Блог Артёма Краснова
Вторник, 22.09.2020, 12:51

Приветствую Вас Гость

Авторский

...
KIA_feb_240x400_kras
Поиск по сайту
Форма входа

Форум
Ранее в блоге
Ранее в блоге
Ранее в блоге
Главная » 2012 » Март » 10 » Куда катится ДВС
20:07
Куда катится ДВС


В 80-е и 90-е годы, описывая любой новый мотор, журналисты непременно уточняли, какой у него впрыск топлива, сколько клапанов на цилиндр и есть ли система изменения фаз. Основная часть инноваций того времени относилась именно к системам топливоподачи, газораспределительным механизмам и системам нейтрализации отработавших газов.

Сегодня потребительское общество не воспринимает технические сведения в таких дозах, поэтому информация о новом моторе обычно обходится без анатомических подробностей, и всех интересует отдача и экономичность.

А в каких областях двигателестроения идет наиболее активный прогресс в наши дни?

Абсолютно гибкое регулирование фаз

Священный грааль двигателистов – возможность свободно регулировать фазы газораспределния (открытия и закрытия клапанов). Самая очевидная, но пока неосуществленная идея – сделать привод клапанов электромагнитным, и открывать их, как душе угодно. Реализация упирается в тот факт, что клапаны слишком массивные и имеют большие ходы, поэтому достаточно мощных и быстродействующих магнитов подобрать не удается.


Пока разработчики колдуют с привычными кулачковыми валами, пытаясь сделать регулировку фаз все более гибкой. В свое время новые горизонты открыла BMW с системой Valvetronic, которая позволяла менять высоту подъема клапанов, ликвидировав дросаельную заслонку. Это была уже почти свобода, но все еще не полный анлим.

И вот – революция, которую несколько лет назад сделал итальянский Fiat. Называется она MultiAir. Система позволяет не только менять ход клапана, длительность его открытия и характер движения, но даже подниматься его несколько раз за один такт: до сих пор подобной акробатики в массовом автопроме не наблюдалось. Принцип работы ее относительно прост: профиль кулачка очень высокий и широкий, и настроен на работу двигателя с максимальной отдачей. Но на малых оборотах и нагрузках между кулачком и клапаном начинает работать хитрый гидравлический толкатель, который в нужным момент стравливает давление и опускает клапан раньше времени. По сути, Fiat встроил в привод клапана поршневой насос с электромагнитным перепуском, который задает реальную высоту и фазу открытия клапана.

Для сравнения, использования системы MultiAir на Alfa Romeo MiTo позволило увеличить мощность 1,4-литрового мотора со 155 л.с. до 170 л.с. при уменьшении расхода с 6,5 л/100 км до 6,0 л/100 км.

Работы в этом направлении ведут практически все ведущие производители, и гибкое газораспределение – одна из фишек современного двигателестроения.

Прямой впрыск топлива

Подача топлива прямо в цилиндры – идея довольно старая. Эту технологию использовали еще гоночные Mercedes-Benz середины 50-х, равно как и многие авиационные движки. Однако в массовом автомобилестроении обходились карбюраторами, а позже – системами впрыска в коллектор.

В начале XXI века к идеи прямого впрыска вернулись (одними из первых были движки Mitsubishi GDI), а сейчас он стал почти обязательной программой, по крайней мере, для экологически-озабоченных моторов.


Такой впрыск на порядок сложнее обычного, поскольку требует насоса высокого давления, скорострельных форсунок, и главное – сложного алгоритма управления мотором. Один из его плюсов: возможность сжечь в цилиндре очень бедную смесь (с малым количеством топлива). Если смешать воздух с топливом равномерно, такая бедная смесь просто не воспламенится, поэтому движение газов и топлива в цилиндре организуется таким образом, чтобы к моменту искрового зажигая вокруг свечи образовалась богатая смесь.

Такие моторы обеспечивают лучшую экономичность и экологичность, особенно на частичных нагрузках, кроме того, они менее склонны к детонации.

