Меню Закрыть

Сообщение двигатель внутреннего сгорания кратко: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

Содержание

Эволюция двигателя внутреннего сгорания

Как развивался ДВС: основные даты

 

Люди производят автомобили уже более века, и почти под каждым капотом стоит двигатель внутреннего сгорания. В течение последних 100 лет принцип его работы оставался неизменным: кислород и топливо поступают в цилиндры мотора, где происходит взрыв (воспламенение), в результате чего внутри силового агрегата образовывается сила, которая и двигает автомобиль вперед. Но с момента первого появления двигателя внутреннего сгорания (ДВС) каждый год инженеры оттачивают его, чтобы сделать быстрее, надежнее, экономичнее, эффективнее.

 

Благодаря этому сегодня все современные автомобили стали мощнее и экономичнее. Некоторые обычные автомобили сегодня имеют такую мощность, которая еще недавно была только в мощных дорогих суперкарах. Но без огромных прорывов в конструкции ДВС мы бы сегодня до сих пор владели маломощными прожорливыми автомобилями, на которых не уедешь далеко от заправки. К счастью, время от времени подобные прорывные технологии уже не раз открывали новый этап в развитии двигателей внутреннего сгорания. Мы решили вспомнить самые важные даты в эволюции развития ДВС. Вот они. 

 

1955 год: впрыск топлива

 

До появления системы впрыска процесс попадания топлива в камеру сгорания двигателя был неточным и плохо регулируемым, поскольку топливно-воздушная смесь подавалась с помощью карбюратора, который постоянно нуждался в очистке и периодической сложной механической регулировке. К сожалению, на эффективность работы карбюраторов влияли погодные условия, температура, давление воздуха в атмосфере и даже на какой высоте над уровнем моря находится автомобиль. С появлением же электронного впрыска топлива (инжектора) процесс подачи топлива стал более контролируемым. Также с появлением инжектора владельцы автомобилей избавились от необходимости вручную контролировать процесс прогрева двигателя, регулируя дроссельную заслонку с помощью «подсоса». Для тех, кто не знает, что такое подсос:

 

Подсос – это ручка управления пусковым устройством карбюратора, с помощью которой на карбюраторных машинах было необходимо регулировать обогащение топлива кислородом. Так, если вы запускаете холодный двигатель, то на карбюраторных машинах необходимо открыть «подсос», обогатив топливо кислородом больше, чем необходимо на прогретом моторе. По мере прогревания двигателя нужно постепенно закрывать ручку регулировки пускового устройства карбюратора, возвращая обогащение топлива кислородом к нормальным значениям.

 

Смотрите также: Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

 

Сегодня подобная технология, естественно, выглядит допотопно. Но еще совсем недавно большинство автомобилей в мире оснащались карбюраторными системами подачи топлива. И это несмотря на то, что технология впрыска топлива с помощью инжектора пришла в мир в 1955 году, когда инжектор впервые был применен на автомобиле (ранее эта система подачи топлива использовалась в самолетах).

В этом году было проведено испытание инжектора на спорткаре Mercedes-Benz 300SLR, который смог проехать, не сломавшись, почти 1600 км. Это расстояние автомобиль преодолел за 10 часов 7 минут и 48 секунд. Испытание проходило в рамках очередной автогонки «Тысяча миль». Эта машина установила мировой рекорд.

 

Кстати, Mercedes-Benz 300SLR стал не только самым первым серийным автомобилем с инжекторным впрыском топлива, разработанным компанией Bosch, но и самым быстрым автомобилем в мире в те годы. 

 

Два года спустя компания Chevrolet представила спорткар Corvette с впрыском топлива (система Rochester Ramjet). В итоге этот автомобиль стал быстрее первооткрывателя Mercedes-Benz 300SLR.

 

Но, несмотря на успех Chevrolet Corvette с уникальной системой впрыска топлива Rochester Ramjet, именно электронные инжекторные системы Bosch (с электронным управлением) начали свое наступление по миру. В результате за короткое время впрыск топлива, разработанный компанией Bosch, начал появляться на многих европейских автомобилях. В 1980-е годы электронные системы впрыска топлива (инжектор) охватили весь мир. 

 

1962 год: турбонаддув

 

Турбокомпрессор является одним из самых драгоценных камней в двигателях внутреннего сгорания. Дело в том, что турбина, которая подает больше воздуха в цилиндры двигателя, когда-то позволяла

12-цилиндровым истребителям во время Второй мировой войны взлетать выше, лететь быстрее, дальше и меньше расходовать дорогое топливо.

 

В итоге, как и многие технологии, система турбин из авиатехники пришла в автопромышленность. Так, в 1962 году в мире были представлены первые серийные автомобили с турбокомпрессором. Ими стали BMW 2002, или Saab 99.

 

После чего компания General Motors попыталась развить дальше эту технологию турбирования двигателей внутреннего сгорания на легковых автомобилях. Так, на автомобиле Oldsmobile Jetfire появилась технология «Turbo Rocket Fluid», которая помимо турбины использовала резервуар с газом и дистиллированную воду для увеличения мощности двигателя. Это была настоящая фантастика. Но затем компания GM отказалась от этой сложной и дорогой, а также опасной технологии. Все дело в том, что уже к концу 1970-х годов такие компании, как MW, Saab и Porsche, заняв первые места во многих мировых автогонках, доказали ценность турбин в автоспорте. Сегодня же турбины пришли на обычные автомобили и в ближайшем будущем отправят обычные атмосферные моторы на пенсию. 

 

1964 год: роторный двигатель

 

Единственным двигателем, который по-настоящему смог сломать форму обычного двигателя внутреннего сгорания, стал роторный чудо-мотор инженера Феликса Ванкеля. Форма его ДВС ничего общего не имела с привычным нам двигателем. Роторный мотор представляет собой треугольник внутри овала, вращающийся с дьявольской силой. По своей конструкции роторный двигатель легче, менее сложный и более крутой, чем обычный двигатель внутреннего сгорания с поршнями и клапанами.

 

Первыми роторные двигатели на серийных авто начали использовать компания Mazda и ныне уже не существующий немецкий автопроизводитель NSU.

 

Самым же первым серийным автомобилем с роторным двигателем Ванкеля стал NSU Spider, который начал выпускаться в 1964 году.

 

Затем компания Mazda наладила производство своих автомобилей, оснащенных роторным мотором. Но в 2012 году она отказалась от использования роторных двигателей. Последней с роторным мотором стала модель RX-8. 

 

Но недавно, в 2015 году, Mazda на Токийском автосалоне представила концепт-кар RX-Vision-2016, который использует роторный мотор. В итоге в мире начали появляться слухи, что японцы планируют в ближайшие годы возродить роторные автомобили. Предполагается, что в настоящий момент специализированная группа инженеров Mazda где-то в Хиросиме сидит за закрытыми дверями и создает новое поколение роторных моторов, которые должны стать основными двигателями во всех будущих новых моделях Mazda, открыв новую эру возрождения компании. 

 

1981 год: технология дезактивации цилиндров двигателя

Идея проста. Чем меньше цилиндров работает в двигателе, тем меньше расход топлива. Естественно, что двигатель V8 намного прожорливее, чем четырехцилиндровый. Также известно, что при эксплуатации автомобиля большую часть времени люди используют машину в городе. Логично, что если автомобиль оснащен 8- или 6-цилиндровыми моторами, то при поездках в городе все цилиндры в двигателе в принципе не нужны. Но как можно просто превратить 8-цилиндровый мотор в четырехцилиндровый, когда вам не требуется задействовать для мощности все цилиндры? На этот вопрос в 1981 году решила ответить компания Cadillac, которая представила двигатель с системой дезактивации цилиндров 8-6-4. Этот мотор использовал электромагнитные управляемые соленоиды для закрытия клапанов на двух или четырех цилиндрах двигателя.

 

Эта технология должна была повысить эффективность двигателя, например, при движении по шоссе. Но последующая ненадежность и неуклюжесть этого мотора с системой дезактивации цилиндров напугала всех автопроизводителей, которые в течение 20 лет боялись использовать эту систему в своих моторах. 

 

Но теперь эта система снова начинает завоевывать автомир. Сегодня уже несколько автопроизводителей используют эту систему на своих серийных автомобилях. Причем технология зарекомендовала себя очень и очень хорошо. Самое интересное, что эта система продолжает развиваться. Например, уже скоро эта технология может появиться на четырехцилиндровых и даже на трехцилиндровых моторах. Это фантастика!

 

2012 год: двигатель с высокой степенью сжатия – воспламенение бензина от сжатия

 

Наука не стоит на месте. Если бы наука не развивалась, то сегодня мы бы до сих пор жили в Средневековье и верили в колдунов, гадалок и что земля плоская (хотя сегодня все равно есть немало людей, которые верят в подобную чушь).

 

Не стоит на месте наука и в автопромышленности. Так, в 2012 году в мире появилась очередная прорывная технология, которая, возможно, совсем скоро перевернет весь автомир.

 

Речь идет о двигателях с высокой степенью сжатия.

 

Мы знаем, что чем меньше сжимать воздух и топливо внутри двигателя внутреннего сгорания, тем меньше мы получим энергии в тот момент, когда топливная смесь воспламеняется (взрывается). Поэтому автопроизводители всегда старались делать двигатели с немаленькой степенью сжатия.

 

Но есть проблема: чем выше степень сжатия, тем больше риска самовоспламенения топливной смеси.

Поэтому, как правило, ДВС имеют определенные рамки в степени сжатия, которая на протяжении всей истории автопромышленности была неизменяемой. Да, каждый двигатель имеет свою степень сжатия. Но она не меняется. 

 

В 1970-х годах в мире был распространен неэтилированный бензин, который при сгорании дает огромное количество смога. Чтобы как-то справиться с ужасной экологичностью, автопроизводители начали использовать V8 моторы с низким коэффициентом сжатия. Это позволило снизить риск самовоспламенения топлива низкого качества в двигателях, а также повысить их надежность. Дело в том, что при самовоспламенении топлива двигатель может получить непоправимый урон. 

 

Смотрите также: По каким принципам работает двигатель Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

 

Но затем при массовом появлении электронного впрыска автопроизводители с помощью компьютера стали применять различные настройки, автоматически регулирующие качество топливной смеси, что позволило существенно улучшить экономичность двигателей и снизить уровень вредных веществ в выхлопе. Но главное, что удалось сделать с помощью компьютерных настроек и регулировки топливной смеси, – это снизить до минимума риск самовоспламенения топлива. В итоге со временем стало невыгодно использовать большие мощные моторы с низкой степенью сжатия.  Так автопромышленность ввела новую моду – уменьшение количества цилиндров. Чтобы сохранить мощность в моторах, автопроизводители стали использовать турбины. Но главное – благодаря электронике, которая управляет качеством топливной смеси, автопроизводители снова могут создавать моторы с большой степенью сжатия, не опасаясь самовоспламенения топлива. 

 

Но в 2012 году компания Mazda удивила весь мир, представив фантастический мотор SKYACTIV-G, который имеет невероятно высокий коэффициент сжатия для серийного двигателя. Степень сжатия этого мотора составляет 14:1. Это позволяет мотору извлекать энергию почти из каждой капли бензина без образования смога. 

 

Следующим шагом для Mazda стал новый мотор SKYACTIV-X, который использует контролируемое зажигание (система SPCCI). Благодаря этой системе появилась возможность воспламенять бензин практически за счет одного только сжатия. То есть как в дизельных моторах. Также в двигателях SKYACTIV-X есть возможность воспламенять топливо обычным образом. Причем электроника автоматически выбирает, как выгоднее воспламенять бензин в камере сгорания. Все зависит от потребностей водителя и условий движения.

 

Например, если вам нужна сила (крутящий момент), то двигатель SKYACTIV-X  будет воспламенять топливо от силы сжатия (почти как дизель). Если вам нужна мощность, то мотор с высокой степенью сжатия будет воспламенять топливо обычным образом. Причем реально для придания мощности будет использована последняя капля бензина.

 

Даже спустя столетие и даже с появлением альтернативных видов топлива, а также с появлением электрокаров двигатели внутреннего сгорания остаются главными силовыми агрегатами в автопромышленности. И несмотря на то что многие эксперты считают, что ДВС изжил себя и в скором времени должен исчезнуть из автомира, нам кажется, что двигатель внутреннего сгорания еще не развился до конца. Также мы считаем, что мир в ближайшие 100 лет все равно не будет готов полностью отказаться от ДВС, работающих на бензине.

 

И кто его знает, что нам подготовят автомобильные компании в ближайшем будущем. Ведь их инженеры не зря получают бутерброды с черной икрой. Вполне возможно, что уже скоро очередной автопроизводитель удивит нас какой-нибудь новой технологией в ДВС.

 

Так что рано сбрасывать со счетов традиционные моторы. Может быть, электрокары – это временное явление? Скорее всего, это более вероятно.

Циклы двигателей внутреннего сгорания | Рабочие циклы д.в.с.

      Здравствуйте! Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, в которой подвод теплоты к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух или смесь воздуха с легковоспламеняемым топливом, а на втором этапе — продукты сгорания.В поршневых двигателях внутреннего сгорания подвод теплоты происходит непосредственно в цилиндре в процессе сгорания топлива. Эти двигатели имеют сравнительно высокую экономичность, малые габариты и вес, приходящийся на единицу мощности, и поэтому в основном применяются в качестве транспортных двигателей: в авиации, автомобильном, водном и железнодорожном транспорте. Кроме того, они используются в стационарных энергетических установках малой мощности.

     Недостатком поршневых двигателей является необходимость применения кривошипного механизма, предназначенного для преобразования поступательного движения поршня во вращательное. Наличие несбалансированных масс в кривошипном механизме при увеличении числа оборотов приводит к возникновению больших механических нагрузок. Поэтому мощные двигатели внутреннего сгорания выполняются тихоходными, что увеличивает их габариты и вес.

     Различные требования, предъявляемые к двигателям внутреннего сгорания в зависимости от их назначения, привели к созданию самых разнообразных типов этих двигателей. Однако с термодинамической точки зрения их можно классифицировать по характеру процессов. Циклы, которые применяются в двигателях, можно подразделить на следующие три вида:

1) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме;

2) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении;

3) смешанный цикл, в котором теплота подводится при постоянном объеме и при постоянном давлении.

Цикл с подводом теплоты в процессе при постоянном объеме.

     Особенностью двигателей, работающих по этому циклу, является внешнее приготовление рабочей смеси, которая затем подается в цилиндр, где сжимается и воспламеняется от электрической искры, причем сгорание происходит очень быстро и процесс можно рассматривать как происходящий при постоянном объеме. Так как внешнее смесеобразование осуществляется при низкой температуре, двигатель может работать только на легких топливах, которые хорошо смешиваются с воздухом. Такой двигатель впервые был построен в 1876 г. немецким изобретателем Отто и работал на газовой смеси.

     Теоретический цикл с подводом теплоты при υ = const состоит из двух адиабат и двух изохор (рис. 2). В процессе 1—2 происходит адиабатное сжатие рабочей смеси, которая в точке 2 воспламеняется с помощью электрической искры и сгорает в процессе 2—3 при постоянном объеме. В процессе 3—4 адиабатного расширения продуктов сгорания топлива происходит перемещение поршня и производится работа расширения. В точке 4 открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает до атмосферного pa.

      При этом часть отработавших продуктов сгорания покидает полость цилиндра. В дальнейшем в результате возвратно-поступательного движения поршня выталкиваются остатки продуктов сгорания и всасывается следующая порция рабочей смеси. На теоретической диаграмме (рис. 2) эти процессы совпадают с изобарой ра, однако условно их совмещают с изохорным процессом 4—1, в котором отводится количество теплоты q2, фактически уносимой вместе с удаляемыми газами.

     Реальные циклы двигателей внутреннего сгорания заметно отличаются от теоретических, поэтому при теоретическом анализе вводятся также и другие допущения. В качестве рабочего тела при исследовании циклов двигателей внутреннего сгорания принимается идеальный газ, количество и свойства которого неизменны (в действительности они изменяются в результате сгорания распыленного топлива).

     Процессы сжатия и расширения не являются адиабатными, потому что в реальном двигателе существует трение и происходит теплообмен между стенками цилиндра и газом. Процесс 2—3 в действительности также отличается от изохорного из-за перемещения поршня за время горения топлива. Вследствие развития всех процессов во времени определенные точки перехода от одного процесса к другому (точки 1, 2, 3 и 4) в реальных циклах отсутствуют, и процессы сменяют друг друга постепенно (рис. 1).

Однако при термодинамическом анализе циклов двигателей внутреннего сгорания эти отклонения от идеальных условий не учитываются, что существенно упрощает теоретическое исследование циклов.

      В соответствии с формулой

термический к. п. д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме возрастает с увеличением степени сжатия ε, которая равна отношению υ1/υ2 (рис.2) и показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси при ее сжатии. Однако величина ε ограничивается температурой самовоспламенения рабочей смеси.

Если в процессе адиабатного сжатия 1—2 температура в цилиндре превысит температуру самовоспламенения, то рабочая смесь воспламенится преждевременно, что не только снизит экономичность двигателя, но и приведет к весьма опасным перегрузкам. Поэтому степень сжатия в двигателях со сгоранием при υ = const не превышает ε = 6—9 (выбирается в зависимости от свойств топлива).

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении.

      В двигателях, работающих по этому циклу, сжатию подвергается не рабочая смесь, а воздух, температура которого в конце процесса сжатия (точка 2 на рис. 3) превышает температуру самовоспламенения топлива и составляет 600—800° С. Благодаря этому подаваемое в цилиндр распыленное жидкое топливо, смешиваясь с воздухом, самовоспламеняется и горит, причем подача топлива регулируется таким образом, чтобы горение шло при постоянном давлении (изобара 2—3). Распыливание подаваемого в цилиндр топлива производится сжатым воздухом (давление 5—9 МПа), поступающим из специального компрессора (такие двигатели часто называют компрессорными). В процессе 3—4 происходит адиабатное расширение продуктов сгорания, а процесс 4—1 аналогичен такому же в цикле со сгоранием при υ=const. Этот цикл был впервые предложен и осуществлен Дизелем.

      Ввиду того что сжатию подвергается только воздух, преждевременное воспламенение (детонация) топлива исключается, двигатели работают с большими степенями сжатия (порядка 15—20) и имеют большой к. п. д. Так как образование горючей смеси происходит при высокой температуре, в этих двигателях сжигаются более тяжелые виды топлива.

      Недостатком этих двигателей является наличие компрессора высокого давления, снижающего надежность, а также усложняющего конструкцию и потребляющего некоторую часть мощности двигателя. Поэтому они в настоящее время вытеснены бескомпрессорными двигателями, в которых распыливание топлива осуществляется топливным насосом.

Смешанный цикл.

     Двигатели, работающие по смешанному циклу, являются более совершенными по сравнению с двигателями с изобарным сгоранием, так как у них отсутствует компрессор. Первый патент на бескомпрессорный двигатель высокого давления был выдан в 1901 г. русскому инженеру Г. В. Тринклеру. Однако эти двигатели получили широкое распространение значительно позже, когда удалось осуществить тонкое распыливание топлива с помощью топливного насоса и форсунок специальной конструкции. В настоящее время по смешанному циклу работают преимущественно транспортные двигатели, в которых используется тяжелое топливо.

     В смешанном цикле, как и в цикле с изобарным сгоранием, сжатию подвергается воздух. Топливо подается в цилиндр с помощью насоса в конце сжатия (точка 2 на рис. 4) при давлении 30—150 МПа и вследствие высокой температуры воздуха самовоспламеняется. Подача топлива под большим давлением создает благоприятные условия для хорошего распиливания и перемешивания его с воздухом, что обеспечивает достаточно полное сгорание топлива и повышение экономичности двигателя. Процесс горения идет сначала при постоянном объеме (изохора 2—3), а затем при постоянном давлении (изобара 3—3′).

Сравнение циклов.

      Как уже отмечалось раньше, сравнение экономичности двигателей целесообразно проводить с помощью Ts-диаграммы, так как эта диаграмма позволяет по соответствующим площадям определить количество теплоты. На рис. 5 выполнено сравнение рассмотренных выше циклов двигателей при одинаковом количестве отводимой теплоты q2, которой соответствует площадь 1—4—b—a—1, и одинаковых максимальных параметрах цикла в точке 3.

      Степень сжатия для цикла со сгоранием топлива при p = const (определяется положением точки 2″ в конце адиабатного сжатия воздуха) больше, чем для цикла со сгоранием при υ = const (точка 2). Это соответствует действительным условиям работы двигателей, так как отличительной особенностью и преимуществом двигателей с подводом тепла при р = const является возможность использования больших степеней сжатия.

      Поэтому целесообразно сопоставить двигатели при одинаковых максимальных давлениях и температурах (точка 3 на рис. 2—4), поскольку эти параметры определяют величину механических и термических напряжений, а следовательно, и конструктивные особенности двигателей.При одинаковых максимальных параметрах в цикле 1—2″— 3—4—1 (рис. 5) с подводом теплоты при p = const работа, равная площади цикла, больше работы в цикле 1—2—3—4—1 с подводом теплоты при υ=const. Так как количество отводимой теплоты q2, которой соответствует площадь 1—4—b—а—1, в обоих циклах одинаково, то термический к. п. д. в условиях одинаковых максимальных параметров для цикла с подводом теплоты при p = const выше.

     Термический к. п. д. смешанного цикла 1—2’—3’—3 —4—1 имеет среднее значение между термическими коэффициентами полезного действия рассмотренных циклов. В действительности для смешанного цикла и цикла Дизеля оптимальная степень сжатия одинакова и составляет ε = 16—18, поэтому бескомпрессорные двигатели работают при более высоких максимальных параметрах (точка 3 на рис. 5 расположена выше) и, следовательно, являются наиболее экономичными. Исп. литература: 1) Теплоэнергетика и теплотехника, Общие вопросы, Справочник под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина, Москва, «Энергия», 1980. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,»Вышейшая школа», 1976.


Двигатели внутреннего сгорания (3) (Реферат)

Доклад на тему:

Двигатели внутреннего сгорания.

Доклад подготовил:

ученик ___ класса

школы № ___

Ф.И.О.

г. Нижний Новгород 2002 год.

Один из самых распространенных двигателей – двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные и т.д., во всём мире насчитывается сотни миллионы таких двигателей. Существует два вида двигателей внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные.

Бензиновые ДВС работают на жидком горючем (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах). Проектируют двигатели где горючим будет водород.

Основная часть ДВС – один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.

Внутри цилиндра движется поршень – металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем – пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт движения поршня коленчатому валу.

Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов – впускной, подаётся горючая смесь, через другой – выпускной, удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча – приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры.

Наибольшее распространение получил четырёхтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-ый такт – впуск (всасывание). Поршень, двигаясь вниз, засасывает горючую смесь. 2-ой такт – сжатие. Впускной клапан закрывается, поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-ий такт – рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения, смесь поджигается электрической искрой свечи, сила давления газов раскалённых продуктов горения – толкает поршень вниз. Движение поршня передаётся коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым производится полезная работа. Произведя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-ый такт – выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из четырёх тактов двигателя только один, третий, — рабочий. Поэтому двигатель снабжают моховиком, инерционным двигателем, запасающим энергию, за счёт которой коленчатый вал вращается в течении остальных тактов. Отметим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах для более равномерной работы ставят 4, 6, 8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название звездообразных. Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации.

Дизельные – другой тип двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно, сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового топлива внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива.

Первый дизельный двигатель был собран в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени.

Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень клапаны. И принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан – форсунка. Назначение её — в определённые фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны , топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя.

Пусть начальным положением будет верхняя мёртвая точка. При движении поршня вниз (1-ый такт) открывается впускной клапан, через который засасывается воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжении всего 2-го такта остаётся закрытым.

В цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха (в бензиновом двигателе внутреннего сгорания на этой фазе сжимается горючая смесь). Степень сжатия в дизелях в 2-2,5 раза больше, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. В момент подхода поршня в верхнюю мёртвую точку начинается подача топлива из форсунки. Попадая в горячий воздух, мелко распыленное топливо самовозгорается. Сгорание топлива (3-ем такте) происходит не сразу, как в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а постепенно, в продолжении некоторой части хода поршня вниз, объем пространства в цилиндре, где топливо сгорает, увеличивается. Поэтому давление газов во время работы форсунки остаётся постоянным.

Когда поршень возвращается в нижнюю мёртвую точку, открывается впускной клапан, и давление газов сразу падает, после чего заканчивается 4-ый такт, поршень возвращается в верхнюю мёртвую точку. Далее цикл повторяется.

Дизель относится к более экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%), он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и собраны двигатели мощностью до 30 000 КВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках (в последнее время стали выпускать легковые машины на дизелях), передвижных электростанциях.

Список литературы:

Энциклопедический словарь юного техника 1988 г.

Б.В. Зубков, С.В. Чумаков.

реферат на тему двигателя внутреннего сгорания

Большинство людей не замечают то что скрыто от глаз но учёные это видят и стараются улучшить то что мы имеем. Один из самых распространенных двигателей – двигатель внутреннего сгорания. Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т.д., во всём мире насчитывается сотни миллионы таких двигателей. Существует два вида двигателей внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные. Дизель относится к более экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%), он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и собраны двигатели мощностью до 30 000 КВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках (в последнее время стали выпускать легковые машины на дизелях), передвижных электростанциях. Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован бельгийским изобретателем Этьеном Ленуаром (1822—1900) в 1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. КПД двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигательБензиновые ДВС работают на жидком горючем (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах). Проектируют двигатели где горючим будет водород. 2.5 ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВС Дизельные – другой тип двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно, сжатый 6 поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового топлива внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива. Первый дизельный двигатель был собран в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени. Основная часть ДВС – один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.2.6 2.6 ОТЛИЧИЯ ДВС БЕНЗИНОВОГО ОТ ДИЗЕЛЬНОГО Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. Принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан – форсунка. Назначение её — в определённые фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны , топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя. Казалось бы не заметный и ненужный механизм а без него не едет автомобиль. Так же и в жизни те без кого не обойтись не получает должной славы всё достается корпусу и если бы я не начал копаться в этой информации я бы не узнал кто такой Рудольф Дизель. 

Двигатель внутреннего сгорания — презентация | Презентация к уроку по физике (8 класс) на тему:

Слайд 1

Двигатель внутреннего сгорания Учитель физики ГБОУ СОШ №143 Гусейнова Елена Владимировна

Слайд 2

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС ) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу

Слайд 3

Первый по настоящему работоспособный Двигатель Внутреннего Сгорания (ДВС) появился в Германии в 1878 году. Но история создания ДВС уходит своими корнями во Францию. В 1860 году французский изобретатель Этвен Ленуар изобрёл первый двигатель внутреннего сгорания . Но этот агрегат был несовершенен, с низким КПД и не мог быть применён на практике. На помощь пришёл другой французкий изобретатель Бо де Роша , который в 1862 году предложил использовать в этом двигателе четырехтактный цикл: 1. всасывание 2. сжатие 3. горение и расширение 4. выхлоп Именно эта схема и была использована немецким изобретателем Николаусом Отто , построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, КПД которого достигал 22%, что существенно превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов. Первым автомобилем с четырёхтактным ДВС был трёхколёсный экипаж Карла Бенца , построенный в 1885 году. Годом позже (1886 г) появился вариант Готлиба Даймера . Оба изобретателя работали независимо друг от друга. В 1926 году они объединились, создав фирму Deimler -Bent AG История создания

Слайд 4

Схема работы роторно-поршневого двигателя 1. Впуск. Одной из граней ротор затягивает топливно-воздушную смесь в камеру двигателя 2. Сжатие. Проталкивая смесь по направлению к свечам зажигания, ротор сжимает ее 3. Рабочий ход. После воспламенения смеси расширяющиеся газы вращают ротор вокруг эксцентрика, совершая полезную работу 4. Выпуск. Как только одна из вершин ротора открывает выпускное окно, отработавшие газы удаляются в атмосферу Принцип работы

Слайд 5

Д.В.С широко используется в технике Примеры : Паровоз , пароход , автомобиль и наконец то самолёт. Использование в технике Старинный Д.В.С Новейший Д.В.С

Слайд 6

Выхлопные газы (отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов , являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах. Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов Вред природе

Слайд 7

Отравления в замкнутом пространстве Довольно часты случаи отравления выхлопными газами в том числе со смертельными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (утечки в салон) при отсутствии или плохой вентиляции . Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы на вентиляцию сооружений, связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей, а также рекомендации автомобилистам. Интересный факт

Слайд 8

Спасибо за внимание!!!!!!!

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — Принцип работы и устройство

Двигатели внутреннего сгорания

Принципы работы и классификация

Двигатель внутреннего сгорания – это наиболее распространенный источник энергии для транспортных средств. Этот двигатель вырабатывает мощность за счет преобразования химической энергии топлива в теплоту, которая затем преобразуется в механическую работу.

Преобразование химической энергии в теплоту осуществляется при сгорании топлива, а последующий переход теплоты в механическую работу осуществляется за счет внутренней энергии рабочего тела, которое, расширяясь, выполняет работу.

В качестве рабочих тел в двигателе внутреннего сгорания используются газы, давление которых возрастает за счет сжатия.

Таблица 1. Классификация двигателей внутреннего сгорания

Топлива – а это в основном смеси углеводородов – требуют для своего сгорания присутствие кислорода; нужное количество кислорода поступает вместе со входящим воздухом.

Если сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя, этот процесс называется внутренним сгоранием. Здесь продукты сгорания сами используются в качестве рабочего тела.

Если же процесс сгорания происходит вне цилиндра, то он называется внешним сгоранием.

Постоянное получение механической работы возможно циклически (поршневой двигатель ) или непрерывно (газотурбинный двигатель), рабочий процесс при этом состоит из сжатия рабочего тела, подвода к нему теплоты, совершения работы за счет его расширения и возврата в исходное состояние.

Если рабочее тело изменяется при получении им теплоты, например, когда часть его выполняет роль окислителя, то восстановление первоначального состояния рабочего тела возможно только путем его замены.

Подобный процесс называется незамкнутым циклом и характеризуется циклическим газообменом (выпуском продуктов сгорания и впуском свежего заряда). Внутреннее сгорание всегда требует применения незамкнутого цикла.

При реализации процесса внешнего сгорания рабочее тело остается химически неизменным и может поэтому возвращаться в свое исходное состояние путем выполнения требуемых операций (охлаждение, конденсация). Это позволяет использовать замкнутый цикл работы.

Кроме основных характеристик процесса (незамкнутый/замкнутый циклы) и типов сгорания (циклический/непрерывный) процессы сгорания в двигателе внутреннего сгорания классифицируются по способам приготовления рабочей смеси и применяемым методам ее воспламенения.

При внешнем смесеобразовании рабочая смесь приготавливается вне камеры сгорания. При этом в камере сгорания вначале присутствует, главным образом, гомогенная топливовоздушная смесь, и поэтому этот процесс можно отнести к процессу образования гомогенной смеси.

При внутреннем смесеобразовании топливо вводится непосредственно в камеру сгорания. Чем позже происходит сгорание, тем большей гетерогенностью на момент начала сгорания будет обладать топливовоздушная смесь, поэтому внутреннее смесеобразование часто называется процессом образования гетерогенной смеси.

Принудительное воспламенение осуществляется электрической искрой от свечи зажигания. При самовоспламенении рабочая смесь загорается из-за нагрева вследствие ее сжатия. Также самовоспламенение может происходить при впрыскивании топлива в такую высокотемпературную воздушную среду, которая вызывает его испарение и воспламенение.

Мой блог находят по следующим фразам

Автор темы: АвтоЗащитник

Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания. По большому счету, существует только две серьезных претензии к ДВС — прожорливость и вредный выхлоп. Запасы нефти не безграничны, а автомобили являются одними из основных ее потребителей. Выхлопные газы отравляют природу и людей и, накапливаясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Парниковый эффект приводит к изменению климата и далее к другим экологическим бедам. Но не будем отвлекаться.С обоими недостатками конструкторы и инженеры за последние десятилетия научились весьма эффективно бороться, доказав, что у ДВС есть еще неиспользованные резервы для развития и совершенствования.

Содержание статьи

Снижение расхода топлива

Существенное снижения расхода топлива было достигнуто благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым шагом стал переход от карбюраторных двигателей к впрысковым. Современные системы впрыска обеспечивают подачу топлива в цилиндры под высоким давлением, в результате чего происходит его тонкое распыление и хорошее смешивание с воздухом. В ходе такта сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания точно дозированными порциями до 5-7 раз. Использование наддува, увеличение числа клапанов, повышение степени сжатия также позволили более полно сжигать рабочую смесь. Оптимизация формы камеры сгорания, днища поршней, применение систем с регулируемыми фазами газораспределения способствовали улучшению процессов смесеобразования. В результате двигатель может работать на более бедных смесях, экономя топливо и снижая выброс вредных веществ.

Широко применяется в современных автомобилях система старт-стоп, дающая заметную экономию топлива в городском режиме движения. Эта система автоматически выключает двигатель при остановке автомобиля. Запуск производится при нажатии на педаль сцепления (в автомобилях с механической коробкой передач) или при отпускании педали тормоза (в автомобилях с автоматической коробкой).

Система рекуперации энергии торможения, впервые появившаяся на гибридных автомобилях, постепенно перекочевала и на обычные. Кинетическая энергия замедляющегося автомобиля, которая раньше растрачивалась на нагрев деталей тормозной системы, сейчас преобразуется в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Расход топлива снижается до 3%.

Важным обстоятельством является то, что улучшение технических характеристик двигателей происходит при неуклонном снижении их объема. Например, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, признанный лучшим двигателем 2010 года, при объеме 1390 куб.см развивает мощность до 178 л.с. То есть, с каждого литра снимается 127 л.с.! Удельный расход топлива за прошедшие 20-30 лет был снижен почти в два раза. А раз снижается потребление топлива, соответственно снижается и выброс вредных веществ, да и запасы нефти можно растянуть на больший срок.

Очистка выхлопных газов

Все вышеперечисленные меры снижают вредные выбросы, так сказать косвенно, за счет улучшения технических характеристик. Но есть ряд систем, назначение которых – непосредственно уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах.

Прежде всего это, конечно же, каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, вступают в химическую реакцию с веществами, нанесенными на его соты. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвредные составляющие.

Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность. Она предназначена для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого ускорения, когда двигатель работает на обогащенной смеси. Принцип работы системы состоит в перенаправлении части выхлопных газов обратно в цилиндры. Это вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

При работе двигателя не все выхлопные газы попадают в выпускную систему. Часть их прорывается в картер. Для предотвращения попадания в атмосферу используется система вентиляции картера. Пары бензина так же, как и выхлопные газы, содержат вредные для человека вещества. Поэтому на автомобилях устанавливается система поглощения паров бензина.

Все вышеперечисленные системы универсальны, то есть используются как на бензиновых моторах, так и на дизельных. Однако выхлопные газы дизеля отличаются повышенной концентрацией оксидов азота и сажи. Поэтому в выпускной системе дизелей дополнительно устанавливается сажевый фильтр. В некоторых конструкциях может использоваться система SCR (Selective catalytic reduction) или, в вольном русском переводе, впрыск мочевины. Принцип работы: водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопную систему перед катализатором. В результате химической реакции почти половина высокотоксичных оксидов азота превращается в обычный безвредный азот.

К слову говоря, успехи в совершенствовании дизельных моторов впечатляют. Не будем далеко ходить за примерами. Взгляните на таблицу: в ней представлены победители двух самых престижных мировых наград World Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года в мире) и Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года).

Год World Green Car of the Year Green Car of the Year
2006 Honda Civic Hybrid (гибрид) Mercury Mariner Hybrid (гибрид)
2007 Mercedes-Benz E320 Bluetec (дизель) Toyota Camry Hybrid (гибрид)
2008 BMW 118d with Efficient Dynamics (дизель) Chevrolet Tahoe Hybrid (гибрид)
2009 Honda FCX (топливные элементы) Volkswagen Jetta TDI Clean Diese (дизель)
2010 Volkswagen Polo BlueMotion (дизель) Audi A3 TDI Clean Diesel (дизель)
2011 Chevrolet Volt (гибрид) Chevrolet Volt (гибрид)
2012 Mercedes S250 CDI BlueEfficiency (дизель) Honda Civic Natural Gas (газ)
2013 Tesla Model S (электромобиль) Ford Fusion (бензин EcoBoost)
2014 BMW i3 (электромобиль) Honda Accord (бензин, гибрид)

Видите? В одном конкурсе четыре раза побеждали дизели, в другом – дважды.

Перспективы ДВС

Суммируя сказанное можно утверждать, что в ближайшие десятилетия мы будем сосуществовать с двигателями внутреннего сгорания. Для этого есть весомые технические и экономические причины. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы.

Рост продаж «зеленых» автомобилей во многом стимулирован правительственной поддержкой. Как только государство свертывает программу скидок на экологичные автомобили, спрос на них стремительно падает.

Многочисленные попытки создать достойную альтернативу ДВС пока не увенчались успехом. Если же даже принципиально новый двигатель вскоре появится, то для его внедрения в серийное производство понадобятся громадные капиталовложения и длительный промежуток времени.

Что выбрать: бензин или дизель?

Этот вопрос вызывает нескончаемые споры в среде автомобилистов. В помощь им специалисты Bosch разработали наглядную схему, демонстрирующую преимущества обеих типов ДВС и условия, при которых тот или иной из них предпочтительнее.

Дизельный автомобиль потребляет до 25% меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду, зато бензиновый имеет меньшую стоимость, его страхование и эксплуатация обходятся дешевле. Однако если годовой пробег превышает 15000 километров, покупать дизель выгоднее.

Выбор подходящего типа двигателя зависит также от класса автомобиля. Современные бензиновые силовые агрегаты весьма эффективны в компактных автомобилях, а нынешние дизеля позволяют достигать низкого расхода топлива и дают удовольствие от вождения в больших универсалах. Бензиновые моторы обеспечивают завидную приемистость и динамику «горячим» спортивным автомобилям, а высокий крутящий момент дизелей как нельзя кстати подходит большим внедорожникам.

Путешествие во времени: как родился двигатель внутреннего сгорания

Собираем части вместе

Однако современные двигатели — сложные машины, и открытие сгорания — это просто еще одна часть головоломки. Другие части двигателя внутреннего сгорания также уходят своими корнями в прошлое.

Первый известный кривошип, например, был шатунной системой, которую использовали римляне в 3 веке нашей эры. Система преобразовала вращающуюся мощность водяной мельницы в альтернативную линейную мощность, что позволило приводить в движение две пилы по камню.

Даже сегодня, после тестирования многих других систем, шатун остается предпочтительным решением для преобразования альтернативного движения поршня в полезное вращательное движение во всех двигателях внутреннего сгорания.

Исследование силы пара

Пар также играет большую роль в истории двигателей внутреннего сгорания, являясь одним из первых идентифицированных способов преобразования энергии огня в движение.

Первая зарегистрированная паровая машина была описана героем Александрии в Римском Египте в I веке нашей эры.

Эолипил — это вращающийся сосуд, в котором пар поступает из котла, а затем выбрасывается через два тангенциальных сопла, создавая вращающий момент. Результирующая механическая мощность вращения была достаточной только для компенсации потерь на трение и сопротивление, однако дополнительной мощности не производилось. И вместо того, чтобы рассматриваться как изобретение, способное изменить мир, похоже, что древние греки рассматривали эолипил как простое любопытство.

Сила пара будет играть важную роль и в последующие столетия, хотя и широко, и широко.По словам Уильяма Мальмсберийского, например, в 1125 году в Реймсе находился церковный орган, приводимый в действие воздухом, выходящим из-под сжатия «нагретой водой», по-видимому, спроектированный и сконструированный профессором Гербертусом.

А в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, возможно, предложил систему, основанную на эолипиле, для приведения в движение — с помощью гребных колес — больших кораблей без использования энергии ветра. Человек раньше своего времени?

Следы для паровой турбины были заложены в 1551 году в Египте, когда Таки ад-Дин описал самовращающийся вертел, который заложил основу для будущих идей.

Джованни Бранка, итальянский инженер, в 1629 году продемонстрировал концепцию паровой турбины для вращения цилиндрического спускового механизма, который попеременно поднимал и выпускал пару пестов, работающих в ступках. Однако поток пара в этих первых паровых турбинах не был концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях. Это привело бы к огромной трате энергии, поэтому эта идея никогда серьезно не рассматривалась для промышленного использования.

Большинство этих машин были подтверждены, и идеи, лежащие в их основе, работают.Такие изобретения послужили основой для будущих технологий, и мы рассмотрим более свежие разработки и концепции в следующей статье этой серии.

Изображение предоставлено Wikimedia Commons

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Почему для борьбы с глобальным изменением климата с точки зрения транспорта все еще необходима разработка двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются основными силовыми установками на автомобильном транспорте.В середине 2017 года Серрано [1] сослался на невозможность их замены силовой установкой в ​​большинстве автомобилей. В настоящее время это утверждение верно даже при рассмотрении наилучшего сценария роста полностью электрических и гибридных автомобилей. Аргументы, поддерживающие эту позицию, включают растущий спрос на транспорт, активное развитие более чистых и эффективных двигателей внутреннего сгорания [2, 3], доступность ископаемых видов топлива и высокую удельную энергию указанных традиционных видов топлива. В целом, похоже, есть веские аргументы в поддержку среднесрочной и долгосрочной жизнеспособности ДВС как преобладающей электростанции для автомобильного транспорта.Однако за последние несколько лет ситуация кардинально изменилась. СМИ и другие участники рынка заявляют о смерти ICE в среднесрочной перспективе [4]. Политики из нескольких стран G7, таких как Франция, Испания и Великобритания, объявили о запрете ICE на своих рынках [5], в некоторых случаях, еще в 2040 году. Крупные города, такие как Лондон, Париж, Мадрид и другие. В Берлине также рассматривают жесткие ограничения для автомобилей с ДВС. Какой анализ можно сделать из этой новой ситуации?

2.В чем проблема с электромобилями?

Какой должна быть альтернатива нынешнему ДВС в средне- и долгосрочной перспективе? Комбинируя маятниковый эффект общественного мнения с отличным маркетингом новых участников в секторе легковых автомобилей, для средств массовой информации подается коктейль путаницы. В конце концов, можно спросить, было ли использование обычных двигательных систем более 120 лет правильным путем. Как такая старая концепция может быть новаторской? Как ДВС может быть мощным и технологически продвинутым в сжигании ископаемого топлива? Без раздумий приходит простой, но ошибочный вывод: будем приветствовать «новые электродвигатели и аккумуляторы» в автомобилях с нулевым уровнем выбросов!

Плохая новость в том, что энергия не создается и не разрушается, а только трансформируется.Электродвигатели и аккумуляторы не новые, не чистые и в целом небезупречные. Можно сразу выделить две актуальные проблемы.

Первая проблема заключается в том, что движение транспортного средства связано с преобразованием энергии, а электродвигатель использует не первичный источник энергии, а вектор энергии. Хотя общественное мнение имеет четкое представление о том, как некоторые процессы, такие как трение, могут отрицательно влиять на транспортные приложения, понимание влияния второго закона термодинамики ограничено.Проблема в том, что электричество должно производиться, чаще всего из невозобновляемых источников энергии, что составляет около 60% потерь энергии, а затем транспортироваться, что добавляет 20% дополнительных потерь. К сожалению, возобновляемые источники составляют лишь 10% глобального энергобаланса, как показано на Рисунке 1 [12], без среднесрочного прогноза значительного роста.

В некоторых странах, таких как США, Китай, Россия, Польша, Южная Корея или Германия, ископаемое топливо, включая значительную долю угля, остается крупнейшим источником энергии в качестве сырья для производства электроэнергии.Согласно первому подходу, единственной страной «большой восьмерки», имеющей реальные альтернативы технологиям, излучающим CO 2 , является Франция из-за ее неизменной приверженности ядерной энергии. Следовательно, при нынешней структуре энергопотребления и с анализом полного жизненного цикла, так называемым анализом от колыбели до могилы, альтернатива электродвигателям не устранит глобальные выбросы CO 2 .

