За более чем столетнюю историю своего существования ДВС прошли значительную эволю цию, они стали более мощными, экономичными, легкими и экологически чистыми, чем их предшественники. И хотя за это время предлагалось много альтернативных вариантов авто мобильных двигателей, на сегодняшний день реальной экономически целесообразной за мены существующим двигателям нет. Это, главным образом, обусловлено тем, что топливо, которое используют эти двигатели, можно хранить в компактном виде и его запаса хватает на достаточно большой пробег автомобиля.
Первые автомобили приводились в движение паровыми двигателями, которые появи лись в XVIII веке и являлись двигателями внешнего сгорания. В этих двигателях топливо сжи галось вне цилиндра двигателя и использовалось для получения водяного пара, а точнее, газа, который поступал под давлением в цилиндр двигателя и приводил в движение пор шень. Изобретателем первого работоспособного парового двигателя является англичанин Джеймс Уатт, который получил патент на свое изобретение в 1784 г. Паровые двигатели то го времени были тяжелыми и громоздкими, а главное — они имели очень низкий коэффици ент полезного действия (КПД).
Попытки создания более эффективного двигателя (внутреннего сгорания), в котором топ ливо сжигается внутри цилиндра, а расширяющиеся газы приводят в движение поршень, увенчались успехом только в 1860 г., когда французский механик Жан-Этьен Ленуар создал и запатентовал первый работоспособный ДВС. В этом двигателе движущийся поршень заса сывал внутрь цилиндра смесь горючего газа с воздухом, и в середине хода поршня смесь воспламенялась электрической искрой.
Возможность практического использования ДВС возникла только после того, как было использовано сжатие газа в цилиндре. В 1866 г. немецкий изобретатель Никола- ус Август Отто получил патент на четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в ко-
тором использовался принцип сжатия горючей смеси перед зажиганием. Рабочий процесс, происходящий в таких двигателях, получил название «цикл Отто». ДВС, рабо тающие на этом принципе, имели значительно более высокий КПД, чем паровые дви гатели, и, естественно, вытеснив последние, остаются самыми распространенными до сегодняшнего дня.
Позднее, англичанин Дуглас Кларк изобрел двигатель, работающий по двухтактному циклу, но такие двигатели не нашли широкого применения на автомобилях.
В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, в котором использовался четы рехтактный цикл Отто. Отличие заключалось в том, что в цилиндр подавалась не смесь топ лива с воздухом, а чистый воздух, который сильно сжимался, нагреваясь при этом до высо кой температуры, достаточной для воспламенения топлива, подаваемого затем в цилиндр, без необходимости применения для этого электрической искры. Сегодня такие двигатели, называемые по имени создателя дизелями, широко применяются в качестве силовых агре гатов автомобилей.
По конструкции все автомобильные двигатели внутреннего сгорания можно разделить на поршневые и роторные. В поршневых двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы приводят в движение поршень, возвратно-поступательное движение которого преоб разуется во вращение коленчатого вала. В зависимости от способа воспламенения такие двигатели можно разделить на две группы: с воспламенением от искры (бензиновые) и с воспламенением от сжатия (дизели). В роторных двигателях расширяющиеся газы воз действуют на вращающуюся деталь — ротор. Роторные двигатели подразделяются на га зотурбинные и роторно-поршневые. Наибольшее применение на автомобилях получили поршневые ДВС.
§6
poznayka.org
Полтора десятка лет – немалый срок в развитиии автомобильных технологий: некоторые изобретения можно назвать революционными. Но и техника, совершенствовавшаяся постепенно, существенно улучшила наш транспорт. Сегодня мы вспомним, как развивались двигатели внутреннего сгорания.
Последние пятнадцать лет для ДВС можно назвать прогрессивными. Борьба за мощность, экономичность и экологичность обеспечила этому типу моторов ранее невиданный прорыв. В конструкции самых массовых силовых агрегатов появились сложнейшие узлы, в конце прошлого века доступные только в премиум-классе. В самых популярных классах авто привычные многолитражные двигатели все чаще уступают место малообъемным, но мощным и тяговитым моторам. Сегодня не редкость 1,4-литровая «четверка» под капотом престижного внедорожника или 1,0-литровый «движок» в седане С-класса. Двигатели теряют не только рабочий объем, но и цилиндры – 3- и даже 2-цилиндровые моторчики со своими характерными тарахтением и вибрациями совершенствуются и неторопливо, но уверенно покоряют рынки развитых стран.
В Украине не все подобные тенденции получили активное развитие, но сколько мы продержимся при почти европейских ценах на топливо? Кстати, о топливе: его качество в Украине все реже служит причиной отказа в поставках той или иной модели силового агрегата. Мы давно эксплуатируем получающие широкое распространение двигатели с непосредственным впрыском, в последние 5-6 лет большинство импортеров завозят в страну самые современные дизели и обеспечивают их европейской гарантией. Однако не все моторостроительные новации минувшего 15-летия попали на конвейер – часть осталась на конструкторских кульманах и под капотами опытных машин, к примеру, ДВС с изменяемой степенью сжатия. Навсегда или до лучших времен – об этом мы обязательно напишем на страницах «Автоцентра», если не в рубрике «Новости», то в нашем следующем юбилейном обзоре.
Революция в моторостроении позволила создать малообъемные, но мощные и экологичные моторы с уникальными характеристиками.
Уже в своих первых номерах «Автоцентр» писал о двигателях с изменяемыми фазами газораспределения – дорогих и потому малораспространенных. И если тогда моментом и временем открытия клапанов могли управлять только такие продвинутые «мотористы», как Honda, BMW и Mitsubishi, то к 2003 году это умели даже неторопливые в новациях американцы из GM. Сегодня системы изменения фаз газораспределения применяются и на массовых автомобилях ведущих производителей: VTEC, VANOS, AVS, CVVT, VVT-i… Еще дальше пошел BMW – с 2001 года некоторые его моторы обходятся без дроссельной заслонки: ее заменяет система Valvetronic, регулирующая высоту подъема клапанов. Бездроссельный вариант подхватили и другие автопроизводители, например, тот же Fiat с его новым двухцилиндровым мотором AirTwin мощностью 85 л. с.