В дизелях топливо всегда подается внутрь цилиндра, и в последнее время прогресс идет в основном за счет увеличения давления впрыскивания (это улучшает мелкость распыливания), а после изобретения пьезофорсунок – еще и благодаря многофазному впрыску. Современный дизель на некоторых режимах подает топливо в цилиндр 5-7 порциями. Любопытно, что делается это в основном ради снижения выбросов окислов азота, которые растут при увеличении максимальной температуры сгорания. Подавая «горючку» небольшими порциями, современные системы впрыска не дают заряду сгореть взрывным образом, что могло бы довести температуру цикла, а вместе с ней и выбросы окислов азота, до неприемлемого уровня.

Турбонаддув

Еще более старая идея, но под новым соусом. Вплоть до конца 90-х наддув использовался на машинах с претензией на спорт, и двигатели с приставкой турбо почти всегда  отличались диким аппетитом.

А теперь турбонагнетатели служат противоположной цели – снижению расхода топлива. Любопытно, что добиться этого удалось во многом за счет комбинирования идеи наддува с двумя описанными выше тенденциями: регулируемыми фазами и прямым впрыском топлива. В 90-е форсировка более 100 л.с. с литра была признаком спортивного автомобиля, сейчас такими (или близкими) параметрами щеголяют многие утилитарные турбодвижки для мейнстримовых моделей. У них маленький объем, чтобы не расходовать лишнего топлива в пробках, и большая удельная мощность, чтобы динамика не была вялой.


Писк последних лет: установка сложных систем с несколькими нагнетателями. Так, концерн VAG применяет комбинацию турбо- и механического компрессора (например, 1,4-литровый 180-сильный движок Skoda Fabia RS), а BMW и Porsche работают над безумными агрегатами с тремя турбокомпрессорами. Скорее всего, безнаддувные моторы скоро станут уделом либо слишком дешевых машин с архаичными агрегатами, либо слишком дорогих, которые не могут отказаться от атмосферников в силу традиций.

Количество цилиндров

Самым массовым типом двигателя был и остается четырехцилиндровый рядный. Это легко объяснимо: оптимальный объем цилиндра с точки зрения эффективности рабочих процессов – 0,4-0,5 литра, а оптимальный объем двигателя для массового автомобиля – 1,6-2,0 л.


Но все меняется. Новые требования экологии и применение наддува ведут к уменьшенную оптимального объема цилиндра, и все чаще в ход идут трех- (Ford Focus 1.0 Eco Boost, VW Up)  и даже двухцилиндровые моторы (Smart и Fiat Panda). Такие двигатели обычно плохо уравновешены, и при работе вибрируют, как стиральная машинка. Но разработчиков не пугает даже это, и они устанавливают на моторы балансировочные валы и маховики с дисбалансом, чтобы погасить лишние вибрации.  

Audi же вернулась к старой американской идее с отключаемыми цилиндрами: такой движок дебютировал на A1, и на малых нагрузках он превращается из четырех-в двухцилиндровый.

Что дальше?

По вашим отзывам я понял, что последние достижения двигателестроителей вселяет в вас оптимизм по поводу будущего классического ДВС. Но я, хотя и большой фанат таких моторов, не вполне его разделяю.

Сегодня развитием ДВС управляют экологические стандарты. С 2012 года средняя величина выбросов СО2 для европейских автомобилей, выпускаемых конкретным производителем, не должна превышать 120 г/км, к 2020 году – 95 г/км (вот почему Porsche строит гибриды, а Aston Martin выпускает перелицованную Toyota iQ под своим брендом). Для сравнения, мой Citroen С4 выплевывает 143 г/км.  

По большому счету, все эти замороченные системы, вроде гибких фаз газораспределения, наддува и прямого впрыска, нужны именно для снижения расхода топлива и выбросов СО2. Причем, как таковой КПД мотора увеличить уже сложно, и основной резерв кроется в работе на малых нагрузках, в том числе, на холостом ходу.


Я не разделяю особого оптимизма по поводу ДВС потому, что каждый шаг дается все большей кровью. Чтобы автомобиль гольф-класса укладывался в 120 г/км, необходимо применить все описанные выше инновации, каждая из которых безмерно усложняет мотор. Сложнейшая гидравлика, прецизионные клапаны, быстродействующая электроника, жаропрочные турбины, хитросплетения патрубков… И все это ради экономии 0,5 л/100 км, иногда больше, иногда меньше. Экономии, которая, по сути, не окупается для владельца, ведь двигатели получаются весьма и весьма дорогими, в том числе, и в ремонте.

Постепенно мы приближаемся к моменту, когда дальнейшее совершенствование ДВС возможно, но уже почти нерентабельно. Если не менять экологические стандарты, гибриды и даже электромобили становятся все более реальной перспективой, причем это подтверждается и настроем автопроизводителей: частично или полностью электрический автомобиль есть в разработке у всех крупных концернов.   

Процесс этот небыстрый, и займет лет 10-15 минимум, прежде чем разнообразные электросамокаты составят реальную конкуренцию автомобилям.

Правда, Россию все это касается в меньшей степени, и многие концерны, например, Ford, предпочитают поставлять к нам двигатели предыдущих поколений, опасаясь качества топлива с одной стороны, и не надеясь на высокий спрос из-за ядреной цены с другой.


Категория: На злобу дня | Просмотров: 1474 | Добавил: Артем_КРАСНОВ | Теги: ДВС, двигатель | Рейтинг: 5.0/1


Всего комментариев: 21
"В начале XXI века к идеи прямого впрыска вернулись (одними из первых были движки Mitsubishi GDI), " - джидайевские движки, праворульных японок, крайне плохо себя зарекомендовали. Зная это со времен пребывания на ДВ. Особенно зимой. Оооочень они капризные. Особенно к топливу. На многих Мицу стояли в те года, начиная от Цеди, РВР, заканчивая Паджерой. Плевались все.

"вернулась к старой американской идее с отключаемыми цилиндрами:" - про это слышал на каком то большом амеровском корыте, типа Крайслера СС - чего то там. Так то оно интересно по сути. Но чем больше наворотов, тем больше и дороже гемар.

7 odin   [Материал]
GDI просто требовали на тот момент сильно чистого топлива (по сравнению с продаваемым) со специальными смазывающими свойствами и полным отсутствием серы. Иначе забиваются форсунки и магистраль, а они не ремонтопригодны и меняются целиком. Стоимость примерно 1000$ и выше.

Отключаемые цилиндры прежде всего использовали на Шеви ТАХО smile типа как дорогую и модную фичу... Ну и плюс как возможность показать более менее человеческий расход на таких режимах вместо конского при обычной езде biggrin

"Я не разделяю особого оптимизма по поводу ДВС потому, что каждый шаг дается все большей кровью. Чтобы автомобиль гольф-класса укладывался в 120 г/км, необходимо применить все описанные выше инновации, каждая из которых безмерно усложняет мотор. Сложнейшая гидравлика, прецизионные клапаны, быстродействующая электроника, жаропрочные турбины, хитросплетения патрубков… И все это ради экономии 0,5 л/100 км, иногда больше, иногда меньше. Экономии, которая, по сути, не окупается для владельца, ведь двигатели получаются весьма и весьма дорогими, в том числе, и в ремонте.
Постепенно мы приближаемся к моменту, когда дальнейшее совершенствование ДВС возможно, но уже почти нерентабельно. Если не менять экологические стандарты, гибриды и даже электромобили становятся все более реальной перспективой, причем это подтверждается и настроем автопроизводителей.
Правда, Россию все это касается в меньшей степени....."

Нубля сабля........приехали. Кто нынче победил на выборах? Новичок чьей команды заставил о себе говорить??? Артем, смари ширчее. Так сказать , попробуй глянуть в государственном масштабе. И на ВВП, и на Прохора.
PS. Прохор красава на выборах. Реально не ожидал такого результата.
АООЗТ "Кремль" - просто супер!!! "Шахматная партия" просчитана на много/много лет вперед. smile

3 Лёхин   [Материал]
Да все эти турбины и элекстромагнитные перепускные муфты конечно же прекрасно, НО!!!!! я люблю атмосферную мощь....... лучше путь будет 2 литра 150 коней чем 1.2 с турбиной. А изменение подъема клапанов было освоено еще тойотой в 2000 году в массовом автомобиле. На двигатели 2ZZ ставили ямаховские бошки....там двойной вивитиай. На деле оказалась редкостной пакостью , хотя с 1,8 мотора выжали 192 лошади без всяких турбин. Вся эта со сдвигом мала или толкателя закручена на качестве масла и его вязкости.....чуть масло подустало и все канальчик засрался давления не хватает и она не подхватывает. Плавали ...знаем ...в Will VS очень геморно все это устроено...хотя этим грешит и вся линейка машин с 1zz 2zz 1nz

Турбо = Виагра. Мощно, но не долго.

Искуственная мощь - убивает здоровье.

5 Cиплый   [Материал]
Жаль что пока стоит на месте водородный двигатель...дальше концепта от БМВ дело не пошло, видать не рентабельно совсем, а ведь там вообще никаких выбросов окромя воды...можно евронормы отменять нахрен! Думаю будущее там, особенно когда научимся качать водород напрямую из атмосферы Юпитера smile .
PS. А нет, щас погуглил, оказывается хонда с 2008 года уже продает седан FCX Clarity...на водороде...будущее наступает быстрее чем этого ожидаешь...

8 Артем_КРАСНОВ   [Материал]
Водород не дает выбросов, когда его используют в топливных элементах. В обычном ДВС из-за высокой температуры сгорания получаем на выходе огромное количество окислов азота.
Плюс водород очень сложно хранить, он требует высокого давления сжатия, тяжелых баллонов. Есть технологии насыщения водородом металлических пластин, но, мне кажется, на круг водородомобиль будет не проще и не дешевле электромобиля, а вот гемора больше. Как минимум, для водорода нужно создавать новую инфраструктуру, тогда как для электромобилей она частично существует.

6 Paragon   [Материал]
Артём, проблема в том, что электрика испытывает точно такие же проблемы с развитием, что и ДВС. Для гибридизации приходится увеличивать вес автомобиля, КПД системы получается смешной, выигрыш от KERS (назовём так все гибридные системы) съедается увеличившейся массой машины. В результате экономия получается совсем уж гомеопатической.

Электромобили хороши всем, кроме одного - до сих пор нет вменяемого источника энергии для них. Чтобы с приемлемой энергоёмкостью и адекватной ценой. Как самолёт Можайского - на голову превосходит всех конкурентов, кроме одной проблемы - не летает.

З.Ы. Как показывает практика, главный резерв экономичности и снижения выбросов СО кроется в заявляемых спецификациях автомобилей. Чуть корректируем методики измерения, получаем более красивые цифры, маркетологи рады, потребители довольны.

9 Артем_КРАСНОВ   [Материал]
"Электромобили хороши всем, кроме одного - до сих пор нет вменяемого источника энергии для них. Чтобы с приемлемой энергоёмкостью и адекватной ценой. Как самолёт Можайского - на голову превосходит всех конкурентов, кроме одной проблемы - не летает"

Миш, если углубиться в тему, то уже "летают", и по цене приближаются к дизельным аналогам, если ты читал мой пост про Renault Kangoo EV, коих продано более 15 000 в первые год.

10 Paragon   [Материал]
Да полноте, батенька. Отменяем субсидию в 3000 евро, убираем сформированный маркетологами романтический шарм "абсолютной зелёности" - и кто купит эти тарантайки (с зимним пробегом 60 км от одной зарядки) по таким ценам? smile

Кстати, Kangoo - машина, мягко говоря, довольно специфичная (кажется, я тогда и писал об этом). Применяемость электромобилей в определённой узкоспецифичной области никто не отрицает - ещё лет 20 назад гонялся на электрокарах наперегонки с руководителем практики по территории завода. Сомнения вызывает лишь потенциальная способность существующих электромобилей стать автомобилем на каждый день для широкой общественности.

Согласен, согласен, там и субсидия в 5000 евро (даже не 3), и узкая область применения. Со всем согласен.
Другое дело, что Рено-Ниссан прет на амбразуру, и это вселяет некоторый осторожный оптимизм. Начались продажи Рено Зое, пробег на одной зарядке 230 км, ессно, заявленный, но даже если 150 будет реальный, уже неплохо.
Я не спорю, технология еще на стадии эмбриона. Но ДВС на стадии близкой пенсии. Конечно пенсионер обгони эмбриона, но дайте время последнему. Лет через 15 видно будет.

12 Paragon   [Материал]
Quote
Я не спорю, технология еще на стадии эмбриона.

Какая именно технология? Слаборазвитые электрические машины, которым уже не одна сотня лет? Силовая электроника, которой более полувека? Литий-ионные аккумуляторы, которые за 20 лет своего существования исчерпали практически все возможности для развития? Поясни, где там новейшие технологии, от которых следует ждать взрывного развития.

И в движках MultiAir ничего нового, принцип был известен задолго до появление самого ДВС. Но десятки лет инженеры пытались этот принцип применить на практике, и вот лишь много лет спустя Фиат воплотил его в жизнь.
В технике полно примеров, когда идею не могли реализовать годами, пока все паззлы не складывались в картинку.
Просто одно дело сидеть и ждать чудо, а другое дело инвестировать в него, как Рено-Ниссан. Они поставили на эту карту очень многое, фактически, жизнеспособность всего альянса.

13 Paragon   [Материал]
Ты прекрасно описал проблемы развития ДВС, но главная пичалька в том, что электрика испытывает точно такие же проблемы. Экспонента развития упирается в насыщение, самые мизерные улучшения требуют титанических затрат.

Добро пожаловать в постиндустриальную эпоху!

Весь вопрос только и исключительно в накопителе энергии. С учетом глобальной озабоченностью проблемой, есть вероятность, что в этом аспекте будет качественный сдвиг. Я не говорю сто пудово, но вероятность есть.
А вот вероятность, что ДВС вдруг даст КПД 90% отсутствует даже теоретически. Реальные эксплуатационные КПД ДВС составляют 10-15%, и резерв по улучшению исчисляется процентами.

17 Paragon   [Материал]
Насколько вероятно внезапное изобретение супер-аккумулятора - вопрос из области теософии. Новости о подобных прорывах появляются с завидной регулярностью, но воз и ныне там. Будем надеться, что кто-то готовит планетарный мегапрорыв в обстановке строжайшей секретности.

НО! Достаточно ли энергию лишь накапливать? Энергетические аппетиты человечества растут бурными темпами даже без электромобилей, так чем кормить эту прорву потребителей? Китайцы не парятся, строят АЭС десятками. Это ли наш путь, кто хочет повторение Чернобыля и Фукусимы?

Мне кажется, без термоядерного синтеза (или чего-то подобного) электромобили останутся лишь игрушкой маркетологов.

16 odin   [Материал]

18 Paragon   [Материал]
Арифметика простая. Включаем обогрев (кондиционер) на половину мощности - пробег падает в полтора раза. Год-два активной эксплуатации аккумуляторов с ежедневным зарядом-разрядом и резкими перепадами температур - ещё в полтора раза меньше пробег. Температура аккумуляторной батареи опускается ниже -10 градусов - ещё в полтора-два раза меньше пробег (либо подогревать батарею во время ночных зимних стоянок).

А стоимость батареи, напомню, может достигать трети цены нового электромобиля.

А ещё есть тонкие нюансы, типа сильной нелюбви литий-ионными аккумуляторами глубокого разряда. Забыли воткнуть электромобиль в розетку перед длительным отпуском - батарее кирдык. И так далее.

19 odin   [Материал]
А я что спорю чтоль? smile Говорим же - Ёбиль всех спасёт biggrin

20 Paragon   [Материал]
Вот и я говорю то же самое - старые добрые бензиновые монстры никуда не денутся smile

21 PsKoT   [Материал]
Кот немного завидует товарищам из мульта "Флинстоуны" - у них там таких проблем не было. Ножной привод творил чудеса biggrin

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Copyright MyCorp © 2020 |