JAK ROZPOCZYNA SIĘ WSZYSTKO
Tegoroczny silnik spalanie wewnętrzne Obchodzi 147. urodziny, odkąd w 1860 roku, kiedy powozy konne „panowały” na całym świecie, francuski mechanik E. Lenoir zaprojektował pierwszy działający silnik gazowy. Ten silnik był raczej kapryśny i niedoskonały, co w zasadzie nie jest dziwne. Po długich 6 latach dość znany wynalazca N. Otto zaoferował światu swój własny, całkiem idealny w tamtym czasie projekt czterosuwowy silnik gazowy. Prototyp silnika spalinowego był przede wszystkim silnik parowyod jedynego podstawowa różnica - brak dość obszernej kotłowni parowej. Wraz z „utratą” jednostki pary podczas ewolucji, ICE uzyskała swoje zalety: znacznie wyższą wydajność, niższą wagę i rozmiar. Były też wady - silnik wymagał lepszego i bardziej zaawansowanego technologicznie paliwa, ponieważ już nie chciał pracować na drewnie.
W najnowszych wersjach przetwornic z blokadą straty energii są minimalne. Dzięki szeroki wybór dostępnych biegów, prawie zawsze można jechać w optymalnym zakresie prędkości obrotowej silnika, niezależnie od prędkości. Oprócz niższego zużycia paliwa i niezwykle niskiej emisji szkodliwe substancjea także niespotykany komfort jazdy. Każdy, kto prowadził nowoczesny samochód nawet przy małym silniku szybko doceni możliwości i zalety jazdy z małą prędkością. Niezrównany jest również komfort związany z wykorzystaniem technologii tłumienia drgań.
W naszym kraju ICE został „wynaleziony” dopiero w latach 80. XIX wieku, w tym czasie nasz rodak O.S. Kostovich pracował nad projektowaniem benzyny silnik gaźnika. Dalej rozwój ICE przede wszystkim ze względu na nazwisko niemieckiego inżyniera Rudolfa Diesla, ponieważ w 1897 roku to on zaproponował zastosowanie kompresji do zapalenia paliwa. To były narodziny ciężkich silników paliwowych - silniki diesla.
Niezależnie od rodzaju źródła zasilania przyjemność prowadzenia samochodu wyposażonego w nowoczesny napęd, nieporównanie bardziej przyjemne niż kilka lub dziesięć lat temu. Zmiana jest naturalnym elementem postępu. Jednak ostatnio przyspieszył tak bardzo, że samochody z silnikiem spalinowym mogą wyjść z rynku już wkrótce. I taki zwrot wydarzeń w latach dziewięćdziesiątych oczywiście nie oczekiwał nikogo.
Koniec motocykli napędzanych benzyną i olejem napędowym to prawdziwy scenariusz, który zaczyna być potwierdzany w innych krajach. Skandynawowie chcą legalnie uwolnić rynek tylko elektrycznie. Niemcy wyrażają to samo podejście. Jednak w ich przypadku granica została opóźniona o 5 lat.
Dalszy rozwój tłokowe silniki spalinowe przeszły gwałtownie. W konstrukcji silników wiele się zmieniło, ale tylko jego istota pozostała niezmieniona. Do czego doprowadziła ta ewolucja ICE, spróbujmy zrozumieć nasz materiał.
NASZE DNI
Czas, który upłynął od stworzenia pierwszy LÓDwpłynęło oczywiście na koncepcję stworzenia nowoczesnego tłoka silnik samochodowy. Motto naszego silnika brzmi: więcej mocy, mniejsze zużycie. Wydaje się, że te dwa pojęcia są sobie przeciwne, ale okazuje się, że tak nie jest. Aby to potwierdzić, kierowcy różnych silników firmy samochodowe nie śpij w nocy, wymyślając różne systemypozwalając na podniesienie Sprawność silnika do granic możliwości.
Oczywiście zwiększenie udziału technologii elektronicznej o rynek samochodowy to nie tylko egzekwowanie prawa. Coraz częściej staje się także potrzebą konsumenta w wyniku zmiany podejścia nowej generacji. Trendy proekologiczne widoczne są również w Polsce. Przede wszystkim udział w rynku samochody hybrydowe w ciągu kilku lat znacznie wzrasta. Konstrukcja elektryczna działają również bardzo dobrze. Minister energii i rozwoju Mateusz Moravecki będzie nadal stymulował poszukiwanie innowacji technologicznych.
Podczas konferencji „W drodze do samochodów elektrycznych” podkreślił, że za 10 lat chciałby prowadzić milion pojazdów elektrycznych na polskich drogach. Nowy trend rozwój na rynku motoryzacyjnym staje się globalny i jest w dużej mierze podyktowany naprawdę dynamiczną ekspansją działającego segmentu samochodów paliwo alternatywne. Obecnie samochody elektryczne mogą pokonać do 400 kilometrów na jednym ładowaniu, a pierwsze modele z ogniwami wodorowymi są dostępne w sprzedaży w Europie i na całym świecie.
Aby zrozumieć, w którym kierunku rozwinie się budowa silnika, konieczne jest zrozumienie przeszkód stojących na drodze. Przeszkody są następujące: straty mechaniczne, niepełne wykorzystanie energii spalania paliwa, problemy związane z ekonomią, wysokie koszty nowoczesnych silników i układów sterowania, zwiększona masa silnika, poprawiona wydajność silnika.
Połączenie silnika spalinowego z silnikiem elektrycznym nie jest jedynym pomysłem na rozwój. To rozwiązanie jest dziś idealne z kilku powodów. Dopływ gazu do silnika jest dobrze znanym sposobem oszczędzania przy jednoczesnym zmniejszeniu toksyczności. spaliny. Czesi oferowali możliwość modernizacji samochodu przez wiele lat dzięki instalacji. Obecnie oferują co najmniej kilka wersji silnikowych różnych modeli.
Ekologia na rynku motoryzacyjnym może mieć wiele twarzy. Jeśli obniżenie emisji szkodliwych związków jest nieuniknione w przypadku samochodów, ważne jest, aby zmaksymalizować szeroki zakres. Kierowcy otrzymają wówczas wybór, który pozwoli im dokonać wyboru konkretna decyzja dla twoich potrzeb i możliwości.
Zacznijmy w porządku. Straty mechaniczne w nowoczesnych silnikach można zmniejszyć na kilka sposobów.
Po pierwsze, znacznie zaostrz tolerancje przy produkcji części silnika.
Po drugie, konieczne jest zmniejszenie bezwładności układu korbowego, to znaczy maksymalne odciążenie tłoków, korbowodów, wału korbowego i wałek rozrządujak również koło zamachowe. Nic dziwnego, że nowoczesne silniki wykorzystują tłoki z krótką „osłoną” wykonaną na bazie stopów aluminium. Ponadto do ich produkcji wykorzystywane są dwie technologie. Zgodnie z pierwszą technologią produkowane są tłoki do silników o niskim doładowaniu - są one wytwarzane różnymi metodami odlewania. Zgodnie z drugą technologią tłoki do silników wymuszonych wytwarza się metodą kucia matrycowego (lub prościej). Wałki rozrządu są wydrążone zgodnie z następującą technologią: oddzielnie wykonane krzywki są montowane na cylindrycznym wale wałka chłodzonym ciekłym azotem. Koło zamachowe jest tak lekkie, jak to możliwe, aby nie przeszkadzać silnikowi przez obracanie nadmiaru masy, a reakcja na naciśnięcie pedału gazu zostanie zmniejszona.
Nowa technologia zapewnia oszczędności kosztów olej napędowya także ekologię znaną z silników benzynowych. Następnie, gdy silnik już się rozgrzewa, mieszanka paliwowa zapalił się pod wysokie ciśnienie. Specjalny wtryskiwacz dostarcza jednorodną mieszaninę mgły do \u200b\u200bkomory spalania. Dystrybucja paliwa jest jednolita w całej komorze, a po zwiększeniu ciśnienia tłoka wzrasta temperatura - następuje zapłon. Stopień sprężania jest podobny do pokazanego w silnikach wysokoprężnych. Świece mogą pomóc w pracy wysoka prędkość.
Po trzecie, należy wspomnieć o nowoczesnym oleje silnikowe o niskiej lepkości, która również w niewielkim stopniu przyczynia się do skarbonki w celu zwiększenia wydajności, ponieważ straty tarcia są zmniejszone, zarówno podczas pompowania przez kanały olejowe, jak i wewnątrz samego oleju.
Po czwarte, aby rozszerzyć zastosowanie różnych powłok przeciwciernych, które mogą znacznie zmniejszyć siłę tarcia, a także zastosowanie części wykonanych na bazie związków azotków i węglików krzemu, czyli ceramiki.
Następne ogłoszone przez nas pytanie dotyczyło wydajności nowoczesnych silników. Wykorzystuje różne koncepcje minimalizacji zużycia paliwa, tylko niektóre starają się „wycisnąć” wszystkie silniki benzynowe, te ostatnie polegają na silniki dieslaa inni budują hybrydę elektrownie. Kto będzie miał rację, zobacz w najbliższej przyszłości.
Ale faktem jest, że niezależnie od tego, kto stosuje się do której koncepcji, wszyscy korzystają z prawie tych samych osiągnięć technologicznych. Na przykład dzisiaj nie można tego zobaczyć nowoczesny silnik z dwoma zaworami na cylinder. „Dlaczego?” - pytasz. Tak, ponieważ zastosowanie wielozaworowej (od 3 do 5 zaworów na cylinder) dystrybucji gazu może zmniejszyć straty pompy oraz zwiększyć moc i wydajność silnika. Na przykład nie musisz iść daleko: spróbuj zamknąć jedno nozdrze i biegnij przez 300 metrów, a następnie powtórz eksperyment bez wcześniej nałożonych ograniczeń. Czy poczułeś różnicę? To samo dzieje się z silnikiem. Nawiasem mówiąc, warto przypomnieć nasz przemysł samochodowy, a mianowicie 4-cylindrowe 8- i 16-zaworowe silniki AvtoVAZ: o tej samej objętości 1,5 litra, jeden z nich wyprodukował 78 litrów. S., a drugi - 92.
Oprócz rozrządu wielozaworowego na wałkach rozdzielczych gazu stosowane są przesuwniki faz, za pomocą których odbywa się ciągła regulacja faz wlotowych i wylotowych. Szczególnie w tej dziedzinie udało się inżynierom z Niemiec i Japonii. Na przykład system BMW VANOS, który po raz pierwszy pojawił się w silniku serii M50 w 1992 roku i umożliwił regulację faz otwierania i zamykania tylko zaworów dolotowych. Po chwili pojawił się system BI-VANOS, który zarządzał zarówno zaworami dolotowymi, jak i wydechowymi. Działanie tych systemów jest następujące. Przy niskich prędkościach obrotowych przesuwniki faz przesuwają otwarcie zaworu wlotowego na późniejszy okres, co zapewnia oszczędność paliwa i zwiększa moment obrotowy. Przy średnich prędkościach obrotowych zawory otwierają się nieco wcześniej, co pozwala zwiększyć moment obrotowy i znacznie ograniczyć emisje szkodliwych substancji do atmosfery. Przy wysokich prędkościach obrotowych silnika zawory dolotowe otwierają się z niewielkim opóźnieniem, dzięki czemu moc w strefie znacznie wzrasta maksymalne obroty, ponieważ w cylindrze powstaje większa próżnia, co oznacza, że \u200b\u200bdo cylindrów dostaje się znacznie więcej powietrza. Interesujące jest również to, że ostatnio, po raz pierwszy na świecie, dalej samochody LEXUS pojawiły się przesunięcia fazowe z napędem elektrycznym, które umożliwiają regulację faz dystrybucji gazu praktycznie od zerowej prędkości obrotowej silnika, co jest w zasadzie niemożliwe dla przesunięć fazowych z napędem hydraulicznym.
FAZY RUCHOME
Należy osobno wspomnieć o systemach sterowania podnoszeniem zaworów (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), które znacznie poprawiają zarówno wydajność silnika, jak i oszczędność paliwa. Weźmy na przykład słynny system Valvetronic od BMW. Opracowując ten system, inżynierowie postanowili radykalnie zrezygnować z przepustnicy, chociaż w trakcie finalizowania go mimo to go opuścił, zaczął służyć do diagnozowania systemu Valvetronic i jest stale w pozycji otwartej. Warto przypomnieć, że zarządzając procesem paszowym mieszanka powietrza znaczna przepustnica opór aerodynamiczny i turbulencje, szczególnie przy niepełnym otwarciu przesłony. Regulacja ilości mieszanki powietrza w systemie Valvetronic miała nastąpić ze względu na zmianę wartości skoku zaworu, tj. Sam zawór służył jako przepustnica. W tym celu opracowano specjalny mechanizm, który umożliwił regulację skoku zaworu w zakresie od 0 do 10 mm. Idea systemu jest następująca. Wałek rozrządu zarządza otwarciem zaworu nie bezpośrednio, ale poprzez specjalną dźwignię, która może zmieniać jego położenie w przestrzeni, zmieniając w ten sposób wielkość ruchu wahacza, co bezpośrednio wpływa na zawór. Dźwignia jest regulowana za pomocą przekładnia ślimakowa i silnik elektryczny, a komputer zarządza całym procesem. Zastosowanie tego systemu doprowadziło do zmniejszenia zużycia paliwa przy niskich prędkościach i mocy przy dużych prędkościach, ponieważ prędkość napełniania cylindrów znacznie wzrosła mieszanka paliwowo-powietrzna. Jednocześnie czas reakcji na pedał przyspieszenia został znacznie skrócony. Ale silniki wyposażone w ten system mają niewielką wadę - brak próżni kolektor dolotowy, który jest niezbędny do działania próżniowego urządzenia wspomagającego hamulce. Problem został rozwiązany w następujący sposób: niemieccy inżynierowie wzięli i zainstalowali oddzielną pompę, która wytworzyła niezbędną próżnię.
CYLINDRY POŁOWOWE!
Oprócz tak zaawansowanych technologicznie środków, jak elektryczny napęd pompy, wyłączony generator, elektryczne wspomaganie kierownicy, które są stosowane w celu zwiększenia wydajności silników, stosowane są również inne bardziej radykalne metody. Na przykład wyłączenie części cylindrów bezczynny lub w trybach częściowego obciążenia dla silników wielocylindrowych. Co więcej, do niedawna systemy te były używane głównie przez amerykańskich projektantów, aby uzyskać przynajmniej system odcinania butli General Displacement-on-Demand („objętość robocza na żądanie”). Idea systemu jest dość prosta: po dotarciu do silnika temperatura pracy elektronika zaczyna sprawdzać różne czujniki, a jeśli wykryje, że silnik pracuje w trybie częściowego obciążenia, przestaje dostarczać paliwo do połowy cylindrów, czyli 4. Ponadto cylindry są wyłączone po przekątnej, aby silnik nie powodował wibracji. Maksymalnie osiągnięty efekt zużycie paliwa wyniosło 25% wartości nominalnej, a to całkiem niezły wynik. Podobny system został wprowadzony i firma Hondapokazując publiczności nowy 3,4-litrowy 6-cylindrowy silnik, w którym 3 cylindry zostaną odcięte podczas cichego poruszania się w przestrzeni.
Możesz również zwiększyć wydajność i wydajność silnika za pomocą bardziej zaawansowanego układu zapłonowego. Wystarczy przypomnieć słynne silniki z układem Twin Spark od Alfa-Romeo, w którym stosuje się dwie świece na cylinder. System ten, jak w zasadzie i wiele więcej, migrował do silnika samochodowego wraz z silniki lotnicze w latach 20. ubiegłego wieku. Druga świeca zapłonowa pozwoliła na więcej całkowite spalanie paliwo, które zwiększyło wydajność, a wszystko inne zmniejszyło zużycie paliwa i zwiększyło odporność na uderzenia. Nic dziwnego w 12 cylindrach silnik z turbodoładowaniem od Mercedesa, gdzie kwestia detonacji jest najbardziej dotkliwa, stosuje się układ zapłonowy z dwiema świecami na cylinder.
Nie sposób nie wspomnieć w naszej rozmowie o nowoczesnych trendach w budowie silników: bezpośredni wtrysk paliwa do cylindrów. Pomysł dostarczania paliwa bezpośrednio do cylindrów nie jest wystarczająco nowy; został po raz pierwszy zrealizowany przez inżynierów Roberta Boscha w latach 30. XX wieku podczas projektowania silników lotniczych, a system był sterowany mechanicznie. Długi czas system bezpośredni zastrzyk paliwo nie znalazło właściwego zastosowania, chociaż okresowo pojawiały się wyposażone w niego samochody. Przywołaj przynajmniej legendarny Mercedes-Benz 300SL 1954, ponieważ został wyposażony w mechaniczny wtrysk Bosch. System bezpośredniego wtrysku przetrwał odrodzenie na początku lat 90. ubiegłego wieku, kiedy zaczęły pojawiać się dość niezawodne i nowoczesne systemy elektroniczne zarządzanie.
Mitsubishi poczyniło duży krok w rozwoju i wdrażaniu tych systemów dzięki silnikom GDI. Wyjątkowość tego silnika polegała na tym, że mógł on pracować na bardzo ubogim podłożu mieszanka paliwowo-powietrznaw którym stosunek benzyny do powietrza osiągnął masę 40: 1, pomimo faktu, że idealny stosunek 14,7: 1. Oznacza to, że taka zubożona mieszanina wcale nie powinna się palić, ale dzięki specjalnemu kształtowi tłoka i wąsko skierowanemu palnikowi natryskowemu mieszanina o idealnym składzie stechiometrycznym spadła bezpośrednio na świecę zapłonową, chociaż była bardzo słaba w całym cylindrze. W ten silnik Zorganizowano trzy tryby pracy systemu.
Pierwszy - wtrysk paliwa miał miejsce przy suwach wlotowym i sprężania, ten tryb był konieczny do zwiększenia momentu obrotowego przy niskich prędkościach obrotowych silnika.
Drugi to wtrysk w momencie wlotu, ten tryb został wykorzystany do osiągnięcia maksymalnej mocy silnika.
Trzeci tryb - tryb ubogiego wtrysku przy suwie sprężania zastosowano do zwiększenia oszczędności paliwa przy niskim obciążeniu i w trybie jałowym.
Osobno warto wspomnieć, że wtrysk benzyny bezpośrednio do komory spalania pozwala na zwiększenie odporności detonacyjnej silnika, ponieważ benzyna bierze udział ciepła z powietrza ogrzanego w cylindrze podczas parowania. Współczynnik ten pozwala zwiększyć stopień sprężania i odpowiednio zmniejszyć zużycie paliwa. Ze wszystkimi swoimi zaletami, a mianowicie zwiększeniem mocy, oszczędności paliwa i zmniejszeniem emisji szkodliwych substancji, silnik okazał się dość drogi, ponieważ wykorzystywał zaawansowane technologicznie komponenty. Na przykład pompa paliwowa wysokie ciśnienie, rozwijające się 50 bar (in najnowsze osiągnięcia ciśnienie osiąga 200 barów), a pedał gazu nie miał bezpośredniego połączenia przepustnica. Zastosowano także oryginalną głowicę cylindrów, w której kanały wlotowe wykonano pionowo. Minęło ponad 10 lat od rozpoczęcia produkcji tego silnika, a teraz prawie wszyscy producenci próbowali bezpośredniego wtrysku do swoich silników.
Obecnie specjaliści w dziedzinie budowy silników zajmują się nie tylko poprawą oszczędności paliwa i wydajności silnik tłokowy, są szczególnie zaniepokojeni kwestią gwałtownego „pogrubienia” silnika, wypełnionego różnymi układami elektroniczno-mechanicznymi. W erze silnika gaźnika wszystko było znacznie prostsze, blok cylindrów był wykonany z dość ciężkiego, ale wytrzymałego specjalnego żeliwa szarego. Nawiasem mówiąc, użycie tego rodzaju materiału nie jest przypadkowe, ponieważ wibracje, które powstały w żeliwie szarym tłumią około 10 razy szybciej niż w stali. Głowa została odlana ze stopu na bazie aluminium i wszystko było w porządku. Teraz walka toczy się o każdy gram nadwagi. Przypomnij sobie bimetaliczny blok cylindrów 3-litrowego 6-cylindrowego silnika BMW. Wewnętrzna, bardziej obciążona część bloku cylindrów płaszcza chłodzącego jest wykonana ze stopu aluminium o wysokiej zawartości krzemu. Część zewnętrzna, mniej obciążona, wykonana jest z magnezu. Technologia wytwarzania takiego bloku cylindrów jest bardzo złożona, a oszczędność masy wynosi około 10 kg w porównaniu do bloku z całego aluminium. Oczywiście możesz pomyśleć, że jest to tylko krok marketingowy mający na celu zwiększenie reputacji marki, ale nie jest to do końca prawda. Ponieważ jeśli uda nam się „zrzucić” kilka kilogramów, a nawet gramów z jednej części, razem osiągniemy ogromny przyrost masy. Muszę powiedzieć, że podczas wprowadzania aluminium w przemyśle silnikowym inżynierowie stanęli przed problemem niskiej odporności na zużycie skrzydlatego metalu. Dlatego następnie opracowano specjalne powłoki w celu ochrony lustra cylindra przed zużyciem. Jedną z takich powłok był znany „Nikasil” - połączenie żaroodpornego niklu z odpornym na zużycie węglikiem krzemu, który wszedł do masowej branży motoryzacyjnej ze świata ras królewskich. Oprócz zmniejszenia masy, koncerny samochodowe starają się zmniejszyć koszty związane z rozwojem i produkcją silników. Dlatego dziś dość często można obserwować współpracę dużych firm motoryzacyjnych w zakresie projektowania silników.
SZYBKA PRZYSZŁOŚĆ
Trudno przewidzieć, co wydarzy się w świecie budowy silników w ciągu najbliższych 10 lat, ale nadal można określić ogólne kierunki rozwoju. Najważniejszym kierunkiem uderzenia jest hybrydyzacja, a jak dotąd muszę powiedzieć, że nacisk kładziony jest na gazowo-elektryczny tandem, chociaż współpraca diesel-elektryczna, naszym zdaniem, jest bardziej uzasadniona, szczególnie jeśli głównym celem jest oszczędność paliwa, a nie marketingowe sztuczki. Gry wodorowe najprawdopodobniej się zakończą, ponieważ zalety samochodów wyposażonych w ultralekkie silniki paliwowe są raczej mgliste. Najpierw musisz zdobyć wodór, a z wodoru już zużywają drogie ogniwa paliwowe - prąd.
Najprawdopodobniej niedługo zaprezentowany zostanie silnik wyposażony w hydrauliczny lub elektromagnetyczny siłownik zaworu. Ta innowacja pozwoli ci natychmiast porzucić dwa systemy: regulację rozrządu i skoku zaworu. Wzrośnie również wydajność tej innowacji, ponieważ nie będzie konieczne obracanie masywnych elementów systemu dystrybucji gazu. Chciałbym w końcu zobaczyć i silnik szeregowywyposażony w system regulacji kompresji, teoretycznie powinien stać się bardzo ekonomiczny.
Małe „złe” silniki wyposażone w turbodoładowanie również będą dalej rozwijane, ponieważ stosunek mocy i momentu obrotowego do masy jednostkowej jest dość duży. To rura wydechowaNawiasem mówiąc, generator może się również poruszać, ponieważ energia spalin jest duża, ale praktycznie nie jest używana. Mówiąc o silnikach, nie zapominaj o silnikach wysokoprężnych, prawdopodobnie uzyskają przewagę liczebną w przyszłości, ponieważ więcej jest dziś sprzedawanych w Europie samochody z silnikiem dieslaniż benzyna, ale porozmawiamy o nich później.
Chcesz kupić lub sprzedać? Skorzystaj z naszego aUKCJA INTERNETOWA !
Akcesoria samochodowe i dodatkowe wyposażenie, radar parkowania i magnetowidy z pierwszej ręki!
Jeśli mówimy o trendach budowy współczesnego silnika na świecie, silnik spalinowy pozostaje na pozycji lidera, chociaż uczciwie należy zauważyć, że nadal istnieją pewne próby „wkroczenia” do „świętego świętych” - na przykład serial samochód elektryczny Tesla. Ponieważ jednak przemysł naftowy jest dziś kluczowym przemysłem w światowej gospodarce, dominacja silników spalinowych przez wiele dziesięcioleci może pozostać niezachwiana.
Trochę historii. Smutne ...
Nowoczesne silniki niewiele zmieniły się strukturalnie od czasów „ojców założycieli”: Nikolausa Augusta Otto i Rudolpha Christiana Karla Diesla. Dzisiaj to samo wał korbowy, korbowody, tłoki, cylindry, zawory, mechanizm rozdzielczy.
Dlatego wszystkie innowacje w budowie silników opierają się na nowych materiałach i technologiach, w tym związanych ze sterowaniem elektronicznym.
Na przykład, jeśli 20 lat temu blok cylindrów był prawie wszędzie wykonany z żeliwa, dziś blok żeliwny rzadkie, płynnie przechodzące w kategorię anachronizmów. Obecnie bloki są wykonane z aluminium, które jest zarówno lżejsze, jak i bardziej zaawansowane technologicznie. Początkowo były problemy z siłą i sztywnością, ale stopniowo były rozwiązywane.
To prawda, że \u200b\u200bcałkowicie aluminiowe silniki naprawdę zapuszczają korzenie - są bardzo wrażliwe na smarowanie, chłodzenie i przerwy. Ale aluminiowy blok z żeliwnymi tulejami jest znacznie mniej wymagający w działaniu. Stare dobre żeliwo używane przez Otto i Diesel nadal będzie służyło ...
Ogólnie należy zauważyć, że stworzenie nowego silnika nawet w tradycyjnym schemacie jest procesem bardzo długim. Okazuje się, że skład samochody zmieniają się średnio po czterech do pięciu latach, a silnik w nich często kosztuje poprzednie modele, a nawet wcześniej. I często nawet w nowych silnikach stosuje się elementy ze starych - na przykład blok cylindrów. Tak więc silniki „żyją” przez długi czas - benzyna średnio 10-15 lat, a silniki Diesla łatwo „żyją” do 20, a nawet 30 lat.
I jeszcze jedno. Niestety muszę przyznać, że w Rosji praktycznie nie było własnego rozwoju silnika - wszystko zabrano „stamtąd”, z zagranicy. I często nawet to, co tam odrzucono. Rezultat jest oczywisty - dzisiaj zaawansowane budowanie silników w naszym kraju po prostu nie istnieje. Jak projektanci odrodzenia.
Sukces, porażka i trendy
W nowoczesnym budowaniu silników istnieją dwa główne trendy: pierwszy to ograniczenie szkodliwe emisjea drugim jest zmniejszenie zużycia paliwa. Są to powiązane ze sobą zadania: redukując zużycie, automatycznie redukujemy emisje.
Ale jeśli 10-15 lat temu tradycyjny tlenek węgla - CO, tlenki azotu - NOx i węglowodory - CH zostały uznane za „szkodliwe emisje”, dziś dwutlenek węgla CO2, który powoduje „efekt cieplarniany”, stał się również głównym zrzutem. A jeśli weźmiemy pod uwagę, że każde paliwo węglowodorowe ostatecznie rozpada się na wodę i dwutlenek węgla, wówczas emisje CO2 można zmniejszyć w jedyny sposób: poprzez zmniejszenie zużycia paliwa.
Tutaj musimy wziąć pod uwagę taki niuans: sprawność silnika spalinowego jako całości wynosi tylko około 25-30%. Okazuje się, że tylko jedna czwarta benzyny w silniku spalinowym jest zużywana na ruch drogowy - pozostałe trzy czwarte po prostu wlewa się do rury. I ciepło środowisko. Dlatego inżynierowie walczą o każdy „dodatkowy” procent przy pomocy dość złożonych rozwiązań technicznych.
Najpewniejszym sposobem jest zwiększenie określonych parametrów silnika: po prostu, weź „jeden” moc»Przy mniejszym zużyciu paliwa. Na przykład jeden z głównych sposobów na zwiększenie wydajności silnik gazowy jest zwiększenie stopnia kompresji. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania zwiększa się wydajność spalania paliwa w cylindrze, co oznacza, że \u200b\u200bwspółczynnik wzrasta korzystne działanie Cykl (wydajność) - i silnik jako całość.
W szczególności zwiększenie podstawowych parametrów silników, w tym poprzez zwiększenie stopnia sprężania, daje układy bezpośredniego wtrysku benzyny do cylindra - wtrysk zmienia tryby detonacji, usuwa nierównomierne zasilanie paliwem i zwiększa napełnianie cylindrów.
W rzeczywistości pomysł ten jest dość stary: wtrysk bezpośredni był szeroko stosowany w silnikach lotniczych lat 40. ubiegłego wieku. Inżynierowie musieli wówczas osiągnąć niespotykaną gęstość mocy 70 KM. z 1 litrem pojemności silnika przy maksymalnie 2500-3000 obr / min Dzisiaj jest to gęstość mocy konwencjonalnego silnika samochodowego (choć dwukrotnie wysokie obrotytak aby poziom lotnictwa sprzed 70 lat nadal nie został przekroczony nowoczesny motoryzacyjny) - a następnie można było je osiągnąć w lotnictwie jedynie za pomocą bezpośredniego wtrysku.
Ale układ zasilania paliwem był mechaniczny, tj. skomplikowane, drogie i wymagające ciągłych korekt, co było do zaakceptowania w lotnictwie, ale nie w samochodach.
Również sterowanie mechaniczne bezpośredni zastrzyk był dobry w niskie obrotywymagane dla ówczesnych silników lotniczych ( śmigło mimo wszystko!). A wraz z ich wzrostem, przynajmniej do 6000 obrotów na minutę, mechanicy nie mogli sobie poradzić.
W rzeczywistości „powrót” do starego pomysłu z lat 1990–2000 był możliwy dzięki rozwojowi elektroniki, który umożliwił wdrożenie bezpośredniej kontroli wtrysku na wysokie obroty silnik - wraz z wprowadzeniem elementów elektronicznych stało się możliwe kontrolowanie procesu spalania, co nie miało miejsca wcześniej.
Gaźnik i tradycyjne układy wtryskowe - tak zwane tworzenie mieszanki zewnętrznej, pozwoliły tylko zmieszać 15 kg powietrza z 1 kg paliwa i wprowadzić mieszaninę do cylindrów. I to wszystko. Ale elektroniczna kontrola bezpośredniego wtrysku do cylindra pozwala inżynierowi wybrać - kiedy wtryskać paliwo, ile wtryskać. Nawet kilka razy wtryskuje paliwo w jednym cyklu silnika.
W latach 70. XX wieku projektanci, aby zaoszczędzić paliwo, zasugerowali zastosowanie zasady wtrysku „warstwa po warstwie”, realizowanego w postaci tak zwanego „zapłonu przedkomorowego”. Pomysł polegał na tym, że w specjalnej komnacie bogata mieszankaktóry po zapaleniu przez świecę tworzy pochodnię, która podpala słabą mieszankę podawaną bezpośrednio do cylindra. Maszyny z takimi silnikami (z akronimem STCC - Compound Vortex Controlled Combustion) opracowywane i produkowane przez długi czas japońska honda, a nawet gorky Automobile Plant przez pewien czas produkowała Volga z silnikami z komorą wstępną. Ale w końcu do połowy lat osiemdziesiątych trzeba było porzucić ten pomysł. W końcu musiałem ugotować dwie mieszanki paliwowo-powietrzne naraz: biedną, która potrzebowała dużo, i bogatą, która potrzebowała trochę. I przesyłaj je osobno - jednocześnie w dokładnych odstępach czasu. Złożone gaźniki (a następnie pełne kontrola elektroniczna jeszcze nie istniał) nie dodał ani niezawodności, ani optymizmu w celu zmniejszenia kosztów. Ale główny cios był nieoczekiwany - okazało się, że oprócz CO i CH tlenki azotu również nie są bardzo przydatne. I tutaj „warstwy” miały nowe problemy ...
Ale po zaledwie 10 latach, mniej więcej w połowie lat 90., inżynierowie mogli powrócić do pomysłu na nowym poziomie, dzięki czemu wszystkie trzy elementy można połączyć elektronicznie z jednym silnikiem: wtrysk bezpośredni, kontrola spalania i tworzenie mieszanki warstwa po warstwie, co umożliwiło zwiększenie stopnia sprężania i osiągnąć nowy poziom.
Pierwszy do stworzenia samochody produkcyjne z takimi silnikami w mitsubishi - Są oznaczone jako GDI (Gasoline Direct Injection - „system bezpośredniego wtrysku benzyny”). Inni producenci poszli za nimi. Silniki te nie mają osobnej komory wstępnej - wtryskiwacz wtryskuje benzynę do cylindra pod bardzo wysokim ciśnieniem. A komora spalania ma tak „trudny” kształt, że w strefie w pobliżu świecy znajduje się bogata mieszanka, a reszta objętości jest uboga.
Wydaje się, że wszystko jest w porządku: współczynnik kompresji jest wysoki, mieszanina jest słaba, w wyniku czego szkodliwe emisje są znacznie zmniejszone, a wydajność poprawiona. Ale znowu zaczęły się problemy z tlenkami azotu. Faktem jest, że tradycyjne trójskładnikowe neutralizatory usuwa się ze spalin CO, NOX i CH tylko w mieszaninie o zwykłym składzie (15 kg powietrza na 1 kg paliwa). Ale nie są już w stanie poradzić sobie z ilością tlenków azotu zwiększoną przy złych mieszaninach. Musiałem więc opracować nowe dodatkowe katalizatory. Działają dobrze, chociaż wymagają specjalnego płynu jako „paliwa”. Ale to dobrze, tylko jeśli benzyna nie zawiera siarki. A jeśli tak, to szybko umrą. W końcu benzyna z całkowitym brakiem siarki jest nadal rzadkością nawet w bogatych krajach ...
Dlatego producenci samochodów zostali zmuszeni do porzucenia pomysłu wtrysku warstwowego, a problem już zbudowanej infrastruktury do produkcji tych silników (i dużej ilości pieniędzy już wydanych) został rozwiązany przez „przepłukanie” elektronicznego sterowania wtryskiem.
Teraz wtrysk paliwa nie jest wykonywany, gdy tłok jest blisko szczytu ” martwy punkt„I wcześniej. I podczas gdy tłok dociera do TDC, mieszanina udaje się mieszać, aż staje się prawie jednorodna.
Tak więc „próba nr 2” wprowadzenia tworzenia mieszanki warstwa po warstwie i kontroli spalania również nie powiodła się. Kiedy będzie trzecia próba, nie jest jasne. Ale fakt, że tak będzie, jest dość przewidywalny. W końcu wiele takich silników zostało już utworzonych, działają, chociaż ich możliwości nie zostały jeszcze w pełni wykorzystane.
Kolejnym kierunkiem zwiększania wydajności silników spalinowych jest układ kontroli fazy dystrybucji gazu. Dystrybucję zyskały niedawno, na początku lat 90. XX wieku, ale dziś silnik bez kontroli fazy już wygląda jak jakiś anachronizm.
Logika takich systemów jest zrozumiała - dla efektywna praca silnik przy niskiej prędkości (czas trwania) i momencie otwarcia wlotu i zawory wydechowe powinno być jedno, ale ze wzrostem prędkości - inne. A dziś istnieje wiele systemów, które regulują nie tylko czas otwarcia zaworu, ale także wielkość tego otwarcia. Co sprawia, że \u200b\u200bICE jest elastyczny, a samochód z nim - ekologiczny, ekonomiczny i wygodny.
Podsumowując wynik pośredni, możemy powiedzieć, co następuje: nowoczesny silnik benzynowy - koniecznie z regulowanymi fazami, a najlepsze próbki mają bezpośredni wtrysk. Aby zwiększyć moc silnika, często stosuje się doładowanie, które zwiększa ilość powietrza wpływającego do cylindrów i moc właściwą. Istnieją dwa schematy doładowania: turbina gazowa, gdy turbina napędu sprężarki jest nieskręcona spalinyi jechać, gdy sprężarka jest napędzana bezpośrednio z silnika. Napęd sprężarek również inne: wolumetryczne, śrubowe, falowe itp. Ale… szeroko rozpowszechnione takie systemy nie zostały odebrane, chociaż były znane od dawna - w przeciwieństwie do regulacji rozrządu zaworów, bezpośredniego wtrysku paliwa i turbodoładowania.
Wankel i inni
Zasadniczo możliwe są alternatywy dla starego projektu stworzonego w czasach Otto i Diesla. Jednak stworzenie działającego silnika, który byłby w stanie konkurować na równych warunkach ze zwykłym schematem pod każdym względem, jest bardzo trudne. Silniki Stirlinga, Balandina i wiele innych oryginalnych schematów i rozwiązań nie są szeroko stosowane i są na skraju zapomnienia.
I choć pojawiają się nowe pomysły, wdrożenie nawet najlepszych z nich jest bardzo problematyczne. Na przykład silnik łopatkowy wirnika Vigriyanova, który pierwotnie planowano zainstalować w ok-mobile Prochorowskiego, nie został jeszcze stworzony. I aby (być może!) Doprowadzić do masowej produkcji, będzie to, według szacunków, co najmniej 10 lat i bardzo nieograniczone finansowanie. Co więcej, kilka z tych 10 lat trzeba będzie przeznaczyć na szkolenie specjalistów, którzy są w stanie to wychować. A ponieważ wydaje się, że występuje problem z „nieograniczonym finansowaniem”, silnik ten prawdopodobnie nigdy nie ujrzy światła dziennego ...
Obrotowy silnik tłokowy Wankela jest chyba jedynym przykładem produkcja masowa LÓD o niekonwencjonalnym designie. Chociaż silnik tego obwodu był dobry przez pół wieku i w tym czasie wielu producentów, którzy produkowali takie silniki, już dawno „poszło daleko” (AvtoVAZ był ostatnim), do dziś jest on montowany w samochodach Mazdy. Co więcej, firma była zaangażowana w ten silnik tak długo i osiągnęła taką wydajność, że jest mało prawdopodobne, aby ktokolwiek mógł zrobić co najmniej to samo - pod względem ceny, niezawodności i wydajności. Dlatego jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek stała się powszechna.
