочного конвейера все иллюстрации mary bellis |
Двигатель внутреннего сгорания продолжает совершенствоваться по мере роста ажиотажа в отношении электромобилей
Возможно, это начало эры электромобилей, но 2018 год стал феноменальным годом для скромного двигателя внутреннего сгорания.
Среди наиболее заметных достижений: General Motors выпустила полноразмерные пикапы, которые могут работать всего с двумя цилиндрами, Mercedes-Benz представила свой первый новый рядный шестицилиндровый двигатель за более чем 20 лет, а Nissan Motor Co. представила первую в отрасли переменную. -компрессионный двигатель, который уникальным образом уравновешивает экономию топлива и мощность. Между тем поставщики бешеными темпами разрабатывают технологии экономии топлива.
«Бензиновые двигатели будут оставаться очень и очень актуальными в течение долгого времени, — сказал Эд Ким, вице-президент AutoPacific по анализу отрасли.«Потому что даже с этим стремлением к электрификации, точка, в которой мы доберемся до полного парка аккумуляторных электромобилей по всей стране, очень далека».
Несмотря на ажиотаж, порожденный Tesla, даже самые оптимистичные прогнозы призывают к тому, что к 2025 году полные электромобили будут составлять лишь около 8 процентов рынка США. Сегодня они составляют менее 2 процентов.
Для обслуживания остальных 90% покупателей автопроизводители вкладывают средства в новые архитектуры двигателей и технологии, которые увеличивают мощность, сокращают выбросы и повышают эффективность.Toyota Motor Corp., например, планирует заменить почти все свои двигатели в период с настоящего момента до 2023 года, и в ближайшие три года планируется выпустить 17 версий из девяти новых двигателей. Fiat Chrysler Automobiles работает над 3,0-литровым рядным шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом, который может заменить некоторые V-8; он, вероятно, начнет появляться в автомобилях Jeep примерно в 2020 году.
«Я бы не увидел прекращения работы двигателей внутреннего сгорания на горизонте», — сказал Automotive News генеральный директор Volkswagen Герберт Дисс.«Мы все еще работаем над следующим поколением бензиновых двигателей. Они станут более экономичными. У нас будут 48-вольтовые системы start-stop и мягкие гибридные системы. Там еще предстоит много улучшений. с другой стороны, улучшение — поколение двигателей за поколением двигателей — будет сокращено, потому что здесь не намного больше [эффективности]. Низкие плоды исчезли ».
Развитие двигателя внутреннего сгорания
Люди строят автомобили уже более века, и почти под каждым капотом находится двигатель внутреннего сгорания.В течение последних 100 лет его принцип оставался неизменным: воздух и топливо попадают внутрь, в цилиндрах происходит взрыв, и сила толкает вас вперед. Но с каждым годом инженеры оттачивают двигатель внутреннего сгорания, чтобы он двигался быстрее и дальше, делая его более эффективным, чем раньше, производя мощность, которую вы раньше видели только на суперкарах. Состояние двигателя внутреннего сгорания никогда не могло бы зайти так далеко без этих серьезных скачков. Вот как мы дошли до этого.
1955
Впрыск топлива
До впрыска топлива дозирование бензина в камеру сгорания было неточным и сложным процессом.Карбюраторы часто нуждались в очистке и восстановлении, и на них влияли погодные условия, температура и высота над уровнем моря. Для сравнения, впрыск топлива был простым: он помогал двигателю работать более плавно, более стабильно на холостом ходу, работал более эффективно и избавлял от надоедливой рутины регулировки дроссельной заслонки каждый раз, когда вы ее запускали. Созданный на основе самолетов военного времени, он впервые был внедрен в автомобиль в 1955 году. В том же году Стирлинг Мосс и Денис Дженкинсон проехали на гоночном автомобиле Mercedes-Benz 300SLR через изнурительную гонку Mille Miglia протяженностью 992 мили в Италии, победив с рекордом. ни разу не сломался: 10 часов 7 минут 48 секунд.
Британский автогонщик Стирлинг Мосс на пути к победе в итальянской гонке Mille Miglia Race, установив новый рекорд.KeystoneGetty Images
Дорожная версияBenz стала не только первым серийным автомобилем с системой впрыска топлива, разработанным Bosch, но и самым быстрым автомобилем в мире. Два года спустя Chevrolet подарил Corvette двигатель «Fuelie» с системой впрыска топлива Rochester Ramjet, которая смогла разогнать 300SL.Тем не менее, именно системы Bosch с электронным управлением нашли свое применение почти во всех автопроизводителях Европы, а к восьмидесятым годам система впрыска топлива захватила мир.
1962
Турбокомпрессор
Турбокомпрессор — одна из жемчужин развития двигателей. Турбина в форме улитки, набирающая больше воздуха в цилиндр, когда-то позволяла 12-цилиндровым истребителям времен Второй мировой войны взлетать выше, быстрее и дальше. Угадай, что? То же самое и на суше.Когда в 1962 году дебютировал первый автомобиль с турбонаддувом, он был обнаружен не под капотом легкого европейского малолитражного автомобиля, BMW 2002 или Saab 99, а благодаря мозговому доверию General Motors, полному наличными и желающему опробовать новые технологии.
Предоставлено Hagerty
В то время Oldsmobile Jetfire требовал — почти с каждым баком, полным бензина, — добавлением Turbo Rocket Fluid, оригинального названия дистиллированной воды и метанола Jetsons.GM отказалась от этой концепции в середине десятилетия. Но к концу 1970-х такие компании, как BMW, Saab и Porsche, заняли позицию, доказали свою ценность в автоспорте, и теперь каждая машина имеет турбокомпрессор. Почти.
Турбокомпрессор превратился из грязного трюка с быстрой скоростью в вашем 930 Turbo в семейную жизнь в Mazda CX-9, чей 2,5-литровый двигатель был оснащен первой в своем роде системой Dynamic Pressure Turbo в 2016 году. В действии действует принцип «большой палец над садовым шлангом»: ограниченный поток ускоряет выпуск выхлопных газов в турбину, улучшая отзывчивость на низких оборотах и уменьшая турбо-лаг.Кроме того, с более строгими стандартами выбросов и эффективности, это необходимый компонент для выжимания мощности большого двигателя из самых маленьких и легких двигателей. И крутящий момент! Вам больше не нужно сбивать мессершмитты, чтобы почувствовать себя втянутым в кресло.
1964
Роторный двигатель
Единственным двигателем, который действительно сломал шаблон — единственным, кто попал в производство — было вращающееся чудо инженера Феликса Ванкеля, треугольник внутри овала, вращающийся, как демон.По самой природе своей конструкции роторный двигатель легче, менее сложен и имеет более высокие обороты, чем типичная коробка с поршнями. Mazda и несуществующий немецкий автопроизводитель NSU были первыми, кто подписал контракт; В 1964 году NSU Spider стал первым серийным автомобилем с Ванкелем.
Mazda, однако, была единственной компанией, которая действительно работала с ним — первой Mazda с роторным двигателем была Cosmo 1967 года, предшественница длинной линейки спортивных автомобилей, седанов и даже случайных пикапов. последний RX-8 сошел с конвейера в 2012 году.Концепция RX-Vision 2016, представленная на Токийском автосалоне 2015 года, подтвердила непристойные слухи о том, что группа преданных своему делу инженеров, которым нечего терять, все еще разрабатывает следующий великий роторный двигатель где-то на заводе в Хиросиме.
Вверху слева: Mazda Cosmo Sport 110S 1967 года выпуска; справа и внизу слева: роторный двигатель Mazda RENESISПредоставлено Mazda
.1981
Деактивация цилиндра
Идея проста.Чем меньше срабатывает цилиндр, тем лучше пробег. Как превратить V8 в четырехцилиндровый? Если вы были Кадиллаком около 1981 года, вы представили двигатель с метким названием 8-6-4, в котором использовались соленоиды с электронным управлением для закрытия клапанов на двух или четырех цилиндрах. Это должно было повысить эффективность, скажем, при движении по шоссе. Но последовавшая за этим ненадежность и неуклюжесть были настолько печально известны, что никто не осмеливался повторить попытку в течение двадцати лет.
Теперь у нескольких производителей эта идея наконец-то работает — и она перешла к двигателям меньшего размера.
2012
Степень сжатия
Наука работает следующим образом: внутри цилиндра двигателя чем меньше вы можете сжать воздух и топливо, тем больше мощности вы получите при взрыве. Объем, который может сжать поршень, и есть степень сжатия. Но производители не могут слишком сильно увеличивать степень сжатия, иначе смесь воспламенится сама по себе; последующий «стук» разорвет двигатель.
В надире 1970-х годов, задыхаясь от правил смога и вынужденных бороться с неэтилированным бензином, производители построили массивные двигатели V8, которые хрипели.Эти большие мальчики сдерживались болезненно низкой степенью сжатия — свинец, который когда-то был в бензине, предотвращал детонацию. Благодаря электронному управлению подачей топлива и лучшему пониманию контроля за выбросами двигатели стали вырабатывать больше мощности при уменьшении рабочего объема.