По этому поводу, Рисунок 2 [13], который берет данные от колыбели до могилы, анализ, разработанный совместным исследовательским центром JEC и EUCAR-CONCAWE [13], эффективно показывает, как с европейским производством электроэнергии сочетается переход на батареи. электромобили (BEV) сократят, но не устранят выбросы CO 2 .Сокращение потребления электроэнергии в ЕС оценивается в 40 гCO 2 / км (с 210 до 170 гCO 2 / км) при полном переходе от ДВС к БЭВ. Однако в Европейском союзе доля возобновляемых и гидравлических источников энергии составляет 35% [12], а в мире — всего 10% (Рисунок 1). Если кто-то думает, что выброс CO 2 является глобальной проблемой, энергетическая политика в этом отношении не может считаться региональной. Совсем недавно, в апреле 2019 года, международные СМИ повторили недавнее исследование, проведенное немецким IFO (Институт центра экономических исследований). , CESifo GmbH), проведенного Sinn et al.[15], который подсчитал, что Tesla Class 3 излучает от 156 до 180 gCO 2 / км в течение своего срока службы с использованием немецкого энергобаланса. В результате уровень выбросов CO 2 составляет от 11% до 28% больше, чем у современных дизельных двигателей E6d Temp. Кроме того, анализ жизненного цикла полной электрификации автомобильного транспорта показывает, что газообразные выбросы будут перемещаться только из городов в окрестности крупных тепловых электростанций и производственных центров, как указывает Мессаги [16].К сожалению, глобальное потепление невозможно перенести, а атмосферные явления не знают границ, как неоднократно демонстрировали кислотные дожди и облака из твердых частиц (PM 2,5), как показано на Рисунке 3 [17]. Подводя итог, можно сказать, что при сочетании массовой электрификации автомобильного транспорта и нынешней глобальной структуры энергопотребления максимальная выгода заключается в перемещении выбрасываемого CO 2 . Поскольку до 2030 г. не предвидится никаких существенных изменений в существующей структуре электроснабжения, электрификацию транспорта как четкое решение проблемы изменения климата следует отложить [17].Вторая проблема электромобилей связана с необходимостью накопления электроэнергии. Проще говоря, электричество должно вырабатываться по мере потребления. Конечно, можно прибегнуть к батареям в качестве решения для хранения электроэнергии, хотя и не в значительных количествах для применения на автомобильном транспорте. Как и ICE, батареи — это старая хорошо известная концепция. Кроме того, батареи также содержат вредные химические соединения. Несмотря на прогрессивные улучшения, батареи являются совершенно незрелой технологией в том диапазоне мощности и энергии, который требуется для большинства применений в автомобильном транспорте, где нет конкурентов успешным гибким жидким видам топлива [18].При разработке аккумуляторов необходимо решить четыре проблемы:
Время зарядки аккумулятора неприемлемо велико для многих пользователей [19].
Плотность энергии неприемлемо низка с реальной автономией ниже 250 км для компактных транспортных средств [20] и около 300 км для спортивных городских транспортных средств (внедорожников) [21].
Срок службы аккумуляторов ограничен и меньше срока службы автомобиля. Несколько исследований [22,23] показывают этот факт и обсуждают риски и затраты, связанные с их переработкой или утилизацией надлежащим образом.
Поставка сырья для производства, такого как никель, литий, кобальт, медь и марганец, среди прочего, является возникающим препятствием, поскольку они быстро достигают высоких цен и приобретают все большее значение в геополитических стратегиях. По словам Сары Мэриссел, глобального менеджера по поставкам металлов Tesla [24], основная проблема в настоящее время заключается в поставках кобальта, который необходим для анода литий-ионных батарей; Tesla Model X требует 7 кг на автомобиль, а Tesla Model 3 — около 4.5 кг [25]. Этот минерал добывается в основном в Демократической Республике Конго, где права человека нарушаются детским трудом, а шахты отличаются, в частности, плохими условиями безопасности [26]. Затем кобальт поступает на международные рынки, и его происхождение размывается из-за низкой прослеживаемости производственной цепочки. Наконец, она в основном обрабатывается в Китае, что демонстрирует потенциал этой технологии для дальнейшего экономического стресса и неопределенности. Какова будет стоимость этих материалов, очищенных в западных странах с соблюдением стандартов безопасности, окружающей среды и здравоохранения ЕС? Это было бы, наверное, непомерно.

4. Что улучшает ожидания от ДВС нового поколения?

ICE выбрасывает твердые частицы, газообразные загрязнители и CO 2 на местном уровне. Это принято, поскольку принято считать, что электромобили — нет. Если предположить, что обе части являются отличными аргументами в пользу замены ДВС, что бы произошло, если бы ситуация была противоположной? В анализе жизненного цикла ни производство батарей, ни производство электроэнергии не свободны от выбросов CO 2 и загрязняющих веществ [15].Выработка электроэнергии вызывает гораздо большие выбросы CO 2 , чем синтез жидкого ископаемого топлива, как показано на Рисунке 2, поскольку это энергетический вектор, который труднее получить и транспортировать. Аналогичным образом можно сказать, что производство ДВС генерирует выбросы CO 2 , хотя и меньше, чем в случае батарей и электродвигателей [46,47], как также показано на рисунке 2. Что может сделать ДВС для повышения качества воздуха? Мы можем утверждать, что современные дизельные двигатели Euro 6d Temp могут очищать воздух от твердых частиц и смога в сильно загрязненных районах, таких как ситуации, упомянутые в Китае [48].Фильтры твердых частиц современных двигателей внутреннего сгорания снижают уровень PM10 ниже среднего атмосферного значения, как показано на Рисунке 4 [49]. Если объединить данные на Рисунке 3 и Рисунке 4, преимущества ДВС с фильтрами твердых частиц в таких странах, как Польша, где почти 50% их энергобаланса зависит исключительно от угля [12], очевидны. Технология доступна, и исследования направлены на то, чтобы позволить следующему поколению ДВС действовать в качестве очистителей загрязнителей воздуха в крупных городах, источником загрязнения которых является не только дорожное движение старых ДВС.Этого не могут сделать электродвигатели с батареями. Новый дизельный двигатель Euro 6d Temp выбрасывает на 80% меньше NOx, чем предусмотрено стандартом. Это означает, что они очищают воздух от выбросов из других источников [50]. Необходима эффективная энергетическая политика для обновления транспортных парков по всему миру, как это обосновано в [51] для случая Европы, и для продвижения во всех странах таких же стандартов выбросов для ДВС, как в Соединенных Штатах, Японии или Европе. Обсуждение должно быть сосредоточено не на типе технологий, а на наличии на улицах самых современных их версий.Еще один важный факт, касающийся ДВС, заключается в том, что вклад транспорта в глобальные выбросы ПГП (потенциал глобального потепления) исторически оставался на уровне 11%. Как показано на Рисунке 5, разработанном на основе данных Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) [52], все остальное делают промышленность, сельское хозяйство, добыча ресурсов, переработка отходов, бытовое и коммерческое потребление. Таким образом, массовое изменение электромобилей во всем мире будет означать возможное сокращение количества выбросов CO 2 во всем мире на 11% при условии использования полностью свободных от CO 2 источников энергии для заряда аккумуляторов BEV.Однако только 10% мирового потребления энергии не содержит CO 2 [12], что означает, что в лучшем случае сокращение составит 10% от 11%. Даже ранее рассчитанные 1,1% не могут быть полностью достижимы при анализе жизненного цикла, как показано на Рисунке 2. В очень долгосрочной перспективе можно утверждать, что электромобили существенно снизят выбросы CO 2 , если электричество будет поступать исключительно из возобновляемых источников. или ядерные источники. Как видно на Рисунке 6, несмотря на большой разброс данных в источниках [13,15,16,18], этот сценарий далек от реализации сегодня в большинстве стран Европейского Союза.Принимая во внимание такие страны, как Германия или Испания, где около 35% возобновляемых источников энергии, средний эквивалент выбросов CO 2 немного лучше, чем у дизелей E6d Temp 2019 года. Если мы сделаем экстраполяцию на будущее, в центральном сценарии нам потребуется увеличить сочетание возобновляемых источников энергии более чем на 60%, чтобы иметь такое же конкурентное преимущество перед технологиями сжигания, основанными на воспламенении от сжатия (CI) в выбросах CO 2 [ 15,18]. Даже если мы достигнем 100% возобновляемой энергии, у электромобилей никогда не будет нулевых выбросов CO 2 -эквивалентных выбросов, если рассматривать жизненный цикл, а не только местное использование.Если представить себе, что 60% возобновляемых источников энергии в структуре энергобаланса были средне-долгосрочным стандартом, сможет ли ICE так хорошо справиться? Ответ — да, и даже лучше, если мы будем использовать синтетическое топливо из улавливания и использования атмосферного CO 2 (CCU) [53]. Уже есть несколько проектов НИОКР в Швейцарии, Германии и Канаде, ориентированных на CCU. Это системы, способные преобразовывать CO 2 , взятый непосредственно из воздуха, в жидкое топливо, называемое «топливо PtX» (электронное топливо, включая электронное дизельное топливо).Это осуществляется путем гидрирования CO 2 с использованием h3, полученного электролизом из возобновляемых источников [54]. Существуют также проекты по закачке уловленного CO 2 с электростанций в нефтяные скважины и последующему преобразованию его в нейтральную нефть с точки зрения CO 2 . Другие исследования касаются транспортных средств, улавливающих CO 2 , как собственных выбросов CO 2 , так и атмосферного CO 2 , для выработки на борту нейтрального топлива CO 2 [55]. Таким образом, автономный CCU может даже способствовать снижению атмосферного CO 2 .Если бы топливо, используемое в этих машинах для улавливания CO 2 , было в основном биотопливом [56], как в случае Бразилии, это было бы эффективным способом удаления CO 2 из атмосферы. Однако развитие этой технологии зависит от эффективного использования энергии выхлопных газов ДВС [57]. В заключение, если требуется смена парадигмы, наиболее эффективным решением могут стать транспортные средства, действующие как захватчики CO 2 для создания экономики замкнутого цикла CO 2 .Они устранят остальные 90% CO 2 , которые транспорт не производит [57]. Это возможность, которую BEV не могут предложить. Государственное финансирование и усилия правительства должны способствовать исследованиям, направленным на сокращение выбросов загрязняющих веществ, а не выбирать победителей на неопределенное будущее. Прямые субсидии какой-либо отрасли или технологии и запрещение других без достаточных научно доказанных аргументов — это метод оценки риска, который никогда не был успешным. Похоже, что европейские власти наконец начали прислушиваться к мнению ученых и инженеров, которые заявляют о потенциальной возможности очистки воздуха от загрязнения воздуха в городах системами очистки воздуха от ДВС последнего поколения [58,59], и это объясняет факты ситуации [ 60,61,62].В мае 2019 года Бундестаг Германии предложил запретить использование дизельных двигателей Euro 6d Temp в городах Германии, даже если они выбрасывают менее 270 мг NOx / км (модернизация), что ожидается в Верховном суде Германии. [63]. Во Франции изучается, что дизельные двигатели Euro 6d Temp будут иметь максимальную экологическую оценку после того, как будет обнаружено, что они настолько же или чище, чем бензиновые двигатели [64]. В целом, продвижение исследовательской деятельности в области любой технологии, независимо от области исследований, всегда приносило огромную пользу будущим поколениям и обычно было самым дешевым путем для развития общества.