Napraw niezgodę naprawy
Nowoczesne silniki są znacznie bardziej niezawodne niż te wyprodukowane na przykład 20 lat temu. Nie muszą niczego regulować, niczego zmieniać - działają bezawaryjnie, przynajmniej do końca okresu gwarancji.
Ale jest pewien niuans - dziś żywotność całego samochodu jest znacznie mniejsza niż wcześniej. Dawno minęły czasy, kiedy samochód został zakupiony „na całe życie”. Dziś panuje trend: ludzie chcą jeździć nowym modelem samochodu. A ponieważ samochody zmieniają się średnio po 3-5 latach. W związku z tym producenci samochodów nie mają sensu tworzyć samochodów, które przetrwałyby 20 lat bez awarii. Okazuje się, że flota jest aktualizowana znacznie szybciej niż dwie lub trzy dekady temu.
Czas silników „milionerów” dawno zapadł w zapomnienie - są po prostu nieopłacalne
robić. Tak i dlaczego Zasób silnika jest obliczany z uwzględnieniem możliwego przebiegu samochodu: średnio możemy mówić o maksymalnie 150 tysiącach kilometrów.
Oczywiście naprawa silnika powinna przedłużyć żywotność - ale nie do nieskończoności, ale do końca żywotności samochodu (który jest również stosunkowo niewielki - nie więcej niż 10 lat). Do czego to prowadzi? Co więcej, niektóre procesy naprawcze stają się po prostu niepotrzebne, a sprzęt naprawczy stoi za nowoczesnymi silnikami.
Na przykład w starszych silnikach poziom obciążenia wynosił 50 l / s przy 1 litrze objętości, a w nowoczesnych (z doładowaniem) - dwa razy więcej. Przy takiej różnicy w konkretnych pojemnościach i obciążeniach komponentów „dobry stary” już nie działa - potrzebne są nowe technologie. Dzisiaj wiele prac stało się po prostu niemożliwych bez nowoczesnego sprzętu - szlifowania, wytaczania, honowania. Nie opłaca się zbyt dobrze, więc wiele osób woli pracować w starym stylu. Ale tam było ...
Dlatego w przypadku nowych silników często stosuje się korby ze „połamanymi” pokrywami. Tradycyjne konstrukcje pokryw korbowodów, wykonane osobno, a następnie zmontowane, nie nadają się do nowoczesnych silników o dużym obciążeniu - niedokładne i bardzo drogie. A podczas naprawy tradycyjnych korbowodów zawsze istnieje niebezpieczeństwo niewspółosiowości, co prowadzi do katastrofalnych konsekwencji dla silnika, chociaż tradycyjne korbowody można łatwo naprawić. Ale te „rozdrobnione” wcale nie są naprawiane.
Kolejny przykład - wał korbowy w starym wolno poruszającym się silniku można przyspawać i wypolerować. Teraz nie można sobie nawet wyobrazić: pęknięcia zmęczeniowe bardzo szybko prowadzą do zniszczenia całego silnika. Również praca ręczna z dużo operacje są drogie. Wał korbowy silnik pasażera - przedmiot jest masywny, a zatem niedrogi. I wykonać podwójną, a nawet potrójną pracę, aby przywrócić część, która następnie szybko zawodzi, przynajmniej ekonomicznie nieefektywna.
Należy pamiętać, że zwykła wymiana jednej uszkodzonej części nie rozwiązuje problemu awarii silnika jako całości: taka lokalna wymiana zwykle obejmuje „gwarancję tylko na bramkę”. Nowoczesny silnik o wysokim obciążeniu jest złożonym kompleksem, dlatego jego naprawa musi być kompleksowa, z wymianą wszystkiego „w kółku”, aby nawet najbardziej ekonomiczny właściciel samochodu nie wracał co 10-15 tysięcy kilometrów, aby wymienić inną część. Właśnie dlatego naprawiony silnik kosztuje tylko 25-30% mniej niż nowy. Ale ile kosztuje taka naprawa bardziej opłacalna wymiana dla właściciela?
Co z tego? obecny trend naprawa jest widoczna - wymiana uszkodzonej jednostki stopniowo wygrywa. Ponadto naprawa „w garażu na kolanie” nie jest już możliwa. Nic więc dziwnego, że w ostatnie lata wymagania dotyczące kwalifikacji mechaników znacznie wzrosły, koszty napraw znacznie wzrosły, a sam proces zaczął sprowadzać się bardziej do wymiany części niż ich przywracania.
Istnieje inny trend, gdy producent wcale nie dostarcza części zamiennych - tylko zespół silnika. A mechanicy mogą zmieniać cały silnik zamiast go naprawiać. I po co naprawiać, jeśli silniki stają się coraz bardziej skomplikowane, a wykwalifikowana praca manualna rośnie jeszcze szybciej?
I wreszcie silniki „kontraktowe” ...
Podsumowując, zauważamy: dzisiejsze „zakontraktowane” silniki stają się podobne do znanego „MMM”. Na świecie nie ma takiego kraju, który byłby „dawcą”, w którym byłoby tyle silników z dużym zasobem. A ponieważ silniki współczesnych samochody Ponieważ zostały zaprojektowane z myślą o ograniczonym przebiegu i bardzo ograniczonym przebiegu, zakup takiego silnika od dawna stał się loterią - w której, jak wiadomo, wygrywa jeden z tysięcy. W najlepszym przypadku.
A resztę zachęca się do kupowania kolejnego „biletu” co 10–20 tys. Km - do momentu wybrania ich „limitu” na naprawę lub wymianę silnika na nowy.
- Dr Alexander Chrulew tech. Sci., Dyrektor AB-Engineering