 |
|
Увеличиваем пробег
Автор: Бен Найт (Ben Knight)Источник: «В мире науки» №04 2010
Перевод: П.Ю. Худолей
7751 
2
 |
| Потери энергии для автомобиля с ДВС |
|---|
Самый обычный автомобиль сегодня преобразует в движение 20-25% от всей энергии, заключённой в бензиновом топливе. Современные дизельные и гибридные машины используют уже 25-35% энергии топлива, но стоят они гораздо дороже.
Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет репутацию старой и выходящей из моды технологии, его продолжают усовершенствовать. По данным Агентства по защите окружающей среды, с 1987 по 2006 г. эффективность двигателя внутреннего сгорания ежегодно увеличивалась на 1,4%. Такие результаты были получены за счёт оптимизации процессов сгорания топлива, уменьшения потерь от трения, совершенствования трансмиссии и сокращения потерь во вспомогательном оборудовании. Однако все эти достижения не уменьшили потребления топлива, т.к. потребитель отдавал предпочтение большим, мощным и оснащённым множеством опций моделям.
Старый добрый двигатель внутреннего сгорания надо рассматривать не как врага прогресса, а как оружие в битве за снижение вредных выбросов.
Увеличение эффективности двигателя за счёт внедрения одной технологии
Сохраняя коммерческую тайну, автопроизводители избегают преждевременно рекламировать новые технические решения, их стоимость. Однако в 2008 г. Национальная администрация по безопасности дорожного движения представила перечень таких технологий. Каждая из них может изменить эффективность работы двигателя, но это не означает, что эффект от их внедрения можно получить путём простого сложения.
| Технология | Экономия топлива | Стоимость для потребителя | |
|---|---|---|---|
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | |||
| Прямой впрыск топлива | 1-2% | $122-525 | |
| Воспламенение гомогенной смеси под высоким давлением (в сравнении с прямым впрыском) | 10-12% | $263-685 | |
| Турбонаддув | 5-7,5% | $120 (при уменьшении количества цилиндров с восьми до четырёх) $690 (на четырёхцилиндровом двигателе) |
|
| Изменение режима роботы клапанов и зажигания | |||
| Двухуровневая система | 0,5-3% | $169-322 | |
| В широком диапазоне | 1,5-4% | $254-508 (четыре-восемь цилиндров) | |
| Отключение цилиндров | 4,5-6% | $203-229 (снижение уровня шума и вибрации на четырёх-, шестицилиндровых двигателях увеличит стоимость) | |
| Система без распределительного вала | 2,5% | $336-673 | |
| Отключение двигателя при остановке | 7,5% | $563-600 | |
| ТРАНСМИССИЯ | |||
| Пятиступенчатая коробка передач (в сравнении с четырёхступенчатой) | 2,5% | $76-167 | |
| Шестиступенчатая автоматическая коробка передач [1] | 0,5-2,5% | $10-20 | |
| Вариатор [1] | 3,5% | $100-139 | |
| Автоматическая трансмиссия с двойным сцеплением [1] | 4,5-7,5% | $141 | |
| СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ АВТОМОБИЛЯ [2] | |||
| Трение колёс (снижение на 10%) | 1-2% | $6 | |
| Аэродинамическое сопротивление автомобиля | 3% - для легковых 2% - для грузовых |
$0-75 | |
| Уменьшение веса (на 1%) | 0,7% | $90-150 | |
| ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ | |||
| Регулирование электропотребления | 1,5-2,0% | $118-197 | |
| Высокопроизводительный генератор | 1-2% | $124-166 | |
Больше энергии из каждой капли топлива
Система впрыска топлива позволяет передавать поршню больше энергии и уменьшить тепловые потери.
 ВПРЫСК ТОПЛИВА (наиболее распространённая схема сегодня). Когда открывается впускной клапан, происходит впрыск топлива в воздушный поток. Топливная смесь попадает в камеру сгорания и сжимается поднимающимся вверх поршнем. При завершении этого цикла происходит воспламенение, и расширяющиеся газы толкают поршень вниз. В следующем цикле открывается выпускной клапан, и происходит удаление выхлопных газов. Для увеличения мощности двигателя в цилиндры подаётся больше топлива. |
 ПРЯМОЙ ВПРЫСК (Используется на некоторых моделях). Топливо под высоким давлением подаётся в камеру сгорания. При таком процессе достигается высокий уровень сгорания топлива, но для этого требуется сложная система управления. (В дизельных двигателях также используется система прямого впрыска, но воспламенение происходит за счёт высокого давления в камере без свечи зажигания.) |
 ГОМОГЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ (будущее). Попадающая в камеру сгорания топливная смесь воспламеняется под большим давлением без использования свечи зажигания при средних режимах работы двигателя. Потери уменьшаются за счёт равномерного воспламенения по всему объёму. Для контроля над процессом требуются сенсорные датчики, которые в случае увеличения мощности должны задействовать свечу зажигания. |
Чем больше воздуха, тем больше загрязнения
Компрессор, нагнетая воздух в цилиндры, увеличивает мощность двигателя.
 ТУРБОНАДДУВ (используется на ряде моделей). Обычно выхлопные газы выводятся из цилиндров через выпускной коллектор и выхлопную трубу. Если поставить на двигатель турбокомпрессор, то, выходя из коллектора, выхлопные газы будут попадать на лопатки турбины, приводящей в движение компрессор. За счёт увеличения объёма рабочей смеси достигается повышение мощности двигателя, при этом его габариты уменьшаются и сокращаются потери на трение. Система контроля должна обеспечивать устойчивую работу двигателя в переходных режимах. |
 СУПЕРНАДДУВ (используется на отдельных моделях). В отличие от обычного турбонаддува привод турбины осуществляется за счёт ремня, связанного с коленчатым валом двигателя. Такой привод понижает экономичность системы, но позволяет избежать потери мощности в переходных режимах [3]. |
Изменение режима системы работы клапанов
Клапаны в двигателе внутреннего сгорания должны открываться и закрываться десятки раз в секунду при ресурсе 150 тыс. км и более. За счёт изменения режима работы впускного и выпускного клапанов можно добиться увеличения эффективности работы двигателя во всём диапазоне мощностей.
ОБЫЧНЫЙ РЕЖИМ. Ремень связывает коленчатый вал с распределительным валом, обеспечивающим открытие и закрытие клапанов в головке блока двигателя. Изменяя режимы работы клапанов, можно улучшить параметры работы и сократить потери. Уменьшение величины хода клапана при низких нагрузках позволит экономить топливо, а его увеличение обеспечит прирост мощности при больших нагрузках. На рисунке представлен двигатель с верхним расположением блока клапанов.
 |
ИЗМЕНЯЮЩИЙСЯ РЕЖИМ РАБОТЫ КЛАПАНОВ И ЗАЖИГАНИЯ (используется на некоторых моделях). Для каждой пары клапанов предусмотрена группа из трёх кулачков, а не двух как на обычных двигателях. Два внешних кулачка отвечают за работу двигателя на низких оборотах, а центральный подключается на высоких. Кулачки воздействуют на клапаны не непосредственно, а через так называемые рокеры, которых тоже три. На малых нагрузках каждый рокер работает независимо от других. Внешние кулачки обеспечивают открытие клапанов, а центральный работает в холостую. Как только двигатель переходит в режим высоких оборотов, давление масла в системе смещает специальные поршеньки внутри рокеров таким образом, что все три рокера превращаются в единую конструкцию, за счёт чего обеспечивается больший ход клапана.
 |
ОТКЛЮЧЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ (используется на некоторых моделях). В двигателе с большим количеством цилиндров (обычно более четырёх) возможно отключение нескольких цилиндров для работы на малой мощности. Клапаны отключения активируются по команде и открываются. Масло под давлением подаётся под нажимной палец, что приводит к отжиманию соединительных штифтов. Впускные и выпускные клапаны прекращают функционировать.
 |
ДВИГАТЕЛЬ БЕЗ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА (будущее). Отказ от вращающихся элементов, таких как распределительный вал и приводной ремень, существенно уменьшает потери на трение. Система электромагнитных соленоидов позволяет управлять работой клапанов. На каждый клапан предусмотрен отдельный соленоид, работу которого контролирует система управления. Недорогую конструкцию подобного рода ещё предстоит создать.
 |
Полную версию статьи Вы можете прочесть в журнале «В мире науки» №04 2010 или на сайте журнала www.sciam.ru.
Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 20.10.2010
Читайте также
-
Свойства водорода
Плотность энергии в единице массы у водорода уникальна, поэтому он может быть отличным аккумулятором и с успехом применяться в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах, двигателях Стирлинга и других источниках механической энергии.
-
Способы экономии топлива: мифы и реальность
“Способы экономии топлива: мифы и реальность” — это цикл статей, посвящённый тем случаям, когда автовладелец хочет сократить свои расходы на заправку автомобиля, а его пытаются обмануть.
Сноски
- ↺ Не ясно, относительно чего получены данные экономии топлива для шестиступенчатой автоматической коробки передач, вариатора и автоматической трансмиссии с двойным сцеплением. По-видимому, сравнение идёт с пятиступенчатой автоматической коробкой передач, в таком случае экономия топлива для автоматической трансмиссии с двойным сцеплением завышена и должна быть на уровне вариатора, т.е. приблизительно 3,5%.
- ↺ Ошибка. Должно быть: сопротивление движению автомобиля (правки, не вносятся в текст, т.к. это будет противоречить условиям его бесплатного использования).
- ↺ Это не совсем так. Двигатель, оснащённый наддувом, может быть столь же (или даже более) экономичным как и «атмосферный» (безнаддувный) двигатель аналогичной мощности, так как эффективный КПД двигателя есть произведение индикаторного на механический КПД. Индикаторный КПД выше у «атмосферного» двигателя, а механический у двигателя с наддувом. Также последний имеет большую удельную мощность, что способствует снижению массы автомобиля в целом, а, следовательно, экономии топлива. Подробнее о наддуве и супернаддуве можно узнать в статье «Наддув, нагнетатели и немного истории».
Комментарии
Все материалы, представленные на данном сайте, защищены законодательством в области авторского права. Смотрите публикация Ваших материалов, условия перепечатки материалов, соблюдение авторских прав.
Дизайн и поддержка – Владимир Егоров, icarbio.ru 2023 ©.
Хотелось бы увидеть сравнительный анализ современных бензиновых ДВС по параметру "удельный расход топлива".
как турбированный мотор может быть экономичнее атмо? у турбо-мотора меньше базовая степень сжатия, больший удельный расход топлива в граммах на л.с, турбояма, еще и менять её каждые 5 лет а стоит она как 5% цены машины... итого - турбины для гонщегов. вот прямой впрыск - это тема.