Подразделение двигателей внутреннего сгорания | Инженерная сеть ASME

ICEF2021

Крайний срок Крайний срок подачи тезисов: 22 февраля 2021 г.

У вас еще есть время отправить тезисы на осеннюю техническую конференцию по двигателям внутреннего сгорания 2021 года, которая состоится 13-15 октября 2021 года. Подразделение двигателей внутреннего сгорания ASME приветствует научные исследования высокого технического качества, связанные с разработкой, продвижением и усовершенствованием. в понимании двигателя внутреннего сгорания.

Конференция будет проходить практически 13-15 октября и будет включать технические презентации, основных докладчиков, студенческие презентации и виртуальные сетевые сессии.

Статьи должны быть представлены по одному из следующих технических направлений:

Дорожка 1: Двигатели с большим диаметром цилиндра
Дорожка 2: Топливо
Дорожка 3: Усовершенствованная система сжигания
Дорожка 4: Трансмиссия и системы выбросов
Дорожка 5: Впрыск топлива и распылители
Дорожка 6: Численное моделирование
Дорожка 7: Конструкция двигателя и разработка механической части

Принятые доклады, представленные на конференции, будут заархивированы через ASME.Для представления докладов на конференции требуется платная регистрация. Непредставленные доклады будут исключены из сборника материалов конференции, не будут опубликованы или заархивированы.

Принятые статьи должны передавать авторское право ASME, за некоторыми исключениями. Ознакомьтесь с Политикой представления ASME ICE и политикой авторских прав ASME.

Категория статьи: Научное исследование, статья

Научно-исследовательская статья предназначена для предоставления высокоуровневых деталей оригинального исследования, сосредоточенного на основанных на гипотезах рассуждениях и методическом подходе к открытию новых научных и / или технических знаний.

ТЕХНИЧЕСКИЙ СТУЛ

Проф. Кэролайн Джензале

Доцент Школа машиностроения Вудрафф

Технологический институт Джорджии

Сопредседатель
Д-р Келли Сенекал
Владелец и вице-президент
Конвергентная наука

Роль двигателей внутреннего сгорания в декарбонизации — поиск топливных решений | Обзор отрасли | Морской удар

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) сегодня являются доминирующей технологией в морских силовых установках.Если ДВС должны сыграть роль в декарбонизации судоходства, поставщики, регулирующие органы, судовладельцы и производители двигателей должны будут согласовать жизнеспособные альтернативы углеродному топливу.

При нынешнем внимании к альтернативным судовым источникам энергии легко упустить из виду доминирующее положение двигателя внутреннего сгорания, или ДВС, в морской силовой установке. Морской двухтактный ДВС настолько хорошо зарекомендовал себя и настолько хорошо зарекомендовал себя, что он будет продолжать занимать центральное место в силовых установках судов в ближайшие десятилетия.

Если требования по обезуглероживанию в судоходстве должны быть удовлетворены, тогда возникает вопрос о топливе: какие виды топлива могут быть достаточно экологичными и доступными достаточно скоро, чтобы соответствовать более строгим нормам выбросов, и как производители двигателей приспособятся к новым нормам ископаемое топливо?

Переход на ICE

«Все крупные производители двигателей ищут альтернативные решения, от источников энергии до технологии двигателей», — говорит Христос Хрисакис, менеджер по развитию бизнеса DNV GL — Maritime.

Крисакис считает, что энергия внутреннего сгорания будет доминирующей силой в судоходстве в течение следующих 20–30 лет, как из-за сроков разработки альтернативных энергетических решений, так и из-за времени, которое потребуется для того, чтобы эти решения стали силой в судоходстве. рынок.

«Между тем, если нам удастся найти хорошие альтернативные виды топлива, ДВС смогут составить конкуренцию», — говорит он. «Большие двухтактные двигатели близки к пределу эффективности, но можно получить выгоду с помощью других технологий повышения энергоэффективности, которые откроют путь для двигателей меньшего размера, потребляющих меньше топлива.

Кьельд Аабо, директор по новым технологиям, MAN Energy Solutions, подкрепляет заявления Криссакиса цифрами: «У нас работает более 25 000 двухтактных двигателей и более 300 заказов на двигатели на альтернативном топливе». По его мнению, рынок ДВС будет открыт еще много лет. «В настоящее время нет лучшего энергетического решения для кораблей дедвейтом 2000 и более».

Поиск подходящего топлива для ДВС

Итак, какое топливо для сжигания лучше всего использовать в будущем? «Это большой вопрос», — подтверждает Крисакис.«Это все еще открыто для обсуждения, но мы многое узнаем о некоторых из наиболее вероятных вариантов». По его словам, в процессе поиска правильного решения судоходству вскоре потребуется достичь критической массы низкоуглеродного топлива, чтобы достичь целевых показателей выбросов ИМО на 2050 год. Эти цели предусматривают 50-процентное сокращение выбросов парниковых газов и 70-процентное сокращение углеродоемкости к 2050 году. «Часть этого будет достигнута за счет мер по повышению эффективности, но остальное должно быть получено за счет альтернативных видов топлива.”

Роль DNV GL будет заключаться в предоставлении основанных на фактах данных о том, сколько топлива необходимо и как оно будет производиться. «Сейчас мы обновляем нашу модель энергетического перехода на основе последних знаний и нормативных требований», — говорит Крисакис.

Хотя цены будут диктовать рынки и правила, другой ключевой вопрос — это способ производства топлива. «Альтернативные виды топлива должны производиться с использованием возобновляемых источников энергии и экологически безопасным способом, иначе они в конечном итоге не помогут сократить общий углеродный след», — отмечает Крисакис.

Двигатели внутреннего сгорания могут сжигать практически любой вид топлива, но производители должны иметь определенную уверенность в том, куда вкладывать свои ресурсы.

Появление аммиака в качестве топлива

Аммиак, уже ставший привычным промышленным товаром, является альтернативой топливу, постоянно привлекающей все больший интерес в отрасли.«Аммиак — хороший способ хранения водорода, но он требует других обращений, чем природный газ», — говорит Крисакис. Аммиак занимает меньше места, чем водород, но он токсичен и вызывает коррозию. По его словам, существующие правила класса для аммиака в качестве груза и хладагента являются хорошей отправной точкой для разработки правил для аммиака в качестве топлива, но выбросы по-прежнему представляют собой проблему. «Технология, необходимая для сжигания аммиака в двигателе внутреннего сгорания, все еще совершенствуется».

Выбросы от сжигаемого аммиака могут содержать большое количество закиси азота (N 2 O), мощного парникового газа, даже небольшие количества которого представляют опасность для окружающей среды.«Возможно, мы сможем очистить этот выхлоп, но технология не проверена». По словам Крисакиса, также могут выделяться небольшие количества неизрасходованного аммиака. «Все, что превышает 30 частей на миллион в местном масштабе, может быть опасным, а всего 5 частей на миллион можно уловить».

Chryssakis упоминает вариант, когда танкеры с аммиаком сжигают свой груз в качестве топлива, почти так же, как это делают современные танкеры СПГ. Но эта технология сначала будет набирать обороты в новостройках, утверждает он, в то время как правила и контракты, поддерживающие устойчивую энергетику, будут стимулировать модернизацию.Стоимость производства аммиака также будет влиять на решения.

«У нас уже есть поддон с разными видами топлива, и скоро к нему добавится аммиак», — говорит Кьельд Аабо. MAN планирует предложить двигатели, предназначенные для сжигания зеленого аммиака, к 2024 году, а испытания запланированы на 2021 год. «Наша цель — полное отсутствие утечки аммиака. Эти испытания должны устранить запах и N 2 O ».

Он сообщает, что некоторые владельцы запрашивают двигатели, работающие на аммиаке, до 2024 года. «Это перевозчики аммиака, которые могут сжигать свой груз в качестве топлива, но аммиак также вызывает более широкий интерес.”

Множество зеленых альтернатив ДВС

Еще один вариант — сжигание водорода в двигателях внутреннего сгорания, — говорит Крисакис. И хотя водород не содержит атомов углерода и, следовательно, не выделяет CO 2 при потреблении, он часто производится с использованием природного газа.Водород можно использовать для частичной замены СПГ в двигателях внутреннего сгорания, тем самым уменьшая их углеродный след.

Биотопливо долгое время считалось альтернативой топливу на нефтяной основе, но его масштабное производство остается проблемой. «Крупномасштабное производство, в том числе оборудование, не было достаточно эффективным, чтобы оправдать реализацию ни с экономической, ни с технической точки зрения», — говорит Крисакис. «Например, если для созревания леса требуется 50 лет, и только два процента можно собирать ежегодно, если мы хотим обеспечить восстановление, это ограничит доступ к экологически безопасному сырью.”

Синтетическое топливо может использовать ту же инфраструктуру и двигатели, что и нефтяное топливо, но его нужно будет производить из возобновляемых источников энергии, чтобы считаться экологически чистым. «Сейчас проблема заключается в увеличении производства и поиске подходящих источников энергии», — говорит Крисакис. «Например, было подсчитано, что нам потребуется 8 км 2 солнечных панелей, чтобы произвести достаточно аммиака для работы одного большого контейнеровоза в течение одного года».

Дело о мостовых топливах

Несмотря на его статус ископаемого топлива, СПГ не следует сбрасывать со счетов как краткосрочное и среднесрочное решение, считает Крисакис.«СПГ может способствовать сокращению выбросов парниковых газов на 15–20 процентов, а также может служить основой для использования других видов топлива в будущем. Развитие технологии двигателей также может снизить утечку метана из СПГ ». Он отмечает, что все производители двигателей работают над решением этой проблемы. «Никто не хочет рисковать активами судов, которые не могут выходить в море из-за ограничений выбросов».

Если отказаться от так называемого промежуточного топлива, говорит он, альтернативой будет продолжать сжигать нефть в поисках «идеального» решения.«Но сегодня мы не можем безопасно делать ставку на решение, которое не будет доступно до 2035 или 2045 года. Лучше работать с тем, что у нас есть, и сконцентрироваться на создании перспективной инфраструктуры, которая сможет соответствовать будущим кораблям».

Благодаря технологии внутреннего сгорания, обеспечивающей наивысший КПД на десятилетия вперед, СПГ является ключевым промежуточным топливом, поскольку поиск осуществимой углеродно-нейтральной альтернативы продолжается.

Конкуренция с ДВС

Chryssakis отмечает, что батареи с доступным в настоящее время химическим составом приближаются к физическим пределам хранения энергии. «Могут появиться новые химические системы хранения, которые могут предложить десятикратное улучшение, но они все еще не испытаны в коммерческих масштабах, и, вероятно, первые приложения будут найдены в автомобилях, а не в крупных единицах, таких как корабли.«

Топливные элементы больше подходят, чем батареи, когда размер является проблемой, — говорит он. «Но они лучше работают при постоянных нагрузках, поэтому им нужны батареи, чтобы выровнять потребление». Затем необходимо решить вопросы доступа и хранения топлива, а также методов производства топлива. Он отмечает, что ожидаемый срок службы топливных элементов также остается значительной переменной.

Относительная привлекательность различных решений в области электропитания также будет варьироваться в зависимости от сегмента, говорит Крисакис. «Например, круизные пассажиры могут быть готовы платить больше за более чистые суда.Но как быстро отношение потребителей меняется в том же направлении? » При этом фрахтователи и владельцы транспортных средств становятся более внимательными по мере того, как потребительские настроения смещаются в сторону «зеленых» альтернатив, и они активно ищут альтернативы, — подтверждает он.

«У нас есть стратегия нулевых выбросов, но мы также должны быть готовы к развитию рынков.Многие в отрасли хотят следовать своему сердцу в том или ином направлении, но мы пока недостаточно знаем о правильном направлении ».

Кьельд Аабо

Директор по новым технологиям

Сохранение возможностей ICE открытыми

«Сейчас мы все еще находимся на этапе, когда нам необходимо изучить все доступные варианты ICE.Самое главное — не закрывать двери слишком рано. Сегодня мы можем экспериментировать с тем, что есть в наличии, пока не появится лучшая альтернатива », — говорит Крисакис.

Кьельд Аабо соглашается. «У нас есть стратегия нулевых выбросов, но мы также должны быть готовы к развитию рынков. Многие в отрасли хотят следовать своему сердцу в том или ином направлении, но мы пока недостаточно знаем о правильном направлении ».

ДВС могут работать почти на всех типах топлива, говорит он, но рынок должен быть готов, иначе производители не смогут оправдать выделение своей проектной мощности.«Сейчас так много мячей в воздухе, что заинтересованным сторонам предстоит принять очень сложные решения», — признает Аабо. В таких условиях производители двигателей считают, что они могут предложить надежный вариант. «Мы знаем, что ДВС обеспечат максимально возможную эффективность в обозримом будущем. Если не произойдет что-то совершенно неожиданное, ДВС будут существовать еще много лет ».

Просмотр информации об авторских правах на изображение

Информация об авторских правах на изображение

  • Ключевое изображение: Michel und Elbe
  • Текстовое изображение 1: MAN ES
  • Текстовое изображение 2: Александр Калиниченко — shutterstock.com
  • Боковое изображение 2: Авлов — shutterstock.com
  • Боковое изображение 3: Getty Images / iStockphoto
Христос Хрисакис
Менеджер по развитию бизнеса

Патент США на способ обеспечения работы устройства удержания напряжения для транспортного средства Патент (Патент № 9,091,243, выданный 28 июля 2015 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка является национальной стадией США до 35 U.SC §371 документа PCT / FR2010 / 050078, поданного 19 января 2010 г. и заявляющего о приоритете французской заявки 0951076, поданной 19 февраля 2009 г., содержание которой (текст, чертежи и формула изобретения) включено сюда посредством ссылки. .

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к обеспечению работы устройств удержания напряжения для бортовых сетей транспортных средств, особенно автомобилей.

Принадлежности, потребляющие электроэнергию, имеют тенденцию становиться все более многочисленными в автомобильной технике.Примеры таких аксессуаров включают кондиционеры или системы рулевого управления с усилителем или устройства для автоматической остановки и запуска двигателей внутреннего сгорания, системы, которые в настоящее время называются «Stop & Start». Например, системы стоп-старт могут содержать реверсивный генератор переменного тока или «генератор-стартер» для перезапуска двигателя внутреннего сгорания и рекуперации кинетической энергии при замедлении транспортного средства и для преобразования этой энергии в электрическую энергию, используемую для подзарядки аккумулятора.

Устройства такого типа, которые используются для перезапуска двигателя внутреннего сгорания, требуют большого количества энергии, требуют значительного количества электроэнергии и, в свою очередь, вызывают высокие электрические токи.Эта потребность в энергии должна удовлетворяться без завышения размеров средств электропитания и без провоцирования падения напряжения в бортовой сети, которое могло бы привести к восприятию плохого качества транспортного средства и временному снижению крутящего момента двигателя.

Для решения этих проблем было предложено добавить дополнительный источник энергии, например, вторую батарею, подключенную к бортовой сети. Однако это решение относительно дорогое и требует места под капотом или в багажнике автомобиля.

Другое решение состоит в добавлении к сети вторичных средств хранения электроэнергии, таких как конденсаторы с высокими рабочими характеристиками (например, конденсаторы емкостью 300 Ф). Это решение можно использовать в дополнение к традиционной батарее 12 В для запуска и перезапуска, а также для питания потребляющих электроэнергию аксессуаров, подключенных к сети. Однако из-за высокой емкости этих конденсаторов трудно избежать неудобств, например нагревания электрических проводников за счет эффекта Джоуля.

Патентная заявка FR 2 853 154, поданная 27 марта 2003 г., предлагает систему подачи электроэнергии типа «DMT» (устройство удержания напряжения или централизованное устройство удержания напряжения «DMTC») для стабилизации напряжения бортовой сети. Эти устройства удержания электрического напряжения кажутся практически незаменимыми, когда транспортное средство оборудовано системой Stop & Start.

Устройство удержания напряжения, используемое во время фаз перезапуска двигателя внутреннего сгорания, должно быстро включаться и выключаться, чтобы избежать скачков или падений напряжения в бортовой сети.Например, перенапряжение, создаваемое вторичными средствами накопления энергии, такими как суперконденсаторы, в момент перезапуска двигателя может составлять от 4 до 5 В в дополнение к 12 В, подаваемым аккумулятором. Конечно, это перенапряжение должно быть быстро подавлено после завершения фазы перезапуска, чтобы не повредить электрические устройства, которые не выдерживают напряжения порядка 12 В плюс 4 или 5 Вольт. Следовательно, устройство удержания напряжения должно отдавать энергию только при необходимости.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Вкратце, раскрыт способ защиты окон, в которых DMTC может быть активирован (например, при определенном напряжении). Это предотвратит несвоевременную активацию DMTC за пределами этих окон. Эти окна являются фазами запуска и перезапуска.

Точнее, раскрыт способ обеспечения работы устройства удержания напряжения (DMT), используемого для запуска или перезапуска двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, посредством чего устройство электрически соединяется через бортовую сеть с электрической машиной и процессор.Согласно этому способу устройство удержания напряжения может быть активировано только после получения сообщения, разрешающего его активацию.

Это сообщение может быть сообщением о запуске или перезапуске, отправляемым процессором электрической машине и устройству удержания напряжения, или сообщением, отправляемым указанной электрической машиной, извещающим о перезапуске двигателя внутреннего сгорания.

Процессор может отправить сообщение об остановке пуска или перезапуска двигателя, что приводит к деактивации устройства удержания напряжения DMT.

Электрическая машина также может отправить сообщение, указывающее на прекращение запуска или перезапуска, что приводит к деактивации устройства удержания напряжения DMT.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие преимущества и характеристики изобретения появятся в следующем описании способа реализации изобретения, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых ФИГУРА схематично иллюстрирует способ изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На чертеже устройство удержания напряжения (DMT) электрически подключено к электрической машине 10 через бортовую сеть 12 автомобильного транспортного средства. Транспортное средство содержит традиционную батарею B (обычно 12-вольтовую батарею), подключенную к электрической машине 10 и к устройству удержания напряжения DMT. Электрическая машина 10 может быть, например, стартером-генератором, когда транспортное средство оборудовано системой автоматического запуска и остановки двигателя внутреннего сгорания транспортного средства (система Stop & Start), или просто стартером для запуска двигателя.Устройство удержания напряжения DMT может содержать, например, суперконденсаторы и преобразователь постоянного тока в постоянный. Во время фаз запуска или перезапуска двигателя внутреннего сгорания суперконденсаторы подключаются последовательно с аккумуляторной батареей транспортного средства, чтобы обеспечить дополнительную электрическую мощность, необходимую для электрической машины 10 для создания необходимого высокого механического крутящего момента. для запуска или повторного запуска двигателя. Вне этих фаз запуска или перезапуска суперконденсаторы подключаются параллельно к батарее для подзарядки через преобразователь постоянного тока в постоянный.

Мультиплексированная сеть 12 может быть нормализованной сетью, например, сетью типа CAN, LIN или FlexRay.

Процессор 14 , например процессор, управляющий работой двигателя внутреннего сгорания, управляет работой электрической машины 10 и устройства удержания напряжения DMT. Когда электрическая машина и / или устройство удержания напряжения DMT содержат процессор, процессор 14 может быть заменен процессором (ами) электрической машины 10 и / или устройством удержания напряжения DMT.Когда необходимо запустить или перезапустить двигатель, процессор 14 запрашивает запуск или перезапуск, отправляя сообщение авторизации активации 16 машине 10 и устройству удержания напряжения DMT через сеть 12 . Это сообщение авторизации 16 может быть фактической командой для запуска или перезапуска или запросом на подготовку электрической машины к запуску или перезапуску. Например, запрос на подготовку электрической машины к запуску или перезапуску может соответствовать, в случае генератора-стартера, с предварительным флюсованием ротора, путем пропускания тока через цепь ротора для его намагничивания.

Электрическая машина 10 может указать, что она собирается перезапустить, если она обладает информацией, которая не известна процессору 14 . В этом случае электрическая машина отправляет сообщение авторизации активации 18 через сеть 12 процессору 14 и устройству удержания напряжения DMT.

После получения сообщения авторизации активации 16 или 18 устройство удержания напряжения DMT может быть активировано при условии, что его условия активации подтверждены.Например, устройство удержания напряжения DMT может контролировать ток, протекающий через него: когда автомобиль останавливается, устройство удержания напряжения DMT видит весь ток, циркулирующий по бортовой сети. Если есть запрос на запуск или перезапуск, электрический ток, проходящий через устройство удержания напряжения DMT, увеличивается, и если этот ток превышает заданный порог, устройство удержания напряжения DMT будет подключать суперконденсаторы последовательно с батареей; в противном случае суперконденсаторы не подключаются.Прием сигнала разрешения активации устройством удержания напряжения DMT не означает, что он должен активироваться, но что он может быть активирован (как правило, с оговоркой, что выполняются другие условия).

Таким образом, устройство удержания напряжения DMT имеет право активироваться либо после получения команды от контролирующего процессора 14 , разрешающей запуск или перезапуск, либо после получения состояния от электрической машины 10 , указывающего на запуск или перезапуск.

И наоборот, процессор 14 может отправить сообщение 20 , останавливающее запуск или перезапуск двигателя, или электрическая машина может отправить сообщение 22 , указывающее на остановку запуска или перезапуска. Эти сообщения соответствуют сообщениям запрета на активацию устройства удержания напряжения DMT, которые имеют эффект деактивации устройства удержания напряжения DMT (запрет на подключение суперконденсаторов последовательно с батареей).

