CUM ÎNCEPE TOTUL
Motorul din acest an ardere internă El va sărbători a 147-a aniversare, încă din 1860, când trăsurile trasate de cai au „domnit” în întreaga lume, mecanicul francez E. Lenoir a proiectat primul motor pe gaz. Acest motor era destul de capricios și imperfect, ceea ce, în principiu, nu este ciudat. După o lungă perioadă de 6 ani, inventatorul destul de cunoscut N. Otto a oferit lumii propriul său design, destul de perfect în acel moment, în patru timpi motor de gaz. Prototipul motorului cu ardere internă a fost în primul rând motor cu aburîntrucât singurul diferență fundamentală - lipsa unei centrale termice destul de voluminoase. Odată cu „pierderea” unității cu abur în timpul evoluției, ICE și-a dobândit avantajele: eficiență semnificativ mai mare, greutate și dimensiuni mai mici. Au existat și dezavantaje - motorul a necesitat un combustibil mai bun și mai avansat din punct de vedere tehnologic, deoarece deja a refuzat să lucreze pe lemn.
În cele mai recente versiuni ale convertoarelor cu blocaj, pierderile de energie sunt minime. mulțumesc selecție largă angrenajele disponibile, puteți călători aproape întotdeauna în intervalul optim de turație al motorului, indiferent de turație. Pe lângă consumul redus de combustibil și emisiile neobișnuit de scăzute substanțe dăunătoareprecum și confortul fără precedent la conducere. Oricine a condus mașină modernă chiar și cu un motor mic, acesta va aprecia rapid capabilitățile și avantajele călăritului la viteză mică. Confortul asociat cu utilizarea tehnologiei de amortizare a vibrațiilor este, de asemenea, inegalabil.
În țara noastră, ICE a fost „inventată” abia în anii 80 ai secolului XIX, tocmai în acest moment compatriotul nostru, SUA Kostovici, a lucrat la proiectarea benzinei motorul carburatorului. cu atât mai departe dezvoltare ICE în primul rând datorită numelui inginerului german Rudolf Diesel, deoarece în 1897 el a fost cel care a propus utilizarea compresiei pentru a aprinde combustibilul. Aceasta a fost nașterea motoarelor cu combustibil greu - motoare diesel.
Indiferent de tipul sursei de alimentare, plăcerea de a conduce o mașină echipată cu unitate modernă, incomparabil mai plăcut decât acum câțiva sau zece ani. Schimbarea este un element natural al progresului. Cu toate acestea, aceasta a accelerat recent atât de mult, încât mașinile cu motor cu combustie internă pot ieși pe piață în în curând. Și o asemenea întorsătură de evenimente din anii 90, desigur, nu aștepta nimeni.
Sfârșitul motocicletelor pe benzină și motorină este un adevărat scenariu care începe să fie confirmat în alte țări. Scandinavii doresc să elibereze legal o piață doar electric. Germania exprimă aceeași atitudine. Cu toate acestea, în cazul lor, granița a fost întârziată cu 5 ani.
Dezvoltare ulterioară motoarele cu ardere internă cu piston au mers în pas. În ceea ce privește proiectarea motoarelor, multe s-au schimbat, dar numai esența sa a rămas neschimbată. La ce a dus această evoluție a ICE, să încercăm să înțelegem materialul nostru.
ZILELE NOASTRE
Timpul a trecut de la creație primul ICE, desigur, a influențat conceptul creării unui piston modern motor de masina. Motto-ul motorului zilelor noastre este mai multă putere, consum mai mic. S-ar părea că aceste două concepte se opun între ele, dar, se pare, nu este așa. Și pentru a confirma acest lucru, driverele de motoare de diferite companii auto nu dormi noaptea, inventând diverse sistemepermițând să ridice Eficiența motorului la limita.
Desigur, creșterea ponderii tehnologiei electronice cu piața auto nu este doar aplicarea legislativă. Din ce în ce mai mult, devine și o nevoie a consumatorului ca urmare a schimbării abordării unei noi generații. Tendințele pro-mediu sunt vizibile și în Polonia. În primul rând, cota de piață mașini hibride de-a lungul mai multor ani, crește semnificativ. Constructii electrice de asemenea, funcționează foarte bine. Ministrul Energiei și Dezvoltării, Mateusz Moravecki, va continua să stimuleze căutarea inovațiilor tehnologice.
În cadrul conferinței „Pe drumul către mașini electrice”, el a subliniat că în 10 ani ar dori să conducă un milion de vehicule electrice pe drumurile poloneze. Nouă tendință dezvoltarea pe piața auto devine mondială și este în mare măsură dictată de extinderea cu adevărat dinamică a segmentului de mașini care funcționează combustibil alternativ. Astăzi, mașinile electrice pot parcurge până la 400 de kilometri pe sarcină, iar primele modele cu celule cu hidrogen sunt disponibile spre vânzare în Europa și în întreaga lume.
Pentru a înțelege în ce direcție se va dezvolta clădirea motorului în viitor, este necesar să înțelegeți ce obstacole stau în calea sa. Iar obstacolele sunt următoarele: pierderi mecanice, utilizarea incompletă a energiei de combustie, probleme legate de rentabilitate, costuri ridicate ale motoarelor moderne și sistemelor de control, creșterea masei motorului, îmbunătățirea performanței motorului.
Combinarea unui motor cu ardere internă cu unul electric nu este singura idee de dezvoltare. Această soluție este ideală astăzi din mai multe motive. Alimentarea cu gaz a motorului este un mod bine cunoscut de a economisi în timp ce reduce toxicitatea. gaz de evacuare. Cehii au oferit posibilitatea de a moderniza mașina timp de mai mulți ani, odată cu instalarea. În prezent oferă cel puțin mai multe versiuni motorizate ale diverselor modele.
Ecologia pe piața auto poate avea multe fețe. Dacă scăderea emisiilor de compuși nocivi este inevitabilă pentru automobile, este important să se maximizeze gamă largă. Șoferii vor primi apoi o alegere care să le permită să aleagă decizie specifică pentru nevoile și capacitățile dvs.
Să începem în ordine. Pierderile mecanice la motoarele moderne pot fi reduse în mai multe moduri.
În primul rând, strângeți în mod semnificativ toleranțele la fabricarea pieselor motorului.
În al doilea rând, este necesar să se reducă inerția sistemului de manivelă, adică ușurarea maximă a pistoanelor, a barelor de legătură, a arborelui cotit și a arborelui cu cameprecum și volanta. Nu este de mirare că motoarele moderne folosesc pistoane cu o „fustă” scurtă realizată pe baza aliajelor de aluminiu. Mai mult, două tehnologii sunt utilizate pentru producerea lor. Conform primei tehnologii, pistoanele pentru motoare cu impulsuri reduse sunt fabricate - sunt produse prin diferite metode de turnare. Conform celei de-a doua tehnologii, pistoanele pentru motoare forțate sunt fabricate prin metoda forjării cu matriță (sau, mai simplu, forjarea). arbori cu came sunt făcute gol în conformitate cu următoarea tehnologie: came montate separat sunt montate pe o pâine tubulară răcită în azot lichid. Volanta este făcută cât mai ușoară pentru a nu deranja motorul prin rotirea excesului de masă, iar răspunsul la apăsarea pedalei de gaz va fi redus.
Noua tehnologie aduce economii de costuri motorinăprecum și ecologia cunoscută de la motoarele pe benzină. Apoi, când motorul se încălzește deja, amestec de combustibil aprins sub presiune mare. Un injector special furnizează un amestec omogen de ceață în camera de ardere. Distribuția combustibilului este uniformă în toată camera, iar după creșterea presiunii pistonului, temperatura crește - se produce aprinderea. Raportul de compresie este similar cu cel indicat la motoarele diesel. Lumânările pot ajuta atunci când lucrați viteză mare.
În al treilea rând, este necesar să menționăm modernul uleiuri de motor cu vâscozitate scăzută, ceea ce contribuie, de asemenea, la o portbagaj la creșterea eficienței, deoarece pierderile prin frecare sunt reduse, atât la pomparea prin canalele de ulei, cât și în interiorul uleiului.
În al patrulea rând, pentru a extinde utilizarea diferitelor acoperiri antifricție care pot reduce semnificativ forța de frecare, precum și utilizarea pieselor realizate pe bază de nitriți și compuși din carbură de siliciu, adică ceramică.
Următoarea întrebare pe care am anunțat-o a fost dedicată eficienței motoarelor moderne. Utilizează diverse concepte de minimizare a consumului de combustibil, doar unii încearcă să „stoarcă” toate motoarele pe benzină, acestea din urmă se bazează pe motoare dieselbine, iar alții construiesc hibrid centrale electrice. Cine va avea dreptate, vezi în viitorul apropiat.
Cert este însă că, indiferent de cine respectă acest concept, toată lumea folosește aproape aceleași evoluții tehnologice. Astăzi, de exemplu, este imposibil de văzut motor modern cu două supape pe cilindru. „De ce?“ - întrebi. Da, deoarece utilizarea distribuției de gaz cu mai multe valve (de la 3 la 5 supape pe cilindru) poate reduce pierderile pompei și poate crește puterea și eficiența motorului. Nu trebuie să mergeți departe pentru un exemplu: încercați să închideți o nară și să alergați timp de 300 de metri, apoi repetați experimentul fără restricții impuse anterior. Ai simțit diferența? Același lucru se întâmplă și cu motorul. Apropo, merită să ne amintim de industria noastră auto, și anume motoarele cu 4 cilindri cu 8 și 16 valve ale AvtoVAZ: cu același volum de 1,5 litri, unul dintre ei a produs 78 litri. S., iar celălalt - 92.
În plus față de sincronizarea cu mai multe supape, pe arborele de distribuție a gazelor se folosesc schimbătoare de fază, cu ajutorul cărora se efectuează reglarea constantă a fazelor de admisie și evacuare. Mai ales în acest domeniu, au reușit inginerii germani și japonezi. De exemplu, sistemul VANOS al BMW, care a apărut pentru prima dată pe motorul din seria M50 în 1992 și vă permite să reglați fazele de deschidere și închidere a numai a supapelor de admisie. După un timp, a apărut sistemul BI-VANOS, care se ocupa de ambele supape de admisie și de evacuare. Activitatea acestor sisteme este următoarea. La viteze mici ale motorului, comutatoarele de fază mută deschiderea supapei de admisie la o perioadă ulterioară, ceea ce asigură economia de combustibil și crește cuplul. La viteze medii ale motorului, supapele se deschid puțin mai devreme, acest lucru vă permite să creșteți cuplul și să reduceți semnificativ emisiile de substanțe nocive în atmosferă. La viteze mari ale motorului supape de admisie deschis cu o mică întârziere, datorită căreia puterea din zonă crește semnificativ revoluții maxime, deoarece în cilindru este creat un vid mai mare, ceea ce înseamnă că în cilindri intră mult mai mult aer. De asemenea, este interesant faptul că foarte recent, pentru prima dată în lume, pe mașini LEXUS au apărut schimbătoare de fază cu acționare electrică, ceea ce face posibilă reglarea fazelor de distribuție a gazului practic de la turațiile zero ale motorului, ceea ce este practic imposibil pentru comutatoarele cu acționare hidraulică.
FASE DE ÎNCĂLCARE
Este necesar să se menționeze separat sistemele de control al ridicării supapei (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), care îmbunătățesc semnificativ atât performanța motorului, cât și economia de combustibil. De exemplu, ia în considerare celebrul sistem Valvetronic de la BMW. Dezvoltând acest sistem, inginerii au decis să renunțe la accelerație radicală, deși în procesul de finalizare a lăsat-o totuși, a început să servească pentru a diagnostica sistemul Valvetronic și este constant în poziția deschisă. Merită reamintit că la gestionarea procesului de alimentare amestec de aer accelerație semnificativă tracțiune aerodinamică și turbulență, în special cu deschiderea incompletă a obturatorului. Reglarea cantității de amestec de aer în sistemul Valvetronic trebuia să se producă din cauza unei modificări a valorii de ridicare a supapei, adică valva în sine a servit ca supapă de accelerație. Pentru aceasta, a fost dezvoltat un mecanism special care a făcut posibilă reglarea ridicării supapei în intervalul de la 0 la 10 mm. Ideea sistemului este următoarea. Arborele cu came gestionează deschiderea supapei nu direct, ci printr-o pârghie specială care își poate schimba poziția în spațiu, modificând astfel cantitatea de mișcare a brațului basculant, care afectează direct supapa. Maneta este reglată folosind unelte de vierme și un motor electric, iar computerul gestionează întregul proces. Utilizarea acestui sistem a condus la o scădere a consumului de combustibil la viteze mici și a puterii la viteze mari, deoarece viteza de umplere a buteliilor a crescut semnificativ amestec de combustibil-aer. În același timp, timpul de răspuns la pedala de accelerație a fost redus semnificativ. Dar motoarele echipate cu acest sistem au un ușor dezavantaj - lipsa de vid în interior galerie de admisie, care este necesar pentru funcționarea dispozitivului de frânare cu vid. Problema a fost rezolvată după cum urmează: inginerii germani au luat și au instalat o pompă separată, care a creat vidul necesar.
CĂTRE CILINDRELE MIELE!
Pe lângă măsuri de înaltă tehnologie precum acționarea electrică a pompei, generatorul închis, servodirecția electrică, care sunt utilizate pentru a crește eficiența motoarelor, sunt folosite și alte metode mai radicale. De exemplu, opriți o parte din buteliile pornite mers în gol sau în moduri de încărcare parțială pentru motoarele cu mai mulți cilindri. Mai mult decât atât, până de curând, aceste sisteme au fost utilizate în principal de către designeri americani, pentru a lua cel puțin sistemul de închidere a cilindrilor general Displacement-on-Demand („volumul de lucru la cerere”). Ideea sistemului este destul de simplă: la atingerea motorului temperatura de operare electronica începe să interogheze diverși senzori și, dacă detectează că motorul funcționează în regim de încărcare parțială, încetează să furnizeze combustibil la jumătate din cilindri, adică 4. Mai mult, cilindrii sunt opriți pe diagonală, astfel încât motorul să nu producă vibrații. maxim efectul obținut economia de combustibil a fost de 25% din valoarea nominală, iar acesta este un rezultat destul de bun. A fost introdus un sistem similar și firma Hondaarătând publicului un nou motor de 3,4 litri cu 6 cilindri, în care 3 cilindri vor fi opriți atunci când se mișcă liniștit în spațiu.
De asemenea, puteți crește eficiența și eficiența motorului folosind un sistem de aprindere mai avansat. Este suficient să reamintim celebrele motoare cu sistemul Twin Spark de la Alfa-Romeo, unde sunt folosite două lumânări pe cilindru. Acest sistem, cum, în principiu, și multe altele, a migrat către motorul auto cu motoare de avioane în anii 20 ai secolului trecut. A doua bujie a permis mai mult ardere completă combustibil, care a crescut eficiența, plus orice altceva a scăzut consumul de combustibil și a crescut rezistența la lovituri. Nu este de mirare în 12 cilindri motor turbo de la Mercedes, unde problema detonării este cea mai acută, se folosește un sistem de aprindere cu două lumânări pe cilindru.
Este imposibil să nu menționăm în conversația noastră despre tendințele moderne în construirea motorului: injecția directă de combustibil în cilindri. Ideea de a furniza combustibil direct cilindrilor nu este suficient de nouă, a fost realizată pentru prima dată de inginerii Robert Bosch în anii 1930, la proiectarea motoarelor de avioane, iar sistemul a fost controlat mecanic. Mult timp sistemul injecție directă combustibilul nu a găsit o utilizare corespunzătoare, deși au apărut periodic mașini echipate cu acesta. Amintiți-vă cel puțin legendarul Mercedes-Benz 300SL 1954, deoarece a fost echipat cu injecție mecanică de la Bosch. Sistemul de injecție directă a supraviețuit renașterii sale la începutul anilor 90 ai secolului trecut, când au început să apară altele destul de fiabile și moderne sisteme electronice de management.
Mitsubishi a făcut un pas mare în dezvoltarea și implementarea acestor sisteme cu motoarele sale GDI. Unicitatea acestui motor a fost aceea că putea funcționa pe un model extrem de slab amestec de combustibil aerîn care raportul dintre benzină și aer în greutate a ajuns la 40: 1, în ciuda faptului că raportul ideal de 14,7: 1. Adică, un astfel de amestec epuizat nu ar fi trebuit să se ardă deloc, dar datorită formei speciale a pistonului și a unei torțe de pulverizare cu direcție îngustă, amestecul cu o compoziție stoechiometrică ideală a căzut direct pe bujie, deși era foarte sărac în întregul cilindru. acest motor Au fost organizate trei moduri de operare ale sistemului.
Prima injecție de combustibil a avut loc la cursele de admisie și de compresie, acest mod a fost necesar pentru a crește cuplul la viteze mici ale motorului.
Al doilea este injecția în momentul intrării, acest mod a fost utilizat pentru a obține o putere maximă a motorului.
Al treilea mod - modul de injecție slabă la o cursă de compresie a fost utilizat pentru a crește economia de combustibil în moduri de încărcare redusă și inactiv.
În mod separat, merită menționat faptul că injecția de benzină direct în camera de ardere permite creșterea rezistenței de detonare a motorului, deoarece benzina ia o parte din căldura din aerul încălzit în cilindru în timpul evaporării. Acest factor permite creșterea raportului de compresie și, în consecință, reducerea suplimentară a consumului de combustibil. Având toate avantajele sale, și anume creșterea puterii, eficiența combustibilului și reducerea emisiilor de substanțe nocive, motorul s-a dovedit a fi destul de scump, deoarece a folosit componente de înaltă tehnologie. De exemplu pompa de combustibil presiune ridicată, dezvoltând 50 bar cele mai recente dezvoltări presiunea ajunge la 200 bar), iar pedala de gaz nu a avut nici o legătură directă cu fluture. De asemenea, a fost utilizat un cilindru original, în care conductele de admisie erau făcute drept vertical. Au trecut mai bine de 10 ani de la începerea producerii acestui motor, iar acum aproape toți producătorii au încercat injecția directă pentru motoarele lor.
Astăzi, specialiștii în domeniul construcțiilor de motoare nu sunt preocupați doar de îmbunătățirea economiei de combustibil și a eficienței motor cu piston, sunt deosebit de preocupați de problema unei „îngroșări” ascuțite a motorului, umplute cu diverse sisteme electronico-mecanice. În epoca motorului carburatorului, totul era mult mai simplu, blocul cilindrilor era confecționat dintr-o fontă gri destul de grea, dar durabilă. Întâmplător, utilizarea acestui tip de material nu este întâmplătoare, deoarece vibrațiile care au apărut în fontă gri sunt amortizate de aproximativ 10 ori mai repede decât în \u200b\u200boțel. Capul a fost turnat dintr-un aliaj pe bază de aluminiu și totul a fost bine. Acum lupta este pentru fiecare gram de greutate în exces. Amintiți-vă doar de blocul bimetalic de cilindri al unui motor de 3 litri cu 6 cilindri de la BMW. Partea interioară, mai încărcată a blocului de cilindri de la mantaua de răcire este realizată din aliaj de aluminiu cu un conținut ridicat de siliciu. Iar partea exterioară, mai puțin încărcată, este realizată din magneziu. Tehnologia pentru producerea unui astfel de bloc cilindric este foarte complexă, iar economia de masă este de aproximativ 10 kg în comparație cu un bloc de aluminiu întreg. Desigur, s-ar putea să credeți că aceasta este doar o etapă de marketing care vizează creșterea reputației mărcii, dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Pentru că, dacă reușim să „aruncăm” mai multe kilograme sau chiar grame dintr-o parte, atunci împreună vom obține un câștig uriaș în greutate. Trebuie să spun că în timpul introducerii aluminiului în industria motoarelor, inginerii s-au confruntat cu problema rezistenței scăzute la uzură a metalelor cu aripi. Prin urmare, ulterior, au fost dezvoltate acoperiri speciale pentru a proteja oglinda cilindrului de uzură. Unul dintre astfel de acoperiri a fost binecunoscutul "Nikasil" - o combinație de nichel rezistent la căldură cu carbură de siliciu rezistentă la uzură, a intrat în industria automobilelor de masă din lumea curselor regale. Pe lângă reducerea greutății, companiile auto încearcă să reducă costurile asociate cu dezvoltarea și producția de motoare. Prin urmare, astăzi destul de des puteți observa cooperarea marilor companii auto în proiectarea motoarelor.
VIITORUL RAPID
Ceea ce se va întâmpla în lumea construcțiilor de motoare în următorii 10 ani este greu de prevăzut, dar puteți încă să determinați liniile generale de dezvoltare. Cea mai importantă direcție a loviturii este hibridizarea, iar până acum accentul, trebuie să spun, este pus pe tandemul gaz-electric, deși cooperarea diesel-electrică, în opinia noastră, este mai justificată, mai ales dacă obiectivul principal este economia de combustibil, mai degrabă decât trucurile de marketing. Jocurile cu hidrogen se vor încheia cel mai probabil, deoarece avantajele mașinilor echipate cu motoare cu combustibil ultra-ușor sunt destul de cețoase. Mai întâi trebuie să obțineți hidrogen, iar din hidrogen să folosiți deja scump celule de combustibil - electricitate.
Cel mai probabil, un motor echipat cu un servomotor hidraulic sau electromagnetic va fi prezentat în curând. Această inovație vă va permite să abandonați imediat două sisteme: reglarea sincronizării și ridicarea supapei. Iar eficiența acestei inovații va crește, de asemenea, deoarece nu va fi necesară rotirea elementelor masive ale sistemului de distribuție a gazelor. Aș dori să văd în sfârșit și motor de serieechipat cu un sistem de ajustare a compresiei, teoretic ar trebui să devină foarte economic.
Motoarele „rele” mici, echipate cu turbocompresie, vor beneficia, de asemenea, de o dezvoltare suplimentară, deoarece raportul dintre puteri și cuplu și masa unitară este destul de mare. K conducta de evacuareApropo, generatorul se poate deplasa, deoarece energia gazelor de eșapament este mare, dar practic nu este folosită. Vorbind despre motoare, nu uitați de motoarele diesel, probabil că vor primi o superioritate numerică în viitor, deoarece astăzi se vând mai multe în Europa masini dieseldecât benzina, dar despre acestea vom vorbi mai târziu.
Vrei să cumperi sau să vinzi? Profită de a noastră aSOCIARE Internet !
Accesorii auto și echipament suplimentar, radar de parcare și înregistratoare video de prima mana!
Dacă vorbim despre tendințele construirii motoarelor din lumea modernă, motorul cu ardere internă rămâne în poziția de lider, deși în echitate, trebuie menționat că există încă câteva încercări de a „încerca” pe „sfântul sfântului” - de exemplu, un serial mașină electrică Tesla. Dar, deoarece industria petrolului este astăzi o industrie cheie în economia globală, dominanța motoarelor cu ardere internă timp de mai multe decenii poate rămâne de necontestat.
Un pic de istorie. Trist ...
Motoarele moderne s-au schimbat puțin structural din zilele „părinților fondatori”: Nikolaus August Otto și Rudolph Christian Karl Diesel. Astăzi la fel arbore cotit, tije de conectare, pistoane, cilindri, valve, mecanism de distribuție.
Prin urmare, toate inovațiile în construcția de motoare se bazează pe materiale și tehnologii noi, inclusiv pe cele legate de controlul electronic.
De exemplu, dacă acum 20 de ani, blocul cilindric era aproape peste tot din fontă, astăzi bloc de fontă rare, care se deplasează fără probleme în categoria anacronismelor. În prezent, blocurile sunt din aluminiu, care este atât mai ușor, cât și mai avansat din punct de vedere tehnologic. La început au fost probleme cu forța și rigiditatea, dar au fost rezolvate treptat.
Adevărat, toate motoarele din aluminiu se rădăcină cu adevărat - sunt foarte sensibile la lubrifiere, răcire și goluri. Dar blocul de aluminiu cu mânecile din fontă este mult mai puțin pretențioasă în funcționare. Deci fonta veche folosită de Otto și Diesel va servi în continuare ...
În general, trebuie menționat că crearea unui nou motor chiar și a unei scheme tradiționale este un proces foarte lung. Deci se dovedește că gama mașinile se schimbă în medie după patru până la cinci ani, iar motorul din ea costă adesea de la modele anterioare, și chiar mai devreme. Și deseori, chiar și în motoarele noi, se folosesc componente de la cele vechi - de exemplu, un bloc cilindric. Așadar, motoarele „trăiesc” mult timp - benzina în medie 10-15 ani, iar motoarele diesel „trăiesc” cu ușurință până la 20 și chiar 30 de ani.
Și încă un lucru. Din păcate, trebuie să recunosc că în Rusia nu a existat practic nici o dezvoltare a motorului - totul a fost luat „de acolo”, din străinătate. Și adesea chiar și ceea ce a fost respins acolo. Rezultatul este evident - astăzi clădirea avansată a motoarelor din țara noastră pur și simplu nu există. Ca designerii pentru renașterea lui.
Succes, eșec și tendințe
În construcția de motoare moderne, există două tendințe principale: prima este reducerea emisii nociveiar al doilea este reducerea consumului de combustibil. Acestea sunt sarcini legate între ele: prin reducerea consumului, reducem automat emisiile.
Dar dacă acum 10-15 ani, monoxidul de carbon tradițional - CO, oxizii de azot - NOx și hidrocarburile - CH, erau considerate „emisii nocive”, astăzi dioxidul de carbon CO2, care creează un „efect de seră”, a devenit, de asemenea, principalul refulare. Și dacă considerați că orice combustibil pentru hidrocarburi se descompune în cele din urmă în apă și dioxid de carbon, atunci puteți reduce emisiile de CO2 în singurul mod: prin reducerea consumului de combustibil.
Aici trebuie să ținem cont de o astfel de nuanță: eficiența unui motor cu combustie internă în ansamblu este de aproximativ 25-30%. Se pare că doar un sfert din benzina din motorul cu ardere internă este cheltuit în trafic - restul de trei sferturi pur și simplu zboară în conductă. Și cald mediul. Prin urmare, inginerii de motoare luptă pentru fiecare procent „suplimentar” cu ajutorul unor soluții tehnice destul de complexe.
Cea mai sigură modalitate este de a crește parametrii specifici ai motorului: pur și simplu puneți, primiți „unul singur cai putere»Cu mai putin combustibil. De exemplu, una dintre principalele modalități de creștere a eficienței motor de gaz este de a crește raportul de compresie. Odată cu creșterea raportului de compresie, eficiența de ardere a combustibilului din cilindru crește, ceea ce înseamnă că coeficientul crește acțiune benefică Ciclul (eficiență) - și motorul în ansamblu.
În special, creșterea parametrilor de bază ai motoarelor, inclusiv prin creșterea raportului de compresie, oferă sisteme de injecție directă de benzină în cilindru - injecția schimbă modurile de detonare, elimină alimentarea neuniformă și crește umplerea cilindrilor.
De fapt, această idee este destul de veche: injecția directă a fost utilizată pe scară largă pe motoarele de avioane din anii 40 ai secolului trecut. Inginerii au avut nevoie pentru a atinge o densitate de putere de 70 CP fără precedent în acel moment. cu 1 litru de capacitate a motorului la maxim 2500-3000 rpm Astăzi, aceasta este densitatea de putere a unui motor auto convențional (deși la dublu viteze mariastfel încât nivelul aviației de acum 70 de ani nu este încă depășit automobil modern) - și atunci a fost posibilă realizarea lor în aviație doar cu ajutorul injecției directe.
Dar sistemul de alimentare cu combustibil era mecanic, adică. complicat, scump și care necesită ajustări constante, ceea ce era acceptabil în aviație, dar nu și în mașini.
În plus, control mecanic injecția directă a fost bună la turații redusenecesare pentru motoarele de aeronave de atunci ( elice la fel!). Și odată cu creșterea lor, cel puțin la 6000 rpm automobil, mecanicii nu au putut face față.
De fapt, o „revenire” la vechea idee în anii 1990-2000 a fost posibilă datorită dezvoltării electronice, ceea ce a făcut posibilă implementarea controlului direct al injecției pe viteze mari motor - cu introducerea componentelor electronice, a devenit posibilă controlarea procesului de ardere, ceea ce nu a fost cazul până acum.
Carburatorul și sistemele tradiționale de injecție - așa-numita formare externă a amestecului, au permis doar să amestece 15 kg de aer cu 1 kg de combustibil și să alimenteze amestecul în cilindri. Și asta este totul. Dar controlul electronic al injecției directe în cilindru permite inginerului să aleagă - când să injecteze combustibil, cât de mult să injecteze. Și chiar injectați combustibil într-un ciclu motor de mai multe ori.
În anii 70 ai secolului al XX-lea, designerii de a economisi combustibil au sugerat să folosească principiul injecției „strat cu strat”, implementat sub forma așa-numitei „aprinderi pre-camera-torță”. Ideea era că într-o cameră specială amestec bogatcare, atunci când este aprins de o lumânare, creează o torță care dă foc unui amestec slab introdus direct în cilindru. Mașini cu astfel de motoare (cu acronimul STCC - Compound Vortex Controlled Combustion) dezvoltate și produse pentru mult timp japoneză Honda, și chiar uzina de automobile Gorky de ceva vreme a produs Volga cu motoarele de pre-cameră. Dar până la sfârșitul anilor '80, această idee trebuia abandonată. La urma urmei, a trebuit să gătesc două amestecuri combustibil-aer simultan: săracii, care aveau nevoie de mult și cei bogați, care aveau nevoie de puțin. Și trimiteți-le separat - în același timp, la intervale de timp exacte. Un carburator complex (și apoi plin control electronic nu exista încă) nu a adăugat nici fiabilitate, nici optimism pentru a reduce costurile. Dar lovitura principală a fost neașteptată - s-a dovedit că, în plus față de CO și CH, oxizii de azot nu sunt foarte utili. Și aici „straturile” au avut probleme noi ...
Dar după numai 10 ani, aproximativ la mijlocul anilor ’90, inginerii au putut reveni la ideea la un nou nivel, astfel încât toate cele trei componente să poată fi combinate electronic cu un singur motor: injecție directă, control al combustiei și formarea stratului cu strat de amestec, ceea ce a făcut posibilă creșterea raportului de compresie și ajunge la un nivel nou.
Primul care a creat mașini de producție cu astfel de motoare în mitsubishi - Sunt etichetate GDI (Injecție directă pe benzină - „sistem de injecție directă de benzină”). Au urmat alți producători. Aceste motoare nu au o cameră separată - injectorul injectează benzină în cilindru sub presiune foarte mare. Iar camera de ardere are o formă atât de „complicată” încât în \u200b\u200bzona de lângă lumânare există un amestec bogat, iar în restul volumului este slab.
S-ar părea că totul este în regulă: raportul de compresie este ridicat, amestecul este slab, ca urmare, emisiile nocive sunt reduse semnificativ și eficiența este îmbunătățită. Dar, din nou, problemele au început cu oxizii de azot. Cert este că neutralizatoarele tradiționale cu trei componente sunt îndepărtate din eșapament CO, NOX și CH numai într-un amestec din compoziția obișnuită (15 kg de aer la 1 kg de combustibil). Dar nu mai pot face față volumelor de oxizi de azot crescuți cu amestecuri sărace. Așa că a trebuit să dezvolt noi catalizatori suplimentari. Funcționează bine, deși necesită un fluid special ca „combustibil”. Dar este bine dacă nu există sulf în benzină. Și dacă există, atunci vor muri repede. La urma urmei, benzina cu o lipsă completă de sulf este încă rară chiar și în țările bogate ...
Prin urmare, producătorii auto au fost nevoiți să abandoneze ideea injecției stratificate, iar problema infrastructurii deja construite pentru producerea acestor motoare (și mulți bani cheltuiți deja) a fost rezolvată prin „reflash” controlul electronic al injecției.
Acum injecția de combustibil nu se efectuează atunci când pistonul este aproape de vârf " punct mort", Și mai devreme. Și în timp ce pistonul merge până la TDC, amestecul reușește să se amestece până aproape omogen.
Așadar, „Încercarea nr. 2” de a introduce formarea amestecului strat după strat și controlul combustiei nu a reușit. Când va fi a treia încercare, nu este clar. Dar faptul că va fi, este destul de previzibil. La urma urmei, o mulțime de astfel de motoare au fost deja create, funcționează, deși capabilitățile lor nu au fost încă realizate pe deplin.
O altă direcție pentru creșterea eficienței motoarelor cu combustie internă este sistemul de control al fazei de distribuție a gazelor. Au câștigat distribuție recent, la începutul anilor 90 ai secolului XX, dar astăzi un motor fără control de fază pare deja un fel de anacronism.
Logica unor astfel de sisteme este de înțeles - pentru lucru eficient motorul la viteza redusă (durata) și momentul de deschidere a admisiei și supape de evacuare ar trebui să fie una, dar cu o creștere a vitezei - altele. Și astăzi există multe sisteme care reglementează nu numai timpul de deschidere a supapei, ci și amploarea acestei deschideri. Ceea ce face ca ICE să fie flexibil și mașina cu el - ecologic, economic și convenabil.
Dacă vom rezuma rezultatul intermediar, putem spune următoarele: moderne motor pe benzină - în mod necesar cu faze reglabile, iar cele mai bune probe ale sale au injecție directă. Pentru a crește puterea motorului, este adesea utilizat un impuls, care crește cantitatea de aer care intră în cilindri și puterea specifică. Există două scheme de impulsuri: turbina cu gaz, atunci când turbina pentru acționarea compresorului este nepoluată vapori de evacuareși acționați, atunci când compresorul este condus direct de la motor. Compresoare de antrenare de asemenea diferite: volumetric, șurub, undă etc. dar distribuție largă astfel de sisteme nu au fost primite, deși sunt cunoscute de multă vreme - spre deosebire de reglarea sincronizării valvei, injecția directă a combustibilului și turboalimentarea.
Wankel și alții
În principiu, sunt posibile alternative la vechiul design creat pe vremea lui Otto și Diesel. Dar să creăm un motor de lucru care să poată concura în condiții egale cu schema obișnuită din toate punctele de vedere este foarte dificil. Motoarele Stirling, Balandin și multe alte scheme și soluții originale nu sunt utilizate pe scară largă și sunt în pragul uitării.
Și deși ideile noi sunt în aer, este foarte problematic să le implementăm chiar și pe cele mai bune dintre ele. De exemplu, motorul rotativ-paleta Vigriyanov, care inițial era planificat să fie instalat în dispozitivul mobil Prokhorovsky ё, nu a fost încă creat. Și pentru a (eventual!) Să o aducă la producția de masă, va trebui, conform estimărilor, cel puțin 10 ani și finanțare foarte nelimitată. Mai mult decât atât, o parte din acești 10 ani va trebui să fie cheltuiți pentru pregătirea specialiștilor care sunt capabili să o aducă la punct. Și din moment ce pare să existe o problemă cu „finanțarea nelimitată”, este probabil că acest motor nu va vedea niciodată lumina zilei ...
Motorul rotativ cu piston al lui Wankel este poate singurul exemplu producția în masă ICE de design neconvențional. Deși motorul acestei scheme a împlinit deja jumătate de secol și, în această perioadă, mulți producători care au produs astfel de motoare au „depărtat de mult” (AvtoVAZ a fost ultimul), până în ziua de azi este pus pe mașinile Mazda. Mai mult, compania a fost angajată în acest motor atât de mult timp și a obținut astfel de performanțe, încât este puțin probabil ca cineva să poată face cel puțin la fel - din punct de vedere al prețului, fiabilității și eficienței. Prin urmare, este puțin probabil să se răspândească vreodată.
Repararea discordiei de reparații
Motoarele moderne sunt mult mai fiabile decât cele produse, de exemplu, acum 20 de ani. Nu trebuie să reglementeze nimic, să schimbe nimic - funcționează fără defecțiuni, cel puțin până la sfârșitul perioadei de garanție.
