WIE ES ALLES BEGANN
Der diesjährige Motor interne Verbrennung feiert seinen 147. Geburtstag, seit 1860 die Welt der Pferdekutschen "regierte". Der französische Mechaniker E. Lenoir entwarf den ersten funktionierenden Gasmotor. Dieser Motor war ziemlich launisch und unvollkommen, was im Prinzip nicht seltsam ist. Nach langen 6 Jahren bot der bekannte Erfinder N. Otto der Welt seine eigene, damals vollkommen perfekte 4-Takt-Konstruktion. gasmotor. Der Prototyp des gleichen Verbrennungsmotors diente in erster Linie dampfmaschineals das einzige grundlegender Unterschied - das Fehlen einer ziemlich umständlichen Dampfkesselanlage. Mit dem "Verlust" des Dampfaggregats im Entwicklungsprozess hat der Verbrennungsmotor seine Vorteile erlangt: einen viel höheren Wirkungsgrad, eine geringere Masse und Größe. Es gab auch Nachteile - der Motor verlangte nach einem besseren und technologisch fortschrittlicheren Kraftstoff, da er sich bereits geweigert hatte, an Holz zu arbeiten.
In den neuesten Versionen der Blockadekonverter ist der Energieverlust minimal. Dank der großen Auswahl an Gängen können Sie fast immer im optimalen Drehzahlbereich fahren, unabhängig von der Drehzahl. Neben einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und ungewöhnlich niedrigen Schadstoffemissionen sowie einem unvergleichlichen Fahrkomfort. Jeder, der regierte modernes Auto Selbst mit einem kleinen Motor werden die Möglichkeiten und Vorteile des langsamen Fahrens schnell erkannt. Der Komfort, der mit dem Einsatz der Vibrationsdämpfungstechnologie einhergeht, ist ebenfalls unerreicht.
In unserem Land wurde der Verbrennungsmotor erst in den 80er Jahren des 19. Jahrhunderts „erfunden“. Zu diesem Zeitpunkt arbeitete unser Landsmann O. S. Kostovich am Benzinbau vergasermotor. Die Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors hängt in erster Linie mit dem Namen des deutschen Ingenieurs Rudolph Diesel zusammen, da er 1897 die Verdichtung zum Zünden des Brennstoffs vorgeschlagen hatte. Es war die Geburt von Schwerölmotoren, dieselmotoren.
Unabhängig von der Art der Energiequelle ist der Fahrspaß, der mit einem modernen Antrieb ausgestattet ist, ungleich angenehmer als noch vor einigen oder zehn Jahren. Veränderung ist ein natürliches Element des Fortschritts. Dies hat sich jedoch in letzter Zeit beschleunigt, so dass Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor bald den Markt verlassen können. Und eine solche Wendung der Ereignisse in den neunziger Jahren erwartete natürlich niemanden.
Das Ende von Motorrädern, die mit Benzin und Diesel betrieben werden, ist ein reales Szenario, das sich in anderen Ländern zu bestätigen beginnt. Die Skandinavier wollen den Markt auf dem Markt nur elektrisch freigeben. Deutschland drückt die gleiche Haltung aus. In ihrem Fall wurde die Grenze jedoch um fünf Jahre verschoben.
Die Weiterentwicklung der Hubkolben-Verbrennungsmotoren ging sprunghaft voran. Im Design der Motoren hat sich vieles geändert, aber nur das Wesentliche ist unverändert geblieben. Was hat diese Entwicklung des Verbrennungsmotors bewirkt? Versuchen wir unser Material zu verstehen.
UNSERE TAGE
Die Zeit, die seit der Schaffung des ersten ICE vergangen ist, hat sicherlich das Konzept der Schaffung eines modernen Kolbens beeinflusst automotor. Das Motto des Motors unserer Tage - mehr Leistung, weniger Verbrauch. Es scheint, dass diese beiden Konzepte einander gegenüberstehen, aber es stellt sich heraus, dass dies nicht der Fall ist. Und um dies zu bestätigen, schlafen die Triebwerksbetreiber verschiedener Automobilhersteller nachts nicht und erfinden verschiedene Systeme, um die Motoreffizienz auf ein Maximum zu bringen.
Natürlich wird ein Anstieg des Anteils elektronischer Technologien auf dem Automobilmarkt nicht nur gesetzlicher Zwang sein. In zunehmendem Maße wird es durch die Änderung der Herangehensweise der neuen Generation auch zu einem Konsumentenbedürfnis. Umweltfreundliche Trends sind auch in Polen sichtbar. Zunächst steigt der Marktanteil von Hybridautos seit mehreren Jahren stark an. Elektrische Designs funktionieren auch sehr gut. Der Minister für Energie und Entwicklung - Mateusz Moravetsky wird weiterhin die Suche nach technologischen Innovationen anregen.
Auf der Konferenz „Auf dem Weg zu Elektrofahrzeugen“ betonte er, dass er in zehn Jahren eine Million Elektrofahrzeuge auf polnischen Straßen fahren möchte. Der neue Entwicklungstrend im Automobilmarkt wird globaler und wird in vielerlei Hinsicht von der wirklich dynamischen Expansion des Fahrzeugs mit alternativen Kraftstoffen bestimmt. Heute können Elektroautos pro Ladung bis zu 400 Kilometer zurücklegen. Die ersten Modelle mit Wasserstoffzellen sind in Europa und weltweit erhältlich.
Um zu verstehen, in welche Richtung sich der Motorenbau weiter entwickeln wird, müssen die Hindernisse verstanden werden. Die Hindernisse sind folgende: mechanische Verluste, unvollständige Nutzung der Energie der Verbrennung von Kraftstoff, Effizienzprobleme, hohe Kosten moderner Motoren und Steuersysteme, Erhöhung der Motormasse und verbesserte Motorleistung.
Die Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem elektrischen Motor ist nicht die einzige Entwicklungsidee. Diese Lösung ist heute aus mehreren Gründen ideal. Das Betreiben des Motors mit Gas ist ein bekannter Weg, um die Toxizität einzusparen und gleichzeitig zu reduzieren. abgas. Die Tschechen boten die Möglichkeit, das Auto mit der Installation über viele Jahre aufzurüsten. Sie bieten derzeit mindestens mehrere Motorversionen verschiedener Modelle an.
Ökologie im Automobilmarkt kann viele Gesichter haben. Wenn die Verringerung der Schadstoffemissionen für Autos unvermeidbar ist, ist es wichtig, eine möglichst große Reichweite zu erreichen. Den Fahrern wird dann eine Auswahlmöglichkeit gegeben, anhand derer sie eine spezifische Lösung für ihre Bedürfnisse und Fähigkeiten auswählen können.
Beginnen wir in Ordnung. Mechanische Verluste in modernen Motoren können auf verschiedene Weise reduziert werden.
Erstens müssen die Toleranzen für die Herstellung von Motorteilen deutlich verschärft werden.
Zweitens ist es notwendig, die Trägheit des Kurbelsystems, das heißt die maximale Entlastung der Kolben, Pleuel, Kurbelwelle und dergleichen, zu reduzieren nockenwellesowie das Schwungrad. Nicht ohne Grund werden in modernen Motoren Kolben mit kurzem "Rock" verwendet, die auf Aluminiumlegierungen basieren. Und für ihre Produktion mit zwei Technologien. Nach der ersten Technologie werden Kolben für niedergedrückte Motoren hergestellt - sie werden durch verschiedene Gießverfahren hergestellt. Gemäß der zweiten Technologie werden Kolben für Zwangsmotoren hergestellt - durch Gesenkschmieden (oder einfacher durch Schmieden). Nockenwellen Gefertigt nach folgender Technologie: Separat gefertigte Nocken sind auf einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Rohrschaft montiert. Das Schwungrad wird so einfach wie möglich gemacht, um den Motor nicht durch Drehen von überschüssiger Masse zu stören, und die Reaktion auf das Drücken des Gaspedals wird ebenfalls abnehmen.
Neue Technologie ermöglicht Einsparungen auf der Ebene von dieselkraftstoffsowie die von Benzinmotoren bekannte Ökologie. Dann, wenn der Motor bereits warm wird, kraftstoffgemisch unter gezündet hoher Druck. Ein spezieller Injektor liefert ein gleichmäßiges Nebelgemisch in die Brennkammer. Die Verteilung des Kraftstoffs erfolgt gleichmäßig in der Kammer, und nachdem der Kolben die Temperatur erhöht hat, steigt die Temperatur - die Zündung erfolgt. Das Verdichtungsverhältnis ist dem von Dieselmotoren gezeigten ähnlich. Kerzen können helfen, wenn Sie mit hoher Geschwindigkeit arbeiten.
Drittens muss modern erwähnt werden motorenöle niedrige Viskosität, die auch einen kleinen Beitrag zur Erhöhung der Effizienz des Piggy Banks leisten kann, da Reibungsverluste sowohl beim Pumpen durch Ölkanäle als auch im Öl selbst verringert werden.
Viertens, die Verwendung verschiedener Antireibungsbeschichtungen, die die Reibungskraft signifikant reduzieren können, sowie die Verwendung von Teilen, die auf der Basis von Verbindungen aus Siliciumnitrid und Siliciumcarbid hergestellt werden, dh Keramik, auszuweiten.
Die nächste Frage, die wir hörten, war die Effizienz moderner Motoren. Hier werden verschiedene Konzepte zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs verwendet, einige versuchen einfach, alles von Benzinmotoren zu „quetschen“, letztere sind auf Dieselmotoren angewiesen, und andere bauen Hybridkraftwerke. Wer wird recht haben, werden wir in naher Zukunft sehen.
Tatsache ist jedoch, dass unabhängig davon, wer an welchem Konzept festhält, nahezu identische technologische Entwicklungen verwendet werden. Heute ist es zum Beispiel unmöglich zu sehen moderner Motor mit zwei ventilen pro zylinder. "Warum?" - fragen Sie. Ja, weil die Verwendung von Gasverteilern mit mehreren Ventilen (von 3 bis 5 Ventilen pro Zylinder) die Pumpverluste reduziert und die Motorleistung und den Wirkungsgrad erhöht. Für ein Beispiel brauchen Sie nicht weit zu gehen: Schließen Sie ein Nasenloch und laufen Sie 300 Meter lang. Wiederholen Sie dann das Experiment ohne die zuvor auferlegten Einschränkungen. Den Unterschied spüren? Das gleiche passiert mit dem Motor. Es lohnt sich übrigens, sich an unsere Automobilindustrie zu erinnern, nämlich 4-Zylinder-Acht- und 16-Ventilmotoren von AvtoVAZ: Bei einem Volumen von 1,5 Litern produzierte einer von ihnen 78 Liter. mit. und dem anderen - 92.
Zusätzlich zur Mehrventilsteuerung werden Phasenschieber auf den Nockenwellen verwendet, mit denen die Einlass- und Auslassphasen stufenlos eingestellt werden. Vor allem deutsche und japanische Ingenieure waren auf diesem Gebiet hervorragend. Zum Beispiel das VANOS-System von BMW, das 1992 zum ersten Mal auf dem Motor der M50-Serie erschien und nur die Öffnungs- und Schließphasen der Einlassventile regulieren konnte. Nach einiger Zeit erschien das BI-VANOS-System, das bereits für Einlass- und Auslassventile zuständig war. Die Arbeit dieser Systeme ist wie folgt. Bei niedrigen Motordrehzahlen verschieben Phasenschieber den Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils zu einem späteren Zeitpunkt, wodurch Kraftstoffeffizienz erzielt und das Drehmoment erhöht wird. Bei mittleren Motordrehzahlen öffnen die Ventile etwas früher, wodurch das Drehmoment erhöht und die Schadstoffemissionen in die Atmosphäre deutlich reduziert werden können. Bei hohen Drehzahlen einlassventile Sie öffnen sich mit einer kurzen Verzögerung, wodurch die Leistung in der Zone der maximalen Umdrehungen erheblich zunimmt, da in dem Zylinder mehr Unterdruck erzeugt wird und daher viel mehr Luft in die Zylinder eintritt. Interessant ist auch, dass vor kurzem zum ersten Mal auf der Welt elektrische Phasenschieber bei LEXUS-Fahrzeugen aufgetaucht sind, die es ermöglichen, die Ventilsteuerung nahezu von Null an einzustellen, was für hydraulische Phasenschieber grundsätzlich unmöglich ist.
PHASEN BEWEGEN
Die Ventilhubsteuersysteme (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus) müssen gesondert erwähnt werden, wodurch sowohl die Motorleistung als auch die Kraftstoffeffizienz deutlich verbessert werden. Zum Beispiel das bekannte System Valvetronic der Firma BMW. Bei der Entwicklung dieses Systems entschlossen sich die Ingenieure, die Drossel radikal zu verlassen, obwohl sie bei der Fertigstellung des Verfahrens noch zur Diagnose des Valvetronic-Systems verwendet wurde und sich ständig in der offenen Position befindet. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der Steuerung des Zuführvorgangs eines Luftgemisches mit einer Drossel ein erheblicher aerodynamischer Luftwiderstand und Turbulenzen auftreten, insbesondere wenn die Klappe nicht vollständig geöffnet ist. Die Regelung der Luftgemischmenge im Valvetronic-System musste aufgrund einer Änderung des Ventilhubs erfolgen, dh das Ventil selbst diente als Drosselklappe. Zu diesem Zweck wurde ein spezieller Mechanismus entwickelt, mit dem der Ventilhub im Bereich von 0 bis 10 mm eingestellt werden konnte. Die Idee des Systems ist wie folgt. Die Nockenwelle steuert das Öffnen des Ventils nicht direkt, sondern durch einen speziellen Hebel, der seine Position im Raum ändern kann, wodurch der Bewegungsbetrag des Kipphebels geändert wird, der direkt auf das Ventil wirkt. Der Hebel wird mit eingestellt schneckengetriebe und einen Elektromotor, und der Computer steuert den gesamten Prozess. Die Verwendung dieses Systems hat dazu geführt, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten der Kraftstoffverbrauch gesunken ist und bei hohen Geschwindigkeiten die Leistung gestiegen ist, da die Füllrate der Zylinder mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch erheblich zugenommen hat. Gleichzeitig wurde die Reaktionszeit auf das Gaspedal deutlich reduziert. Bei mit diesem System ausgestatteten Motoren gab es jedoch einen kleinen Nachteil - das fehlende Vakuum im Ansaugkrümmer, das für den Betrieb des Unterdruckbremskraftverstärkers erforderlich ist. Das Problem wurde folgendermaßen gelöst: Deutsche Ingenieure nahmen eine separate Pumpe mit und installierten sie, um das notwendige Vakuum zu erzeugen.
DOWN HALF CYLINDERS!
Neben solchen High-Tech-Maßnahmen wie Elektropumpe, zuschaltbarer Generator und elektrischer Servolenkung zur Steigerung der Effizienz von Motoren werden auch andere, radikalere Wege verwendet. Zum Beispiel das Deaktivieren eines Teils der Zylinder im Leerlauf oder im Teillastmodus für Mehrzylindermotoren. Darüber hinaus wurden diese Systeme bis vor kurzem hauptsächlich von amerikanischen Designern eingesetzt, wobei zumindest das Displacement-on-Demand-System zum Herunterfahren von Zylindern („Arbeitsvolumen auf Anforderung“) von General Motor übernommen wurde. Das Konzept des Systems ist ziemlich einfach: beim Erreichen des Motors betriebstemperatur Die Elektronik beginnt, verschiedene Sensoren abzufragen, und wenn sie feststellt, dass der Motor bei Teillast arbeitet, stoppt sie die Zufuhr von Kraftstoff zur Hälfte der Zylinder, dh bis 4. Außerdem werden die Zylinder diagonal abgeschaltet, so dass der Motor keine Vibrationen aufweist. Der maximal erreichte Kraftstoffeinsparungseffekt betrug 25% des Nominalwerts. Dies ist ein ziemlich gutes Ergebnis. Honda stellte ein ähnliches System vor und stellte den neuen 3,4-Liter-6-Zylinder-Motor der Öffentlichkeit vor, bei dem bei ruhiger Raumbewegung 3 Zylinder deaktiviert werden.
Sie können die Effizienz und Effizienz des Motors auch mit einem fortschrittlicheren Zündsystem erhöhen. Es genügt, an die berühmten Doppelfunken-Motoren von Alfa-Romeo zu erinnern, bei denen pro Zylinder zwei Kerzen verwendet werden. Dieses System wanderte im Prinzip und viel mehr in den 20er Jahren des vorigen Jahrhunderts in den Automobilmotorenbau mit Flugzeugmotoren über. Die zweite Zündkerze ermöglichte eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads führte, und darüber hinaus verringerte sich der Kraftstoffverbrauch und der Widerstand gegen die Detonation. Kein Wunder im 12-Zylinder turbogeladener Motor von Mersedes, wo das Detonationsproblem am akutesten ist, wird ein Zündsystem mit zwei Zündkerzen pro Zylinder verwendet.
Es ist unmöglich, in unserem Gespräch die aktuellen Trends im Motorenbau nicht zu erwähnen: Direkteinspritzung in die Zylinder. Die Idee, die Zylinder direkt mit Kraftstoff zu versorgen, ist nicht neu genug: Zum ersten Mal wurde es bereits in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts von Robert Bosch-Ingenieuren bei der Konstruktion von Flugzeugtriebwerken zum Leben erweckt und die Systemsteuerung war mechanisch. Das Direkteinspritzsystem fand lange Zeit keine richtige Anwendung, obwohl die damit ausgerüsteten Autos regelmäßig auftauchten. Erinnern Sie sich mindestens an den legendären Mercedes-Benz 300SL von 1954, weil er mit einer mechanischen Einspritzung der Firma Bosch ausgestattet wurde. Das Direktinjektionssystem erlebte seine Wiedergeburt Anfang der 1990er Jahre, wenn auch recht zuverlässig und modern elektronische systeme Management.
Einen großen Schritt in der Entwicklung und Implementierung dieser Systeme machte Mitsubishi mit seinen GDI-Motoren. Die Einzigartigkeit dieses Motors bestand darin, dass er mit super-magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch arbeiten konnte, bei dem das Massenverhältnis von Benzin zu Luft 40: 1 erreichte. Dies ist trotz der Tatsache, dass das ideale Verhältnis 14,7: 1 beträgt. Das heißt, eine solche magere Mischung hätte nicht verbrennen dürfen, aber dank der besonderen Form des Kolbens und des eng gerichteten Sprühnebels fiel die Mischung mit der idealen stöchiometrischen Zusammensetzung direkt auf die Zündkerze, obwohl sie im gesamten Zylindervolumen sehr schlecht war. In diesem Motor wurden drei Betriebsmodi des Systems organisiert.
Die erste Kraftstoffeinspritzung erfolgte im Einlass- und Verdichtungszyklus. Dieser Modus war erforderlich, um das Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen zu erhöhen.
Bei der zweiten Einspritzung zum Zeitpunkt der Zulassung wurde dieser Modus verwendet, um die maximale Motorleistung zu erreichen.
Der dritte Modus - der Modus des Einspritzens des mageren Gemisches beim Kompressionstakt - wurde verwendet, um die Kraftstoffeffizienz im Niedriglast- und im Leerlaufmodus zu erhöhen.
Unabhängig davon sollte gesagt werden, dass die Einspritzung von Benzin direkt in die Verbrennungskammer den Detonationswiderstand des Motors erhöhen kann, da Benzin beim Verdampfen einen Teil der Wärme aus der im Zylinder erhitzten Luft entnimmt. Mit diesem Faktor können Sie das Verdichtungsverhältnis erhöhen und somit den Kraftstoffverbrauch weiter senken. Mit all seinen Vorteilen, nämlich der Steigerung der Leistung, der Kraftstoffeffizienz und der Reduzierung von Schadstoffemissionen, erwies sich der Motor als recht teuer, da er High-Tech-Komponenten verwendete. Zum Beispiel kraftstoffpumpe hoher Druck, der 50 bar entwickelte (in der jüngsten Entwicklung erreicht der Druck 200 bar), und das Gaspedal hatte keine direkte Verbindung mit drosselklappe. Es wurde auch der ursprüngliche Zylinderkopf verwendet, bei dem die Einlassöffnungen in der Vertikalen gerade ausgeführt sind. Seit der Produktion dieses Motors sind mehr als zehn Jahre vergangen, und fast alle Hersteller haben die Direkteinspritzung für ihre Motoren versucht.
Die Experten im Motorenbau beschäftigen sich heute nicht nur mit der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und der Effizienz kolbenmotorSie sind besonders besorgt über das Problem einer starken "Verdickung" des Motors, gefüllt mit verschiedenen elektronisch-mechanischen Systemen. In der Ära des Vergasermotors war alles viel einfacher, der Zylinderblock war aus ziemlich schwerem, aber widerstandsfähigem Spezialgusseisen gefertigt. Übrigens ist die Verwendung dieser Art von Material nicht zufällig, da die Schwingungen, die in Grauguss aufgetreten sind, etwa zehnmal schneller abgeschreckt werden als in Stahl. Der Kopf wurde aus einer Legierung auf Aluminiumbasis gegossen und alles war in Ordnung. Jetzt geht es um jedes Gramm Übergewicht. Denken Sie mindestens an den Bimetall-Zylinderblock eines 3-Liter-Sechszylindermotors von BMW. Der innere, stärker belastete Teil des Zylinderblocks zum Kühlmantel besteht aus einer Aluminiumlegierung mit hohem Siliziumgehalt. Der äußere Teil ist weniger belastet und besteht aus Magnesium. Die Technologie zur Erzielung eines solchen Zylinderblocks ist sehr komplex und die Masseersparnis liegt im Vergleich zum Vollaluminiumblock bei etwa 10 kg. Natürlich könnte man denken, dass dies nur ein Marketingschritt ist, der darauf abzielt, den Ruf der Marke zu erhöhen, aber das ist nicht ganz so. Denn wenn wir es schaffen, mehrere Kilogramm oder gar Gramm aus einem Stück zu „fallen“, werden wir insgesamt einen großen Gewichtszuwachs erzielen. Ich muss sagen, dass die Ingenieure bei der Einführung von Aluminium im Motorenbau mit dem Problem der geringen Verschleißfestigkeit des Flügelmetalls konfrontiert waren. Daher wurden spezielle Beschichtungen entwickelt, um den Zylinderspiegel vor Verschleiß zu schützen. Eine dieser Beschichtungen war das bekannte "Nikasil" - eine Verbindung aus hitzebeständigem Nickel mit abriebfestem Siliziumkarbid. Es kam aus der Welt des königlichen Rennsports in die Massenautomobilindustrie. Neben der Gewichtsreduzierung der Automobilhersteller versuchen die Unternehmen, die mit der Entwicklung und Produktion von Motoren verbundenen Kosten zu senken. Daher ist es heute oft möglich, die Zusammenarbeit großer Automobilunternehmen bei der Konstruktion von Motoren zu beobachten.
NAHE ZUKUNFT
Es ist ziemlich schwer vorherzusagen, was in den nächsten 10 Jahren in der Welt des Motorenbaus passieren wird, aber es ist immer noch möglich, die allgemeinen Entwicklungslinien zu bestimmen. Die wichtigste Richtung der Auswirkungen ist die Hybridisierung, und zwar muss das Benzin-Elektro-Tandem hervorgehoben werden, auch wenn die dieselelektrische Zusammenarbeit unserer Ansicht nach eher gerechtfertigt ist, insbesondere wenn das Hauptziel auf Kraftstoffersparnis und nicht auf Marketing-Tricks liegt. Die „Spiele“ mit Wasserstoff werden wahrscheinlich aufhören, da die Vorteile von mit ultraleichten Benzinmotoren ausgestatteten Autos ziemlich vage sind. Sie müssen zuerst mit Wasserstoff und mit Hilfe teurer Brennstoffzellen - dem Strom - Wasserstoff gewinnen.
Der Motor, der mit einem hydraulischen oder elektromagnetischen Stellantrieb ausgestattet ist, wird in Kürze vorgestellt. Mit dieser Innovation können Sie sofort auf zwei Systeme verzichten: Einstellen der Ventilsteuerung und Ventilhub. Und die Effizienz dieser Innovation wird ebenfalls zunehmen, da es nicht notwendig ist, die massiven Elemente des Gasverteilungssystems in Rotation zu bringen. Ich möchte endlich den Serienmotor sehen, der mit einem System zur Einstellung des Kompressionsgrades ausgestattet ist. Theoretisch sollte er sehr wirtschaftlich sein.
Die Weiterentwicklung wird von kleinen „bösen“ Motoren mit Turbolader erhalten, da das Verhältnis von Leistung und Drehmoment zu der Masseeinheit ziemlich groß ist. Zu auspuffrohrDer Generator kann sich übrigens auch bewegen, da die Energie der Abgase groß ist und überhaupt nicht genutzt wird. Apropos Motoren, Dieselmotoren nicht vergessen, sie werden in der Zukunft wahrscheinlich zahlenmäßig überlegen sein, weil heute mehr in Europa verkauft wird dieselautosals Benzin, aber wir werden später darüber reden.
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Wenn wir über die Trends des modernen Motorenbaus in der Welt sprechen, bleibt der Verbrennungsmotor in den führenden Positionen, obwohl in Fairness angemerkt werden muss, dass es immer noch Versuche gibt, die „Allerheiligsten“ zu „greifen“ - beispielsweise ist das Serienauto Tesla bereits verkauft. Da die Erdölindustrie heute jedoch ein Schlüsselsektor der Weltwirtschaft ist, kann die Dominanz von Verbrennungsmotoren für viele Jahrzehnte unerschütterlich bleiben.
Ein bisschen Geschichte. Traurig ...
Moderne Motoren haben sich seit den Tagen der „Vätergründer“ konstruktiv wenig verändert: Nikolaus Augustus Otto und Rudolph Christian Carl Diesel. Heute dasselbe kurbelwelle, Pleuel, Kolben, Zylinder, Ventile, Verteilungsmechanismus.
Daher sind alle Innovationen im Motorenbau auf neue Materialien und Technologien angewiesen, einschließlich solcher, die sich auf die elektronische Steuerung beziehen.
Wenn der Zylinderblock beispielsweise vor fast 20 Jahren fast aus Gusseisen hergestellt wurde, ist der Gussblock heute heute selten und bewegt sich nahtlos in die Kategorie der Anachronismen. Derzeit bestehen die Blöcke aus Aluminium, das sowohl leichter als auch technologischer ist. Anfangs gab es Probleme mit Festigkeit und Steifheit, die jedoch nach und nach gelöst wurden.
Es stimmt, dass alle Aluminiummotoren wirklich schwierig sind - sie sind sehr empfindlich gegenüber Schmierung, Kühlung und Lücken. Der Aluminiumblock mit Gusseisenbuchsen ist jedoch für den Betrieb viel weniger anspruchsvoll. So wird das gute alte Gusseisen, das von Otto und Diesel verwendet wird, immer noch serviert ...
Im Allgemeinen ist zu beachten, dass die Erstellung einer neuen Engine, auch eines traditionellen Schemas, ein sehr langer Prozess ist. Es stellt sich also heraus, dass sich die Modellpalette von Autos im Durchschnitt in vier bis fünf Jahren ändert und der Motor darin oft Kosten von Vorgängermodellen kostet und sogar noch früher. Und oft werden auch bei den neuen Motoren Knoten aus dem alten verwendet - zum Beispiel der Zylinderblock. Die Motoren "leben" also lange Zeit - Benzin im Durchschnitt 10-15 Jahre, und Dieselmotoren "leben" leicht bis 20 oder sogar 30 Jahre.
Und mehr Mit Bedauern müssen wir zugeben, dass in Russland so gut wie keine eigenen Motoren entwickelt wurden - alles "wurde von dort" aus dem Ausland gebracht. Und oft sogar das, was dort abgelehnt wurde. Das Ergebnis ist offensichtlich - heute gibt es in unserem Land keinen fortschrittlichen Motorenbau. Wie die Designer für ihre Wiederbelebung.
Erfolge, Misserfolge und Trends
Im modernen Motorenbau gibt es zwei Haupttrends: Der erste ist die Verringerung schädlicher Emissionen und der zweite ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Dies sind miteinander verbundene Aufgaben: Durch die Reduzierung des Verbrauchs werden Emissionen automatisch reduziert.
Wenn vor 10 bis 15 Jahren traditionelles Kohlenmonoxid - CO, Stickoxide - NOx und Kohlenwasserstoffe - CH als "schädliche Emissionen" angesehen wurden, ist heute Kohlendioxid CO2, das den "Treibhauseffekt" erzeugt, zu einer großen Entladung geworden. Und wenn wir davon ausgehen, dass Kohlenwasserstoffkraftstoffe letztendlich in Wasser und Kohlendioxid zerfallen, können die CO2-Emissionen nur auf diese Weise reduziert werden: durch die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
Hier müssen wir eine solche Nuance berücksichtigen: Der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors insgesamt beträgt nur etwa 25 bis 30%. Es stellt sich heraus, dass nur ein Viertel des Benzins im Motor für die Bewegung aufgewendet wird - die restlichen drei Viertel fliegen einfach in die Rohrleitung. Und wärme die Umwelt. Daher kämpfen die Motorenbauer mit Hilfe ziemlich komplexer technischer Lösungen um jeden "zusätzlichen" Prozentsatz.
Der richtige Weg ist, die spezifischen Motorparameter zu erhöhen: Mit anderen Worten, "eins bekommen" pSMit weniger Kraftstoff. Zum Beispiel eine der wichtigsten Möglichkeiten, die Effizienz zu steigern benzinmotor ist die Kompression zu erhöhen. Mit zunehmendem Kompressionsgrad steigt der Wirkungsgrad der Verbrennung im Zylinder, was bedeutet, dass der Wirkungsgrad des Zyklus und des gesamten Motors steigt.
Insbesondere die Erhöhung der Grundparameter des Motors, einschließlich durch Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses, verleiht dem System eine direkte Einspritzung von Benzin in den Zylinder - die Einspritzung verschiebt die Detonationsmodi, beseitigt die Ungleichmäßigkeit der Kraftstoffzufuhr und erhöht die Befüllung der Zylinder.
Tatsächlich ist diese Idee ziemlich alt: Die Direkteinspritzung war in Flugzeugmotoren der 40er Jahre des letzten Jahrhunderts weit verbreitet. Die Ingenieure mussten zu dieser Zeit eine beispiellose Leistung von 70 PS erreichen. mit 1 Liter Hubraum bei maximal 2500-3000 U / min. Dies ist heute die spezifische Leistung eines gewöhnlichen Automobilmotors (allerdings mit doppelt so hohen Umdrehungen, sodass das Luftfahrtniveau vor 70 Jahren noch nicht von der modernen Automobilindustrie übertroffen wird) - und diese konnten dann nur durch Direkteinspritzung in der Luftfahrt erreicht werden.
Das Kraftstoffzufuhrsystem war jedoch mechanisch, d.h. komplex, teuer und erfordert ständige Anpassungen, was in der Luftfahrt akzeptabel war, nicht aber in Autos.
Außerdem, mechanische Steuerung Die Direkteinspritzung war bei niedrigen Drehzahlen für die damaligen Flugzeugmotoren (Propeller!) gut. Und mit ihrem Wachstum von mindestens bis zu 6.000 U / min konnten die Mechaniker nicht mehr zurechtkommen.
Tatsächlich wurde die "Rückkehr" zu der alten Idee in den Jahren 1990 bis 2000 durch die Entwicklung der Elektronik möglich, die eine direkte Einspritzsteuerung bei hohen Motordrehzahlen ermöglichte - mit der Einführung elektronischer Komponenten wurde es möglich, den Verbrennungsprozess zu steuern, was zuvor nicht der Fall war.
Der Vergaser und die herkömmlichen Einspritzsysteme, das sogenannte externe Mischen, ließen nur 15 kg Luft mit 1 kg Kraftstoff vermischen und führten das Gemisch in die Zylinder ein. Und alle. Durch die elektronische Steuerung der Direkteinspritzung in den Zylinder kann der Ingenieur entscheiden, wann er Kraftstoff einspritzt und wie viel er einspritzt. Und sogar Kraftstoff mehrmals in einem Motorzyklus einspritzen.
In den 70er Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts hatten Konstrukteure für den Kraftstoffverbrauch vorgeschlagen, das Prinzip der "Schicht für Schicht" -Injektion anzuwenden, das in Form der sogenannten "Vorkammer-Flare-Zündung" implementiert wird. Die Idee war, dass in einer speziellen Kammer eine reichhaltige Mischung entstand, die beim Entzünden einer Kerze eine Fackel erzeugt, die die magere Mischung entzündet, die direkt in den Zylinder eingespeist wird. Maschinen mit solchen Motoren (mit der Abkürzung STTS - Compound Vortex Controlled Combustion) entwickelten und produzierten lange Zeit die japanische Honda, und sogar das Gorky Automobile Plant produzierte die Wolga für einige Zeit mit Vorkammermotoren. Ende der achtziger Jahre musste diese Idee jedoch aufgegeben werden. Schließlich mussten zwei Brennstoff-Luft-Gemische auf einmal hergestellt werden: die Armen, die viel brauchten, und die Reichen, die etwas brauchten. Und legen Sie sie getrennt ab - gleichzeitig in exakten Zeitabständen. Und komplexe Vergaser (und dann voll elektronische Steuerung gab es noch nicht) fügte weder Zuverlässigkeit noch Optimismus bei der Kostensenkung hinzu. Der Hauptschlag war jedoch unerwartet - es stellte sich heraus, dass neben CO und CH auch Stickoxide nicht sehr nützlich waren. Und hier hatten die "Laien" neue Probleme ...
Doch erst zehn Jahre später, etwa Mitte der neunziger Jahre, konnten die Ingenieure auf eine neue Ebene zurückkehren, um alle drei Komponenten in einem Motor elektronisch zu kombinieren: Direkteinspritzung, Steuerung des Verbrennungsprozesses und Schicht-für-Schicht-Vermischung, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen und ein neues Niveau erreichen.
Die ersten, die mit solchen Motoren Serienfahrzeuge der Firma Mitsubishi herstellen, haben die Bezeichnung GDI (Gasoline Direct Injection - "Benzindirekteinspritzsystem"). Andere Hersteller folgten. Bei diesen Motoren gibt es keine separate Vorkammer - die Düse spritzt unter sehr hohem Druck Benzin in den Zylinder ein. Und die Verbrennungskammer hat eine solch „heikle“ Form, dass sich in der Nähe der Kerze ein reichhaltiges Gemisch befindet und im Rest des Volumens schlecht ist.
Es scheint, dass alles in Ordnung ist: Das Verdichtungsverhältnis ist hoch, die Mischung ist schlecht, als Ergebnis werden die schädlichen Emissionen merklich reduziert und die Wirtschaft wird verbessert. Aber wieder begannen Probleme mit Stickoxiden. Tatsache ist, dass die herkömmlichen Dreikomponenten-Neutralisatoren nur die Mischung der üblichen Zusammensetzung (15 kg Luft pro 1 kg Kraftstoff) aus dem Abgas CO, NOX und CH entfernen. Mit den erhöhten Mengen an Stickoxiden mit schlechten Gemischen können sie jedoch nicht mehr zurechtkommen. Wir mussten also neue zusätzliche Katalysatoren entwickeln. Sie funktionieren gut, obwohl sie eine spezielle Flüssigkeit als "Kraftstoff" benötigen. Aber es ist nur gut, wenn kein Benzin Schwefel enthält. Und wenn doch - dann schnell "sterben". Benzin mit völlig schwefelarmem Kraftstoff ist auch in reichen Ländern immer noch selten ...
Daher mussten die Autohersteller die Idee der schichtweisen Einspritzung aufgeben, und das Problem der bereits gebauten Infrastruktur für die Produktion dieser Motoren (und die bereits viel Geld ausgaben) wurde durch das "Flashen" der elektronischen Einspritzsteuerung gelöst.
Nun erfolgt die Kraftstoffeinspritzung nicht, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, sondern früher. Und während der Kolben bis zum oberen Totpunkt geht, hat das Gemisch Zeit, bis es fast homogen ist.
So schlug auch der "Versuch Nummer 2" der Einführung der schichtweisen Gemischbildung und der Verbrennungssteuerung fehl. Wann wird der dritte Versuch, ist unklar. Aber die Tatsache, dass es sein wird - ziemlich vorhersehbar. Immerhin sind schon viele solcher Engines entstanden, die funktionieren, obwohl ihre Fähigkeiten noch nicht vollständig realisiert wurden.
Eine andere Richtung, um die Effizienz des Motors zu erhöhen, ist das Gasverteilungssteuersystem. In den frühen 90er Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts waren sie in letzter Zeit weit verbreitet, aber heute sieht der Motor ohne Phasenregulierung bereits wie ein Anachronismus aus.
Die Logik solcher Systeme ist klar - für einen effizienten Betrieb des Motors bei niedrigen Drehzahlen müssen die Zeit (Dauer) und der Zeitpunkt des Öffnens der Einlass- und Auslassventile eins sein, und mit zunehmenden Drehzahlen - andere. Und heute gibt es viele Systeme, die nicht nur die Öffnungszeit der Ventile regulieren, sondern auch die Größe dieser Öffnung. Was macht den Motor elastisch und das Auto dabei - umweltfreundlich, sparsam und komfortabel.
Wenn wir die Zwischenergebnisse zusammenfassen, können wir folgendes sagen: Ein moderner Benzinmotor ist notwendigerweise mit einstellbaren Phasen und seine besten Proben haben eine Direkteinspritzung. Um die Leistung des Motors zu erhöhen, wird häufig ein Boost verwendet, der die in die Zylinder eintretende Luftmenge und die Leistungsdichte erhöht. Es gibt zwei Aufladungsschemata: Gasturbine, wenn die Turbine den Verdichter antreibt, die Abgase durchdrehen, und Antrieb, wenn der Verdichter direkt vom Motor angetrieben wird. Auch die Antriebsverdichter unterscheiden sich: Volumen, Schrauben, Wellen usw. Solche Systeme haben jedoch nicht viel Verbreitung gefunden, obwohl sie seit langem bekannt sind - im Gegensatz zur Regulierung der Gasverteilungsphasen, der direkten Kraftstoffeinspritzung und der Turboaufladung.
Wankel und andere
Prinzipiell sind Alternativen zu dem alten Design aus der Zeit von Otto und Diesel möglich. Es ist jedoch sehr schwierig, eine funktionierende Maschine zu schaffen, die in jeder Hinsicht mit dem bekannten Schema konkurrieren kann. Stirling, Balandin und viele andere originelle Konzepte und Lösungen verbreiteten sich nicht und standen kurz vor dem Vergessen.
Und obwohl neue Ideen in der Luft sind, ist es sehr problematisch, auch nur die besten davon umzusetzen. Zum Beispiel ist der Rotorblattmotor von Vigriyanov, der ursprünglich für das Prokhorovsky-Mobile vorgesehen war, noch nicht geschaffen worden. Und um es (möglicherweise!) Zur Massenproduktion zu bringen, wird es auf mindestens 10 Jahre geschätzt und eine sehr unbegrenzte Finanzierung. Darüber hinaus müssen einige dieser zehn Jahre in die Ausbildung von Fachkräften investiert werden, die dazu in der Lage sind. Und da es Probleme mit der "unbegrenzten Finanzierung" gibt, wird dieser Motor höchstwahrscheinlich nicht das Licht sehen ...
Der Wankel-Rotationskolbenmotor war vielleicht das einzige Beispiel für die Einführung eines unkonventionellen Designs in die Serienproduktion eines Verbrennungsmotors. Obwohl der Motor dieses Schemas bereits ein gutes halbes Jahrhundert ist, und während dieser Zeit viele Hersteller, die solche Motoren produzierten, längst aus dem Rennen ausgeschieden sind (AvtoVAZ war das letzte Mal), wird es immer noch bei Mazda-Fahrzeugen verwendet. Darüber hinaus hat sich das Unternehmen schon so lange mit diesem Motor beschäftigt und hat solche Indikatoren erreicht, dass es unwahrscheinlich ist, dass irgendjemand dies zumindest tun kann - in Bezug auf Preis, Zuverlässigkeit und Effizienz. Daher ist es unwahrscheinlich, dass er jemals massiv wird.
Reparatur Streit reparieren
Moderne Motoren sind viel zuverlässiger als solche, die vor 20 Jahren hergestellt wurden. Sie müssen nichts einstellen, nichts ändern - sie funktionieren zumindest bis zum Ende der Garantiezeit fehlerfrei.