В соответствии с этим методом, устройство удержания напряжения DMT разрешено активировать только во время временного окна, в котором электрическая машина имеет право на запуск или перезапуск.Это предотвращает несвоевременное последовательное соединение устройства удержания напряжения DMT с аккумулятором в те фазы, в которых напряжение аккумулятора является номинальным. Это несвоевременное срабатывание, вызывающее перенапряжение, может, как следствие, привести к сокращению срока службы батареи или даже к разрушению батареи и, возможно, бортовой сети и / или аксессуаров, подключенных к сети. Таким образом, изобретение обеспечивает последовательное соединение устройства удержания напряжения DMT с аккумулятором и его работу.

Другие режимы реализации, отличные от описанных и показанных, могут быть придуманы специалистом в данной области без выхода за рамки настоящего изобретения.

Сбит газовый двигатель. Добро пожаловать в электрическую революцию. — Отчет Робба

В Великобритании началось забивание гвоздей в гроб газового двигателя. В конце прошлого года консервативный премьер-министр Борис Джонсон сделал резкое заявление о том, что продажа автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания будет запрещена с 2030 года, на 10 лет раньше, чем предполагалось изначально, а продажа гибридов — с 2035 года.

Цель состоит в том, чтобы к 2050 году достичь нулевых выбросов углерода, что является той же целью, которую взял на себя президент Байден. Великобритания — не первая администрация, установившая такой срок. Норвегия стремится запретить продажу автомобилей с традиционными двигателями всего через четыре года, а в США штат Калифорния тоже будет с 2035 года. Но большая часть продаж новых автомобилей в Норвегии уже приходится на электроэнергию, и в ней нет собственной автомобильной промышленности. подвергнуть опасности такую ​​тревожно близкую отсечку. Единственный крупный производитель автомобилей в Калифорнии — Tesla.Указ британского правительства важен, потому что его местные автопроизводители — и особенно роскошные марки, такие как Bentley, McLaren, Aston Martin и Rolls-Royce — являются крупными работодателями и экспортерами и все еще в значительной степени зависят от газа.

Artura, новый подключаемый гибридный суперкар McLaren. Фото: любезно предоставлено McLaren Automotive Limited

Все это безумие? Я так не думаю, как и эти легендарные бренды. Еще до объявления запрета McLaren заявила, что с 2021 года будет выпускать только гибриды для своих основных моделей, прекратит разработку обычных двигателей с 2030 года и планирует прекратить их продажи в 2035 году.В четвертом квартале, после того как McLaren выступил с заявлением, генеральный директор Bentley Адриан Холлмарк заявил, что к 2030 году все его автомобили в любом случае будут полностью электрическими. Этот сдвиг очень хорошо подойдет некоторым британским производителям с голубой кровью, особенно Rolls-Royce, который всегда специализировался на изысканности, и Bentley, для которого большой крутящий момент на низких оборотах уже давно является частью ДНК.

Учитывая готовность этих производителей автомобилей класса люкс к этим запретам, мне интересно, может ли то, что сейчас выглядит как край обрыва, ощущаться как лежачий полицейский, когда мы, наконец, туда доберемся, или даже пройти под нашими колесами незамеченными.Правительства могут просто установить определенные даты окончания уже существовавшего, постепенного, но окончательного упадка двигателей внутреннего сгорания на некоторых развитых рынках. Признаки налицо — скорость роста продаж электромобилей, частота запусков новых моделей, повышение плотности энергии батареи и уменьшение времени зарядки — указывают на четкое направление движения, которое политики осознали и, возможно, просто указали. себя впереди.

Взрывной рост цен на акции Tesla и Nio — и подразумеваемая стоимость еще не включенных в листинг производителей электромобилей, таких как американская Rivian — может сбить с толку и разозлить авторитетных автопроизводителей, но их оценки позволяют этим фирмам дешево получить доступ к средствам, которые они необходимость сделать это электрическое будущее реальностью и является четким показателем того, как мир думает, что все это будет происходить.Из этих закрепившихся на мировом рынке игроков General Motors стала первой в январе, взявшей на себя обязательство заменить двигатели внутреннего сгорания, в том числе гибриды, в своих легковых автомобилях, что является самоустановленным крайним сроком 2035 года, не связанным с британским запретом, поскольку GM больше не продает автомобили в Европе. . Другие последуют.

Mercedes-Benz 2022 EQA Мерседес-Бенц АГ

Так действительно ли имеет значение запрет Великобритании в 2030 году — или в Норвегии, или в Калифорнии, или во Франции в 2040 году, или в тех, которые рассматриваются в Германии и других странах? «Я думаю, что да, потому что их уже просто невозможно обойти», — сказал мне недавно Арндт Эллингхорст.Ястребиный немец анализирует автомобильную промышленность для Bernstein, американской исследовательской и инвестиционной компании, и напрямую обращается к руководителям автомобилестроительных компаний. «Раньше, когда были просто цели по выбросам, тогда, да, были способы их обойти. Но если вы просто не можете больше продавать эти вещи, то все. Отрасль нуждается в ясности, ей нужна определенность. Думаю, для них это почти победа. Чувство почти облегчения.

«Все больше компаний теперь говорят мне, что не тратят деньги на двигатели, потому что постепенные улучшения того не стоят.Сейчас мы мало что можем сделать с двигателями, чтобы сделать их значительно мощнее или эффективнее. Двигатель был доведен до конца ».

Конечно, за пределами Европы и Калифорнии отношение к моторам сильно отличается. Как средство приведения в движение автомобиля двигатель внутреннего сгорания еще далеко не мертв. В некоторых странах развивающегося мира газовый двигатель рассматривается не как экологическое преступление, а как средство саморазвития. Британский запрет распространяется только на продажи на внутреннем рынке, а это означает, что он может производить двигатели для рынков, которые их не запрещают.Но это было бы нехорошо. Может быть, будет короткий период, когда производители роскошных автомобилей будут строить там двигатели, которые мы не сможем купить, но он не продлится долго.

И, честно говоря, не могу дождаться. Я сделал то, что можно назвать карьерой вождения и написания статей о двигателях внутреннего сгорания, уже более 20 лет. Первой буквой, которую узнал мой сын, была буква «М» на крышке двигателя рядного шестицилиндрового BMW Motorsport. Но сейчас я, может быть, половину своего дня вожу на электромобилях, и каждый раз, когда я езжу на обычной машине, я чувствую, что вернулся в 20-й век.Первые электромобили, на которых я ездил, в начале августа походили на проекты научных выставок. Теперь они зачастую лучшие машины на дороге. Есть проблемы, которые еще предстоит решить, но я не могу поверить, что они не будут устранены в течение еще одного десятилетия самого быстрого преобразования, когда-либо существовавшего в сфере транспорта.

Porsche Taycan Turbo S Cross Turismo и 4S Cross Turismo 2021 года Порше

Но если вы остаетесь помощником двигателей, которые дышат и сжигают вещи, и трансмиссий, которыми вы управляете сами, вам, возможно, не откажут в исправлении.Из других европейских производителей роскошных автомобилей электрический привод уже может быть достаточно хорош для Pininfarina, но Ferrari заявляет, что этого будет недостаточно для самой большой марки Италии не раньше 2025 года, а, возможно, и позже, подразумевая, что ее операционные газовые двигатели будут продолжаться наряду с электромобилями в течение какое-то время и, возможно, до победного конца. Porsche уже выпустила нашумевший Taycan EV, но также усердно работает над углеродно-нейтральным синтетическим топливом, которое, если сможет преодолеть их серьезные проблемы, может продлить срок службы двигателей и вынудить законодателей пересмотреть эти запреты.

Все предложенные запреты касались исключительно продаж новых автомобилей: ни одна администрация еще не предлагает убрать наши винтажные колеса выходного дня с дороги. Я ожидал, что ценность быстрой, удобной «современной классики» резко возрастет, поскольку коллекционеры стремятся получить лучшие образцы, чтобы регулярно ездить вместе со своими повседневными электромобилями. Если вы хотите опередить эту кривую, купите себе что-нибудь с атмосферным двигателем, механической коробкой передач и задним приводом, потому что почти наверняка скоро мы буквально больше не будем делать их такими.

10 фактов, раскрывающих мифы о двигателях внутреннего сгорания

Вилочные погрузчики с двигателями внутреннего сгорания работают на различных видах топлива, включая бензин, дизельное топливо, сжиженный нефтяной газ (СНГ) и сжатый природный газ. Вилочные погрузчики с двигателями внутреннего сгорания можно быстро заправить топливом, но они требуют регулярного технического обслуживания на предмет утечек топлива или масла и изношенных деталей, чтобы системы работали должным образом. Вилочные погрузчики с двигателями внутреннего сгорания также используются в помещениях, хотя это может увеличить воздействие выхлопных газов и шума.

Когда мы думаем о вилочном погрузчике, большинство людей сразу же думают о традиционном вилочном погрузчике с внутренним сгоранием. Вилочные погрузчики IC по-прежнему очень популярны и постоянно совершенствуются, чтобы повысить топливную экономичность, комфорт и, в конечном итоге, улучшить общую производительность.

Вот 10 фактов о вилочных погрузчиках с двигателями внутреннего сгорания, которые вы могли не знать:

  1. Погрузочные машины IC зачастую дешевле, чем электрические.
  2. Они являются лучшим выбором для большинства наружных и многих внутренних работ.
  3. Двигатели
  4. IC обычно используются в тяжелых условиях, таких как строительство и склады пиломатериалов.
  5. Двигатели вилочного погрузчика
  6. IC работают на бензине, дизельном топливе, сжиженном нефтяном газе (СНГ) или сжатом природном газе (КПГ).
  7. Вилочные погрузчики
  8. IC продолжают оставаться самыми популярными во многих отраслях промышленности.
  9. Если вы поднимаете грузы тяжелее 12 000 фунтов, вам понадобится мощный двигатель внутреннего сгорания.
  10. В зависимости от области применения вилочные погрузчики IC могут иметь более высокие эксплуатационные расходы, чем электрические, если учесть топливо и техническое обслуживание.
  11. блоков IC доступны через Toyota с грузоподъемностью от 3000 до 72000 фунтов.
  12. Вилочные погрузчики
  13. IC обычно имеют более высокую максимальную скорость, ускорение и скорость подъема, хотя модели с электрическим приводом улучшаются с каждым днем.
  14. Эксплуатационные расходы обычно самые высокие для газовых агрегатов и самые низкие для дизельных вилочных погрузчиков.

Стандартный газовый вилочный погрузчик грузоподъемностью 5000 фунтов стоит от до 15 000–30 000 долларов. Цена варьируется в зависимости от марки и качества.Вилочные погрузчики большего размера на 10 000 фунтов могут стоить до 90 296 45 000 долларов. Итак, какой вариант лучше для вас и вашего бизнеса? Мы были бы рады тесно сотрудничать с вами в качестве ваших консультантов в этом решении.

Первоначально эта статья была опубликована компанией Toyota Material Handling.

Мы будем рады услышать от вас. Разместите свои идеи или комментарии ниже, давайте начнем диалог.

Для получения дополнительной информации, идей или разговоров о вашем вилочном погрузчике или погрузочно-разгрузочных работах.Вы можете посетить нашу онлайн-форму для связи, позвонить мне по телефону 763-315-9288 или по электронной почте [email protected]

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *