еволюція ДВС
Наши партнеры ArtmMisto
"Питання про ефективність удосконалення старих технологій залишається відкритим".
Дмитро Европін
головний редактор MotorPage.ruВ основі всього різноманіття складних механізмів, якими ми користуємося сьогодні, лежать досягнення технічної революції кінця XIX - початку XX століть. Протягом усього минулого століття винаходу цього періоду лише опрацьовувалися. Удосконалювалися технологічні процеси, зменшувалися допуски, відбувалася автоматизація, впроваджувалися другорядні інновації, спрямовані на поліпшення характеристик тієї чи іншої продукції. Це стосується і автомобільної промисловості, особливо в частині двигунобудування.
Справа в тому, що чотиритактний двигун внутрішнього згоряння, що став трохи менше ста років тому основою автоіндустрії, має цілий ряд недоліків, що не дозволяють отримувати високі показники його загального ККД.
Так вважається, що ККД класичного автомобільного бензинового двигуна з примусовим іскровим запалюванням становить від 20 до 30%, дизельний двигун може забезпечити 35-40%. У першій половині XX століття це були видатні характеристики на тлі горезвісного «КПД паровоза», який, як всі ми пам'ятаємо зі шкільного курсу фізики, становив 5-10%.
Втім, вже тоді інженерам було зрозуміло, що необхідно домагатися кращих показників, і вже в 1920 - 1940 роки для цього були розроблені практично всі основні принципи, як то турбонаддув, прямий впорскування і т.д. До 1970 років почалася справжня гонитва за підвищенням ефективності, продовжується до цього дня. Були розроблені такі елементи як охолодження робочої суміші, зміна фаз газорозподілу, поетапний уприскування ... Сьогодні деякі автовиробники стверджують, що в сучасному бензиновому ДВС вдається домогтися загального ККД в 35-38%. Однак питання про ефективність удосконалення старих технологій залишається відкритим.
Вся історія ДВС - суцільна боротьба інженерів з основними особливостями конструкції. Якщо перераховувати їх коротко, то це низька паливна ефективність за рахунок занадто короткого циклу згоряння, 25-30% палива в прямому сенсі вилітає в трубу. Низька механічна ефективність - великі втрати на переміщення важких деталей шатунно-поршневої групи, на тертя, а так само на роботу значної кількості навісного обладнання. Не слід забувати і про те, що в автомобілі ДВС, що володіє дуже низьким обертовим моментом на малих обертах, потребує коробці передач, а це агрегат, в якому теж втрачається частина отриманої енергії. Низька термодинамічна ефективність - більша частина тепла, що виділяється не переводиться в корисну роботу, адже на це відведено лише 0,25 усього циклу. Бажаючим більш детально ознайомитися з проблемою підвищення ККД двигуна внутрішнього згоряння можу порекомендувати наступну статтю Ігоря Ісаєва , Розробника однією з альтернативних конструкцій двигуна.
Як правило, зусилля конструкторів призводять до досягнення видатних результатів в області розподілу крутного моменту, підвищення потужності і «еластичності» двигуна, зниження вибронагруженности ..., але власне ККД збільшується несуттєво, а значить витрати палива на одиницю отриманої роботи залишаються відносно високими.
Часто доводиться стикатися з невідповідністю реального і декларованого виробником витрати бензину мало не вдвічі. Автомобіль з сучасними системами турбонаддува виявляється економічним, тільки якщо дуже дбайливо ставиться до педалі газу і зайвий раз її не турбувати.
Буває і так, що нова модель автомобіля з двигуном, що розвиває 150 к.с., поводиться немов під капотом на пару десятків «коней» менше, хоча в попередньому поколінні цієї ж моделі нічого подібного не спостерігалося. Пояснюється це, як правило, всього лише новими екологічними стандартами, заради досягнення яких двигун «душать» перенастроюванням блоку управління двигуном під використання в основному діапазоні оборотів збідненого суміші, а так само більш ефективним каталітичним дожігателем.
Одне слово, складається враження, що еволюція ДВС досягла свого піку, і в майбутньому нас чекає лише в'янення цієї технології. В останні роки це відчуття підкріплюється бурхливим розвитком таких напрямків, як гібриди і електромобілі.
І все ж впевненості в швидкому завершенні епохи ДВС у мене немає!
Не секрет, що паралельно з розвитком двигунів Отто і Дизеля були спроби впровадження альтернативних конструкцій - Аткінсона, Міллера, Стірлінга, Ванкеля. Є і більш екзотичні, в тому числі і вітчизняні, наприклад двигуни Баландіна і Фролова. Однак великого поширення вони не отримали. Мабуть, тільки «ротори» Ванкеля застосовувалися на нечисленних моделях автомобілів аж до наших днів, але зараз і вони пішли в минуле.
Перемога силовим агрегатам Отто і Дизеля дісталася через простоту конструкції, а значить і більшої економічної ефективності у виробництві. Але зараз, коли стало можливим домогтися набагато більшої механічної точності, затребуваними виявляються і деякі, здавалося б, давно забуті ідеї. Так для багатьох сучасних «гібридів» найбільш вдалим виявився двигун Аткінсона, винайдений ще в кінці XIX століття. Його використовує корпорація Toyota .
Робляться і спроби впровадження принципових інновацій. Наприклад, вчені з Університету Вісконсін-Медісон в США розробили технологію, що дозволяє одночасно використовувати переваги обох видів палива, бензину і дизеля, для двигунів внутрішнього згоряння. Вони запропонували здійснювати впорскування дизельного палива і бензину в циліндр послідовно в ході кожного циклу. Це необхідно для самозаймання паливної суміші, - замість свічок запалювання працюють крапельки солярки, займисті під тиском. Поки ця технологія не впроваджена у виробництво, але цілком ймовірно у неї є перспективи.
У Росії компанія « Е-авто »Займається розробкою роторно-лопатевого двигуна, в якому до мінімуму зведені втрати на тертя. Розробники цієї конструкції вже заявляли, що ККД нового двигуна повинен скласти 42-45%, що досить непогано для бензинового агрегату.
Деякі виробники йдуть по шляху подальшого збільшення ступеня стиснення, аж до майже «дизельних» значень, для досягнення більш повного згоряння бензинової суміші. Не так давно компанія Mazda почала виробництво бензинових двигунів Skyaktiv-G, в яких ступінь стиснення складає 14: 1.
Якщо врахувати, що двигун внутрішнього згоряння - це ще й забезпечення постійного попиту на нафтопродукти, навряд чи в найближчому майбутньому світ зможе відмовитися від настільки «цінної» технології. Автовиробники просто приречені займатися її подальшим вдосконаленням. Втім, напрямки цієї роботи можуть бути різні. Сподіваюся, в рамках чергової дискусії на нашому порталі представники провідних автомобільних марок розкажуть про свої найбільш перспективних розробках в області підвищення ефективності ДВС.
Автор Дмитро Европін, головний редактор журналу "MotorPage"
Вам сподобалося інтерв'ю?
Розкажіть друзям:
