Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»




НазваниеНаучно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»
страница8/19
Дата17.01.2013
Размер1.97 Mb.
ТипДокументы
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   19

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ПЛАНЫ НА БУДУЩЕЕ

Кузьменков Е.А. студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме



В этом году двигатель внутреннего сгорания будет праздновать свой 152-й день рождения, так как в далеком 1860 году, когда по всему миру «царствовали» конные экипажи, гражданин Франции механик Э. Ленуар сконструировал первый рабочий газовый двигатель. Этот мотор был достаточно капризен и несовершенен, что, в принципе, не странно. Через долгих 6 лет достаточно хорошо известный изобретатель Н. Отто предложил миру свою, довольно совершенную по тем временам конструкцию 4-тактного газового двигателя. Прообразом же двигателя внутреннего сгорания послужила в первую очередь паровая машина, так как единственное принципиальное отличие – отсутствие достаточно громоздкой парокотельной установки. С «потерей» парового агрегата в процессе эволюции ДВС приобрел свои плюсы: значительно больший КПД, меньшую массу и размеры.

В нашей же стране ДВС был «изобретен» только в 80-х годах XIX века, именно в это время наш соотечественник О.С. Костович работал над конструкцией бензинового карбюраторного двигателя. Дальнейшее же развитие ДВС связано в первую очередь с именем немецкого инженера Рудольфа Дизеля, так как в 1897 году именно он предложил использовать сжатие для воспламенения топлива. Это было рождением двигателей, работающих на тяжелом топливе, – дизельных двигателей.

Время, прошедшее со времени сотворения первого ДВС, безусловно, повлияло и на концепцию создания современного поршневого автомобильного двигателя. Девиз двигателя наших дней – больше мощность, меньше расход. Казалось бы, эти два понятия противостоят друг другу, но, оказывается, это не так. И для того, чтобы это подтвердить, конструкторы различных автомобильных компаний не спят ночами, придумывая различные системы, позволяющие поднять КПД двигателя до предела.

Для того чтобы понять, в каком направлении в дальнейшем будет развиваться двигателестроение, необходимо уяснить, какие препятствия стоят на пути. А препятствия следующие: механические потери, неполное использование энергии сгорания топлива, вопросы, связанные с экономичностью, высокая себестоимость современных двигателей и систем управления, увеличение массы мотора, улучшение характеристик двигателя.

Начнем по порядку. Механические потери в современных двигателях можно снизить несколькими способами.

Во-первых, значительно ужесточить допуски на изготовление деталей двигателей.

Во-вторых, необходимо уменьшить инерционность кривошипно-шатунной системы, то есть необходимо максимальное облегчение поршней, шатунов, коленчатого и распределительного вала, а также маховика. Недаром в современных моторах используются поршни с короткой «юбкой», изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Распределительные валы изготавливаются пустотелыми по следующей технологии: на охлажденную в жидком азоте трубчатую заготовку вала насаживаются отдельно изготовленные кулачки. Маховик делают максимально легким, чтобы не утруждать двигатель вращением лишней массы, да и отклик на нажатие педали газа при этом сократится.

В-третьих, необходимо упомянуть современные моторные масла с низкой вязкостью, которые тоже делают небольшой вклад в копилку увеличения КПД, так как снижаются потери на трение, как при перекачке по масляным каналам, так и внутри самого масла.

В-четвертых, расширить применение различных антифрикционных покрытий, способных значительно уменьшить силу трения, а также использование деталей, изготовленных на основе соединений нитрида и карбида кремния, то есть керамики.

Но дело в том, что вне зависимости от того, кто какой концепции придерживается, все используют практически одинаковые технологические наработки. Сегодня, например, невозможно увидеть современный двигатель с двумя клапанами на цилиндр. «Почему?» – спросите вы. Да потому, что применение многоклапанного (от 3 до 5 клапанов на цилиндр) газораспределения позволяет снизить насосные потери и увеличить мощность и экономичность двигателя. За примером далеко ходить не надо: попробуйте закрыть одну ноздрю и пробежать метров 300, а потом повторить эксперимент без наложенных ранее ограничений. Почувствовали разницу? То же самое происходит и с двигателем. Кстати говоря, стоит вспомнить наш автопром, а именно 4 цилиндровые 8  и 16 клапанные двигатели АвтоВАЗа: при одинаковом объеме 1,5 литра один из них выдавал 78 л. с., а другой – 92.

Кроме многоклапанного газораспределения применяются фазовращатели на газораспределительных валах, с помощью них осуществляется постоянная регулировка фаз впуска и выпуска. Особенно в этой области преуспели немецкие и японские инженеры. Например, система VANOS от BMW, которая впервые появилась на моторе серии М50 в 1992 году и позволяла регулировать фазы открытия и закрытия только впускных клапанов. Через некоторое время появилась система BI-VANOS, которая заведовала уже как впускными, так и выпускными клапанами.

Необходимо отдельно упомянуть системы регулирования величины подъема клапанов (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), благодаря которым значительно улучшаются как характеристики двигателя, так и топливная экономичность. Для примера рассмотрим знаменитую систему Valvetronic от компании BMW. Разрабатывая эту системы, инженеры решили кардинально отказаться от дроссельной заслонки, хотя в процессе доводки ее все-таки оставили, она стала служить для диагностики системы Valvetronic и находится постоянно в открытом положении. Регулирование количества воздушной смеси в системе Valvetronic должно было происходить за счет изменения величины подъема клапанов, то есть сам клапан при этом выполнял функцию дроссельной заслонки. Для этого был разработан специальный механизм, позволявший регулировать подъем клапана в пределах от 0 до 10 мм.

Кроме таких высокотехнологичных мер, как электропривод помпы, отключаемый генератор, электроусилитель руля, применяемых для увеличения экономичности двигателей, используются также и другие, более радикальные способы. Например, отключение части цилиндров на холостом ходу или в режимах частичных нагрузок у многоцилиндровых двигателей. Причем до недавнего времени этими системами пользовались в основном американские конструкторы, взять хотя бы систему отключения цилиндров Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию») от компании General Motor. Замысел системы достаточно прост: по достижении двигателем рабочей температуры электроника начинает опрашивать различные датчики, и если она обнаруживает, что мотор работает в режиме частичной нагрузки, то прекращает подачу топлива в половину цилиндров, то есть в 4. Максимальный достигнутый эффект экономии топлива составил 25% от номинального, и это достаточно неплохой результат.

Повысить экономичность и КПД двигателя можно также с помощью более совершенной системы зажигания. Достаточно вспомнить знаменитые моторы с системой Twin Spark от Alfa-Romeo, где использованы две свечи на цилиндр. Эта система, как, в принципе, и многое другое, перекочевала в автомобильное двигателестроение с авиационных двигателей еще в 20 е годы прошлого столетия. Вторая свеча зажигания позволила обеспечить более полное сгорание топлива, отчего увеличился КПД, да плюс ко всему прочему снизилось потребление топлива и увеличилась детонационная стойкость.

Невозможно не упомянуть в нашем разговоре о современных веяниях двигателестроения: непосредственном впрыске топлива в цилиндры. Идея подавать топливо непосредственно в цилиндры достаточно не нова, впервые ее воплотили в жизнь инженеры компании Robert Bosch еще в 30 х годах XX века при конструировании авиационных двигателей, причем управление системой было механическим. Долгое время система непосредственного впрыска топлива не находила должного применения, хотя периодически появлялись автомобили, оснащенные ею. Свое второе рождение система непосредственного впрыска пережила в начале 90 х годов прошлого века, когда стали появляться достаточно надежные и современные электронные системы управления.

Большой шаг в развитие и внедрение этих систем сделала компания Mitsubishi со своими двигателями GDI. Уникальность этого двигателя была в том, что он мог работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси, в которой соотношение бензина к воздуху по массе достигало 40:1, это при том, что идеальное соотношение 14,7:1. То есть настолько обедненная смесь вообще не должна была гореть, но благодаря специальной форме поршня и узконаправленного факела распыла смесь с идеальным стехиометрическим составом попадала прямо на свечу зажигания, хотя по всему объему цилиндра была очень бедной. В данном двигателе было организовано три режима работы системы.

Первый – впрыск топлива происходил на тактах впуска и сжатия, этот режим был необходим для увеличения крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Второй – впрыск в момент впуска, этот режим применялся для достижения двигателем максимальной мощности.

Третий режим – режим впрыска обедненной смеси на такте сжатия применялся для увеличения топливной экономичности на режимах малой нагрузки и холостого хода.

Отдельно стоит сказать о том, что впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания позволяет повысить детонационную стойкость двигателя, так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретого в цилиндре воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно, еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а именно увеличении мощности, топливной экономичности и уменьшении выбросов вредных веществ, двигатель получился достаточно дорогим, так как в нем применялись высокотехнологичные компоненты.

То, что произойдет в мире двигателестроения в ближайшие 10 лет, предсказать достаточно сложно, но определить генеральные линии развития все-таки можно. Самое главное направление – это гибридизация, причем пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрический тандем, хотя дизельно-электрическое сотрудничество, более оправданно, особенно если главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости. «Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от автомобилей, оснащенных двигателями на сверхлегком топливе, достаточно туманна. Необходимо сначала получить водород, а из водорода уже с помощью дорогущих топливных элементов – электричество.

Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель, оснащенный гидравлическим или электромагнитным приводом клапанов. Это новшество позволит отказаться сразу от двух систем: регулировки фаз газораспределения и величины подъема клапанов. Да и КПД от этого нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить во вращательное движение массивные элементы системы газораспределения. Хотелось бы наконец увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой регулировки степени сжатия, теоретически он должен стать очень экономичным.

Дальнейшее развитие получат и маленькие «злые» моторчики, оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил и крутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной трубе, кстати говоря, может переехать и генератор, так как энергия выхлопных газов имеет большую величину, а практически не используется. Говоря о двигателях, не стоит забывать дизельные моторы, они, скорее всего, и получат численное превосходство в будущем, потому что уже сегодня в Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых.


БИБЛИОГРАФИЯ


  1. avtohim-rost.tiu.ru

  2. audiomobile.ru

  3. bmwgtn.ru

  4. new-garbage.com

  5. test-drajv.ru



1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   19

Похожие:

Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconПрограмма всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы и перспективы развития туризма в условиях малого города»
Сызрань, при поддержке Департамента развития туризма министерства спорта, туризма и молодежной политики Самарской области, приглашают...
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconПрограмма всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы и перспективы развития туризма в условиях малого города»
Сызрань, при поддержке департамента развития туризма министерства спорта, туризма и молодежной политики Самарской области, приглашают...
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconXiii международная научно-практическая конференция «туризм и сервис: подготовка кадров, проблемы и перспективы развития»
Аманжолова Д. А. Этнокультурные аспекты внутреннего туризма
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconXii международная научно-практическая конференция «туризм и сервис: подготовка кадров, проблемы и перспективы развития»
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconТувинский институт комплексного освоения природных ресурсов сибирского отделения российской академии наук
Международная научно-практическая конференция "Приграничные территории: проблемы и перспективы развития"
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconМеждународная (заочная) научно-практическая конференция «Проблемы развития современного общества» кафедра региональной экономики и менеджмента
Международная (заочная) научно-практическая конференция «Проблемы развития современного общества»
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconМеждународная (заочная) научно-практическая конференция «Проблемы развития современного общества» кафедра региональной экономики и менеджмента
Международная (заочная) научно-практическая конференция «Проблемы развития современного общества»
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconПрограмма Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы теоретической и прикладной психологии: традиции и перспективы»
С 19 по 21 мая 2011 года в Ярославле проводится Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы теоретической...
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconМеждународная научно-практическая конференция «Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: опыт, проблемы, поиски решения»
Кабинет министров Республики Татарстан (г. Казань) 26 февраля 2010 г проводит Международная научно-практическая конференция «Современные...
Научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» iconИнформационный бюллетень №6 июнь 2011 г
Всероссийская научно-практическая конференция «Россия в эпоху модернизации: опыт, проблемы, перспективы»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница