Как сделать двс: Свой 2-тактный мотор. CR620 / Хабр

Свой 2-тактный мотор. CR620 / Хабр

Так как Хабр — ресурс неспециализированный по тематике поста, поэтому, пожалуй, буду следовать стилю «просто о сложном»

.

Года 4 назад я подошел к пониманию, что вырос из мотора ижп5, конструкция которого заботливо сохранялась ижевскими инженерами на протяжение почти 70лет. И на то есть причины: со своими задачами она справляется достаточно эффективно. И вроде все хорошо, вот только задачи перед мотоциклом ставил несколько отличные: легкий и мощный эндуро, ресурс хотя бы в два сезона, дальняки с крейсерской скоростью в районе 120км/ч, перевозка в коляске всякого хлама и транспорт на каждый день. Иж благополучно удовлетворяет только последним двум задачам.

Если из ходовой при помощи болгарки, металлопроката, САПР-а, сварки и станков можно сделать почти все, да и смысл привязываться к стандартной более чем достаточный — документы. С мотором дело иное, а ведь именно вокруг него должен строиться мотоцикл, тут уже грубыми инструментами не обойдешься, и работы горы. Собственно поэтому товарищи кастомайзеры мучают ходовую в лучших традициях дизайнера, мимикрировшего под инженера, но крайне редко лезут в двс и кпп, предпочитая купить готовое и не усложнять себе жизнь, ибо лишь бы смотрелось.

Сделай сам, и получится дороже, но интересней

Вначале планировал мучить мотор иж пс, превращая его 500сс. Цилиндр и коленвал должны были быть сделаны на заказ. Подготовив примерные чертежи деталей, я стал искать завод или фирму, который возьмется за изготовление их. Начать хотел с гильзы цилиндра, но никто не стал за нее браться: кто-то отказывал в открытую, кто-то обещал перезвонить, кто-то предлагал чугунную болванку. В общем желающих взяться за это дело я так и не нашел. Сейчас спустя годы понимаю свою ошибку — не там искал, первый звоночек кризиса мех. обработки прозвенел.

Таким образом, от идеи собственного цилиндра в тот момент пришлось отказаться. Нужен был подходящий цилиндр от серийного мотоцикла. И он был найден в лице цилиндра от Honda CR500. Составив смету проекта я выяснил, что покупка целого мотора от хонды будет немного дороже: разность цены моторов компенсируется трудностью доводки ижевского детища. К слову сказать, эта идея не умерла, после длительного обсуждения за нее решил взяться другой человек, а я ему помог детальками. (Фото публиковать не буде, оно доступно по ссылке).

Собственно так я и пришел к выбору мотора Honda CR500. Это такой кроссовый мотоцикл 80-90годов прошлого века, эпохи господства 2-т и 500сс, можно сказать живая легенда.

Идея бессмертна
Через некоторое время мотор был по частям вытянут с ebay. И вроде все готово к сборке, все уже давно лежит в столе, а душа требует рукоблудия и навязчивый мысли о своем моторе так и не удалось прогнать. Собрать cr500 в стандарте уже не хочется, а мозг за прошедшее время успел найти странные инженерные решения в заметном количестве. Выбора не остается, придется делать свой цилиндр, только используя другой низ.

стандартный мотор cr500

как конечный итог

Начал узнавать цены за литье — все плохо. Начал узнавать о 3д печати форм, да бы отлить самому — тоже самое. Кризисы 3d печати и литья стали очевидными. Решение его явное: нужен свой принтер. А с деньгами плохо, поэтому ЦПГ продал, ибо своя будет. Продал как раз тому человеку, который принял мою старую идею. На вырученные средства и добавив еще сверху обзавелся своим 3d принтером.

Спроектировал формы, набравшись опыта печати, переделал их. Люблю двойную работу.

И напечатал их. Ушло 3,5кг пластика и 252часа станочного времени.

Что бы чудовище влезо, нужно подварить картер, хотя делать этого не хотел.

Тем временем настало лето, а вместе с теплой погодой и литейный сезон.

Первый блин, как известно, комом, поэтому переводить хороший металл на него не стал, а переплавил карнизы, от которых шел желтый дым, растеливавшийся медленно по окрестностям, не тревожимый ни единым порывом брезгливого ветра.

Потом была вторая отливка, лом закончился, и надеялся получить хорошую, но второй блин решительно отправился в след за первым.

Нельзя же останавливаться на пол пути? Вновь исправил найденные ошибки и сделал новые формы, к слову, на каждый комплект форм уходит около месяца работы.

Сейчас нахожусь в томительном ожидание хорошей погоды, в Карелию пришла дождливая осень плавно перетекающая в зиму. Видимо, это будет последняя крупная отливка в этом сезоне, и надеюсь, она будет удачной.
Следующая часть: Проект длиной в 8 лет — знал бы, ни за что не ввязался: свой 2-тактный мотор

Как сделать генератор из модельного ДВС

20 сентября 2021		konst отвечает в теме «xiro xplorer 4k несколько вопросов» на форуме «Покупные квадрокоптеры»
Судя по всему — контора сдохла. Везде распродают остатки дронов. Аккумуляторы к XPLORER 4K найти практически невозможно -а это показатель, тк 90% дохода продажа расходок и навар с аккумуляторов. ..
13 сентября 2021		konst отвечает в теме «Что за квадрик?» на форуме «Покупные квадрокоптеры»
Да можно. Любой DJI позволяет передавать видео на 2 и более километра.
28 августа 2021		konst отвечает в теме «задымился двигатель» на форуме «Моторы и регуляторы»
Скорее всего регулятор идущий на мотор мозги компосирует. Пробило мосфет и одна фаза не работает или работает через ж… Подобное бывает и при пробое обмоток двигателя, например — двигатель на 2S…
19 августа 2021		yar1s начинает тему «Не биндится R9» на форуме «Другая электроника»
Подскажите, приемник R9M(прошивка ACCESS_v1. 3.1), аппа frsky x9lite(прошивка v2.3.12) с внешним модулем R9MLite pro. Проблема: запускаю процесс регистрации на аппаратуре, подаю питание на приемник…
16 августа 2021		kolobok отвечает в теме «[РЕШЕНО] нужна помощь с настройкой бипера» на форуме «Полетные контроллеры»
спасибо все заработало Добавлено спустя 3 минуты нужно включить RX_SET в разделе конфигурация -> окошке настройки пищялки
1 августа 2021		konst отвечает в теме «регистрация квадрокоптеров» на форуме «Покупные квадрокоптеры»
Единственный вариант — обзвонить продавцов, у которых есть такой дрон в продаже и попросить (платно) выслать скан документа. Заводу изготовителю глубоко пофиг. Сертификацию проводят импортеры.
1 августа 2021		konst отвечает в теме «Ремонт SMRC M20 и» на форуме «Полетные контроллеры»
Сделайте калибровку акселерометра. Только нужно найти инструкцию как это сделать на вашем дроне. Обычно режим задается с помощью определенного положения стиков пульта в момент подключения питания…

Как из ДВС сделать солнечно-паровой двигатель

Американцы Мэтт Беллу и Бен Купер переделали обычный двигатель внутреннего сгорания для работы от солнечного излучения.

Первый вопрос, который возникает при виде этого модифицированного ДВС, — зачем? Действительно, зачем вводить движущиеся части, потери на трение и прочее, когда можно обойтись без них? Изобретатели отвечают двояко. Во-первых, пока гелиоэлектростанции на фотоэлементах выгодны только при достижении определённого масштаба. А как быть мелким потребителям? Зачем им развёртывать инверторы и прочую инфраструктуру, необходимую для получения 220 В на выходе? Им нужно что-то менее громоздкое и дорогостоящее. Во-вторых, потери с движущимся частями, утверждают конструкторы, пока не выше, чем без них. Коммерчески доступные фотоэлементы имеют КПД 15% — и ровно столько же, говорят они, показал их первый прототип, HydroICE (Hydro Internal Clean Engine) — переделанный двухтактный бензиновый двигатель от скутера объёмом 31 см³.

Этот обычный двухтактник ультимативно уникален: по сути, он паровой, да на солнечной энергии! (Фото HydroICE.)

Принцип его работы прост. Концентрируемая параболическими зеркалами энергия солнечного излучения нагревает масло до температур от 204 до 371 ˚C (в зависимости от желаемой мощности и интенсивности солнечного света), затем оно подаётся в цилиндр, куда сразу же впрыскиваются буквально считанные микрокапли воды. Последняя, соприкоснувшись с горячим маслом, исходит паром и толкает поршень, вращая вал. После этого выхлопные газы попадают в водопаровой сепаратор, откуда компоненты направляются сначала в соответствующие небольшие баки, а потом вновь в двигатель.

Нечего и говорить, стоимость двухтактников и фотоэлементов трудно сравнивать. По расчётам изобретателей, их система при равном КПД будет иметь вчетверо меньшую цену, чем такой же мощности фотоэлектрическая система (фотоэлемент плюс инвертор).

Подход в чём-то сходен с уже освещавшейся генерацией пара концентрированным солнечным светом. Однако там используются наночастицы, позволяющие получать пар из воды безо всякого масла, что может быть полезным и для HydroICE, ведь тогда из схемы исчезает сепаратор, да и КПД (благодаря более «прямой» схеме преобразования) может подрасти.

Проект по физике на тему; «Двигатель внутреннего сгорания»

Муниципальное общеобразовательное учреждение-

средняя общеобразовательная школа №1

имени 397-й Сарненской дивизии

города Аткарска Саратовской области

Проект по физике

«Двигатель внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 «Б» класса

Глухов Антон

Руководитель:

Илларионова Наталья Викторовна

г. Аткарск

2018 год

Цель проекта:

Узнать, что такое двигатель внутреннего сгорания, и где он используется.

Задачи проекта:

• Изучить историю ДВС

• Изучить строение ДВС

• Составить схему строения ДВС

• Провести анкетирование

• Сделать выводы

Содержание

1) Цели и задачи……………………………………………………………………………2

2) Введение…………………………………………………………………………………3

3) История создания двигателя внутреннего сгорания…………………………………4

4) Строение двигателя внутреннего сгорания……………………………………………7

5) Влияние двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду…………………..10

6) Анкетирование…………………………………………………………………………. .13

7) Практическое применение двигателя внутреннего сгорания…………………………14

8) Заключение………………………………………………………………………………15

Введение

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в цилиндре двигателя.

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860 г. Этот двигатель во многом повторял паровую машину, работал на светильном газе по двухтактному циклу без сжатия. Мощность такого двигателя составляла примерно 8 л.с., КПД – около 5%. Этот двигатель Ленуара был очень громоздким и поэтому не нашел дальнейшего применения.

Через 7 лет немецкий инженер Н. Отто (1867 г.) создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. Этот двигатель имел мощность 2 л. с., с числом оборотов 150 об/мин. Двигатель мощностью 10 л.с. имел КПД 17% , массу 4600 кг нашел широкое применение. Всего таких двигателей было выпущено более 6 тыс.1880 г. мощность двигателя была доведена до 100 л.с.

В 1885 г. в России капитан Балтийского флота И.С.Костович создал двигатель для воздухоплавания мощностью 80 л.с. с массой 240 кг. Тогда же в Германии Г.Даймлер и независимо от него К.Бенц создали двигатель небольшой мощность для самодвижущихся экипажей – автомобилей. С этого года началась эра автомобилей.

В конце 19 в. немецким инженером Дизелем был создан и запатентован двигатель, который впоследствии стали называть по имени автора двигателем Дизеля. Топливо в двигателе Дизеля подавалось в цилиндр сжатым воздухом от компрессора и воспламенялось от сжатия. КПД такого двигателя составляло примерно 30%.

Интересно, что за несколько лет до Дизеля русский инженер Тринклер разработал двигатель, работающий на сырой нефти по смешанному циклу – по которому работают все современные дизельные двигатели, однако он не был запатентован, а имя Тринклера мало кто теперь знает.

Двигатели внутреннего сгорания, особенно дизельные, нашли самое широкое применение в качестве силового оборудования на разнообразных строительных и дорожных машинах, требующих независимости от внешних источников энергии. Это, в первую очередь, транспортные (автомобили общего и специального назначения, седельные тягачи, тракторы), погрузочно-разгрузочные машины (вилочные и ковшовые погрузчики, многоковшовые погрузчики), стреловые самоходные краны, машины для земляных работ и т.д. На строительных и дорожных машинах применяются двигатели мощностью от 2 до 900 кВт. Особенностью их эксплуатации является то, что эти машины длительное время эксплуатируются на режимах близких к номинальным, при значительном и непрерывном изменении внешней нагрузки, повышенной запыленности воздуха, в существенно различных климатических условиях и нередко без гаражного хранения.

История создания двигателя внутреннего сгорания

Филипп Лебон

В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

Жан Этьен Ленуар

В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.

Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать.

Николаус Отто

К 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Николаусом Отто.

В 1864 году он получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания».

На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение.

Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.

Поскольку двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство.

Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша. Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.

Хотя конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два- в Москве и Петербурге.

Бензиновый двигатель

Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Вероятно, первым его изобретателем можно назвать Костовича О.С., предоставившим работающий прототип бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается слабо освещенным. В Европе в создании бензиновых двигателей наибольший вклад внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. Много лет он работал в фирме Отто и был членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение — в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом.

Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом, была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр. Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки. Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году он взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.

Строение и принцип действия ДВС

Строение ДВС

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом, тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка.

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Влияние ДВС на окружающую среду

При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт.

В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:

• продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;

• продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;

• соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др. ;

• избыточный кислород..

Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид. Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO₂ ) – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO₂ способствует развитию заболеваний легких. Симптомы отравления проявляются только через 6 часов в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких.

Причиной образования углеводородов (СН) является неоднородность состава горючей смеси в камере сгорания двигателя, а также неравномерность температуры и давления в различных ее частях. В некоторых зонах цилиндра (паразитных объемах) топливо практически не сгорает, так как происходит обрыв цепной реакции окисления углеводородов.

Оксиды азота и углеводороды тяжелее воздуха и могут накапливаться вблизи дорог и улиц. В них под воздействием солнечного света проходят различные химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона (О3 ). В нормальных условиях озон не стоек и быстро распадается, но в присутствии углеводородов процесс его распада замедляется. Он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями, образуя смог. Кроме того, озон разъедает глаза и легкие.

Состав отработавших газов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота.

В отработавших газах также обнаружен акреолин (особенно при работе дизельных двигателей). Он имеет запах пригорелых жиров и при содержании более 0.004 мг/л вызывает раздражение верхних дыхательных путей, а также воспаление слизистой оболочки глаз.

Чтобы предотвратить экологические проблемы люди стали искать альтернативные виды двигателей:

а) Электродвигатель — электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы). Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

б) Гибридный двигатель — двигатель, комбинирующий преимущества обоих моторов: ДВС и электродвигателя. Применяется в автомобилях как альтернатива двигателю внутреннего сгорания. Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства

Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche. Автомобиль был разработан конструктором Фердинандом Порше в 1900 — 1901 годах. В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450.

в) Водородный ДВС — это двигатель, использующий в качестве топлива водород.

В конце 70-ых годов прошлого века исследователи пришли к выводу, что заменителем нефти и ее производных станет водород. Работы по созданию 21 двигателей, работающих на водородном топливе, велись в США, Германии, Японии и в СССР. Ученые Ленинградского Политехнического института начали исследования по возможности создания автомобиля, двигатель которого работает на водороде. В Германии, США и Японии работы не прекращаются и сейчас, там довольно большой парк экспериментальных водородных автомобилей. Необходимые затраты для получения сжиженного водорода довольно быстро окупаются при больших пробегах автомобиля. Для поездок на малые расстояния могут быть более выгодны установки с гидридным способом хранения водорода — в порошке. Порошок подогревается отработавшими газами, и водород переходит в газообразное состояние. За эти 15 лет технологии сделали определенный шаг вперед по водородной тематике.

Сейчас компания Дженерал Моторс разработала автомобиль, работающий на водородном топливе. Его эффективность в четыре раза превышает обычные машины, использующие бензин. Экономия топлива в этой машине эквивалентна потреблению бензина 3 литра на 100 км. По внешнему виду машина не отличается от традиционных моделей. Топливный бак придется заполнять через каждые 800 км. До скорости 90 км\ ч машине понадобится 9 секунд. Специалисты Мюнхенского Технического университета перевели на чистый водород некоторые модели ВМW. Сжиженный водород хранится на автомобиле в криогенном баке. Широкое внедрение водородного топлива сдерживается более высокой ценой водорода по сравнению с привычными топливами, а также отсутствием необходимой инфраструктуры.

Анкетирование

1. Вопрос: «Вы знаете, что такое двигатель внутреннего сгорания?»

Количество опрошенных: 30 человек

Ответы: Да — 21 человек

Нет — 9 человек

2. Вопрос: «Как Вы считаете, где чаще используются двигатели внутреннего сгорания?»

Количество опрошенных:30 человек

Ответы:

• В легковых автомобилях:8 человек

• В самолетах: 5 человек

• В поездах: 1 человек

• В морских судах: 5 человек

• В грузовых автомобилях: 7 человек

• В тракторах:4 человека

Практическое применение ДВС

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы, строительные краны. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.  

Применение двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе, однако, ограничивается транспортными и судовыми установками вследствие меньших ресурсов жидкого топлива сравнительно с каменным углем. Двигатели внутреннего сгорания на стационарных установках применяются также в районах, где жидкое и газообразное топливо используется в качестве основного.

Эффективность применения двигателей внутреннего сгорания в значительной степени определяется их долговечностью и надежностью в эксплуатации. Одним из важных факторов при этом является износостойкость, зависящая не только от металлофизических характеристик поверхностей трения, но и от свойств смазочного масла, способов подачи к узлам трения, а также от конструкции системы смазки. Для обеспечения надежной работы современных двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет предотвращение образования в них лаков, нагаров, низкотемпературных осадков, коррозии поверхностей некоторых деталей, а также очистка масла в двигателях ( фильтрация, центрифугирование) от образующихся в нем механических примесей. Все перечисленные вопросы отражены в книге.

Повышение экономичности применения двигателей внутреннего сгорания, снижение трудоемкости технического ухода за ними имеет важное народнохозяйственное значение. Большую роль при этом играет установление обоснованных сроков замены масла. Малые сроки замены масла приводят к значительному его перерасходу; особенно это заметно в связи с тем, что ряд удачных конструктивных и технологических решений способствовал снижению проникновения масла в камеры сгорания и его расхода на угар в современных двигателях.

В настоящее время применение двигателей внутреннего сгорания на промыслах весьма ограничено, а с расширением применения двигателей внутреннего сгорания потребность в бензине непрерывно увеличилась.

Исключительное разнообразие областей применения двигателей внутреннего сгорания обусловливает соответственно и многообразие конструктивных форм этих двигателей, а также значительные трудности их классификации.

В виду чрезвычайного разнообразия областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно многочисленности конструкций и типов двигателей, различающихся как по условиям работы, так и по видам применяемого топлива, не представляется возможным дать единые нормы испытаний для всех двигателей внутреннего сгорания.

Вместе с тем по условиям работы двигатели внутреннего сгорания могут быть разделены на три основные группы:

1) двигатели, работающие при постоянном числе оборотов под воздействием скоростного регулятора, — стационарные и с ручной регулировкой – судовые

2) двигатели, работающие при переменных числах оборотов, обычно быстроходные

3) двигатели, работающие при постоянном высоком числе оборотов.

Заключение

В итоге проделанной работы цели и задачи, поставленные в начале, достигнуты. Я выяснил, что такое ДВС. ДВС — поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в цилиндре двигателя.

Также изучил историю создания ДВС. Первый ДВС был изобретен Ленуаром в 1860 г. Через 7 лет немецкий инженер Отто создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. В 1885 г. в России капитан Балтийского флота Костович создал двигатель для воздухоплавания. В конце 19 века немецким инженером Дизелем был создан двигатель, который впоследствии стали называть по имени автора. В настоящее время дизели применяются на разных транспортных машинах.

После узнал строение ДВС. Главным элементом является поршень. Внутри поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, тот шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. В надпоршневом пространстве расположены впускной и выпускной клапаны, а также свеча зажигания.

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух- и четырехтактные. На современных автомобилях чаще ставят четырехтактные.

1 такт – впуск смеси бензина с воздухом

2 такт – сжатие горючей смеси

3 такт – рабочий ход (расширение газа)

4 такт – выпуск отработанных газов

ДВС оказывает на окружающую среду отрицательное влияние. Углеводороды, которые должны разделяться на воду и углекислый газ, полностью не сгорают и выбрасываются в атмосферу вместе с оксидом азота, диоксидом серы и других металлов.

Чтобы предотвратить экологические проблемы люди стали искать альтернативные виды двигателей, таких как:

• Электродвигатель

• Гибридный двигатель

• Водородный ДВС

В настоящее время двигатели внутреннего сгорания ставят на легковые и грузовые автомобили, самолеты, теплоходы, тракторы, тепловозы, строительные краны, а также на речные и морские суда.

Выводы:

• Если бы не было двигателя внутреннего сгорания то, возможно, некоторые отрасли человеческой деятельности также не существовали бы.

• Хоть двигатель внутреннего сгорания полезен для людей, но для экологии он приносит вред.

• Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд недостатков, следовательно, их скоро заменят на более современные типы двигателей.

Какое будущее у двигателя внутреннего сгорания?

С более строгими стандартами выбросов и появлением электрических силовых агрегатов может показаться, что дни двигателей внутреннего сгорания сочтены. Но инженерное объяснение Ведущий Джейсон Фенске считает, что внутреннее сгорание будет продолжаться благодаря новым технологиям.

Fenske довольно оптимистично оценивает долговечность двигателя внутреннего сгорания, как из-за присущего бензину преимущества по плотности энергии над батареями, так и из-за технологий, повышающих эффективность. В этом видео он более подробно рассматривает некоторые из этих технологий.

Один из вариантов — воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI). Двигатель HCCI сжигает бензин, но использует воспламенение от сжатия, как и дизельный двигатель, а не свечу зажигания. Теоретически это обеспечивает эффективность дизеля без образования сажи и высоких уровней выбросов оксидов азота (NOx). Однако для этого требуется гораздо более точный контроль температуры на впуске, а также момента зажигания.

Феррари 488 GT Modificata

Следующая опция — воспламенение от сжатия с предварительным смешиванием заряда (PCCI).Фенске описал это как «золотую середину» между воспламенением от сжатия дизельного двигателя и HCCI, потому что он впрыскивает немного топлива раньше, чтобы позволить ему смешаться с воздухом в камере сгорания, а затем впрыскивает больше топлива позже. Это обеспечивает больший контроль времени зажигания, чем HCCI, но также может создавать очаги несгоревших побочных продуктов углеводородов, что плохо сказывается на выбросах. По словам Фенске, двигатели PCCI также имеют довольно узкий рабочий диапазон с высоким потенциалом детонации при полностью открытой дроссельной заслонке.

Наконец, у нас есть воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI).При этом используются два вида топлива: топливо с низкой реактивностью (например, бензин), которое впрыскивается через порт, и топливо с высокой реактивностью (например, дизельное топливо), которое впрыскивается напрямую. «Реакционная способность» относится к тенденции топлива воспламеняться при сжатии. По словам Фенске, этот метод приводит к значительному повышению эффективности, но по-прежнему с довольно высокими выбросами. Сложность использования двух видов топлива также может сделать его коммерчески не пусковым.

Эти альтернативные конструкции двигателей внутреннего сгорания, возможно, еще не готовы к использованию, но автопроизводители стремятся выжать каждую каплю эффективности из сегодняшних бензиновых двигателей, используя более совершенные технологии, такие как прямой впрыск. Фенске также рассказал о другой возможной будущей технологии внутреннего сгорания — начальном зажигании — в другом видео, которое также стоит посмотреть.

Будущее двигателей внутреннего сгорания

Карлос Гон, генеральный директор Nissan и Renault, заявил, что к 2020 году на автомобили с батарейным питанием будет приходиться 10 процентов мировых продаж новых автомобилей.Г-н Гон, конечно же, планирует представить как минимум четыре электромобиля в ближайшие три года. Однако независимые аналитики, такие как Тим Уркхарт из IHS Global Insight, полагают, что в 2020 году автомобили с батарейным питанием будут составлять менее одного процента от общего числа новых автомобилей.

Дело в том, что электромобили сегодня непомерно дороги — одна батарея в электромобиле может стоить 20 000 долларов — и останется таковой в течение некоторого времени. Более того, электромобили не зарекомендовали себя в реальных условиях. Если автопроизводители сделают ставку на эту технологию в своем будущем, они сделают это очень постепенно. Даже с оптимистической точки зрения Гона, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) будут установлены на 90% автомобилей 2020 года. Коэй Сага, руководитель передовых технологий Toyota (включая электромобили), идет дальше: «На мой взгляд, я думаю, что мы никогда не откажемся от двигателя внутреннего сгорания».

Но они не будут теми же двигателями внутреннего сгорания, которые используются сегодня в транспортных средствах. Поскольку федеральные стандарты экономии топлива ужесточатся на 35 процентов в течение следующих пяти лет, эффективность ИС должна резко повыситься — в противном случае мы все будем вынуждены использовать экономичные боксы.

Поговорив с ключевыми инженерами по силовым агрегатам и некоторыми независимыми изобретателями, мы изучили некоторые технологии, которые могут повысить эффективность.

Распыление топлива непосредственно в камеры сгорания бензинового двигателя вместо его впускных отверстий — не новая идея — ее использовал немецкий истребитель ME109 времен Второй мировой войны. Mitsubishi Galant, продаваемый на японском рынке, в 1996 году стал первым автомобилем, сочетающим прямой впрыск с инжекторами с компьютерным управлением.Прямой впрыск (DI) стоит дороже, чем впрыск через порт, потому что топливо распыляется под давлением 1500–3000 фунтов на квадратный дюйм, а не 50–100 фунтов на квадратный дюйм, а форсунки должны выдерживать давление и высокую температуру сгорания.

Но у DI есть ключевое преимущество: за счет впрыска топлива непосредственно в цилиндр во время такта сжатия охлаждающий эффект испаряющегося топлива не исчезает до того, как загорится свеча зажигания. В результате двигатель становится более устойчивым к детонации — преждевременному и почти взрывному сгоранию топлива, производящему стук и удару поршней под действием давления и тепла — и, следовательно, может работать с более высокой степенью сжатия — примерно 12: 1. вместо 10.5: 1. Одно это улучшает экономию топлива на два-три процента.

Кроме того, DI предлагает возможность сгорания обедненной смеси, поскольку топливная струя может быть ориентирована таким образом, чтобы рядом со свечой зажигания всегда была горючая смесь. Это может дать на пять процентов больше эффективности.

Некоторые европейские автопроизводители уже используют эту стратегию экономии топлива. К сожалению, обедненное сжигание вызывает более высокие выбросы NOx (оксидов азота) из выхлопной трубы, что противоречит более жестким ограничениям Америки.Катализаторам, которые могут решить эту проблему, не нравится высокое содержание серы в американском бензине. Новые катализаторы обещают снизить выбросы. Между тем, к 2020 году можно ожидать, что прямой впрыск станет универсальным.

Современные двигатели достигают уровней мощности, о которых мы могли только мечтать 20 лет назад. Обратной стороной является то, что во время обычного вождения большинство двигателей бездельничают, а 300-сильные двигатели неэффективны, когда они выкладывают только 30 лошадок, необходимых для того, чтобы протолкнуть средний седан по шоссе.Когда дроссельная заслонка двигателя приоткрыта, во впускном коллекторе создается сильный вакуум. Во время такта впуска, поскольку поршни всасывают против этого вакуума, снижается эффективность.

Классическое решение этой проблемы — сделать двигатель меньше. Маленький двигатель работает тяжелее, работает с меньшим вакуумом и, следовательно, более эффективен. Но маленькие двигатели вырабатывают меньше мощности, чем большие.

Чтобы сделать большой двигатель мощностью при меньшем расходе топлива, многие компании обращаются к меньшим двигателям с турбонагнетателями, прямым впрыском топлива и регулируемыми фазами газораспределения.Эти три технологии работают вместе, принося общую пользу.

Нагнетание дополнительного воздуха в камеры сгорания двигателя с помощью турбонагнетателя определенно увеличивает мощность; производители автомобилей занимаются этим годами. Но в прошлом, чтобы избежать опасной детонации, двигатели с турбонаддувом нуждались в более низких степенях сжатия, что снижало эффективность.

Как мы видели, прямой впрыск топлива помогает решить эту проблему за счет охлаждения всасываемого заряда для минимизации детонации. Во-вторых, если изменение фаз газораспределения увеличивает время, когда впускной и выпускной клапаны открыты, турбонагнетатель может продувать свежий воздух через цилиндр, чтобы полностью удалить горячие оставшиеся газы из предыдущего цикла сгорания. А поскольку форсунки впрыскивают топливо только после закрытия клапанов, оно не выходит через выпускной клапан.

Первым двигателем в Америке со всеми этими тремя элементами был базовый 2,0-литровый четырехцилиндровый двигатель Audi A4 2006 года. У него было 10.Степень сжатия 5: 1 — такая же высокая, как у многих безнаддувных двигателей — несмотря на пиковое давление наддува 11,6 фунтов на квадратный дюйм. Он производил 200 лошадиных сил и 207 Нм крутящего момента.

Система Ford EcoBoost — это не что иное, как прямой впрыск и турбонаддув. Дэн Капп, директор Ford по разработке передовых силовых агрегатов, говорит, что эта технология будет распространена на легковые и грузовые автомобили компании. «Ничто другое не обеспечивает двузначного повышения эффективности использования топлива по разумной цене».

В будущем Ford рассчитывает заменить свои 5.4-литровый V-8 с 3,5-литровым EcoBoost V-6; его 3,5-литровый V-6 с 2,2-литровым рядным четырехцилиндровым двигателем EcoBoost; и его 2,5-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель с 1,6-литровым рядным четырехцилиндровым двигателем EcoBoost. При каждом уменьшении габаритов пиковая мощность должна быть одинаковой, крутящий момент на низких оборотах должен быть примерно на 30 процентов больше, а экономия топлива должна быть на 10-20 процентов выше. Единственным недостатком будет дополнительная плата в размере 1000 долларов или около того к цене автомобилей с DI-turbo для оплаты дополнительного оборудования.

BMW, Mercedes, Toyota и Volkswagen планируют аналогичные двигатели, в некоторых из которых вместо турбонагнетателей используются нагнетатели.Турбонаддув с прямым впрыском будет продолжать расширяться.

Позже в этом десятилетии мы увидим второе поколение этих двигателей, использующих более высокое давление наддува. Это позволит дополнительно уменьшить габариты двигателя и повысить эффективность на 10 процентов.

Чтобы это произошло, потребуется рециркуляция охлажденных выхлопных газов для контроля детонации и ступенчатые турбины или турбины с изменяемой геометрией, чтобы ограничить обычную задержку. Эти технологии уже используются в дизельных двигателях, но более высокие температуры выхлопных газов газовых двигателей создают проблемы с долговечностью, которые необходимо решить, прежде чем автопроизводители смогут внедрить эти технологии.

Еще один способ повысить эффективность большого двигателя — отключить некоторые из его цилиндров. Поскольку дроссельная заслонка должна открываться дальше, чтобы получить ту же мощность от остальных цилиндров, разрежение во впускном коллекторе снижается, а эффективность повышается.

В реальных условиях вождения это может привести к экономии топлива на пять процентов при довольно низких затратах. Эта технология особенно рентабельна для двухклапанных двигателей с толкателем, поэтому мы видели переменный рабочий объем на двигателях GM и Chrysler V-8.

Honda использует переменный рабочий объем на своих 24-клапанных двигателях V-6, но дополнительное оборудование для закрытия множества клапанов увеличивает стоимость. Более того, отключение некоторых цилиндров на V-6 создает больше проблем с вибрацией и шумом, чем с V-8, потому что V-6 имеют более грубые импульсы срабатывания и более плохой внутренний баланс. Активные опоры двигателя и регулируемые впускные коллекторы, необходимые для решения этих проблем, увеличивают дополнительные расходы.

Простейшая реализация системы изменения фаз газораспределения началась около 25 лет назад, с использованием двухпозиционного опережения или замедления впускного или выпускного распредвала двигателя, чтобы лучше соответствовать условиям работы двигателя.Сегодня большинство двигателей DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр имеют бесступенчатую регулировку фаз как на впускном, так и на выпускном распредвалах.

Около 20 лет назад Honda представила более сложный подход со своей системой VTEC, которая переключалась между двумя (а позже и тремя) отдельными наборами кулачков — один для работы на высокой скорости, а другой — для низкой. VTEC также может просто отключить один из двух впускных клапанов цилиндра при небольших нагрузках. В 2001 году BMW пошла еще дальше, выпустив систему Valvetronic, которая может непрерывно изменять ход открытия впускных клапанов для оптимизации мощности и эффективности двигателя.Кроме того, такое обширное управление впускными клапанами служит для замены дроссельной заслонки, что устраняет вакуум и, следовательно, снижает насосные потери.

Хотя они обеспечивают повышение эффективности, системы с переменным подъемом сложны и дороги. Продолжаются разработки чисто электронных систем, которые могли бы заменить распредвалы и просто открывать и закрывать клапаны двигателя в соответствии с компьютером. Но электронные механизмы открытия клапана также дороги и потребляют значительную мощность. Вице-президент GM Powertrain Дэн Хэнкок предполагает, что двухступенчатый механизм подъема клапана может обеспечить 90 процентов преимуществ полностью регулируемого подъема.Более того, Капп из Ford говорит, что преимущества переменного подъема клапана ограничены в сочетании с EcoBoost (DI turbo).

С другой стороны, BMW со своим последним 3,0-литровым рядным шестицилиндровым двигателем с прямым впрыском и одинарным турбонаддувом (N55), заменяющим твин-турбо (N54) во всей линейке, сделала именно это, добавив Valvetronic в свой DI- турбо-комплектация. В сочетании с переходом от шестиступенчатой ​​автоматической коробки передач к восьмиступенчатой, это изменение, как говорят, дает на 10 процентов больше миль на галлон.

Возможно, ответом будет система Fiat Multiair, конструкция с регулируемым подъемом и гидравлическим приводом, которая намного менее сложна, чем механические системы, подобные системе BMW.Ожидайте скоро увидеть Multiair на будущих автомобилях Chrysler.

Эта технология, сокращенно HCCI, по сути, представляет собой комбинацию принципов работы газового двигателя и дизеля. Когда требуется высокая мощность, двигатель HCCI работает как обычный бензиновый двигатель, при этом сгорание инициируется свечой зажигания. При более скромных нагрузках он работает больше как дизель, сгорание которого инициируется просто давлением и теплотой сжатия.

В дизельном двигателе сгорание начинается, когда топливо впрыскивается поршнем в верхней части такта сжатия, и сгорание регулируется скоростью впрыска топлива. Однако с HCCI топливо уже впрыскивается и смешивается с воздухом до начала такта сжатия.

Поскольку только сжатие инициирует сгорание, это больше серьезный удар, чем даже резкий рабочий ход дизеля. Благодаря тому, что двигатель достаточно крепкий, чтобы избежать разрыва, HCCI по крайней мере такой же тяжелый, как дизель.Ключевым моментом является достижение достаточного управления сгоранием, чтобы цикл HCCI можно было использовать в максимально широком диапазоне скоростей и нагрузок, чтобы извлечь выгоду из эффективности.

Один из способов расширить режим HCCI — использовать переменную степень сжатия, что Mercedes сделала на своем экспериментальном двигателе Dies-Otto. Но другие инженеры, такие как Хэнкок из GM, хотели бы избежать этой проблемы. «Чтобы заставить HCCI работать, нам нужен очень хороший контроль над процессом сгорания с помощью более быстрого компьютера управления двигателем и обратной связи по давлению сгорания.”

Все это звучит сложно, но выигрыш может заключаться в 20-процентном улучшении экономии топлива без улавливателей твердых частиц и катализаторов NOx, которые необходимы дизелям. Этого достаточно, чтобы поддержать интерес крупных игроков. Хэнкок предполагает, что HCCI может поступить в производство к концу этого десятилетия, возможно, в качестве эффективного двигателя для подключаемого гибрида, потому что ему нужно только работать в небольшом диапазоне оборотов для питания генератора.

Выключение двигателя при остановке на светофоре определенно может сэкономить топливо. Компьютер управления двигателем легко запрограммировать так, чтобы он останавливал двигатель, когда скорость автомобиля упадет до нуля, и перезапускал его, когда водитель убирал ногу с педали тормоза. Стартер и аккумулятор могут нуждаться в усилении, чтобы выдерживать более частое использование, но это не техническая проблема.

Mazda придумала более простой метод выполнения подвига «стоп-старт». В своей системе, называемой i-stop, компьютер останавливает двигатель, когда один из поршней проходит только верхнюю точку такта сжатия.Для повторного запуска в цилиндр впрыскивается топливо, зажигается свеча зажигания, и двигатель мгновенно снова запускается.

К сожалению, хотя эти системы могут сэкономить до пяти процентов расхода топлива в городских условиях, испытательные циклы Агентства по охране окружающей среды демонстрируют только 1 процентную выгоду из-за ограниченного времени простоя. В результате большинство производителей не хотят вкладывать средства в технологию, которая не очень помогает им в достижении целей CAFE, независимо от реальной выгоды.

Одним из недостатков этанола на основе кукурузы является то, что современные двигатели с гибким топливом обычно не используют в полной мере преимущества E85 с октановым числом 95.Но легко представить себе двигатель с турбонаддувом DI второго поколения, который работает с более высоким давлением наддува при сжигании E85. Такой двигатель мог бы быть в два раза меньше нынешней безнаддувной силовой установки с существенно более высокой экономией топлива. А когда заправлялся чистым бензином, компьютер просто уменьшал наддув. Двигатель потерял бы часть мощности, но без ущерба для долговечности или топливной экономичности.

Более радикальный способ использовать более высокое октановое число этанола — это «система повышения концентрации этанола» (EBS), над которой работают несколько профессоров Массачусетского технологического института, а также Нил Ресслер, бывший главный технический директор Ford.

Идея проста. Начните с двигателя DI-turbo и добавьте к нему обычную систему впрыска топлива. Затем добавьте второй, небольшой топливный бак и залейте в него E85. При умеренных нагрузках двигатель работает на бензине и левом впрыске. Но когда вы требуете большей мощности и появляется наддув, система DI вводит E85. E85 не только имеет более высокое октановое число, чем бензин, но и обладает более сильным охлаждающим эффектом. Это обеспечивает безопасную работу наддува выше 20 фунтов на квадратный дюйм.

Форд проявил серьезный интерес к проекту.Для пикапов 5,0-литровый двигатель EBS с двойным турбонаддувом может заменить 6,7-литровый дизель в грузовике Super Duty. Он будет развивать такую ​​же мощность и крутящий момент, обеспечивать такую ​​же топливную эффективность и дешевле в изготовлении, поскольку не требует какой-либо дорогостоящей дополнительной обработки выхлопных газов дизеля.

При нормальном использовании расход E85 составляет менее 10 процентов от расхода бензина. Таким образом, вы экономите много газа при небольшом потреблении этанола. Двигатель EBS кажется технически исправным и уже прошел предварительные испытания. Мы ожидаем, что в ближайшие пять лет он в той или иной форме попадет в производство.

Новые творческие концепции двигателей — пруд пруди. Наш технический директор обычно хранит толстый файл с надписью «сумасшедшие двигатели». Большинство из них даже не достигают стадии прототипа. И даже те, которые построены, обычно гаснут из-за проблем, связанных с долговечностью, сложностью конструкции или эффективностью. Лишь немногим, кто преодолеет этот этап, предстоит тяжелая битва с автопроизводителями, которые вложили миллиарды в создание обычных двигателей, доказавших свою надежность и производительность.

Одной из немногих перспективных концепций двигателей является двухтактный OPOC от EcoMotors. OPOC означает «оппозитный поршень и оппозитный цилиндр». Чтобы визуализировать двигатель, начните с горизонтально расположенного четырехцилиндрового двигателя, такого как Subaru Legacy. Затем выдвиньте цилиндры и потеряйте головки цилиндров, чтобы освободить место для второго набора поршней в каждом цилиндре, которые движутся противоположно обычным поршням. Длинные шатуны передают движение этих дополнительных поршней на коленчатый вал.

Как и в обычном двухтактном двигателе, дыхание происходит через отверстия по бокам цилиндров. Но в двигателе OPOC впускные и выпускные каналы находятся на противоположных концах цилиндров. Когда поршни двигаются, выхлопные газы открываются до того, как воздухозаборники и турбокомпрессоры продувают воздух через цилиндры, чтобы вытолкнуть выхлопные газы и заполнить их чистым воздухом. Поскольку для этого двигателю требуется положительное давление, в турбонагнетателях есть электродвигатели, которые приводят их в действие на низких оборотах, когда энергия выхлопных газов низкая.

Хотя первые двигатели OPOC являются дизельными, концепция также может работать на бензине. В любом случае форсунка прямого подачи топлива находится в центре цилиндра, где две головки поршня почти встречаются, и именно здесь свеча зажигания будет в газовой версии.

Если замысел OPOC кажется радикальным, его поддерживают твердые люди. Конструктором двигателя является Питер Хофбауэр, бывший главный инженер Volkswagen. Генеральный директор EcoÂMotors — Дон Ранкл, бывший топ-менеджер Delphi and GM.Президентом является Джон Колетти, легендарный бывший руководитель подразделения SVT компании Ford. А выдающийся производитель выхлопных газов Алекс Борла входит в совет директоров. Большая часть финансирования компании поступает от Винода Хосла, мегаинвестора Кремниевой долины.

К настоящему времени прототипы двигателя OPOC показали на 12-15% более высокий КПД, чем обычные поршневые двигатели, в первую очередь из-за отсутствия головок цилиндров, что устраняет большую поверхность, через которую тепло сгорания передается охлаждающей жидкости, и отсутствие клапанного механизма, который снижает трение примерно на 40 процентов.

Кроме того, поскольку каждый двухцилиндровый и четырехпоршневой модуль идеально сбалансирован, в четырехцилиндровой версии двигателя можно полностью разъединить одну пару цилиндров при небольших нагрузках. Это не только снижает насосные потери, но и полностью исключает трение из-за неисправного цилиндра, повышая топливную экономичность еще на 15 процентов.

На данный момент Колетти утверждает, что очевидных проблем нет: «Выбросы выглядят хорошо, как и потребление масла.Меня ничего не беспокоит ». Ранкл добавляет, что из-за меньшего количества деталей — без головок или клапанного механизма — двигатель должен быть на 20 процентов дешевле в производстве, чем современный V-6. «Мы работаем над двумя семействами двигателей. EM100d — это дизель со 100-миллиметровым диаметром цилиндра, развивающий 325 лошадиных сил, а EM65ff — с диаметром цилиндра 65 мм и мощностью около 75 лошадиных сил в двухцилиндровом варианте на бензине ».

Двигатель находится в нескольких годах от производства. Для небольшой растущей компании, не вкладывающей огромных средств в обычные двигатели — например, китайские или индийские — двигатель OPOC является привлекательным.Военный контракт также проложит путь к приемлемости для гражданского населения.

Как уже упоминалось, возможность изменить степень сжатия работающего двигателя поможет заставить работать HCCI. Большинство таких схем включают в себя какое-то изменение либо хода поршня двигателя, либо расстояния от коленчатого вала до камеры сгорания. Оба подхода механически проблематичны. Умные инженеры Lotus придумали более простой способ изменить компрессию двигателя.Они создали головку блока цилиндров с подвижной частью — они называют ее шайбой — которая может выходить в камеру сгорания. При полностью втянутой шайбе степень сжатия составляет 10: 1. Когда он продлен в головку, он уменьшает объем камеры сгорания, тем самым увеличивая соотношение до 40: 1. Для этой шайбы есть место, потому что двигатель, который Lotus называет «Всеядным», является двухтактным без каких-либо клапанов. Вместо этого впускной и выпускной потоки проходят через отверстия в стенках цилиндров. Впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр с помощью пневматической системы, разработанной Orbital для другого двухтактного двигателя, над которым компания работает около 30 лет.Lotus утверждает, что двигатель Omnivore может широко работать в режиме HCCI и обеспечивает 10-процентный прирост топливной эффективности по сравнению с нынешними бензиновыми двигателями DI. Благодаря переменной степени сжатия он также может работать на различных видах топлива, отсюда и его название. На данный момент двигатель представляет собой только одноцилиндровый исследовательский проект. Умно, но будет ли оно продвигаться дальше — неизвестно.

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

Как двигатель внутреннего сгорания становится лучше

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

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

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

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

Оказывается, даже если будущее за электричеством, его еще нет.

---

Engine Evolution

Четыре способа усовершенствования двигателя внутреннего сгорания

Хотя производители автомобилей используют альтернативные источники энергии, они еще не отказались от внутреннего сгорания.Наряду со стремлением к уменьшению турбонагнетателя некоторые из самых умных инженеров в мире используют новые методы, чтобы сделать свои двигатели более эффективными и мощными. Вот несколько наиболее интересных современных взглядов на двигатель внутреннего сгорания. Автомобиль Mazda Skyactiv-X

Mazda запустит двигатель с воспламенением от сжатия в 2019 году

Mazda

Наряду с гибридными и чисто электрическими силовыми агрегатами Mazda заявляет, что с 2019 года предложит первый бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия.На данный момент бензиновые двигатели воспламеняют топливовоздушную смесь искрой от свечей зажигания с метко названными названиями. Двигатели Skyactiv-X будут способны работать как обычный бензиновый двигатель, но они также смогут воспламенять топливно-воздушную смесь за счет сжатия.

Этот процесс, вероятно, звучит знакомо — это потому, что так работают дизельные двигатели. Этот процесс позволяет двигателю работать при более низких температурах, помогая снизить количество энергии, обычно теряемой на тепло в бензиновых двигателях.В свою очередь, это позволяет Mazda использовать более бедную воздушно-топливную смесь для лучшего расхода топлива и снижения выбросов.

Mazda, по понятным причинам, взволнована новой установкой, утверждая, что она сочетает в себе экономию дизельного топлива с откликом бензиновой заслонки. Другие производители пытались использовать эту технологию в концепциях, но тот факт, что двигатели с воспламенением от сжатия лучше всего работают в узком температурном диапазоне, оказался слишком большим препятствием, чтобы его преодолеть. SkyActiv-X позволит избежать этой проблемы, работая как обычный двигатель с искровым зажиганием, когда этого потребуют условия.

Инфинити ВК-Т

Двигатель Infiniti VC-T

Infiniti

Несмотря на то, что они показывают впечатляющие цифры в официальных испытательных циклах, компактные двигатели с турбонаддувом имеют элемент компромисса. Чтобы топливно-воздушная смесь не взорвалась преждевременно, когда дроссельная заслонка зажата и турбокомпрессор поет, они должны иметь низкую степень сжатия. При легких нагрузках, когда турбонагнетатель не сжимает огромные количества воздуха в цилиндр, эта более низкая степень сжатия делает двигатель менее эффективным.

Infiniti может изменять степень сжатия VC-T, чтобы обеспечить отличную производительность при больших нагрузках, а также лучшую экономию топлива при небольшом открытии дроссельной заслонки. Соотношение меняется в зависимости от того, насколько сильно водитель толкает.

Когда вы просто путешествуете, двигатель переключается в наиболее эффективный режим с максимальной степенью сжатия 14: 1. Это из-за опасности взрыва или удара. Но когда вы нажимаете на дроссельную заслонку, турбонагнетатель начинает нагнетать огромное количество воздуха в цилиндр, что, в свою очередь, увеличивает риск детонации.Вот почему турбодизели, такие как Subaru WRX, имеют тенденцию работать с низкой степенью сжатия.

Двигатель VC-T может снижать степень сжатия при больших нагрузках, снижая риск преждевременной детонации без снижения производительности. Система работает с использованием рычага привода, который управляет углом многорычажного соединения, расположенного вокруг распределительного вала. Это, в свою очередь, поднимает или опускает нижнюю точку хода поршня без фактического перемещения коленчатого вала или головки блока цилиндров. Звучит сложно, да?

Однако результат прост.Infiniti заявляет, что эта технология улучшит экономию топлива на 27 процентов, а двигатель весит всего на 22 фунта (10 кг) больше, чем обычные четырехцилиндровые двигатели в линейке Infiniti.

Qoros QamFree

Отсутствие распределительного вала означает лучшую эффективность и мощность

Qoros

Вместо того, чтобы использовать традиционный распределительный вал для управления клапанами, QamFree использует набор электрогидравлических и пневматических приводов для точного управления каждым клапаном в двигателе.

В большинстве двигателей вращающиеся выступы распределительного вала толкают коромысла, которые, в свою очередь, открывают клапаны, закрываемые пружинами клапанов. Этот процесс работает, но всегда будет этап, на котором клапаны частично открыты или частично закрыты, что означает, что система не всегда может работать с оптимальной эффективностью.

Koenigsegg, одна из компаний, работающих с FreeValve над усовершенствованием двигателя без распредвала, сравнивает это с игрой на пианино с двумя руками, привязанными к противоположным концам палки метлы.Электрогидравлические и пневматические приводы в QamFree позволяют гораздо лучше контролировать впускные и выпускные клапаны двигателя, заявленное улучшение расхода топлива составляет от 12 до 17 процентов.

Также утверждается, что эта технология позволяет производителям выжать больше мощности из компактного двигателя, что должно означать высокую производительность двигателей, которые по-прежнему соответствуют европейским и китайским стандартам выбросов.

В случае концепта Qoros Q3, изображенного выше, это означает, что вы получаете 230 л.с. (172 кВт) и 320 Нм крутящего момента от 1.6-литровый двигатель с турбонаддувом. По сравнению с обычным двигателем с распредвалом с аналогичными характеристиками, компания заявляет, что это увеличение мощности на 47 процентов, увеличение мощности на 45 процентов и снижение расхода топлива на 15 процентов.

Доработка цикла сгорания по всем направлениям

Audi создала новый цикл сгорания для Audi A4

Последний Audi A4 легче и более аэродинамически эффективен, чем его предшественник, но меры по экономии топлива на этом не заканчиваются.Он предлагается с 2,0-литровым четырехцилиндровым двигателем, в котором используется новый метод сгорания, который призван сделать его самым эффективным газовым двигателем в своем классе.

Audi заявляет, что метод сгорания в новом двигателе аналогичен циклу Миллера, при котором впускной клапан остается открытым во время части такта сжатия и заставляет двигатель сжиматься против давления (обязательного) нагнетателя вместо стенок цилиндра для больший (примерно 15 процентов) КПД.

Audi сократила время впуска за счет уменьшения угла поворота коленчатого вала с 200 до 140 градусов, но двигатель по-прежнему может достигать оптимального заряда цилиндров благодаря более высокому давлению наддува на стороне впуска.В новом цикле впускной клапан закрывается раньше, чем в противном случае, что открывает дверь для повышения эффективности высокой степени сжатия.

В результате четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом развивает мощность 140 кВт (190 л.с.) и крутящий момент 320 Нм (236 фунт-фут), но по-прежнему дает невысокие 5,0 л / 100 км (47 миль на галлон) на New European Drive. Цикл.

Двигатель в Toyota Yaris по-прежнему атмосферный

Toyota

В Toyota новый Yaris может переключаться между циклами Аткинсона и Отто в зависимости от того, насколько сильно гонщик работает.Когда водитель движется по кругу, электрическая система управления двигателем по умолчанию использует цикл Аткинсона, удерживая впускной клапан открытым до тех пор, пока поршень не завершит от 20 до 30 процентов своего движения вверх на такте сжатия. Этот процесс приносит в жертву удельную мощность в пользу общей эффективности.

Когда водитель просит большего, система переключается обратно на цикл Отто — цикл сгорания, используемый в большинстве двигателей с искровым зажиганием. Двигатель имеет заоблачную степень сжатия 13,5: 1, а охлаждаемая система рециркуляции выхлопных газов помогает снизить температуру сгорания, что важно для предотвращения детонации при такой высокой степени сжатия.

Изменения высвободили 19 кВт (27 л.с.) дополнительной мощности и 15 Нм (11 фунт-фут) крутящего момента в новом Yaris, при этом потребляя примерно на 12 процентов меньше топлива, чем раньше.

И в меньшем масштабе …

Даже, казалось бы, средние двигатели оснащены хитроумными технологиями, позволяющими сэкономить драгоценные капли топлива. Mercedes и Audi используют специальные покрытия для снижения трения в гильзах цилиндров, и даже трехцилиндровые двигатели Ford теперь поставляются с отключением цилиндров.

Конечно, если вам больше не нравится идея внутреннего сгорания, запас хода (и диапазон) электромобилей на аккумуляторных батареях увеличивается, в то время как автомобили на водородных топливных элементах также выглядят многообещающими.

BMW заявила, что прекратит производство двигателей внутреннего сгорания в Мюнхене к 2024 году

Фото: BMW

BMW заявила в пятницу, что прекратит производство двигателей внутреннего сгорания на своем заводе в Мюнхене к 2024 году, что станет еще одним шагом к дальнейшему продвижению в этом направлении. электрических. Это не конец производства новых двигателей внутреннего сгорания для BMW, но похоже на начало конца.

От Reuters:

Двигатели ДВС, которые в настоящее время производятся в Мюнхене, в будущем будут производиться на заводах BMW в Австрии и Великобритании, сказал начальник производства Милан Неделькович, хотя автомобили, использующие двигатели, по-прежнему будут собираться на заводе в Мюнхене.

Тем не менее, к 2023 году, по крайней мере, половина автомобилей, производимых в Мюнхене, будет электрифицирована — будь то аккумуляторная электрическая или подключаемая к сети гибридная, — заявила компания.

BMW поставила себе цель, чтобы к 2030 году не менее 50% продаж новых автомобилей в мире приходилось на долю электромобилей, и генеральный директор Оливер Зипсе заявил на конференции на прошлой неделе, что компания будет готова предложить полностью электрические автомобили, если какой-либо рынок запретит ДВС. тогда.

Следующим крупным предложением электромобилей BMW — по крайней мере в Америке — является iX, который должен стать конкурентом Tesla Model X, и который действительно неплох и стоит 83 200 долларов, что значительно дешевле Model X за 99 990 долларов.Существует также i4, который кажется конкурентом Model 3 или, возможно, конкурентом Model Y, если вы хотите быть щедрым, и стоит от 56 395 долларов. I4 также станет первым полностью электрическим автомобилем BMW M.

Европа, тем временем, по-прежнему получает i3, который больше не предлагается в США, вероятно, потому, что это небольшой электромобиль, который также был очень дорогим, особенно плохая комбинация для американского рынка, даже если i3 годится для что это было. Из двух полностью электрических BMW, которые появятся в U.S., iX кажется лучшим вариантом, автомобилем для людей, живущих на северо-востоке, которых оскорбляет атмосфера новых денег Теслы и Илона Маска. Не могу дождаться, когда через пару лет увижу их кучу в штате Мэн.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

CHICAGO — Норвегия, Индия, Франция, Ирландия и Великобритания: судя по ряду стран, которые обязались ввести в будущем запрет на продажу новых бензиновых и дизельных двигателей. В транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) срок годности, по всей видимости, истекает с 2025 по 2040 год.Некоторые крупные автопроизводители также пообещали отказаться от ДВС: Volkswagen нацелился на 2026 год в качестве последнего модельного года для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, поскольку полностью поддерживает электрификацию.

Несмотря на ожидаемые запреты, требования по экономии топлива и появление электромобилей (EV), пока не забывайте о ДВС. Регулирующее давление и давление со стороны конкурентов выжимают все больше миль — и лет — из 143-летней технологии.

«Мои внуки выйдут на пенсию до того, как ICE уйдет; Я не уверен, что это когда-нибудь исчезнет, ​​- сказал Джеймс Мартин, старший аналитик североамериканского отдела прогнозирования силовых агрегатов и соответствия нормативным требованиям лондонской компании IHS Markit.

Перспективные технологии

«Конкуренция со стороны электромобилей заставляет компании, которые специализируются на ДВС и полагаются на них, чтобы совершенствоваться в нем, а также в повышении его эффективности», — сказал Мартин, указав на то, как такие автопроизводители, как Toyota и Mazda, производят двигатели с тепловым КПД — мерой процента сожженного топлива, которое двигатель может преобразовать в двигательную установку — в диапазоне от 41% до 42%. Это можно сравнить с более типичным диапазоном от 20% до 30%.

Между тем, по мере того как автопроизводители реагируют на давление со стороны регулирующих органов, включая ужесточение стандартов экономии топлива, количество денег на милю за галлон улучшений, которые они готовы потратить, чтобы вывести технологию на рынок, растет, сказал он.«Если раньше вы не использовали бы технологию, если бы она стоила более 10 долларов за милю за галлон улучшений, теперь компании ищут технологии, которые стоят 25 долларов, 30 долларов за милю за галлон улучшений, чтобы соответствовать требованиям, поскольку стоимость электрификации намного выше », — сказал он.

На что автопроизводители тратят деньги на исследования и разработки? Мартин указывает на некоторые из наиболее многообещающих подходов.

Турбонаддув. Одна технология заставляет маленькие двигатели казаться больше: уменьшение размера двигателя, но поддержание его мощности за счет добавления турбонагнетателей.Эти более компактные и легкие двигатели потребляют меньше топлива, потому что они работают при более высоком давлении в цилиндрах. Комбинация турбонаддува и уменьшения габаритов обеспечивает повышение экономии топлива от 5% до 7%.

Электрификация сделает эти двигатели еще более экономичными. «В некоторых случаях они смогут запустить ускорение двигателя еще до того, как автомобиль начнет движение», — сказал Мартин. «Это устраняет то, что называется« турбо-лагом »- когда вы нажимаете педаль газа, двигатель начинает работать, а затем включается турбонаддув, который дает вам действительно большой толчок.С электрическими турбокомпрессорами вы получите такое ускорение на ранней стадии, чтобы не было колебаний, за которыми следует большой толчок. Вы просто получаете постепенное ускорение ».

Деактивация цилиндра. Другая многообещающая технология — отключение цилиндров — заставляет большой двигатель в транспортном средстве, таком как пикап или внедорожник, казаться меньше с точки зрения расхода топлива. С помощью этой технологии двигатель отключает подачу топлива к части своих цилиндров, когда они не нужны — например, пикап, едущий по шоссе, или пикап.перетаскивание тяжеловесного груза в горы. Новая форма этой технологии, Dynamic Skip Fire от Delphi Technologies, может значительно сократить количество используемых цилиндров, позволяя, например, пикапу Chevrolet Silverado работать от одного или до восьми цилиндров. .

Улучшения экономии топлива могут варьироваться от 4% до 5% для более старых форм отключения цилиндров и от 10% до 12% для динамических форм, когда каждый цилиндр независимо включается и выключается во время каждого цикла по мере необходимости.

HCCI. В 2018 году Mazda Motor Corp. представила двигатель Skyactiv-X, который японский автопроизводитель назвал ДВС «следующего поколения».

«Технология, которую они используют, называется воспламенением от сжатия однородного заряда (HCCI). По сути, это позволяет бензиновому двигателю работать в очень похожем на дизель цикле в течение продолжительных периодов времени », — сказал Мартин. Вместо зажигания свечи зажигания для воспламенения смеси паров газа, как в бензиновом двигателе, Skyactiv-X сжимает топливную смесь так сильно, что она воспламеняется — как в дизельном двигателе.По словам Mazda, в результате на 15% выше топливная эффективность и крутящий момент, чем у обычного двигателя.

Пять лет назад Мартин назвал бы технологию HCCI интересной в теории, но никогда не готовой к производству. Он основан на других технологиях и возможностях, которые большинству автопроизводителей было нерентабельно реализовывать вместе. «Mazda, по-видимому, нашла способ заставить это работать», — сказал он.

Турбина с переменной степенью сжатия. Еще одна технология, которую Мартин назвал бы отличной в теории, но никогда не готовой к производству, — это Nissan Motor Co.Турбодвигатель с переменным сжатием (VC-Turbo) Ltd., также представленный в 2018 году. 2-литровый турбодвигатель может мгновенно изменять степень сжатия с экономичной 14 до 1 на более мощную 8 к 1. Опять же, Мартин посчитал эту технологию слишком сложной: она представила новый набор движущихся частей и требует системы управления для измерения времени движений. Но японская компания Nissan разобралась и добавила VC-Turbo в свои Infiniti QX50 и Nissan Ultima 2019 года. Новый двигатель обеспечивает на 15% повышение комбинированной экономии топлива по сравнению с предыдущей моделью Ultima 3.5-литровый двигатель V6.

В поисках оптимальной точки

Совершенствование технологии трансмиссии также может иметь большое значение для повышения топливной экономичности ДВС, позволяя двигателю дольше работать в «золотом уголке» своих идеальных условий, сказал Мартин. А еще большие улучшения в экономии топлива ДВС возможны с электрификацией.

«Люди начинают видеть синергию между различными формами электрификации, улучшающую ДВС, вместо того, чтобы просто конкурировать с ним», — сказал он, указав на распространение мягких и полногибридных двигателей, внедряемых автопроизводителями, которые стремятся обеспечить ужесточение экономии топлива. цели в США и по всему миру.

«В той мере, в какой электрификация автомобиля снимает часть нагрузки с ДВС, она позволяет разработчикам ДВС спроектировать этот двигатель так, чтобы он работал с наиболее эффективной пропускной способностью для этого двигателя, чтобы таким образом они могли улучшить экономию топлива», — сказал он. сказал. Мягкая гибридизация может обеспечить улучшение экономии топлива ДВС на 5–15%, в то время как полная гибридизация расширяет этот диапазон до 15–20%, а подключаемые гибриды могут сэкономить 25% или больше.

В поддержании жизни ICE также есть человеческий фактор.Не каждый потребитель сможет управлять сегодняшним электромобилем, зарядка которого при 80% емкости аккумулятора может занять до 30 минут. «Для некоторых людей идеальным вариантом будет электромобиль; для некоторых — кошмар, — сказал Мартин. «Им нужно что-то, что могло бы восполнить запасы энергии за считанные минуты, а не часы. Если у них есть автомобиль с ДВС, но с некоторыми усовершенствованиями за счет электрификации, они все равно смогут достичь обоих целей ».

Между тем, не каждая страна может в ближайшем будущем взять на себя полностью электрическую транспортную инфраструктуру.Мартин ожидает, что те, кто объявил о запрете на использование бензиновых и дизельных транспортных средств, найдут удачную технологическую среду между двигателями ДВС и электромоторами.

Он цитирует смягчение программы Калифорнийских оригинальных автомобилей с нулевым уровнем выбросов (ZEV). Поручение, принятое в 1990 году, первоначально требовало, чтобы основные автопроизводители производили 10% своих новых автомобилей ZEV к 2003 году, если они хотели и дальше продавать свои автомобили в штате. В ответ на рыночные реалии и отставание потребительского спроса на электромобили Калифорния постепенно скорректировала полномочия, чтобы разрешить разную степень ZEV.

«Легче установить политику и отойти от нее к тому, что имеет смысл, чем позволить отрасли органически занять правильное положение», — сказал Мартин. Он ожидает аналогичного сдвига в странах, которые ввели запреты на ICE.

«Со временем они возвращаются к тому, что возможно и является наиболее экономически целесообразным для автопроизводителей и регионов», — сказал он.

Члены помогают сделать нашу журналистику возможной. Станьте участником CSP сегодня и получите эксклюзивные преимущества, включая неограниченный доступ ко всему нашему контенту.Подпишите здесь.

Искра двигателя внутреннего сгорания вот-вот погаснет?

После столетия доминирования под капотами мировых автомобилей бензиновый двигатель с поршневым двигателем постепенно заменяется батареями или топливными элементами.

Этот сдвиг, вызванный в основном регулированием, поскольку страны стремятся декарбонизировать, ставит автопроизводителей перед дилеммой: могут ли они позволить себе инвестировать как в аккумуляторы, так и в технологию сжигания?

Несмотря на улучшения за последние десятилетия, система внутреннего сгорания все еще далека от совершенства.«По сравнению с современными двигателями сегодня мы определенно можем увидеть пути повышения максимальной эффективности примерно на 30 процентов», — говорит Адриан Грини, директор по двигателям Ricardo, британской компании, которая поставляет двигатели для суперкаров McLaren. .

История усовершенствования двигателей — это в большей степени история прогресса, достигнутого в результате нескольких небольших прорывов, а не каких-либо серьезных изменений.

Каждая настройка может повысить эффективность на один или два процента, что, вместе взятые, имеет огромное значение.Основы сгорания остались неизменными, но сегодняшний двигатель практически неузнаваем по мощности и характеристикам по сравнению с двигателями прошлых десятилетий.

«Бензиновый двигатель претерпел значительные изменения за последние десять лет, включая внутреннее трение, изменение фаз газораспределения, непосредственный впрыск и турбонаддув, и это лишь некоторые из них», — говорит Томас Вебер, руководитель отдела развития Mercedes-Benz. «И это будет способствовать дальнейшему прогрессу».

Одним из таких изменений является прямой впрыск топлива: распыление бензинового тумана в цилиндр расходует меньше топлива.Десять лет назад объем продаж увеличился с 3 процентов автомобилей до половины автомобилей, проданных в США.

Другой — турбонаддув. Когда-то излюбленная технология стритрейсеров с модифицированными автомобилями, технология, при которой выхлоп приводит в действие турбину, всасывающую больше воздуха в двигатель, теперь широко распространена.

Исторически сложилось так, что во многих случаях самые резкие изменения совпадали с регулированием, особенно в отношении выбросов CO2 в Европе или экономии топлива в США.

В 1975 году в США были введены корпоративные стандарты средней экономии топлива, известные как «Кафе», заставляющие автопроизводителей регистрировать эффективность своих автомобилей.В течение десяти лет экономия топлива в автомобилях США увеличилась вдвое.

Сегодня автопроизводители в Европе сталкиваются с наказанием в виде штрафов, если они не соблюдают новые ограничения на выбросы CO2, которые вступают в силу 1 января. Производители должны снизить свои выбросы в среднем до 95 г CO2 на км или столкнуться с штрафами, которые могут исчисляться миллиардами евро. .

Гонка за электричеством поднимает вопрос, будут ли автопроизводители игнорировать старые технологии

ЕС требует дополнительно 37.К 2030 году выбросы снизятся на 5% по сравнению с показателями 2021 года, что вызвало гнев отрасли.

Однако Элизабет Кестингер, министр устойчивого развития Австрии, говорит, что поставленные цели являются «важным сигналом в нашей борьбе с изменением климата».

Таковы темпы повышения эффективности, которые требуются автопроизводители, переходя на электрификацию и наполняя свои автомобили аккумуляторами или гибридными системами.

Volkswagen пообещал, что к 2025 году четверть его автомобилей будут полностью электрическими, в то время как Volvo заявила, что к этой дате половина ее автомобилей будет работать только от батарей.

Это поднимает вопрос, будут ли они игнорировать какие-либо достижения в технологии сжигания старой школы. Компания Daimler заявила, что не будет инвестировать в такие разработки после 2025 года.

Из-за жизненного цикла двигателей, который может длиться до 15 лет, автопроизводители, разрабатывающие новые двигатели во второй половине 2020-х годов, будут видеть их в продаже в 2040-е годы, когда правительства нескольких стран, включая Великобританию и Францию, планируют запретить использование некоторых транспортных средств с традиционными двигателями.

Для инженеров аккумуляторы открывают новые возможности, особенно для гибридных автомобилей. Добавление аккумулятора в смесь снижает нагрузку на двигатель, позволяя ему работать только тогда, когда он может работать с максимальной эффективностью или близкой к ней.