Основой современного автомобиля является двигатель внутреннего сгорания (ДВС), и, несмотря на развитие альтернативных источников энергии, традиционный ДВС сохраняет свое превосходство в силу культурных, экономических и социальных причин.
За период с 1994 по 2008 годы автомобильные двигатели претерпели множество изменений и усовершенствований, что положительно сказалось на его экономических и экологических показателях.
Понять логику развития двигателей внутреннего сгорания можно исходя из мировых тенденций и закономерностей за определенный период времени.
С начала 90-х годов в автомобилестроении произошли радикальные конструктивные изменения, обусловленные новыми материалами и новыми требованиями к «глобальному» автомобилю.
перекрестокИзменение соотношения дизельных и бензиновых моделей на протяжении 15 лет способствовало увеличению использования дизельных автомобилей в мире, хотя этот процесс не является равномерным и оказал сильное влияние в основном на Западную Европу, где парк дизельных автомобилей в некоторых странах вырос с 25% до 70%.
.
Дизель, обладая более высокой топливной экономичностью по сравнению с бензиновыми двигателями, имеет и известные недостатки: меньшую удельную мощность, относительно высокий уровень шума, трудно снижаемые токсичность выхлопных газов, более высокие производственные затраты.
Поэтому окончательный выбор между бензиновым и дизельным двигателем для легкового автомобиля остается спорным.
Вполне возможно, что воздействие экологических норм и требований к топливной экономичности автомобильных двигателей в ближайшие 10-15 лет приведет к технической конвергенции бензиновых и дизельных двигателей, одновременно сократив разницу в расходе топлива и себестоимости производства.
эти типы двигателей.
Об этом свидетельствуют разработки компании DaimlerChycler в концепции Mersedes Benz F700 с двигателем, реализующим воспламенение бензина от сжатия, как у дизеля, что приближает его по эффективности к дизелям за счет применения более совершенной термодинамической схемы.
цикл.
В этом двигателе реализованы все современные технологии десятилетия: непосредственный впрыск, управляемый турбонаддув, изменяемая степень сжатия и другие новейшие разработки, обеспечивающие расход топлива на уровне 5 л/100 км для сравнительно большого автомобиля.
Многие автопроизводители сейчас изучают технологию воспламенения бензина от сжатия; это сближает технологии дизельных и бензиновых двигателей и создает условия для создания многотопливного автомобиля.
За 15 лет в современном двигателестроении укрепилась философия даунсайзинга, которая предполагает, что лучше получить больше мощности из меньшего объема, чем из большего, так как это открывает перспективы снижения массы и габаритов двигателя.
силового агрегата, а также повышение топливной экономичности в рабочих режимах.
холостой ход и частичная нагрузка.
Это современное мышление положило начало процессу уменьшения объема и числа цилиндров двигателей, и теперь даже основа автомобильных двигателей - 4-цилиндровые двигатели внутреннего сгорания - начала уменьшать рабочий объем и подвергаться модернизации в сторону технологии «объем по требованию», которая по сути превращает эти двигатели в 2-цилиндровые.
х цилиндр.
Двигатели последних лет стали более разнообразными по количеству компоновок моторного отсека: появились W, VR и V-образные конструкции с разными углами развала, а также рядные двигатели с нечетным числом цилиндров, но все эти конструкции в целом никак не повлияли на основную массу макетов и лишь диверсифицировали двигателестроение.
Основой двигателя внутреннего сгорания по-прежнему является компоновка двигателя R. Система подачи топлива также сильно изменилась.
Эпоха карбюраторных систем и двигателей с центральным впрыском прошла, и на смену ему приходит распределенный и непосредственный впрыск.
На рубеже веков начался новый виток развития систем впрыска топлива, основанный на использовании принципиально новых электронных схем непосредственного впрыска топлива, и их применение увеличивается, несмотря на сложность и требовательность к качеству топлива этих двигателей.
.
В большинстве двигателей внутреннего сгорания современной конструкции до сих пор используется распределенный впрыск, который и дальше будет совершенствоваться, улучшая контроль за вихреобразованием на впуске и качество распыления топлива, поскольку с развитием техники для этого имеются значительные возможности.
В последнее время изменилась и система подачи дизельного топлива.
Для дизелей важнейшим фактором, определяющим производительность рабочего процесса, является используемая схема смесеобразования.
Использование дизелей в легковых автомобилях началось с форкамерных и вихревых камерных конструкций (разделенных камер сгорания).
Однако из-за ряда принципиальных недостатков этих схем смесеобразования, а также в связи с разработками в области дизелей с неразделенными камерами в последние годы наметилась тенденция к использованию непосредственного впрыска топлива.
На развитие непосредственного впрыска повлияло развитие системы подачи топлива Common Rail, что позволило расширить линейку модификаций и моделей дизелей.