Двигатель Mazda SKYACTIV-G 2018 года с отключением цилиндров выдает 187 лошадиных сил и 186 фунт-фут крутящего момента.Предоставлено Mazda
.В 2012 году двигатель Mazda SKYACTIV-G был запущен в производство с самой высокой степенью сжатия для серийного двигателя, поразительной 14: 1 (в Америке — 13: 1), что позволяет ему извлекать энергию практически из каждой капли бензина без множество оборудования для защиты от смога.Следующее нововведение Mazda вывело высокую степень сжатия на новый уровень. SKYACTIV-X использует искровое зажигание от сжатия (SPCCI) для воспламенения топливно-воздушной смеси с минимальным количеством бензина, сочетая крутящий момент дизельного двигателя с высокими оборотами бензинового двигателя.
Даже спустя столетие, даже при использовании альтернативных видов топлива и методов движения, двигатель внутреннего сгорания остается самой большой добычей в городе. Спустя столько времени основы не изменились. Но всегда найдется автомобильная компания, которая готова представить что-то новое, и постоянное совершенствование является ключом к сохранению актуальности двигателя внутреннего сгорания в предстоящие годы.
Семь причин, по которым движется мертвец по двигателю внутреннего сгорания [обновлено]
Зарядка Tesla
Фотография предоставлена TeslaЭра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) закончилась. Электромобили — это будущее. Переход только начался, но переход от автомобилей с ДВС к электромобилям произойдет раньше и быстрее, чем думает большинство людей.
Какие факторы заставили меня сказать это с такой уверенностью?
1 Китай так говорит!
Китай в настоящее время является крупнейшим автомобильным рынком в мире (из 86 млн автомобилей, проданных в 2017 г., 30% (25.8 млн.) Были проданы в Китае, по сравнению с 20% (17,2 млн) в США и 18% (15,6 млн) в ЕС).
Мировые продажи автомобилей, 2017 г.
Фотография предоставлена Jato.comНеудивительно, что производители автомобилей хотят иметь доступ к этому рынку. Тем не менее, Китай принял закон, который требует от любого производителя транспортных средств получить к 2019 году балл для новых энергетических транспортных средств не менее 10%, который вырастет до 12% к 2020 году и до 20% продаж к 2025 году.
В результате этого объявления все основные OEM-производители внезапно обрели религию для электромобилей.За этим последовало множество объявлений о десятках миллиардов долларов или евро, которые они вкладывают в свои программы разработки электромобилей, а также о партнерствах или огромных инвестициях, которые они создают для обеспечения безопасности своей цепочки поставок аккумуляторов. Генеральный директор Porsche даже официально заявил, что после 2030 года все автомобили Porsche будут на 100% электрическими.
Итак, Китай высказался, и производители автомобилей прислушались. Ожидается, что в следующие 18 месяцев количество моделей электромобилей, доступных для покупки, значительно увеличится.
2 Стоимость батареи снижается
Основная стоимость электромобиля — это стоимость аккумулятора. При этом цена этих аккумуляторов значительно падает.
Тенденции развития литий-ионных батарей, 2010-2017 гг.
Блумберг Литий-ионные батареистоили 1000 долларов за киловатт-час в 2010 году. К 2017 году эта стоимость упала до 200 долларов за киловатт-час, и на этом она не остановится. На собрании акционеров Tesla 5 июня этого года Илон Маск заявил, что Tesla будет стоить 100 долларов за киловатт-час в течение 2 лет.По общему мнению, 100 долларов за кВт · ч — это цифра, при которой электромобили и автомобили с ДВС будут иметь сопоставимую предварительную закупочную цену.
Итак, к 2020 году стоимость аккумуляторов за 10 лет упадет на 90%, а цена будет продолжать падать.
3 Емкость аккумулятора увеличивается
Литий-ионные батареи увеличивают удельную энергию на 5-8% в год. Mercedes заявил, что их полностью электрический Mercedes EQC, который выйдет на рынок в 2019 году, будет иметь ожидаемую дальность действия 500 км.В то время как Tesla Roadster, который запускается в 2020 году, имеет заявленный запас хода в 1000 км. Когда электромобили имеют дальность действия 1000 км, именно у автомобилей с ДВС возникают проблемы с дальностью полета.
Более того, появятся и другие аккумуляторные технологии, такие как твердотельные аккумуляторы, которые дадут нам более дешевые аккумуляторы, более быструю зарядку и еще больший запас хода.
4 Аккумуляторы для электромобилей имеют очень долгий срок службы
Вопреки тому, что многие считают, батареи в электромобилях не разряжаются со временем (или даже при пробеге в милях / километрах).
Разрушение батареи Tesla
Фотография предоставлена МаттеоЭто график емкости аккумуляторов автомобилей Tesla Model S / X, который показывает, что после пробега 270 000 км (примерно 168 000 миль) у аккумуляторов все еще оставался 91% их первоначальной емкости. В этой статье есть более подробная информация, но суть в том, что батареи теряют около 1% емкости каждые 30 000 км (18 750 миль). Это означает, что первоначальная стоимость электромобиля может быть снижена за гораздо более длительный период времени, что значительно снизит общую стоимость владения автомобилем — электромобили будут продолжать работать.Сказав это, эти данные относятся к батареям Tesla — нам придется подождать, чтобы увидеть, как обстоят дела у других производителей.
5 Электромобили надежнее
Еще один фактор в пользу электромобилей — их надежность. Трансмиссия в автомобиле с ДВС обычно содержит 2000+ движущихся частей, тогда как трансмиссия в электромобиле содержит около 20. Об этом говорит быстрое сканирование 10 лучших автомобилей 2015 года, проведенных с ремонтом. Только одна из этих неисправностей может произойти с электромобилем (номер 4, и это, безусловно, самое дешевое решение).
ТОП-10 ремонтов автомобилей 2015
Фото Credit.com6 Дешевле на топливо
Электромобили, как правило, также значительно дешевле в топливе (если только вы не живете где-нибудь, где особенно дешевый бензин и чрезвычайно дорогое электричество). А поскольку за последние 12 месяцев цена на нефть выросла на 50%, найти место с дешевым бензином станет все труднее.
Цена на сырую нефть за 1 год
Фотография предоставлена InfoMine.com7 Стоимость автомобилей с ДВС при перепродаже —
Наконец, как указано выше:
- Количество моделей электромобилей, доступных для продажи, стремительно вырастет
- закупочная цена электромобилей значительно падает
- диапазон электромобилей, приближающихся к автомобилям с ДВС или даже превосходящих их У электромобилей
- практически нет проблем с обслуживанием, за исключением необходимости замены тормозов и шин (а при рекуперативном торможении износ тормозных колодок минимален).
- батареи в электромобилях служат на сотни тысяч миль / километров с минимальным износом;
- и электромобили дешевле
Так зачем кому-то подумать о покупке автомобиля с двигателем внутреннего сгорания? Большинство людей этого не сделает.И, как следствие, стоимость автомобилей с ДВС при перепродаже резко упадет.
И если стоимость автомобилей с ДВС при перепродаже упадет через 3-4 года, зачем вам покупать их сегодня? Подумайте об этом на секунду. Зачем покупать автомобиль с двигателем внутреннего сгорания сегодня, если его стоимость при перепродаже через 3-4 года значительно упадет? Ты бы не стал. И когда люди начнут это понимать, рынок перевернется. И произойдет это быстро. Раньше, чем думает большинство людей. Будет ли ваша следующая машина электромобилем?
Наконец —
И если вас это не убедит, возможно, ознакомьтесь с остальными характеристиками Tesla Roadster — 0-100 км / ч (0-60 миль / ч) за 1.9 секунд, максимальная скорость 400 км / ч (250 миль / ч) и дальность полета 1000 км (620 миль).
Или, может быть, посмотрите, как Tesla Model S мчится с Boeing 737, или, что еще более невероятно, посмотрите, как Tesla Model X установила мировой рекорд Гиннеса, буксируя Boeing 787 Dreamliner.
И я даже не упомянул о растущем списке городов, которые принимают законы, запрещающие движение автомобилей с дизельным двигателем по улицам!
Последняя мысль: когда электромобили станут более распространенными, водители автомобилей с двигателями внутреннего сгорания будут думать так же, как сегодня курящие.И, поскольку потребуется меньше заправочных станций, их придется либо закрыть, либо преобразовать в электрические заправочные станции. Поскольку они закрыты ставнями, людям с двигателями внутреннего сгорания придется путешествовать все дальше и дальше, чтобы найти место для заправки. Этот неизбежный порочный круг означает, что для двигателя внутреннего сгорания игра действительно окончена.
Более ранняя версия этой истории была опубликована на Medium
.Двигатель внутреннего сгорания отказывается умирать — Выпуск 7: Отходы
Двигатель внутреннего сгорания — это пережиток прошлого.Это пережиток пара. Его детали были усовершенствованы, его материалы улучшены, а его мощность увеличена, но основной механизм — поршень, перемещающийся вверх и вниз в отверстии цилиндра — был изобретен до фонографа или лампочки.
Являясь продуктом эпохи дешевой энергии в изобилии, двигатель внутреннего сгорания также является откровенно расточительным. В четырехтактном бензиновом двигателе — двигателе, который, скорее всего, установлен в вашей машине, моторной лодке, может быть, даже в вашем генераторе — поршень сначала приводится в движение вниз, всасывая воздух в цилиндр.Затем поршень совершает движение вверх, сжимая воздух; затем искра воспламеняет топливно-воздушную смесь, которая взрывается, толкая поршень вниз. Последний ход вверх выталкивает отработанную смесь. В этом цикле, состоящем из четырех тактов поршня, современный бензиновый двигатель обычно преобразует от 14 до 30 процентов энергии, запасенной в топливе, в полезную работу. Остальное теряется в виде тепла и трения.
Установка этого двигателя на транспортное средство приводит к образованию отходов. Такие аксессуары, как водяные насосы и компрессоры кондиционеров, потребляют энергию, не способствуя движению вперед.Сопротивление качению шин приводит к потере топлива, как и трение в подшипниках и шестернях трансмиссии. Аэродинамическое сопротивление заставляет двигатель усердно работать, чтобы поддерживать постоянную скорость на шоссе. В общем, автомобиль, на котором вы едете, потребляет около 20 процентов энергии топлива при движении по дороге. Ясно, что эту машину с выбросом парниковых газов из нефти уже давно пора сломать. Неудивительно, что каждый новый электромобиль, прорыв в области химии аккумуляторов или обещание серийного производства автомобилей на топливных элементах звучит как объявление о смерти двигателя внутреннего сгорания.
Электромобили, похоже, вот-вот забьют последние гвозди в гроб. Благодаря небольшому количеству движущихся частей, создающих трение, электродвигатели намного более эффективны — до 96 процентов потребляемой ими энергии превращается в полезную работу. Они выделяют очень мало отработанного тепла и, при использовании альтернативной энергии, могут производить электроэнергию без выбросов. Кроме того, автомобиль с электродвигателем имеет явные конструктивные преимущества. Его почти пологая кривая крутящего момента (фунт-фут в зависимости от скорости вращения двигателя) означает, что ему не нужна сложная трансмиссия, что снижает стоимость и в то же время повышает эффективность.Двигатели внутреннего сгорания обычно должны вращаться со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (об / мин) для достижения максимального крутящего момента, но электрические двигатели развивают максимальный крутящий момент в момент вращения вала. Вот что делает электромобили и гибриды такими приятными, даже если они не останавливаются.
По всем этим причинам аргументы против поршневого двигателя очевидны. Кажется, его дни сочтены. Но реальность такова, что внутреннее сгорание никуда не денется. Не говори Илону Маску, но тепловая машина, если использовать удобное прозвище, вероятно, будет управлять дорогами как минимум до 2050 года.
В стойкости двигателя внутреннего сгорания нельзя винить только рыночную инерцию или мощь Big Oil. Он выдерживает — и доминирует — потому что так легко приспосабливается. Миниатюрные версии приводных триммеров и бензопил. Огромные высокоэффективные модели приводят в движение бульдозеры и грузовые суда. В автомобиле этот двигатель может быть сконфигурирован как газовый сиппер с умеренными манерами или как гоночное устройство с высокими оборотами.
Он прекрасно подходит для транспортировки, поскольку в нем используется топливо, которое в высшей степени портативно и энергоемко.«Жидкие углеводороды — это жидкое золото», — говорит Джон Б. Хейвуд, инженер-механик, почетный профессор Сун Джэ в Массачусетском технологическом институте. Бензиновый двигатель заправляется за несколько минут, после чего он может проехать от 400 до 500 миль. И топливо тоже можно приспосабливать: в прошлом веке, когда дороги улучшились и автомобили стали ездить быстрее, бензин был переработан, чтобы помочь двигателям извлекать его энергию.
Короче говоря, долгая и насыщенная жизнь бензинового двигателя является результатом того, что палеоантрополог Рик Поттс называет отбором по изменчивости: идея о том, что в быстро меняющейся среде выживают только универсальные.Поттс, специалист по происхождению человека из Смитсоновского института, считает, что первые гоминиды преобладали благодаря своей гибкости. Климат, с которым наши предки столкнулись в раннем плейстоцене, сильно колебался, с частыми изменениями температуры, водоснабжения, источников пищи, растительности и конкуренции. «Они пережили это смутное время, потому что были универсальными специалистами», — говорит Поттс. Обладая длинными руками и длинными ногами, они могли лазить по деревьям в лесу или преодолевать километры по саванне. Обладая большим мозгом, они могли понять, как адаптироваться к меняющимся обстоятельствам, и изобрести социальные системы и технологии, которые помогут им справиться с этим.Они не были быстрее, сильнее или эффективнее других существ — они были более адаптивными.
Поршневой двигатель выглядит как еще один пример выживания благодаря приспособляемости. Он дешев в строительстве, соответствует требованиям, предъявляемым к различным видам топлива и физическим схемам, и идет в ногу с развитием металлургии и борьбы с загрязнением окружающей среды. Постоянные усовершенствования означают, что сегодняшний двигатель внутреннего сгорания выбрасывает на 99 процентов меньше загрязнения, чем его предшественники в 1960-х годах.Автопроизводители напоминают нам, что в регионах с плохим качеством воздуха современные двигатели фактически выталкивают более чистый воздух через выхлопную трубу, чем поглощают. Сегодня, столкнувшись с задачей сокращения выбросов углекислого газа и ограничения использования энергии, инженеры, отраслевые эксперты и инвесторы, которые лучше всего разбираются в двигателях, далеки от того, чтобы отказаться от внутреннего сгорания. Фактически, они увеличивают свои вложения. У этой старой технологии еще много миль.
Немногие машины сегодня развились так же сильно, как двигатель внутреннего сгорания.Самые ранние версии были примитивными, медленными и ненадежными. Улучшения были достигнуты благодаря достижениям в металлургии и лучшему пониманию процесса горения. Стартеры превратились из ручных кривошипов в кнопочные электрические устройства; электрические свечи зажигания гарантируют более стабильную и плавную работу. Изобретение жидкостного охлаждения позволило конструкторам перейти от примитивных одноцилиндровых двигателей к шести- и восьмицилиндровым двигателям, которые доминировали в автомобильной промышленности в середине 20-го века.Совсем недавно такие управляемые компьютером инновации, как точное управление распределением топлива в двигателе и улучшенная синхронизация открытия и закрытия клапана, позволили объединить высокую выходную мощность с плавной, равномерной работой на низких скоростях.
Новые требования к двигателям внутреннего сгорания сосредоточены на выбросах, и профессор Джон М. ДеЧикко из Института энергетики Мичиганского университета считает, что бензиновый двигатель им также удовлетворит. «Существует множество возможностей для повышения эффективности, которые всегда будут подрывать альтернативы, насколько хватит глаз, — говорит ДеЧикко.«Горизонт эффективности простирается очень далеко в будущее». Чтобы решить эту новую задачу, производители доводят до совершенства все, от конструкции камеры сгорания до параметров трансмиссии и способа подачи топлива и воздуха в сердце двигателя.
На рынке уже распространены турбокомпрессоры, система отключения цилиндров, прямой впрыск топлива и бесступенчатые коробки передач. По словам Майка Андерсона, главного инженера по бензиновым четырехцилиндровым двигателям в General Motors, уменьшение соотношения площади поверхности к объему в цилиндре за счет использования меньшего диаметра и более длинных ходов коленчатого вала уже увеличило количество миль на галлон.Так же улучшилась конструкция камеры сгорания с помощью компьютерного моделирования.
Андерсон также объясняет, что способ работы двигателя имеет решающее значение, поскольку каждый двигатель внутреннего сгорания имеет свою максимальную эффективность. «Мы хотим сделать этот островок эффективности как можно большим», — говорит он. Простое снижение трения также может принести большую выгоду: снижение его всего на 8 процентов сокращает расход топлива на 1 процент. Последняя версия 2-литрового двигателя GM с турбонаддувом снизила трение на 16 процентов по сравнению с его предшественником.
Грядут изменения и в доставке топлива. Томас Апостолос, президент Ricardo, Inc., американского подразделения глобальной инженерной консалтинговой компании с почти 100-летним опытом разработки двигателей, ожидает включения прямого впрыска топлива с распылителем и обедненной стратифицированной заправки, в которой соотношение Из топлива в воздух уменьшается, но топливо концентрируется именно там, где оно больше всего необходимо.
Бензиновый двигатель также может быть на грани объединения со своим целующимся кузеном, дизельным двигателем.В научных кругах этот брак был постоянной темой для обсуждения. Дизели выигрывают от отсутствия дросселирования: они управляют скоростью двигателя, изменяя подачу топлива, а не ограничивают поступление воздуха с помощью механического дросселя, который создает сопротивление и трение. Поскольку дизели инициируют сгорание за счет внутреннего тепла, а не искры, они обычно имеют очень высокую степень сжатия — большое «сжатие» воздуха внутри цилиндра. Эти высокие давления позволяют извлекать больше работы из химической энергии, хранящейся в топливе.Пока инженеры экспериментируют с понижением степени сжатия в дизельных двигателях для снижения выбросов и повышением их в бензиновых двигателях, эти две технологии уже сближаются, говорит Билл Вёбкенберг, старший инженер, отвечающий за топливо, технические и нормативные вопросы Mercedes-Benz. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.
Один многообещающий пример: двигатель с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI). В этом гибриде, что стало возможным благодаря усовершенствованиям компьютерного моделирования и управления двигателем, внутреннее тепло двигателя воспламеняет равномерно распределенную смесь воздуха и топлива внутри цилиндра.В результате получается двигатель с чистой работой, который, по словам исследователей General Motors, может быть на 80 процентов эффективнее дизельного двигателя при примерно 50 процентах стоимости.
Двигатели HCCI имели проблемы с поддержанием бесперебойной работы, поэтому в настоящее время планируется создать один двигатель с двумя режимами работы. Обычное сгорание будет использоваться для резкого ускорения, а режим HCCI будет использоваться для легких нагрузок, таких как круиз по шоссе. По словам Вобкенберга, Mercedes уже добился успеха с этой моделью в европейских приложениях.
Назревают еще более радикальные идеи. Новые способы организации механической компоновки двигателей внутреннего сгорания могут обещать значительное повышение эффективности. EcoMotors International в Мичигане, например, разрабатывает двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами, который может производить одну лошадиную силу на фунт веса двигателя. Другие компании разрабатывают двигатели с двойным сжатием и двойным расширением, которые распределяют работу по дополнительным цилиндрам, разделяя циклы сжатия и мощности.
Бензиновый двигатель — быстро движущаяся цель.На самом деле, ирония заключается в том, что он развивается быстрее, чем некоторые из технологий, которые угрожают ему на смену. По словам ДеЧикко, выбросы углерода от автомобилей в США будут сокращаться на 2,1 процента в год, в то время как выбросы от электростанций сокращаются с прогнозируемой скоростью менее 1 процента в год. Именно на этих заводах, две трети из которых используют ископаемое топливо, используются электромобили. Фактически, Союз обеспокоенных ученых заявил в своем отчете, что транспортные средства с батарейным питанием не обладают явным преимуществом в парниковых условиях по сравнению с лучшими бензиновыми или гибридными моделями в США.С. утверждает, что в значительной степени полагается на электроэнергию, вырабатываемую углем.
Даже средний бензиновый двигатель может скоро приблизиться к своему электрическому сопернику по количеству граммов углекислого газа, выделяемого на милю. «Ничего не позаимствовав у« Звездного пути », мы разработали программу Ford Focus с выбросом углекислого газа 97 граммов на километр, — говорит Апостолос о Рикардо. «К 2040 году мы получим 30 граммов, что сделает двигатели внутреннего сгорания конкурентоспособными по сравнению с электромобилями». И, конечно же, есть стоимость: батареи должны стать в 10 раз дешевле и в 100 раз повысить их удельную энергию, чтобы соответствовать бензиновым.Подключаемый гибрид Chevrolet Volt, например, оснащен батареей на 16 киловатт-часов, что составляет около 8000 долларов стоимости автомобиля. Он хранит энергетический эквивалент одного галлона бензина. «До масштабируемого бизнес-кейса еще далеко, — говорит ДеЧикко.
Это не означает, что программы развития электричества и водорода бесполезны — они явно таковы. Но в борьбе с бензиновым двигателем им придется иметь дело не только с выдающимся исполнителем: им придется победить настоящего инженерного хамелеона.
Норман Майерсон (Norman Mayersohn) — редактор раздела «Автомобили» в The New York Times. Его транспортный парк включает гибрид Prius (седьмой Prius в семье), Camaro SS350 1967 года, хорошо подержанный универсал Volvo и два мотоцикла. Бывший дрэг-рейсер и органический фермер, он всегда увлекался изучением того, как все работает.
Аккумуляторные электромобили и автомобили с двигателем внутреннего сгорания
Комплексная оценка в США
Электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) не потребляют бензин и не выделяют углекислый газ из выхлопной трубы, что делает возможным экологически устойчивое вождение в пределах досягаемости среднестатистического потребителя.Однако остается вопрос: «Действительно ли BEV обладают экологическим преимуществом в отношении потенциала глобального потепления и вторичного воздействия на окружающую среду — и если да, то какой ценой?»
Чтобы ответить на этот вопрос, Артур Д. Литтл провел общий анализ экономической стоимости жизненного цикла и воздействия на окружающую среду электромобилей с литиево-ионными аккумуляторами (BEV) по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ICEV), чтобы лучше понять BEV и их потенциал преобразования. В этом исследовании моделируется относительное воздействие новых BEV и ICEV в Соединенных Штатах за последний полный календарный год, за который имеются данные, 2015 г., и прогнозируется влияние BEV и ICEV на экономику и окружающую среду в течение всего предполагаемого двадцатилетнего срока службы для легковой автомобиль США.Учитывая, что это быстро развивающийся рынок, наше исследование также прогнозирует экономические и экологические последствия, которые новые BEV и ICEV будут иметь в 2025 году, с учетом ожидаемых значительных изменений в технологии аккумуляторов, ассортименте транспортных средств и стандартах экономии топлива.
Чтобы определить истинные затраты и воздействие на окружающую среду от BEV, мы провели всесторонний количественный анализ, исключая любые государственные стимулы или субсидии. В нашем исследовании был изучен каждый этап жизненного цикла автомобиля, от НИОКР и производства, включая поиск сырья до владения и утилизации по окончании срока службы.Мы оценили воздействие, связанное с каждым компонентом транспортного средства, от новых технологий и химического состава, задействованных в производстве аккумуляторов, до потребностей в энергии (например, бензин и электричество, от колодца до колес), необходимых для питания транспортного средства. Мы построили модели, которые рассчитывают общую стоимость владения (TCO) за 2015 г., потенциал глобального потепления (GWP) и вторичные воздействия на окружающую среду (например, потенциал токсичности для человека, характеризующийся потерянными годами жизни с поправкой на инвалидность) для BEV и ICEV.Мы также прогнозируем развитие технологий BEV и ICEV в ближайшее десятилетие, и мы использовали эту информацию для моделирования совокупной стоимости владения, GWP и вторичного воздействия на окружающую среду на 2025 год для BEV и ICEV.
Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали. С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии.Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынок вышло текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1. ).
Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали.С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии. Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынок вышло текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1. ).
Рисунок 1.
Общая стоимость владения за 20-летний срок службы ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV
Электромобили с аккумулятором и автомобили с двигателем внутреннего сгорания
Рисунок 2.
Выбросы парниковых газов в течение 20-летнего срока службы для ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV
являются значительным препятствием для более широкого внедрения BEV и могут объяснить, почему их проникновение на рынок до сих пор ограничено.
С экологической точки зрения картина еще сложнее. BEV в 2015 году достигают цели по сокращению выбросов парниковых газов по сравнению с сопоставимыми ICEV, если рассматривать их на протяжении всего срока службы транспортного средства, но это маскирует повышенное воздействие на здоровье человека по сравнению с ICEV и множество других побочных воздействий на окружающую среду (см. Рисунки 2 и 3). . В то время как большинство воздействий на окружающую среду, создаваемых ICEV, локализовано на сгорании бензина в двигателе транспортного средства, производственный процесс для BEV создает гораздо более широкие
Рисунок 3.
дней жизненного воздействия (смерть или инвалидность) для компактного пассажирского ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV за 20 лет владения
разбросанных и разрушительных воздействий на окружающую среду, компенсирующих значительную часть их общего преимущества в отношении выбросам парниковых газов.
В частности, использование тяжелых металлов в производстве литий-ионных аккумуляторных батарей для BEV в сочетании с загрязнением, создаваемым энергосистемой США (например,грамм. хвосты угольных электростанций) для эксплуатационной части жизненного цикла BEV создают примерно в три раза больше токсичности для человека по сравнению с ICEV (см. рисунок 3). Принимая во внимание расхождения в распределении воздействий на окружающую среду, можно с уверенностью сказать, что потребитель, который предпочитает использовать BEV вместо ICEV, смещает экологию
Рисунок 4.
Сравнение исследования ADL с данными Союза обеспокоенных ученых и национальных Результаты Бюро экономических исследований
влияние владения автомобилем.Как подробно описано в недавней серии расследований, опубликованных газетой Washington Post, большая часть кобальта и графита, поступающих в цепочку поставок литий-ионных батарей, поступает из плохо регулируемых и сильно загрязняющих шахт в Конго1 и Китае2. Вкладывая местный вклад в выбросы парниковых газов, они создают более рассеянный набор воздействий на окружающую среду, распространяющихся по всему миру, последствия которых в значительной степени несут сельские и часто неблагополучные общины вблизи шахт, откуда поставщики BEV получают сырье для производства аккумуляторных батарей.
В рамках нашего исследования Артур Д. Литтл также представляет результаты двух других широко цитируемых отчетов о влиянии BEV на окружающую среду по сравнению с ICEV — «Более чистые автомобили от колыбели до могилы: как электромобили побеждают бензиновые автомобили по выбросам из-за глобального потепления. , »3 из Союза обеспокоенных ученых (UCS) и« Экологические преимущества от вождения электромобилей? »4 из Национального бюро экономических исследований (NBER). Оба этих отчета исследуют воздействие BEV и ICEV на окружающую среду, и оба отчета описывают последствия для политики, вытекающие из их выводов.Однако UCS и NBER приходят к совершенно разным выводам. Мы представляем их различные результаты, чтобы сформировать более широкую дискуссию и поместить наше исследование в рамки более широкой дискуссии об истинном воздействии BEV и ICEV на окружающую среду в США (см. Рисунок 4).
Прогнозирование технологических тенденций для новых BEV и ICEV в 2025 году, Артур. Моделирование Д. Литтла показывает, что хотя разница в совокупной стоимости владения между BEV и ICEV значительно снизится по сравнению с 2015 годом, ICEV по-прежнему будут иметь экономическое преимущество в диапазоне от 5 800 до 11 100 долларов (текущая стоимость) по сравнению с BEV.С экологической точки зрения различия в потенциале глобального потепления и в потенциале токсичности для человека увеличатся в 2025 году по сравнению с 2015 годом: BEV будут производить еще более низкие уровни парниковых газов по сравнению с ICEV, но они будут генерировать примерно в пять раз больше антропогенных газов. потенциал токсичности по сравнению с ICEV из-за использования более крупных аккумуляторных блоков.