Aber es gibt eine Nuance - heute ist die Lebensdauer des gesamten Autos viel geringer als zuvor. Vorbei sind die Zeiten, als das Auto "für das Leben" gekauft wurde. Heute gibt es einen Trend: Die Menschen wollen ein neues Automodell fahren. Und weil sich Autos im Durchschnitt nach 3-5 Jahren ändern. Dementsprechend ist es für Automobilhersteller nicht sinnvoll, ein Auto herzustellen, das 20 Jahre lang ohne Schaden auskommt. Es stellt sich also heraus, dass die Flotte wesentlich schneller aktualisiert wird als vor zwei oder drei Jahrzehnten.
Die Zeit der Millionen Triebwerke ist also längst "in Vergessenheit geraten" - sie sind einfach unrentabel
machen. Und warum? Die Motorressource wird unter Berücksichtigung der möglichen Laufleistung des Autos berechnet: Im Durchschnitt können wir maximal 150.000 km sagen.
Offensichtlich sollte die Reparatur des Motors die Ressource erweitern - aber nicht bis ins Unendliche, sondern bis zum Ende der Lebensdauer des Autos (das ebenfalls relativ klein angelegt ist - nicht mehr als 10 Jahre). Was führt dazu? Die Tatsache, dass einige Reparaturvorgänge einfach unnötig sind, und die Reparaturausrüstung "hakt hinter" modernen Motoren.
Bei älteren Motoren betrug die Last beispielsweise 50 l / s pro Liter und bei modernen Motoren (mit Aufladung) doppelt so viel. Bei einem solchen Unterschied in den spezifischen Kapazitäten und Belastungen der Altteile funktioniert es nicht mehr - es werden neue Technologien benötigt. Viele Werke sind heutzutage schlicht undenkbar ohne moderne Ausrüstung - Schleifen, Bohren und Honen - geworden. Es lohnt sich nicht sehr gut, so dass viele Leute es vorziehen, auf die alte Weise zu arbeiten. Aber es war nicht da ...
Bei neuen Motoren werden daher häufig Stangen mit „gebrochenen“ Deckeln verwendet. Traditionelle Konstruktionen von Pleuelstangen, die einzeln hergestellt und dann zusammengebaut werden, eignen sich nicht für moderne, hoch belastete Motoren - ungenau und keinesfalls teuer. Bei der Reparatur von herkömmlichen Pleuelstangen besteht immer die Gefahr einer Fehlausrichtung, was zu verheerenden Folgen für den Motor führt, obwohl herkömmliche Pleuelstangen leicht zu reparieren sind. Aber das "erstochen" - überhaupt nicht repariert.
Ein anderes Beispiel - die Kurbelwelle des alten langsam laufenden Motors könnte geschweißt und poliert werden. Jetzt ist es unmöglich, sich vorzustellen: Ermüdungsrisse führen sehr schnell zur Zerstörung des gesamten Motors. Außerdem ist die manuelle Arbeit mit einer großen Anzahl von Arbeitsvorgängen teuer. Und die Kurbelwelle eines Passagiermotors ist ein riesiger Gegenstand, was bedeutet, dass er kostengünstig ist. Und doppelte oder sogar dreifache Arbeit zu leisten, um das Teil wiederherzustellen, das dann schnell ausfällt, zumindest wirtschaftlich ineffizient.
Gleichzeitig muss bedacht werden, dass das einfache Ersetzen eines Teils, das ausgefallen ist, das Problem des Triebwerksausfalls als Ganzes nicht löst: Ein solcher lokaler Austausch beinhaltet in der Regel eine "Garantie nur für das Tor". Ein moderner, hoch belasteter Motor ist ein komplexer Komplex. Daher muss seine Reparatur umfassend sein. Alles muss „im Kreis“ ersetzt werden, damit der sparsamste Autobesitzer nicht alle 10 bis 15.000 km zurückkommt, um ein anderes Teil zu ersetzen. Deshalb kostet ein qualitativ reparierter Motor nur 25 bis 30% weniger als ein neuer. Aber wie viel ist eine solche Reparatur für den Eigentümer rentabler?
Der aktuelle Reparaturtrend wird also deutlich - der Ersatz eines ausgefallenen Knotens gewinnt nach und nach. Und die Reparatur "in der Garage am Knie" ist nicht mehr möglich. Daher ist es nicht verwunderlich, dass in den letzten Jahren die Anforderungen an die Qualifizierung von Reparaturpersonal erheblich gestiegen sind, dass die Reparaturkosten erheblich gestiegen sind und der Prozess an sich mehr auf den Austausch von Teilen als auf die Reparatur dieser Teile zurückzuführen ist.
Es gibt einen anderen Trend, wenn der Hersteller überhaupt keine Ersatzteile liefert - nur die Motorbaugruppe. Und Reparaturpersonal kann nur den gesamten Motor wechseln, anstatt ihn zu reparieren. Und warum reparieren, wenn die Motoren immer komplexer werden und die handwerkliche Arbeit noch schneller geht?
Und schließlich die "Vertrags" -Motoren ...
Zusammenfassend stellen wir fest: Die modernen "Contract" -Motoren von heute ähneln dem berüchtigten "MMM". Es gibt kein solches "Geberland" auf der Welt, in dem es so viele Motoren mit einem großen Ressourcengleichgewicht geben würde. Und seit modernen Motoren personenkraftwagen Konzipiert für eine begrenzte und sehr begrenzte Laufleistung, war der Kauf eines solchen Motors lange Zeit eine Lotterie - bei der, wie Sie wissen, einer von Tausenden gewinnt. Im besten Fall.
Der Rest wird alle 10 bis 20.000 km angeboten, um ein weiteres "Ticket" zu kaufen - bis das "Limit" für die Reparatur oder den Austausch des Motors durch ein neues festgelegt ist.
- Alexander Chrulev, cand. Tech. Wissenschaft, Direktor der Firma "AB-Engineering"