Дальнейшее развитие системы Common Rail связано с дальнейшим повышением давления топлива в топливной рампе (180.200 МПа), оптимизацией процесса впрыска топлива, снижением уровня шума и токсичности выхлопных газов.
Под влиянием угрозы истощения нефтяных ресурсов и ужесточения экологических стандартов для двигателей внутреннего сгорания большинство автопроизводителей при разработке новых моделей отдают приоритет высокой топливной экономичности и экологичности.
Показатели мощности теперь занимают третье место в списке приоритетов (исключение только для спортивных моделей).
Именно поэтому мощность серийных автомобилей не растет так сильно, как до начала 90-х.
Изменения в системе газораспределения последних лет показывают, что 4-клапанная конструкция становится стандартом для автомобилей в силу своих очевидных преимуществ, тогда как 3- и 5-клапанная остается редким исключением из правил.
Растет и количество автомобилей с двигателями с наддувом.
Основой современного наддува является турбонаддув в различных вариациях, а также в сочетании с механическим наддувом.
Следует отметить, что практически все двигатели с распределенным впрыском бензина имеют настроенные впускные коллекторы, обеспечивающие газодинамический наддув.
При этом все чаще применяются трубопроводы с изменяемой геометрией, позволяющие добиться оптимальных настроек впуска в различных условиях эксплуатации.
Особенно заметное влияние применение турбонаддува оказало на дизельные двигатели, а с развитием технологии наддува для повышения эффективности стали применять охладители наддувочного воздуха (интеркулеры).
Сейчас использование интеркулеров стало правилом для большинства двигателей с наддувом.
В период с 90-х годов по настоящее время потенциал двигателей внутреннего сгорания расширяется в основном за счет повышения эффективности на холостом ходу и частичных нагрузках, составляющих основную часть времени эксплуатации современного автомобиля.
Широкое распространение нашла система изменения фаз газораспределения, которая регулирует фазы открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов с помощью фазовращателей, установленных на распределительных валах.
Первые модели фазовращателей были в основном гидравлическими и управляли работой впускных клапанов, но последние модели теперь электрические, что повышает скорость и эффективность, а еще они регулируют уже и впускные, и выпускные клапана.
Недостатком фазорегулятора с помощью фазовращателей, установленных на распределительном валу, было ступенчатое изменение фаз газораспределения, что послужило причиной разработки систем бесступенчатого изменения фаз газораспределения.
Первой такой системой стала Valvetronic от BMW, которая регулировала фазы путем плавной регулировки изменения высоты подъема впускных клапанов (благодаря этой системе впервые удалось создать бензиновый двигатель внутреннего сгорания без дроссельной заслонки).
!).
Вскоре подобные технологии освоили Nissan (VVEL) и Toyota (Valvematic).
Но самую передовую разработку ФИАТ представил под названием MultiAir. В системе MultiAir используется один распределительный вал для впускных и выпускных клапанов, при этом впускные кулачки действуют через специальную электрогидравлическую систему, которая позволяет индивидуально контролировать впуск каждого клапана.
Развитие технологий газораспределения позволило развить идеи модульного объема двигателя, впервые появившиеся на автомобилях с большим объемом и количеством цилиндров – данная система обеспечивала экономию топлива за счет отключения части цилиндров из работы при частичной нагрузке.
, и теперь стало возможным использовать эту технологию на двигателях с небольшим объемом и количеством цилиндров.
Современные автомобильные двигатели стали более совершенными благодаря новым материалам при их изготовлении, а также более глубокому пониманию и изучению процессов, происходящих в двигателе внутреннего сгорания, что привело к снижению потерь на трение и насосных потерь внутри двигателя.
Внедрение принципа изменения мощности агрегатов привода двигателя в зависимости от необходимости позволило снизить затраты энергии на привод масляного и водяного насоса ДВС, а также отключать генератор при разгоне и включать его.
включаться при торможении в зависимости от возможности и необходимости в этом.
Период с начала 90-х годов до наших дней по праву можно назвать периодом перехода от сложных механических конструкций симбиоза различных технологий к электрификации всех возможных вспомогательных агрегатов в автомобиле для достижения наибольшей энергоэффективности.
P.S. Если кратко описать суть всего описанного выше, то это означает, что впервые с 90-х годов количество внедренных технологий не увеличило существенно возможности автомобиля, а лишь позволило достичь ряда промежуточных целей.
Именно последующий переход к внедрению в двигатели внутреннего сгорания электрических компонентов дал качественно лучший результат, не усложняя конструкцию, одновременно достигая тех же целей, что и механико-гидропневматические системы в двигателях внутреннего сгорания.
Теги: #эволюция #Популярная наука #ICE
-
Субстики №133
19 Oct, 24 -
Compalex: Сравнение Двух Схем Базы Данных
19 Oct, 24