Există însă o nuanță - astăzi durata de funcționare a întregii mașini a devenit mult mai mică decât era înainte. Au dispărut zilele în care o mașină a fost cumpărată „pe viață”. Astăzi există o tendință: oamenii vor să călărească un nou model de mașină. Și pentru că mașinile se schimbă în medie după 3-5 ani. În consecință, nu are sens pentru producătorii de mașini să facă o mașină care va dura 20 de ani fără avarii. Deci, se dovedește că flota este actualizată mult mai rapid decât acum două sau trei decenii.
Așadar, timpul motoarelor „milionarilor” s-a scufundat de mult în uitare - sunt pur și simplu neprofitabile
a face. Da, și de ce? Resursa motorului este calculată ținând cont de kilometrajul posibil al mașinii: în medie, putem vorbi de maximum 150 de mii de km.
Evident, repararea motorului ar trebui să prelungească durata de viață - dar nu la infinit, ci până la sfârșitul duratei de viață a mașinii (care este prevăzută și relativ relativ - nu mai mult de 10 ani). La ce duce acest lucru? Mai mult, unele procese de reparații devin pur și simplu inutile, iar echipamentul de reparații este „în spatele” motoarelor moderne.
De exemplu, la motoarele mai vechi, nivelul de încărcare a fost de 50 l / s cu 1 litru de volum, iar pe cel modern (supraîncărcat) - de două ori mai mult. Cu o astfel de diferență de capacități specifice și sarcini de componente, „bunul bătrân” nu mai funcționează - sunt necesare noi tehnologii. Astăzi, multe lucrări au devenit pur și simplu imposibil de făcut fără echipamente moderne - șlefuire, plictisire, ierburi. Nu plătește prea bine, așa că mulți preferă să lucreze la modă veche. Dar acolo a fost ...
Așadar, pentru motoarele noi, se folosesc frecvent manivele cu capac "spart". Modelele tradiționale ale capacelor tijei de conectare, realizate separat și apoi asamblate, nu sunt potrivite pentru motoarele moderne cu încărcare mare - inexacte și foarte scumpe. Iar la repararea tijelor de legătură tradiționale există întotdeauna un pericol de aliniere necorespunzătoare, ceea ce duce la consecințe dezastruoase pentru motor, deși bielele de legătură tradiționale sunt ușor de reparat. Dar cele „cioplite” nu sunt reparate deloc.
Un alt exemplu - arborele cotit de pe un vechi motor cu mișcare lentă poate fi sudat și lustruit. Acum este imposibil să ne imaginăm: fisurile de oboseală duc foarte repede la distrugerea întregului motor. În plus, confecție manuală cu o mulțime de operațiunile sunt scumpe. Un arbore cotit motor de pasageri - articolul este masiv și, prin urmare, ieftin. Și să efectuați o dublă sau chiar triplă muncă pentru a restabili partea, care apoi eșuează rapid, cel puțin ineficient din punct de vedere economic.
Trebuie reținut faptul că simpla înlocuire a unei părți defectate nu rezolvă problema defecțiunii motorului în ansamblu: o astfel de înlocuire locală implică de obicei o „garanție numai la poartă”. Un motor modern cu încărcare mare este un complex complex și, prin urmare, reparația acestuia trebuie să fie cuprinzătoare, cu înlocuirea tuturor „în cerc”, astfel încât nici cel mai economic proprietar de mașini să nu se întoarcă la fiecare 10-15 mii de km pentru a înlocui o altă parte. De aceea, un motor bine reparat costă doar cu 25-30% mai puțin decât unul nou. Dar cât de mult este o astfel de reparație înlocuire mai profitabilă pentru proprietar?
Deci ce tendința actuală reparația este vizibilă - înlocuirea unei unități eșuate câștigă treptat. Mai mult, reparația „în garaj pe genunchi” nu mai este posibilă. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că în ultimii ani cerințele pentru calificarea lucrătorilor de reparații au crescut semnificativ, costul reparațiilor a crescut semnificativ, iar procesul în sine a început să se reducă mai mult la înlocuirea pieselor decât la restaurarea acestora.
Există o altă tendință atunci când producătorul nu oferă deloc piese de schimb - doar ansamblul motorului. Și reparații pot schimba doar întregul motor, în loc să-l repare. Și de ce reparația dacă motoarele se complică constant, iar munca manuală calificată crește prețul și mai repede?
Și în final, motoarele „contract” ...
În concluzie, remarcăm: motoarele „contractate” de astăzi devin similare cu celebrul „MMM”. Nu există o astfel de țară în lume ca „donator” în care să existe atât de multe motoare cu resurse mari rămase. Și din moment ce motoarele moderne autoturisme Întrucât sunt concepute pentru un kilometru finit și foarte limitat, achiziția unui astfel de motor a devenit mult timp o loterie - în care, după cum știți, câștigă unul din mii. În cel mai bun caz.
Iar restul sunt invitați să cumpere un alt „bilet” la fiecare 10-20 de mii de km - până când este selectată „limita” lor pentru repararea sau înlocuirea motorului cu unul nou.
- Dr. Alexander Khrulev tehn. Sci., Director AB-Engineering