В 1997 году, в первых номерах «Автоцентра», мы рассказывали о многообещающей серийной новинке – бензиновом двигателе GDI с непосредственным впрыском топлива от Mitsubishi. Послойное смесеобразование и сверхобедненные смеси (40:1) обеспечивали высокие удельную мощность, экономичность и экологичность. К 2000 году и позже такой технологией уже обзавелись Toyota (D-4), Nissan (DI), Peugeot-Citroёn (HPi), BMW (HPi), Mercedes-Benz (CGI), VW (TSI). Однако GDI и его аналоги опередили свое время: в 2007-м даже сама Mitsubishi сократила выпуск этого мотора до одной модели. Но через пару лет двигатели с непосредственным впрыском массово выпускали уже несколько компаний, и сегодня они есть у большинства ведущих производителей. В 2004 г. VW дал новый толчок развитию систем питания и моторных технологий: компания смогла совместить непосредственный впрыск и наддув. Еще более эффективными оказались появившиеся в 2006-м моторы семейства TSI c турбо- и механическим компрессорами, эффективно нагнетающими воздух в цилиндры, начиная с холостых оборотов, причем каждый на разных режимах. Совмещение непосредственного впрыска и турбонаддува позволило получать моторы с очень большой удельной мощностью, что послужило точком к созданию малообъемных 3- и 2-цилиндровых моторов. Но не только непосредственный впрыск в паре с турбонаддувом совершили революцию. Параллельно с ними совершенствовались все компоненты системы питания. Росло давление впрыска бензина: если в обычных системах впрыска рабочее давление 3–5 бар, то в 2006 г. VW TSI впрыскивал бензин под давлением 150 бар. Еще в 2003 г. Siemens показал форсунку для системы питания с давлением впрыска бензина 200 бар. Для лучшего смесеобразования конструкторы увеличили число отверстий распылителя инжекторов. Сначала у инжекторов было по одному распылительному отверстию, в 2004 году их стало шесть, а в 2005-м появились форсунки с восемью отверстиями.
Удельная мощность силовых агрегатов за минувшие 15 лет выросла радикально. Благодаря совершенным системам питания и эффективным системам наддува при меньшем рабочем объеме (а значит – массе) силового агрегата мощность повысилась.
VW Golf 1997 г.: 2,3 л VR5 150 л. с. 205 Нм – VW Golf 2012 г.: 1,4 л TSI 160 л. с. 240 Нм.
Ford Escort 1997 г.: 1,8 л 116 л. с. 160 Нм – Ford Focus 2012 г.: 1,0 л 125 л. с. 200 Нм.
В «детские» годы «Автоцентра» в любом каталоге можно было найти дюжину моделей с атмосферным дизелем, а наддувный бензиновый агрегат считался прерогативой едва ли не спорткаров. Сегодня наддувные агрегаты стоят во главе прогресса: они творят чудеса, превращая малолитражные моторчики в силовые агрегаты для авто В- и С-класса. Старую идею объединения двух типов наддува – турбины и приводного компрессора – общедоступной сделал VW в 2006 г. Новый 1,4-литровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском VW TSI получил характеристики на уровне 2,5-литровых «атмосферников», демонстрируя пример экономичности и экологичности. Электронный блок управления, активируя компрессор на «низах» и чуть «выше» и турбину на средних и высоких оборотах, обеспечивает максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. В 2009-м BMW усовершенствовал турбину типа Twin Scroll, добавив к разделенной трубе, подводящей выхлопные газы к лопаткам «горячего» колеса, вторую «улитку». Грядет эра электрокомпрессоров. Так, компания Valeo приобрела одного из разработчиков и изготовителей подобных нагнетателей.
С точки зрения компоновки силовых агрегатов за последние 15 лет мало что изменилось. Очень интересны своим высоким уровнем технологий и компактностью многолитровые силовые агрегаты необычных схем – VR6, W8, W12 – все так же остаются достоянием малотиражных моделей и версий. Однако в 2011 г. компания BMW, одна из законодательниц моторостроительной моды, объявила о применении нового принципа конструирования своих моторов. Отныне баварские агрегаты будут «собираться» из унифицированных цилиндров и прочих стандартизированных узлов – как из кубиков: так дешевле. Совершенно оригинальные, мощные и компактные роторные «Ванкели» в 1997 году выпускались лишь «ВАЗом» и Mazda. Но даже «японка» RX-8 образца 2003-го (на фото внизу) не дожила до наших дней. Так и не прописались под капотами серийных авто моторы с изменяемой степенью сжатия типа SVC (2000 г.), FEV Motorentechnik и MCE-5 (2008 г.): высокая отдача (1,6 л – 225 л. с. и 305 Нм), бензиновая всеядность и экономичность так и не перевесили сложностей конструкции. В той же копилке интересных идей остались пока двигатели типа DiesOtto и HCCI, разработанные Mercedes и GM, функционирующие одновременно по принципу дизеля и искрового зажигания. Характеристики их хороши (1,8 л – 238 л. с. и 400 Нм), но затраты на доводку пока непозволительно высоки. Одним словом, ни один из двигателей нестандартной компоновки, которые наблюдал «Автоцентр» в течение своих первых пятнадцати лет, не стал массовым.
С начала «Автоцентр» писал о дизелях исключительно в рубрике «Подержанные автомобили» – новые машины с такими моторами в Украину практически не завозились из-за некачественного топлива. Однако с середины 2000-х топливо улучшилось, а дизельные авто превратились в динамичные машины. На наших глазах совершенствовалась система впрыска топлива. В 1997-м появляется управляемая электроникой система Common Rail, в 1998-м – насос-форсунки. Следом за электромагнитными форсунками с 2003-го начинается внедрение быстродействующих пьезоэлектрических. В 2005 г. они успевают впрыскивать до 5 порций топлива за один цикл, 2010 г. – 6 порций, чем смягчают работу дизеля и повышают его эффективность. Форсунки стали оснащаться распылителями со все большим числом отверстий – шесть, затем восемь. Растет и давление топлива: 1350, 1800, 2000, 2500 бар.
Игорь ШирокунФото из архива редакцииAutocentre.ua
Поделиться:autooboz.info
Главная » Эволюция двигателей — больше мощность, меньше топлива
Что первое приходит на ум при упоминании марки BMW? Конечно же, после качественных автомобилей? Скорее всего — надежные моторы. И это не случайно — компания начинала свой путь с производства авиационных моторов.
Что первое приходит на ум при упоминании марки BMW? Конечно же, после качественных автомобилей? Скорее всего — надежные моторы. И это не случайно — компания начинала свой путь с производства авиационных моторов. Даже легендарная бело-голубая эмблема BMW — это стилизованное изображение крутящегося пропеллера самолета. Двигатели всегда были гордостью концерна BMW на протяжении его истории, количество собранных наград немецкими моторами на разнообразных автомобильных конкурсах — бесчисленно. И это при том, что компании всегда приходилось выдерживать жесткую конкуренцию с ведущими мировыми автопроизводителями.
Уникальная разработка BMW — передовой двигатель Top Diesel. Впервые он был представлен в России в 2008 году в рамках Московского Международного Автосалона на автомобиле BMW X5. Он представляет собой инновационную систему двойного регулируемого турбонаддува с двумя компрессорами разной мощности (Variable Twin Turbo). Они приводятся в действие энергией отработавших газов и включаются на разных оборотах. Благодаря этому рядные шестицилиндровые дизельные двигатели BMW по праву считаются самыми мощными в своем классе.
Технологии двигателя Top Diesel решают две, казалось бы, взаимоисключающие задачи: снижение расхода топлива и выброса вредных веществ в атмосферу и при этом повышение мощности и крутящего момента, что достигается за счет повышения эффективности использования топлива. Технология регулируемого турбонаддува решила эту задачу и стала прорывом в дизельном двигателестроении. Эта технология увеличивает мощность двигателя на 25%, при этом токсичность и расход топлива остаются очень низкими.
Турбонаддув позволяет закачивать в цилиндр больше воздуха, вследствие чего топливо сгорает эффективнее. Кроме того, двойной регулируемый турбонаддув открывает и новые возможности управления дизельным двигателем, оснащенным турбокомпрессорами — маленьким и большим. В отличие от параллельных систем «битурбо» компрессоры включаются не одновременно, а на разных оборотах. На низких оборотах работает маленький компрессор, на средних подключается большой компрессор. А на более высоких работает только большой компрессор.При этом расход топлива этого дизельного двигателя за городом составляет всего 7,5 литров на 100 км на BMW X5. Тоже не верится? Но это действительно так. Выброс вредных веществ в атмосферу соответствует показателям «Евро-5».
В 21 веке двигателям компании снова приходится вести борьбу с конкурентами на новом поле — поле создания автомобильных моторов нового поколения. Прежде всего, это гибридные двигатели, которые имеют широкие возможности для дальнейшей экономии топлива и сохранения окружающей среды. И эти разработки BMW, которыми немецкий концерн по праву гордится, по-прежнему во многом на шаг впереди их аналогов.
Термин «гибрид» латинского происхождения, он означает смешанное происхождение или сочетание разнородных элементов. В автомобильном смысле гибрид означает комбинированный силовой агрегат — одновременно и традиционный двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.
Для немецкого автоконцерна термин «гибрид» означает не просто интегрирование электромотора в общий двигатель, а целое новое направление в работе, которому подчинено большое количество ресурсов и которое в ближайшем будущем будет играть главную роль для всех мировых автопроизводителей. Современные гибридные двигатели позволяют не только экономить топливо, но и снижать токсичность выхлопа, сохраняя динамику автомобиля.
Гибридные двигатели BMW бывают облегченные и полноценные. В облегченных — электрический блок служит в качестве вспомогательного для основного двигателя внутреннего сгорания. В полноценных гибридах электродвигатель хоть и не основной, но уже и не второстепенный. Он гораздо мощнее, нежели его аналог в облегченной силовой установке, и достаточно силен для того, чтобы самостоятельно обеспечивать движение автомобиля на небольших скоростях. Идея этой системы, которая получила название ActiveHybrid, заключается в том, что один режим используется для старта и езды в спокойных условиях, в то время как второй режим используется для резкого разгона и езды на высоких скоростях.
Собственно, главное отличие гибридов BMW от гибридных автомобилей других производителей в том, что у последних небольшая мощность традиционной бензиновой силовой установки компенсируется ресурсами электродвигателя. У баварцев же традиционный двигатель по-прежнему играет основную роль, в виду чего не теряются динамические качества автомобилей. А электродвигатели помогают основному бензиновому мотору в разных режимах. Такое разделение функций использует как преимущества двигателя внутреннего сгорания, так и совмещенного основного и электрического двигателей. Кроме того, это позволяет значительно уменьшить размеры силового агрегата.
Например, в модели BMW ActiveHybrid 7 трехфазный синхронный электродвигатель целиком встроен в коробку передач. Он дает машине дополнительную мощность в 20 лошадиных сил, а максимальное значение мощности в 27 лошадиных сил достигается в тот момент, когда электродвигатель работает в режиме генератора, заряжая литий-ионную батарею. В этой модели стоит бензиновый двигатель V8 объемом 4,4 л, суммарная мощность которого вместе с электродвигателем составляет 465 л.с. Трудно поверить? Но это именно так. Представительское авто разгоняется до скорости в 100 км в час всего за 5 секунд. При этом в BMW ActiveHybrid 7 расход топлива составляет 9,4 литра на 100 километров за городом, а выбросы в атмосферу соответствуют экологическим нормам Евро-5.
Реализованная в последних автомобилях концерна система BMW ActiveHybrid уже сейчас воплощает все будущие гибридные технологии BMW и является ключевым элементов программы BMW EfficientDynamics.
источник www.vedomosti.ru
bmwgtn.ru
Одним из самых гениальных механизмов, созданных человеком без преувеличения можно назвать механический силовой агрегат, приводимый в движение энергией сгорания топлива. Речь пойдёт о двигателе внутреннего сгорания, история которого начинает свой отсчёт с XVII века, когда уже человечество знало что такое порох и было создано первое огнестрельное оружие. Неудачи К. Гюйгенса в использовании пороха в качестве топлива для своего двигателя не остановили исследователей и изобретателей того времени. Порох был заменён на более безопасный газ. Этот газ получали при нагреве 
каменного угля. Велись поиски и других видов топлива, пригодных для использования в двигателях. Бензол стал первым таким жидким топливом.
К 30-м годам XIX века было уже произведено значительное количество средств передвижения, источником энергии которых служили двигатели, работающие на смеси каменноугольного газа и воздуха. Однако жизнь показала низкую эффективность и небезопасность таких двигателей. Изыскания исследователей того времени всё больше направлялись в сторону необходимости использования в двигателе топлив менее опасных и более доступных и удобных в использовании. Стоит отметить достижение итальянца Л. Кристофориса, который сумел построить двигатель, использующий в качестве топлива керосин. Этот двигатель выгодно отличался от своих конкурентов – был относительно лёгким и имел приемлемые габариты. Его соотечественники Э. Барзанти и Ф. Маточчи воплотили в жизнь свой проект двигателя, который имел уже даже водяное охлаждение и достигал мощности в 5 л.с., но топливом для своего двигателя они выбрали всё ту же смесь с каменноугольным газом.
Дальнейшим этапом развития стал запатентованный Э. Ленуаром в 1860 году трёхтактный двигатель мощностью 1,5 л.с., работающий на каменноугольном газе. Отдельно стоит отметить огромный вклад в разработку и создание двигателей немцев Г. Даймлера и В. Майбаха, которые в период своей работы на заводе Deutz сумели наладить серийное производство двигателей с зажиганием топлива от искры.
На сегодняшний день их устанавливаются на большинство современных автомобилей. Создаваемые двигатели начали приобретать более компактные размеры, становились всё легче и мощнее. Это дало возможность К. Бенцу и Г. Даймлеру к 1886 году устанавливать такие двигатели на шасси. В этот же период во Франции А. Пежо создал четырёхколёсный автомобиль, который мог двигаться со скоростью 18 км/ч, благодаря установленному двигателю в 2 л.с.
Таким образом, собственно был завершён этап изобретения человечеством самодвижущегося транспортного средства, которое мы называем автомобиль, а имена величайших изобретателей навечно вошли в 
историю мирового автомобилестроения.
Так, в 1893 году Р. Дизелем был запатентован двигатель, в основе работы которого был заложен принцип воспламенения от сжатия. Однако ещё довольно длительное время такие двигатели не могли установить на автомобили из-за низкой скорости вращения приводного вала и наличия громоздкого компрессора для закачивания топлива в систему впрыска. Поначалу их, в основном, устанавливали только на стационарные рабочие механизмы, а также в качестве силовой установки морских судов. И только после усовершенствования системы подачи топлива дизельного двигателя – создания новой конструкции насоса для перекачивания топлива под высоким давлением, появилась возможность установки этого силового агрегата на автомобили.
В наше время, как известно, автопроизводители комплектуют свои автомобили как бензиновыми, так и дизельными двигателями.
engine-repairing.ru
400−500 кубических сантиметров — именно такой рабочий объём одного цилиндра двигателя считается оптимальным. И с точки зрения материалоёмкости мотора, и с точки зрения оптимальности термодинамических процессов. Но к такому решению конструкторы пришли относительно недавно.
Период проб и ошибок
Принято считать, что первый в мире автомобиль с бензиновым двигателем построил немец Карл Бенц в 1885 году. И хотя до него австриец Зигфрид Маркус уже строил самобеглые повозки, оснащённые бензиновым ДВС, но первый аппарат Маркуса был предельно несовершенным, а второй появился позже автомобиля Бенца. Так вот, официально признанный первым автомобиль имел четырёхтактный одноцилиндровый двигатель рабочим объёмом чуть менее одного литра. Реальная мощность этого двигателя составляла 0,9 л.с. при 400 об/мин. И при массе 265 кг эта коляска с мотором разгонялась до 16 км/ч.
Как только автомобили стали походить на что-то приемлемое для осуществления транспортной функции, то сразу выяснилось, что имеющиеся моторы очень слабы для этой самой функции. А увеличивать объём цилиндра можно только до определённого предела, за которым конструкция оказывалась предельно циклопической, совсем разбалансированной с точки зрения термодинамики и малопригодной для практического применения. Тем не менее, до 5 литров таки дошли. А когда освоили технологию литья и производства многоцилиндровых моторов, то появились монстры с рабочим объёмом за 20 литров. Отличались они запредельным расходом топлива, огромной массой и малыми оборотами. Двигатель самого знаменитого гоночного автомобиля нулевых годов XX века, немецкого Blitzen Benz, хоть и развивал 200 л.с., но не раскручивался свыше 1600 об/мин. И предназначался он только для участия в гонках, а именно — для установления рекорда скорости. И он его установил, развив 23 апреля 1911 года скорость 228,1 км/ч.
Ни для каких иных целей, кроме гоночных, использовать этот аппарат и этот двигатель было решительно невозможно. Хотя бы потому, что вибрации, вызываемые огромными массами циклопических поршней и шатунов, превышали все возможные пределы.
Читайте также
Вредные привычки за рулем
Что мы делаем не так, управляя автомобилем?
И вот тут началось самое интересное. Нужно было радикально уменьшать размеры мотора, но при этом не терять в мощности и иметь более-менее приемлемый расход топлива. Выход из этой ситуации был известен ещё со времён Исаака Ньютона: мощность — есть произведение крутящего момента на обороты. Вывод — нужно увеличивать обороты. Но массивные поршни и шатуны своей инерционностью этому всячески препятствовали, а далеко не самые скоротечные и крайне неоптимальные термодинамические процессы в 5-литровом цилиндре только подливали масло в этот безвыходный огонь. Следующий вывод — нужно уменьшать рабочий объём цилиндра и увеличивать их количество.
Технологи очень быстро научились делать заготовки для многоцилиндровых блоков цилиндров и длинные коленчатые валы, которые не совсем сразу разваливались от высокого уровня крутильных колебаний. И уже в 1930-е годы всё более-менее устаканилось. Объём одного цилиндра — не больше литра (а лучше — чуть меньше) при отдаче 10−15 л.с. при 3000−4000 об/мин, и степени сжатия около 6. Можно, конечно увеличивать эту самую степень сжатия, но здесь сдерживающим фактором являлась возможность промышленности по выпуску высокооктановых бензинов. Хочется помощнее мотор — увеличивай количество цилиндров. И это количество дошло аж до 16-ти.
Гоночные моторы, правда, выдавали «на гора» значительно больше мощности при бОльших оборотах. Достигалось это уменьшением инерционности движущихся деталей двигателя: применялись многоклапанные головки блоков цилиндров с расположенными в них распредвалами, вместо тяжёлых чугунных поршней внедрялись алюминиевые и так далее. То есть — довоенные гоночные моторы очень походили на то, что появится на массовых автомобилях только в 1970-х. Но сорока годами раньше все эти нововведения были или очень дороги, или имели крайне малый ресурс. Что для гонок, впрочем, было не особо значимым недостатком.
Обретение стабильности
Но ещё до войны инженеры поняли, что наполнение цилиндров путём засасывания поршнем воздуха и подачи такого количества бензина, которое полностью может сгореть в этом воздухе — путь тупиковый с точки зрения повышения отдачи мотора. И начали применять сначала компрессорный наддув, а потом и турбонаддув. Но опять только для гонок. Ибо получалось как обычно — очень дорого и недолговечно.
На послевоенное время пришёлся очередной виток эволюции двигателей. Можно сказать, что те самые спортивные наработки 20−30-х годов начали проникать в массовое производство на волне внедрения новых технологий конструкционных материалов. Но принципиально мало что изменилось — сдерживающий фактор в виде невозможности повышать отдачу одного цилиндра никуда не делся. Массовые моторы постепенно стали обретать тот облик, который стал привычным к концу XX века. А именно: 20−30 л.с. с одного цилиндра при 5500−6000 об/мин и степени сжатия в районе 10. А сам объём одного цилиндра стремительно «убегал» в рамки 300−500 куб. см и только изредка выходил за них.
Вы спросите — почему именно такие рамки? Ответ частично уже дан немного выше, а именно — в таком объёме достигается наилучшее и самое оптимальное соотношение массы и размеров деталей мотора и тяговой эффективности вкупе с минимальным расходом топлива. И снова: хочешь больше мощности — увеличивай количество цилиндров. Что и было реализовано, например, в Америке. Где уже в 1960-х никого не интересовал рабочий объём мотора и мощность, а ограничивались лишь «мерянием» количеством цилиндров.
И вот к началу 1990-х годов конструкторская мысль окончательно остановилась, так как дальше развиваться уже было некуда. Оптимальный и продающийся на рынке за приемлемую для всех цену 4-цилиндровый мотор имел объём от полутора до двух литров и отдачу от 90 до 150 л.с. при 6000 об/мин. С редкими исключениями в виде моторов 2.7 л типа ЗМЗ-409 или Toyota 3RZ-FE.
Но если так называемый прогресс не развивается сам, то его нужно подстегнуть, иначе — крах самой идеи капиталистического общества, где постоянный прогресс — главная социальная добродетель после прибыли. Сначала пытались давить на экологию, а потом пошли дальше — типа, нужно радикально снижать выбросы «парникового» углекислого газа, для чего необходим ещё меньший расход топлива.
Современная технологическая и конструкторская мысль тяжело вздохнула и достала с дальней полки забытый было турбонаддув. Ведь сам принцип использования «дармовой» энергии выхлопных газов для подачи в цилиндры большего количества воздуха был известен давно. Ну и до кучи начали ещё тщательнее «оптимизировать» все остальные элементы двигателя. Вот так появились «облегчённые» Т-образные поршни, которые были уже не в состоянии «держать» масляную плёнку на стенках цилиндров, прецизионные и нежные форсунки, распыляющие топливо практически на отдельные атомы, малоинерционные турбины с регулируемыми крыльчатками, управляемые термостаты, задирающие рабочую температуру двигателя, безгильзовые «одноразовые» блоки и так далее. Радикально уменьшился рабочий объём и количество цилиндров, вплоть до 2-х у ФИАТа и 3-х у БМВ. И радикально же повысились нагрузки на все элементы этих новомодных моторов.
Читайте также
Lada X-Ray: самый массовый кроссовер?
До старта производства осталось четыре недели
Всё это хозяйство, как изначально хотели, ещё больше снизило расход топлива, но относительно нормально оно работает только при равномерном и размеренном движении по трассе. Как только появляется рваный «пробочный» режим — всё, туши свет и мирись с запредельным расходом масла, закоксовыванием колец и быстрым умиранием мотора на радость маркетологам и их хозяевам из трансконтинентальных корпораций.
Но самое главное, что дальше «развиваться» уже некуда. Современный ДВС, сжигающий углеводороды, достиг предела совершенства. И как бы ни старались разного рода «зелёные» или другие структуры подтолкнуть «прогресс» дальше, ничего у них не получится. Но это уже совсем другая история, которая может начаться уже очень скоро.
svpressa.ru
Safran представил «дорожную карту» своих разработок в области гибридных и электрических авиадвигателей.
Французский производитель полагает, при условии преодоления проблем в области хранения и передачи электроэнергии большой мощности, к 2040 году станет возможной разработка самолётов исключительно на электрической тяге.
Вместе с тем, турбовентиляторные двигатели имеют право на жизнь, так как потенциал их совершенствования ещё не исчерпан.
Необходимость комбинированного подхода в Safran объясняют энергоёмкостью электрических батарей и ожидаемой скоростью их эволюции.
На данный момент этот показатель составляет примерно 200 Вт/кг носителя и может достичь 500 Вт/кг к 2035 году. Но даже если предположить вдвое лучший результат, 1 000 Вт/кг, это не пойдёт ни в какое сравнение с 12 000 Вт/кг у авиационного керосина.
Тем временем производитель ставит промежуточные задачи: повысить эффективность силовой установки, улучшить интеграцию двигателя в планер и научиться управлять энергией с меньшими потерями.
Двигатель CFM International LEAP-1 для Airbus A320neo, Boeing 737 MAX и COMAC C919 — самая совершенная на сегодня модель, производимая с участием Safran
Потенциальные разработки Safran в визуализации Aviation Week and Space TechnologyВ 2030 году Safran собирается предложить гибридную двигательную систему, в которой 10% мощности (как на этапе равномерного полёта, так и при взлёте и посадке) будут «электрическими». Большего не позволит добиться ёмкость аккумуляторных батарей.
Но ещё через пять лет — в расчёте на прогресс в области хранения энергии — электричество сможет обеспечивать от 20% до 50% тяги. Так, среди прочего, в конструкцию самолёта предлагается ввести вентилятор за хвостовым оперением, который будет поглощать медленный воздушный поток пограничного слоя над фюзеляжем и «восстанавливать» след, уменьшая воздушное сопротивление.
Как раз этот вентилятор сможет приводиться электричеством, вырабатываемым основными турбовентиляторными керосиновыми установками.
Ещё через пять лет, к 2040 году, предполагается разработать распределённые двигательные системы, в которых до 100% тяги станет обеспечиваться приводимыми электричеством вентиляторами, а генерация мощности будет основана на водородных топливных элементах.
В таком случае при горении действительно не будет выделяться углекислого газа.
Но эта цель достижима только при качественном изменении (относительно сегодняшнего уровня) в системах хранения и передачи электроэнергии большой мощности.
Safran самостоятельно занимается исследованиями перспективных технологий в области топливных элементов внутри своего подразделения Power Units и предлагает авиакомпаниям Electric Green Taxiing System — электропривод передних шасси для узкофюзеляжных (относительно лёгких) самолётов.
Предполагается, что возможность движения по рулёжным дорожкам без использования основных силовых установок сэкономит 2… 5% топлива за рейс — в зависимости от особенностей аэропортов вылета и прибытия. А также значительно уменьшит загрязнение воздуха во время нахождения авиалайнера на земле: сократит выбросы углекислого газа на 61%, угарного газа на 73%, оксидов азота на 51% и несгоревшего топлива на 62%.
Усилия Safran по совершенствованию единственной на сегодня практически применимой технологии для магистральных самолётов — турбовентиляторных двигателей — направлены на реализацию концепции открытого ротора (counterrotating open-rotor, CROR). Пока улучшение показателей эффективности горения относительно реализованного проекта — LEAP-1 в CFM International, совместного предприятия с GE Aviation — составляет порядка 10%. Но масса самой силовой установки растёт настолько значительно, что эти преимущества практически «съедаются» прибавкой в весе всей конструкции.
Пока в компании сохраняют оптимизм и считают актуальными ранее поставленные цели: добиться коэффициента двухконтурности 20 и степени сжатия 70. К этим же цифрам стремится британский Rolls-Royce — и конкурирующие разработчики едины ещё и в том, что (в отличие от LEAP-1) в конструкции двигателя с этими показателями должен присутствовать редуктор.
В Safran считают, что показатель двухконтурности (соотношения воздуха, обтекающего камеру сгорания, и проходящего сквозь неё) около 15 делает невозможным применение архитектуры с прямым приводом вентилятора от турбины низкого давления. Поэтому коробка передач обязательна. По этому пути уже движутся Pratt & Whitney с запущенным в серию PW1000G и Rolls-Royce со своей перспективной моделью UltraFan.
И разумеется, французская компания применяет все современные достижения материаловедения: от полимерного покрытия лопастей вентиляторов до производимых трёхмерной печатью керамических лопаток турбин (керамического матричного композита, или ceramic matrix composite, CMC).
Эволюция двигателей Rolls-Royce: этапы развития идеи отказа от турбины низкого давления с помощью коробки редукторов UltraGearКакая технология ни выиграет в долгосрочном периоде, в Safran уверены, что в будущем однозначно потребуется более высокий уровень интеграции между авиастроителем и поставщиком силовых установок. Граница между ними будет стираться, равно как и двигатель будет всё глубже встраиваться в планер.
aeronautica.online
Но, прогресс неумолим, и автомобильные производители постоянно пытаются компенсировать прелести больших объемов более бюджетными решениями — повесив, к примеру, "улитку" турбины, которая, как кажется многим, ничуть не хуже и, действительно, позволяет стоковому "атмосфернику" вести себя более нагло на дороге. Все это делается в угоду экономии, экологическим нормам и, как ни странно, целевой аудитории. Неудивительно, что уже сегодня звук настоящего пожирателя километров с восемью, а то и десятью-двенадцатью "котлами" стал настоящей редкостью на дороге. Хорошо это или плохо — решать вам. Мне хотелось бы обсудить с вами, друзья, эволюцию того, что дает силы нашим автомобилям — да, это двигатель внутреннего сгорания — от тяжелого и мощного V8 до современного легкосплавного мотора. И, безусловно, хочется сделать это на примере своих любимых автомобилей марки Форд.
Каждый автопроизводитель, имеющий за своей спиной солидную историю, оказал немалое влияние на то, что мы именуем современным автомобилем. Начиная с первого автомобиля Карла Бенца, запатентованного в 1885 году, началась бешенная гонка, в ходе которой, автомобили совершенствовались, становились комфортнее, проще в эксплуатации, надёжнее и мощнее. И несмотря на конкуренцию, все открытия и изобретения отправлялись на службу каждому автомобилисту.
К тридцатым годам XX века, благодаря Генри Форду, каждый американец, имеющий стабильный заработок, мог позволить себе купить автомобиль. К тому моменту, Ford T, или «Жестянка Лиззи», выпускавшаяся с 1908 года, уже морально устарела. Надо было двигаться дальше – конкуренты тоже не стояли на месте.Гениальный Генри Форд, который и сам был убежден в собственной гениальности, регулярно ставил своим инженерам непосильные, фантастические, а порой и абсурдные задачи. Тому виной, а отчасти и заслугой, было его происхождение из обычной, рабочей семьи и отсутствие образования.
Новую эру автомобилей он предполагал начать с массового внедрения в серию X-образных восьмицилиндровых двигателей, на подобии тех, что используются в авиации. С 1922 по 1926 инженеры его завода пытались реализовать столь непростую задачу. Надёжный и неприхотливый в небе, на земле такой двигатель перегревался, и имел проблемы со смазкой. Форд наконец сдался и стал искать новые решения, а что бы не действовать в попыхах, в 1927 году на рынок был «выброшен» Ford Model A – простой и надёжный автомобиль, но уже с разными типами кузовов и понятными органами управления.В том же году Chevrolet запустил в серийное, массовое производство V6. Сын Генри, Эдсель Форд, а так же вице-президент компании Чарльз Соренсен настаивали на выпуске своего аналога, На что big boss заявил: у Ford будет V8 или ничего. Спорить было бесполезно.
Двигатели V8 уже существовали, но технология их производства, а так же конструкция были настолько сложны, что устанавливались они только на дорогие автомобили. В частности: не существовало технологии, позволявшей сделать цельный блок для V-образного двигателя; сбалансировать работу фактически двух рядных «четвёрок» было так же не просто. Инженерам следовало изучить имеющиеся образцы и создать доступный, надёжный и конструктивно-простой V8, единственный в своём роде. Кроме объективно сложной задачи, работу им усложнял Генри Форд.
Он собрал четыре команды инженеров, которые должны были работать над созданием V8, не взаимодействуя друг с другом. Руководил каждой группой лично Форд. Один из готовых образцов он забраковал, по причине использования в системе охлаждения водяного насоса, без объяснения причин, возможно хотел еще больше удешевить производство, но это было явно во вред эффективности. Другой команде поставил задачу создать двигатель с углом развала цилиндров в 60˚, а не наиболее логичный и удобный 90˚. Но его так и не смогли сбалансировать и обеспечить смазку узлов – Форд запретил использовать масляный насос.Другой группе пришлось и вовсе работать под очень чутким руководством Генри Форда. Каждую деталь двигателя инженеры были вынуждены создавать по эскизам Форда, не имеющего нужных знаний и навыков. Никакие возражения о неработоспособности узла не принимались категорически.
В итоге на свет появились два рабочих прототипа объёмом 4,9 и 3,8 литра. Это были моторы с углом развала 90˚ и боковым (нижним) расположением клапанов – тут большую роль сыграл опыт создания X-образного двигателя. Двигатель получил название flathead – в переводе: «плоскоголовый». Он был достаточно компактен, работал тихо и благодаря малому числу деталей очень надёжен и прост в обслуживании. Но были и проблемы, свойственные нижнеклапанникам – склонность к перегреву, высокий расход топлива и небольшая мощность. Но проблем с топливом, в те годы, в Штатах не было, а верхнеклапанных V8 еще не существовало, потому двигатель оказался лучшим и единственным.
В начале 1932 года Ford анонсировал выход нового автомобиля с V8, ко всеобщему удивлению, обещалось что это буден не премиальный автомобиль и даже не среднего ценового диапазона, а дешевая модель, которая придёт на смену Ford Model A. В конце марта 1932 года, Генри Форд лично показал новый Ford Model B, дилеры получили множество предварительных заказов, постоянные клиенты с нетерпением ждали дешевый V8. В серию пошел двигатель объёмом 3622 куб.см, выдававший 65 л.с. и 176 н/м. При этом Model B оказался дешевле своих конкурентов, и даже дешевле чем Model А.
Предлагалось множество вариантов кузова, самым доступным из которых был родстер. Спросите у любого человека сведущего в хот родах: какой автомобиль в их жизни самый культовый. Не задумываясь, каждый ответит Ford родстер 32-го года с flathead-ом. Собственно и название культуры говорит нам об этом: Hot Rod – горячий родстер. И сегодня flathead, ласково именуемый flatty, активно используется роддерами, которые умудряются выжать из него до 700 л.с. Ценителем Ford с V8 был известный грабитель банков Джон Диллинджер, и по легенде, он даже отправил Генри Форду телеграмму с благодарностью за безотказные и быстрые автомобили.
Ford пересадил всю Америку на V8, ставший универсальным инструментом фермера, гонщика, домохозяйки и студента. Однако технологии не стоят на месте, а сегодняшний массовый потребитель озаботился расходом топлива и ухудшающейся экологией. И снова Ford оказался в авангарде. Его EcoBoost уже три года подряд получает награду «Международный двигатель года». Но о нём мы поговорим в следующей главе.
Как только не называют то, что происходит в современном двигателестроении: и «деградация», и «эволюция». При этом автомобилистов, которые думают, что происходит именно «деградация», гораздо больше тех, кто смотрит на этот процесс более позитивно и оптимистично. Мнения при этом прямо противоположны, и «золотой середины» просто нет. Так уж устроен человек, ему постоянно кажется, что когда-то было лучше: докторская колбаса вкуснее, снег белее, воздух чище, а зарплаты больше. На мой взгляд, такая логика — это самообман и самая обычная ностальгия о прошлом. Безусловно, при разработке новых моторов их ресурс — это последние, о чем думает разработчик. Первоочередные задачи: экономичность, мощность, а также параметры, которые сохраняют экологическую стабильность в мире. На мой взгляд, рано или поздно мы столкнемся с эволюцией электрических и гибридных двигателей, которые так активно развиваются уже сейчас. Однако, я думаю, что конструктив моторов вышел на новый уровень — это интересные и сложные технологии драйва, это наше ближайшее будущее, и рано или поздно они тоже канут в небытие. Это моторы, о которых мы будет еще долго вспоминать через двадцать лет, как о качественном изобретении двадцать первого века.
19-го июня состоялась легендарная гонка 24 часа Ле-Мана. Зрелище было интереснейшим — драматический сход лидировавшей «Тойоты», за три минуты до завершения гонки в классе LMP1, Русинов и Петров на подиуме в классе LMP2, и, наконец, триумфальное возвращение Ford со своим новым GT, в классе GTE Pro! Ровно 50 лет назад, в 1966 году, Ford GT40 разгромил в Ле-Мане своих конкурентов, заняв весь подиум. В воскресенье, новый Ford GT вновь обошел Ferrari, но всё же пустил её на вторую ступень пьедестала, заняв, кроме того, ещё 3-е и 4-е места.
Как мне представляется, эта победа далеко не случайность, а традиционная закономерность. Менеджеры компании Ford всегда нестандартно смотрели на вопросы связанные с развитием автомобиля, в глобальном смысле этого слова. Как следствие, мы получили конвейер и массовую автомобилизацию, доступные спортивные автомобили, неприхотливый V8, а теперь – технологичный и эффективный EcoBoost. На прошедшей гонке, Ford GT был обладателем самого скромного по своим габаритам двигателя, но 3,5 литровый V6 дал бой многолитровым твинтурбовым V8, и вышел победителем.
Производство двигателей семейства EcoBoost стартовало в 2012 году, руководство Ford было убеждено, что потенциал классического бензинового двигателя еще очень велик и не стоит спешить с поиском альтернативных видов топлива и эксперементировать с гибридными установками.Сейчас эти двигатели устанавливаются на всю линейку автомобилей концерна, начиная с литрового, трёхцилиндрового "рядника", который 5 лет подряд становится международным двигателем года, и заканчивая V6 объёмом 3,5 литра для самых серьёзных моделей.
Создавая этот двигатель, Ford запатентовал 128 новых изобретений, а в некоторых решениях, для улучшения результата – вернулся назад. Разумеется, тут непосредственный впрыск и система изменения фаз газораспределения на впуске и выпуске. Однако, как шаг назад можно расценивать чугунный блок цилиндров, от которых отказались почти все современные автопроизводители. Но его использование тут обосновано заботой о долговечности мотора. Дело в том, что чугунный блок, по сравнению с алюминиевым, гораздо быстрее нагревается до рабочей температуры и медленнее остывает, а выпускной коллектор интегрирован в головку блока, что так же обеспечивает быстрый прогрев. Для качественного охлаждения инженеры внедрили раздельные контуры охлаждения как самого блока цилиндров, так и его головки.
Привод ГРМ здесь осуществляется посредством ремня с масляной ванной. Подобное решение снижает трение, способствует уменьшению расхода топлива, снижению количества выхлопных газов, увеличивает срок службы ремня. Срок его службы — порядка 200 000 километров.Интенсивность работы масляного насоса напрямую зависит от режима работы двигателя – его привод осуществляется ремнём от коленвала, что также поднимает КПД.Ну и, разумеется, изюминка этого мотора – турбина. Она очень отзывчива и производительна. Охлаждается антифризом, а на нагнетаемый воздух, для повышения производительности, установлен охлаждающий электровентилятор.
Глобальная стратегия Ford предполагает, что двигателями этого семейства будут комплектоваться автомобили по всему миру, ведь их линейка очень широка — однолитровый трехцилиндровый моторчик (мощностью 99-138 л.с) и 1,6 л четырёхцилиндровый (148-197 л.с.) производятся для европейских автомобилей концерна Ford а так же Volvo. Рядные четвёрки объёмом 2,0 и 2,3 литра выпускаются уже как в Европе, так и в Штатах, и используются как для внутреннего рынка, так и для импорта. Их мощность колеблется от 200 до 355 л.с. Встречаются же они как на банальном Ford Galaxy или Mondeo, так и на Range Rover Evoque, Jaguar XE, Ford Mustang и Ford Focus RS, о котором я рассказывал ранее. Топовыми в линейке являются V-образные "шестерки" объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Как раз они и призваны прийти на смену многолитровым V8, так полюбившимся американцам.Устанавливаются такие моторы на культовый пикап F150, полицейские Interceptor, а так же знакомые нам Ford Explorer и Lincoln Navigator.
Новое поколение 3,5 литровых двигателей V6, которое начнет производится в 2017 году, будет устанавливаться на серийный Ford GT, выдавая около 600 л.с., а также на Ford SVT Raptor, обладающий мощностью около 500 л.с.
Очень многим автолюбителям такие перемены приходятся не по вкусу. EcoBoost требовательны к качеству топлива и практически не предполагают ремонта за пределами заложенного ресурса. Однако, с другой стороны, страны в которых они продаются достаточно развиты, низкокачественное топливо сыскать там проблемно, а ремонтом авто после гарантии никто не занимается. Путь такого автомобиля — на переработку. EcoBoost не уступает, а по многим показателям и вовсе превосходит V8. В активе у него достойная динамика, низкий расход топлива, пресловутая экологичность. А за V8 огромной скалой стоит харизма и история. Конечно, с этим никогда не сможет поспорить ни один турбомотор. Появление EcoBoost обосновано не столько желанием автолюбителей ездить на «пакете сока», сколько меняющейся вокруг нас действительностью. Ресурсы природы исчерпаемы, чистый воздух ценится всё дороже, и мало кто из современных водителей хочет решать проблемы с надёжным, но старым автомобилем. А для рьяных автоэнтузиастов запасы V8 закончатся нескоро, тем более, что Ford параллельно продолжает комплектовать свои автомобили атмосферными двигателями больших объёмов.
Так что, не стоит унывать, господа. Получить то, что желаешь, не так уж и сложно.
basaru.net.ru
