Содержание
Современные двигатели — какие бывают
Двигатели — механизмы, приводящие в движение транспорт или машину. Двигатели работают на топливе (например, двигатели внутреннего сгорания), на ядерной энергии (РИТЭГ), на электричестве (двигатели электромобилей), на водороде, на газу, на дизельном топливе и на многом другом. Тип топлива двигателя определяет его экологичность и другие качества. Двигатели прошли довольно длинную историю, но она еще далеко не окончена. Ученые и инженеры постоянно думают над новым топливом и новыми двигателями, стремясь уместить больше энергии в меньшее количество расходов.
Самое обсуждаемое по теме Современные двигатели
В новом корпоративном письме Илон Маск объявил, что проблемы с производством ракетных двигателей для космического корабля Starship могут привести к банкротству компании SpaceX. Он хотел взять небольшой отпуск на День благодарения (25 ноября), но был вынужден отказаться от своих планов и приехать на производственную линию, чтобы собственноручно помогать рабочим.
По его словам, для выхода из катастрофической ситуации на заводе нужно как можно больше рук — в противном случае, планы компании на 2022 год будут неосуществимы. А ведь на начало года запланирован первый полет корабля Starship в космос. Ранее он говорил о неуверенности в том, что корабль достигнет земной орбиты с первого раза, но полет все равно должен осуществиться. Но почему Илон Маск считает, что проблемы с двигателями приведут к банкротству? Неужели нельзя просто сместить сроки?
Читать далее
Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца. Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют. Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя.
Давайте разберемся с некоторыми из них.
Читать далее
С тех пор, как Илон Маск ворвался на автомобильный рынок, интерес к электромобилям не утихает который год. Автомобильные концерны тратят миллиарды на разработки в сфере электрификации автомобилей, а общественность зачастую видит в них спасение окружающей среды и восхищается повышенной эффективностью, но действительно ли это так? Является ли электромобиль революцией в автомобильной промышленности и панацеей от нефтепродуктов, или это просто очень красивый маркетинг с харизматичным лидером у руля? Давайте затронем все эти моменты в данной статье.
Читать далее
Ежедневно транспортные средства загрязняют воздух выхлопными газами, которые вредят не только природе, но и здоровью людей. По данным Росприроднадзора, в 2017 году объем выбросов углекислого газа от одних только автомобилей составил более 14,5 миллиона тонн. Чтобы снизить этот показатель, многие страны хотят отказаться от транспорта с двигателями внутреннего сгорания и перейти на электрические аналоги.
Примечательно, что новые двигатели необходимо устанавливать не только на автомобили, но и на самолеты и даже на грузовые корабли. В 2018 году в Голландии началось строительство двух электрических «кораблей Тесла».
Читать далее
На сегодняшний день межпланетные полеты (не говоря уже о перемещениях за пределы нашей Солнечной системы) упираются в одну проблему — недостаточная мощность ракетных двигателей. Конечно, непрерывно ведутся работы по улучшению этого компонента ракет. Кто-то даже всерьез занимается вопросом создания ионного двигателя, но дальше всех пошел инженер NASA Дэвид Бернс, который предлагает использовать в качестве двигателя ускоритель частиц.
Читать далее
Прямо сейчас на орбите Земли работает тысяча искусственных спутников, практически каждый из которых передвигается при помощи дорогостоящих ионных двигателей со сроком службы не более трех лет. Если эти двигатели такие дорогие и недолговечные, почему бы ученым не разработать более дешевый и надежный вариант управления спутниками? Многих это удивит, но он уже создан и применен в тестовом спутнике LightSail 2 — он движется вокруг планеты за счет солнечных частиц, которые толкают прикрепленный к спутнику парус.
Огромное и блестящее полотно было развернуто 23 июля, и его вполне можно разглядеть с Земли.
Читать далее
Компания Tesla, которая на данный момент является производителем самых известных электрических автомобилей, была основана Илоном Маском в 2003 году. Первым автомобилем компании стал Tesla Roadster, который был выпущен только спустя пять лет после ее основания. На данный момент он уже не продается, но компания разрабатывает его обновленную версию, которая мало того что будет мощнее предыдущей, так еще и обзаведется ракетными двигателями. О грядущей новинки давно не было ничего слышно, но недавно Илон Маск поделился некоторыми подробностями.
Читать далее
С 17 по 23 июня во Франции проходит авиасалон Ле-Бурже, в ходе которого производители самолетов из разных стран демонстрируют свои новые авиационные технологии. В этом году особое внимание уделяется электрическим летательным аппаратам, которые способны перевозить пассажиров на небольшие расстояния с нулевым количеством вредных выбросов в атмосферу.
Особенно выделилась израильская компания Eviation, которая представила самый большой в мире полностью электрический самолет Alice с девятью местами для пассажиров.
Читать далее
Производители техники всеми способами пытаются минимизировать загрязнение окружающей среды, поэтому за последние годы, помимо электрокаров, свет увидело множество прототипов гибридных самолетов. Взять, к примеру, летающий автомобиль Terrafugia — благодаря гибридному двигателю, он меньше загрязняет воздух, и вмещает в себя двух людей. В мире есть гибридные самолеты побольше, и одним из них является Ampaire 337 — на днях он совершил свой первый публичный полет и доказал, что практически готов к коммерческому использованию.
Читать далее
С самого рождения космической эпохи мечта о поездке в другую солнечную системы удерживалась в «ракетной узде», которая жестко ограничивает скорость и размеры космического корабля, который мы запускаем в космос. По оценкам ученых, даже при использовании самых мощных ракетных двигателей сегодня потребуется около 50 000 лет, чтобы достичь нашего ближайшего межзвездного соседа — Альфы Центавра.
Если люди когда-либо надеются увидеть восход инопланетного солнца, время транзита должно существенно сократиться.
Читать далее
Современный мотор: меньше, мощнее – но не вечно…
Если говорить о тенденциях современного мирового моторостроения, то двигатель внутреннего сгорания остается на лидирующих позициях, хотя справедливости ради надо отметить, что некие попытки «покуситься» на «святая святых» все же существуют – например, уже продается серийный электромобиль Tesla. Но поскольку нефтепромышленность сегодня является ключевой отраслью мировой экономики, доминирование двигателей внутреннего сгорания еще на многие десятилетия может остаться незыблемым.
Немного истории. Грустной…
Современные двигатели конструктивно практически мало изменились со времен «отцов-осно-вателей»: Николауса Августа Отто и Рудольфа Кристиана Карла Дизеля. Сегодня в ходу те же коленчатый вал, шатуны, поршни, цилиндры, клапаны, распределительный механизм.
Поэтому все новшества в двигателестроении опираются на новые материалы и технологии, в том числе связанные с электронным управлением.
Например, если еще 20 лет назад блок цилиндров почти повсеместно был сделан из чугуна, то сегодня чугунный блок встречается редко, плавно перейдя в разряд анахронизмов. В настоящее время блоки делают из алюминия, который и легче, и технологичнее. Сначала были проблемы с прочностью и жесткостью, но их постепенно решили.
Правда, полностью алюминиевые моторы действительно приживаются трудно – очень они чувствительны к смазке, охлаждению, зазорам. А вот алюминиевый блок с чугунными гильзами гораздо менее требователен в эксплуатации. Так что старый добрый чугун, который использовали Отто и Дизель, еще послужит…
Вообще надо отметить, что создание нового двигателя даже традиционной схемы – это процесс очень долгий. Вот и получается, что модельный ряд автомобилей меняется в среднем через четыре-пять лет, а мотор в нем нередко стоит от предыдущих моделей, а то и еще более ранних.
И часто даже в новых двигателях используются узлы от старых – например, блок цилиндров. Так что двигатели «живут» долго – бензиновые в среднем 10-15 лет, а дизели легко «доживают» до 20 и даже 30 лет.
И еще. С сожалением приходится признать, что в России практически не было своих разработок двигателей – все бралось «оттуда», из-за границы. Причем часто даже то, что там отвергалось. Результат очевиден – сегодня передового двигателестроения у нас в стране просто не существует. Как и конструкторов для его возрождения.
Все началось с авиации… Авиадвигатель Rolls-Royce Merlin 40-х годов прошлого века с непосредственным впрыском
Успехи, неудачи и тенденции
В современном моторостроении существуют две основные тенденции: первая – сократить вредные выбросы, и вторая – снизить расход топлива. Это взаимосвязанные задачи: сокращая расход, мы автоматически снижаем выбросы.
Но если 10-15 лет назад «вредными выбросами» считались традиционные оксид углерода – СО, оксиды азота – NOx и углеводороды – СН, то сегодня в разряд основных перешел и углекислый газ СО2, создающий «парниковый эффект».
И если учесть, что любое углеводородное топливо в конечном счете распадается на воду и углекислый газ – то уменьшить выбросы СО2 можно единственным путем: снижением расхода топлива.
Здесь надо принять во внимание и такой нюанс: КПД у двигателя внутреннего сгорания в целом лишь около 25-30%. Выходит, что только четверть бензина в ДВС тратится на движение – остальные три четверти просто вылетают в трубу. И греют окружающую среду. Поэтому инженеры-моторостроители борются за каждый «лишний» процент с помощью довольно сложных технических решений.
Верный способ – повысить удельные параметры двигателя: проще говоря, получить «одну лошадиную силу» с меньшего количества топлива. Например, одним из основных путей роста эффективности бензинового двигателя является повышение степени сжатия. При росте степени сжатия эффективность сгорания топлива в цилиндре повышается, а значит, возрастает коэффициент полезного действия (КПД) цикла – и двигателя в целом.
В частности, повышение основных параметров двигателей, в том числе путем увеличения степени сжатия, дают системы непосредственного впрыска бензина в цилиндр – впрыск сдвигает режимы детонации, убирает неравномерность подачи топлива и увеличивает наполнение цилиндров.
Когда мы еще были впереди планеты всей: форкамерно-факельное зажигание на Волге — прообраз современного послойного распределения заряда
На самом деле эта идея достаточно старая: непосредственный впрыск широко применялся на авиационных двигателях 40-х годов прошлого века. Инженерам требовалось добиться небывалой по тем временам удельной мощности 70 л.с. с 1 л рабочего объема двигателя при максимальных 2500-3000 об/мин. Сегодня это удельная мощность обычного автомобильного двигателя (хотя и при вдвое больших оборотах, так что авиационный уровень 70-летней давности все еще не превзойден современным автомобилестроением) – а тогда достичь их в авиации было возможно только с помощью непосредственного впрыска.
Но система подачи топлива была механической, т.е. сложной, дорогой и требовавшей постоянных регулировок, что было приемлемо в авиации, но никак не на автомобилях.
Форкамерно-факельный процесс
в двигателе Honda CVCC, такие
двигатели ставились на автомобили
Honda почти до конца 1980-х годов
Кроме того, механическое управление непосредственным впрыском было хорошо при низких оборотах, требовавшихся для тогдашних авиационных двигателей (воздушный винт все же!).
А при их росте хотя бы до автомобильных 6000 об/мин механика уже не справлялась.
Собственно, «возвращение» к старой идее в 1990-2000-х годах стало возможным благодаря развитию электроники, позволившей реализовать управление непосредственным впрыском на высоких оборотах двигателя – с внедрением электронных компонентов появилась возможность управлять процессом горения, чего не было ранее.
Карбюратор, да и традиционные системы впрыска – так называемое внешнее смесеобразование, позволяли лишь смешать 15 кг воздуха с 1 кг топлива и подать смесь в цилиндры. И все. А вот электронное управление непосредственным впрыском в цилиндр дает возможность инженеру выбирать – когда вводить топливо, сколько вводить. И даже впрыскивать топливо за один цикл двигателя несколько раз.
Еще в 70-х годах ХХ века конструкторы для экономии топлива предложили использовать принцип «послойного» впрыска, реализованный в виде так называемого «форкамерно-факель-ного зажигания». Идея заключалась в том, что в специальной камере создается богатая смесь, которая при воспламенении от свечи создает факел, поджигающий бедную смесь, подаваемую непосредственно в цилиндр.
Машины с такими двигателями (с аббревиатурой СТСС – Compound Vortex Controlled Combustion) разработала и длительное время производила японская Honda, и даже горьковский автозавод некоторое время выпускал «Волги» с форкамерными моторами. Но в итоге к середине 1980-х от этой идеи пришлось отказаться. Ведь приходилось готовить сразу две топливо-воздушных смеси: бедную, которой надо было много, и богатую, которой надо было мало. И подавать их раздельно – при этом в точные временные промежутки. А сложные карбюраторы (а тогда полноценного электронного управления еще не существовало) не прибавляли ни надежности, ни оптимизма по снижению себестоимости. Но основной удар был неожиданным – выяснилось, что помимо СО и СН оксиды азота тоже не слишком полезны. А здесь у «послойников» возникли новые проблемы…
Но всего через 10 лет, примерно к середине 1990-х годов, инженеры смогли вернуться к идее на новом уровне, чтобы с помощью электроники объединить в одном двигателе все три составляющие: непосредственный впрыск, управление процессом горения и послойное смесеобразование, что позволило поднять степень сжатия и выйти на новый уровень.
Первыми создали серийные автомобили с такими моторами в компании Mitsubishi – они имеют обозначение GDI (Gasoline Direct Injection – «система прямого впрыска бензина»). За ними последовали и другие производители. В этих двигателях нет отдельной форкамеры – форсунка впрыскивает бензин в цилиндр под очень высоким давлением. А камера сгорания имеет такую «хитрую» форму, что в зоне у свечи оказывается богатая смесь, а в остальном объеме – бедная.
Казалось бы, все прекрасно: степень сжатия высокая, смесь бедная, как следствие, вредные выбросы заметно снижены, а экономичность улучшена. Но опять начались проблемы с оксидами азота. Дело в том, что традиционные трехкомпонентные нейтрализаторы убирают из выхлопа СО, NOХ и СН только у смеси обычного состава (15 кг воздуха на 1 кг топлива). А вот с возросшими при бедных смесях объемами оксидов азота они уже не справляются. Так что пришлось разрабатывать новые дополнительные катализаторы. Работают они хорошо, хотя требуют специальной жидкости в качестве «топлива».
Но хорошо только в том случае, если в бензине нет серы. А если есть – то быстро «умирают». Ведь бензин с полным отсутствием серы пока еще редкость даже в богатых странах…
Поэтому автопроизводители от идеи послойного впрыска вынуждены были отказаться, а проблему уже построенной инфраструктуры по производству этих двигателей (и уже немало потраченных денег) решили путем «перепрошивки» электронного управления впрыском.
Теперь впрыск топлива осуществляется не тогда, когда поршень находится вблизи верхней «мертвой точки», а раньше. И пока поршень проходит весь путь до ВМТ, смесь успевает перемешаться до практически гомогенной.
Так что «попытка № 2» внедрения послойного смесеобразования и управления горением тоже сорвалась. Когда будет третья попытка, неясно. Но то, что она будет – вполне предсказуемо. Ведь уже создано достаточно много таких двигателей, они работают, хотя их возможности пока не реализованы полностью.
Еще одно направление повышения эффективности ДВС – системы регулирования фаз газораспределения.
Они получили распространение недавно, в начале 90-х годов ХХ века, но сегодня двигатель без регулирования фаз уже смотрится каким-то анахронизмом.
Логика таких систем понятна – для эффективной работы двигателя при малых оборотах время (продолжительность) и момент открытия впускных и выпускных клапанов должны быть одни, а с повышением оборотов – другие. И сегодня существует много систем, которые регулируют не только время открытия клапанов, но и величину этого открытия. Что делает ДВС эластичным, а автомобиль с ним – экологичным, экономичным и удобным.
Если подводить промежуточный итог, то можно сказать следующее: современный бензиновый ДВС – обязательно с регулируемыми фазами, а лучшие его образцы имеют непосредственный впрыск. Для повышения мощности двигателей нередко используется наддув, который увеличивает количество воздуха, поступающего в цилиндры, и удельную мощность. Существуют две схемы наддува: газотурбинный, когда турбину для привода компрессора раскручивают выхлопные газы, и приводной, когда компрессор приводится непосредственно от двигателя.
Приводные компрессоры тоже разные: объемные, винтовые, волновые и т.д. Но большого распространения такие системы так и не получили, хотя известны давно – в отличие от регулирования фаз газораспределения, непосредственного впрыска топлива и турбонаддува.
Ванкель и другие
В принципе, возможны альтернативы старой конструкции, созданной во времена Отто и Дизеля. Но создать работающий двигатель, способный на равных конкурировать с привычной схемой по всем показателям, очень сложно. Двигатели Стирлинга, Баландина и многих других оригинальных схем и решений не получили распространения и оказались на грани забвения.
И хотя новые идеи витают в воздухе, реализовать даже лучшие из них весьма проблематично. Например, роторно-лопастной мотор Вигриянова, который изначально планировалось устанавливать в «прохоровский» «ё-мобиль», пока так и не создан. И для того чтобы (возможно!) довести его до серийного производства, потребуется, по прикидкам, как минимум, 10 лет и весьма неограниченное финансирование.
Причем несколько из этих 10 лет надо будет потратить на подготовку специалистов, способных его довести. А поскольку с «неограниченным финансированием», кажется, наступили проблемы, этот двигатель, скорее всего, света так и не увидит…
Роторно-поршневой двигатель Ванкеля стал, пожалуй, единственным примером внедрения в серийное производство ДВС нетрадиционной конструкции. Хотя двигателю данной схемы уже добрых полвека, и за это время многие производители, выпускавшие такие моторы, давно «сошли с дистанции» (последним стал АвтоВАЗ), он и по сей день ставится на автомобили Mazda. Причем компания так долго занимается этим двигателем и добилась таких его показателей, что уже вряд ли кто сможет сделать хотя бы такой же – по цене, надежности и эффективности. И потому он вряд ли когда-нибудь станет массовым.
Ремонт ремонту рознь
Современные двигатели гораздо более надежны, чем те, которые производились, например, 20 лет назад. В них не надо ничего регулировать, что-то менять – они работают без поломок как минимум до окончания срока гарантии.
Но есть нюанс – сегодня срок службы всего автомобиля стал значительно меньше, чем был ранее. Прошли те времена, когда машину покупали «на всю жизнь». Сегодня сложилась тенденция: люди хотят ездить на новой модели машины. И потому автомобили меняются в среднем через 3-5 лет. Соответственно автопроизводителям не имеет смысла делать машину, которая без поломок прослужит 20 лет. Вот и получается, что автопарк обновляется значительно быстрее, чем два-три десятка лет назад.
Так что время двигателей-«миллионников» давно «кануло в Лету» – их просто невыгодно
делать. Да и зачем? Ресурс мотора рассчитывается с учетом возможного пробега автомобиля: в среднем можно говорить максимум о 150 тыс. км.
Процесс непосредственного впрыска уже широко распространился, но пока использовать
все его преимущества не удается
Очевидно, ремонт двигателя должен продлить ресурс – но не до бесконечности, а до конца срока службы автомобиля (который тоже закладывается относительно небольшим – не более 10 лет).
К чему это приводит? К тому, что некоторые ремонтные процессы становятся просто ненужными, а ремонтное оборудование «отстает» от современных двигателей.
Например, на старых моторах уровень нагрузки составлял 50 л/с с 1 л объема, а на современных (с наддувом) – вдвое больше. При такой разнице удельных мощностей и нагрузок на детали «старое-доброе» уже не работает – нужны новые технологии. Сегодня многие работы стало просто невозможно сделать без современного оборудования – шлифовального, расточного, хонинговального. Оно не слишком хорошо окупается, поэтому многие предпочитают работать по старинке. Но не тут-то было…
Так, для новых моторов нередко используются шатуны с «ломаными» крышками. Традиционные конструкции крышек шатунов, изготовленных отдельно, а потом собранных, для современных высоконагруженных двигателей не подходят – неточно и совсем недешево. И при ремонте традиционных шатунов всегда есть опасность нарушения соосности, что ведет к катастрофическим последствиям для мотора, хотя традиционные шатуны ремонтируются легко.
А вот «колотые» – не ремонтируются вообще.
Еще пример – коленчатый вал на старом тихоходном двигателе можно было наварить и прошлифовать. Сейчас это невозможно даже представить: усталостные трещины очень быстро приведут к разрушению всего двигателя. Кроме того, ручная работа с большим количеством операций стоит дорого. А коленчатый вал легкового мотора – деталь массовая, а значит, и недорогая. И делать двойную, а то и тройную работу, чтобы восстановить деталь, которая потом быстро выйдет из строя, по крайней мере, экономически неэффективно.
При этом надо помнить, что просто замена одной детали, вышедшей из строя, не решает проблемы поломки двигателя в целом: такая локальная замена обычно предполагает «гарантию только до ворот». Современный высоконагруженный двигатель – это сложный комплекс, а потому его ремонт должен быть комплексным, с заменой всего «по кругу», чтобы даже самый экономный автовладелец не возвращался через каждые 10-15 тыс. км для замены очередной детали. Вот почему качественно отремонтированный мотор стоит всего лишь на 25-30% меньше нового.
Но насколько такой ремонт выгоднее замены для владельца?
Так что современная тенденция в ремонте проглядывается – замена вышедшего из строя узла постепенно побеждает. Причем ремонт «в гараже на коленке» уже не удается. Поэтому неудивительно, что в последние годы значительно возросли требования к квалификации ремонтников, ощутимо выросла стоимость ремонта, а сам процесс стал сводиться больше к замене деталей, нежели к их восстановлению.
Есть и другая тенденция, когда производитель не дает запчастей вообще – только двигатель в сборе. И ремонтникам остается только поменять весь двигатель, вместо того чтобы его ремонтировать. А зачем чинить, если двигатели непрерывно усложняются, а квалифицированная ручная работа дорожает еще быстрее?
И наконец, «контрактные» моторы…
В заключение отметим: модные сегодня «контрактные» моторы становятся похожи на пресловутый «МММ». Нет в мире такой страны-«донора», где бы существовало столько двигателей с большим остатком ресурса.
А поскольку двигатели современных легковых автомобилей рассчитаны на конечный и весьма ограниченный пробег, то покупка такого мотора давно стала лотереей – в которой, как известно, выигрывает один из тысяч. В лучшем случае.
А остальным предлагается раз в 10-20 тыс км купить очередной «билет» – пока не будет выбран их «лимит» на ремонт или замену мотора на новый.
- Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»
Различия между современными и старыми автомобильными двигателями
Автомобильные двигатели прошли долгий путь с момента их появления, но что изменилось, если вообще изменилось?
MaxPixel
Задумывались ли вы, в чем разница между старыми и новыми автомобильными двигателями внутреннего сгорания? Как оказалось, довольно много.
Несмотря на то, что основная концепция осталась относительно неизменной, современные автомобили со временем претерпели ряд усовершенствований.
Здесь мы сосредоточимся на 4 наиболее интересных примерах.
В чем разница между старыми и новыми автомобилями?
Основные принципы самых первых автомобилей используются и сегодня. Одно из основных отличий заключается в том, что современные автомобили разрабатывались в результате стремления повысить мощность двигателей и, в конечном счете, их топливную экономичность.
Источник: Nick Vidal-Hall/Flickr
Частично это было вызвано рыночным давлением со стороны потребителей, а также более крупными рыночными факторами, такими как цена на нефть с течением времени, а также государственной налоговой политикой и другими регуляторными факторами.
Но прежде чем мы углубимся в детали, было бы полезно изучить, как работает двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания, по сути, берет источник топлива, например бензин, смешивает его с воздухом, сжимает и воспламеняет. Это вызывает серию небольших взрывов (отсюда и термин «двигатель внутреннего сгорания»), которые, в свою очередь, приводят в движение набор поршней вверх и вниз.
Эти поршни прикреплены к коленчатому валу, который преобразует возвратно-поступательное линейное движение поршней во вращательное движение за счет поворота коленчатого вала. Затем коленчатый вал передает это движение через трансмиссию, которая передает мощность на колеса автомобиля.
Интересно, что преобразование возвратно-поступательной силы во вращательную не является чем-то новым. Очень ранний паровой двигатель был изобретен Героем Александрийским в I веке нашей эры (на фото ниже).
Эолипил, ранняя паровая машина Героя Александрии. Источник: Evangelos Papadopoulos/Research Gate
Это устройство использовало пар для вращения небольшой металлической сферы, прикрепленной к оси, выпуская пар через пару угловых сопел или выпускных отверстий на противоположных сторонах сферы. Хотя Герой никогда не развивал его дальше этого, это было интересное раннее применение паровой технологии.
Некоторые другие базовые концепции автомобильных двигателей, такие как коленчатый вал, также являются очень старыми концепциями.
Некоторые данные свидетельствуют о том, что некоторые из первых примеров могли возникнуть во времена династии Хань в Китае.
Современные автомобили более эффективны, чем старые автомобили
Сжигание топлива, такого как бензин, не особенно эффективно. Из всей потенциальной химической энергии в нем только около 12-30% преобразуется в мощность, реально приводящую в движение автомобиль. Остальное теряется из-за холостого хода, других паразитных потерь, тепла и трения.
Самый популярный
Чтобы помочь в борьбе с этим, современные двигатели прошли долгий путь, чтобы выжать из топлива как можно больше энергии. Технология прямого впрыска, например, не смешивает топливо и воздух перед поступлением в цилиндр, как в старых двигателях.
Скорее всего, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, что обеспечивает 12% повышение эффективности использования топлива.
Источник: Edmund Vermeule/Flickr
Еще одним интересным усовершенствованием автомобильных двигателей является разработка турбонагнетателей.
Эти устройства используют выхлопные газы для питания турбины, которая нагнетает дополнительный воздух (то есть больше кислорода) в цилиндры, чтобы повысить эффективность до 25% (хотя улучшения обычно намного скромнее).
Однако бывают случаи, когда турбонагнетатели могут быть хуже, чем обычные атмосферные двигатели.
Изменение фаз газораспределения и отключение цилиндров еще больше повышают эффективность, позволяя двигателю использовать столько топлива, сколько ему действительно нужно.
Новые автомобильные двигатели мощнее
Хотя некоторые могут так думать, в среднем современные двигатели не только более эффективны, но и относительно мощнее.
Шевроле Малибу 2013 года выпуска. Источник: IFCAR/Wikimedia Commons
Например, автомобиль Chevrolet Malibu 1983 года выпуска имел 3,8-литровый двигатель V-6 , который мог выдавать 110 лошадиных сил . Для сравнения, версия 2005 года имела 2,2-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 144 лошадиных силы.
Двигатели современных автомобилей намного меньше, чем у старых автомобилей
Этот привод, без каламбура, для повышения эффективности двигателей также со временем уменьшился в размерах. Это не совпадение. Производители автомобилей поняли, что не нужно делать что-то больше, чтобы сделать его мощнее. Все, что вам нужно сделать, это заставить объект работать умнее.
Те же самые технологии, которые сделали двигатели более эффективными, привели к уменьшению их размеров. Отличным примером являются грузовики Ford F-серии. В 2011 году у F-150 было две версии; 3,5-литровый двигатель V-6 мощностью 365 лошадиных сил, и 5,0-литровый двигатель V-8 мощностью 360 лошадиных сил .
Однако следует отметить, что в той же серии также был 6,2-литровый V-8 , который развивал 411 лошадиных сил р. Но, условно говоря, меньший V-6 сравним по мощности с обоими V-8, хотя он значительно меньше.
Источник: Джордж Томас/Flickr
Также интересно отметить, что современные автомобили в целом часто считаются тяжелее, чем их старые аналоги. Однако, учитывая, что они также больше и несут больше оборудования для обеспечения безопасности, средний вес большинства моделей на самом деле увеличился ненамного. Что изменилось, так это повышение эффективности использования топлива, безопасности, выбросов и удобства.
Современные двигатели более надежны
Современные двигатели также являются результатом постепенной замены механических частей электронными. Это связано с тем, что электрические детали в среднем менее подвержены износу, чем механические.
Такие детали, как насосы, все чаще заменяются на электронные, а не на механические предки. Это помогло снизить потребность в замене деталей в течение всего срока службы автомобильного двигателя.
Более электронные современные двигатели также требуют менее частых настроек по сравнению со старыми двигателями.
Другие ключевые компоненты двигателя, такие как карбюраторы, также были переработаны с помощью электроники.
Карбюраторы заменены на дроссельные заслонки и электронные системы впрыска топлива. Другие детали, такие как распределители и крышки, были заменены независимыми катушками зажигания, управляемыми ЭБУ.
Кроме того, датчики более-менее все отслеживают. Однако это стремление к большей сложности могло сделать новые автомобили менее безопасными.
Современный двигатель BMW 320d. Источник: Энди/Эндрю Фогг/Flickr
На базовом уровне современные и старые автомобильные двигатели работают по одним и тем же принципам, однако ясно, что современные двигатели со временем претерпели значительные изменения.
Главным двигателем была гонка за эффективностью, а не за мощностью. Хороший набор побочных эффектов привел к тому, что современные двигатели стали относительно более мощными и, как правило, меньшими.
Это частично благодаря замене старых механических аналоговых деталей электронными аналогами.
В целом современные автомобильные двигатели более эффективны, меньше по размеру, относительно мощнее, умнее и менее подвержены износу. С другой стороны, ремонт и обслуживание теперь требуют больше навыков и времени.
Но стоит ли платить повышение сложности за повышение эффективности? Мы позволим вам решить.
Для вас
Инновации
Ашутош Вашиштха создал учебный стол, который может генерировать электричество на основе простого принципа электромагнетизма.
Дина Тереза | 19.08.2022
наукаЭта операция на головном мозге демонстрирует потенциал для лечения эпилепсии, посттравматического стрессового расстройства и даже страха
Дина Тереза| 29.07.2022
инновации Новый «умный мини-город» от Oracle революционизирует ваши поездки на работу — вот как
Sade Agard| 28.09.2022
Еще новости
Инновации
Светотехника нового поколения от Porsche использует 16 000 светодиодов, чтобы превратить ночь в день
Лукия Пападопулос| 25.
12.2022
наука 901:43 Луна продолжает удаляться от Земли. Уйдет ли оно когда-нибудь?
Пол Ратнер| 29.10.2022
здоровье
Новое исследование дает новый взгляд на то, почему некоторые люди быстрее набирают вес
Мерт Эрдемир| 27.12.2022
10 величайших автомобильных двигателей, находящихся в производстве в настоящее время
Мы часто говорим о том, какими великолепными были классические двигатели, и с благоговением говорим об автомобилях, которые их устанавливали. И да, великие люди прошлого заслуживают нашего уважения, учитывая то, чего им удалось достичь в то время, с ограниченными ресурсами и технологиями, которые сегодня мы можем назвать только архаичными.
А как насчет величайших двигателей современности? Скачки, которые совершили сегодняшние заводы, поразительны настолько, что многие из этих двигателей и автомобилей могут просто превратиться в классику будущего.
Особенно, если наступит время, когда автомобильная промышленность превратится почти исключительно в электромобили, а бензиновые/дизельные двигатели превратятся в пережитки. Мы никогда не знаем, что нас ждет в будущем, но мы знаем цену хорошей вещи, когда видим ее сегодня.
Итак, вот 10 величайших двигателей современности, которые завтра могут стать культовой классикой. Электромобили, пожалуйста, отойдите в сторону.
10/10 Ford с наддувом 5,2-литровый V8: хищник
Через: YouTube
Почему двигатель, идущий в отсек самого дорогого Мустанга, мы назвали хищником? Потому что это его имя. Это 5,2-литровый V8 с наддувом от Ford, который выдает 760 лошадиных сил для Ford Mustang Shelby GT500, что делает его самым мощным Mustang на сегодняшний день.
Через: YouTube
Несмотря на то, что его блок и рабочий объем аналогичны двигателю последнего GT350, Voodoo V8, все остальное просто больше, лучше и наглее. Думайте об этом как об обнимающем дорогу ракетном корабле, который обязательно войдет в историю как будущая классика.
9/10 Ram High Output с турбонаддувом, 6,7-литровый рядный шестицилиндровый двигатель
Удивлены, увидев рядную шестерку в статье о великих двигателях? Что ж, 6,7-литровый рядный шестицилиндровый дизельный двигатель Cummins в грузовиках Ram — это большой сюрприз в меньшем корпусе. Но даже меньший рабочий объем может выдать достаточно мощности. В своей версии High Output этот двигатель Ram может развивать крутящий момент 1000 фунт-футов и мощность 400 лошадиных сил.
Через: Facebook
Кроме того, он тихий, плавный и очень экономичный благодаря новому клапанному механизму, более прочным поршням и гашенным вибрациям. Ясно, что классика в разработке с турбонаддувом с давлением 33,0 фунта на квадратный дюйм.
Связанный: 15 автомобилей с самыми большими двигателями из когда-либо созданных
8/10 Mazda SKYACTIV-G 2,0-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель
Через: Mazda
В этом секрет безоговорочного успеха Mazda MX-5. Рядный четырехцилиндровый двигатель, который был его мельницей с самого начала, только теперь поставляется с рабочим объемом 2,0 литра и с большим количеством изменений.
Вес его поршней был уменьшен на 27 граммов.
Через: Pinterest
Звучит как незначительная разница, но каждое маленькое изменение добавляет мощи двигателю, поэтому теперь он выдает 181 лошадиную силу и 151 фунт-фут крутящего момента. Для маленького родстера это большая разница.
7/10 Ford High Output 3,5-литровый Twin-Turbo V6
Через: Ford
3,5-литровый двигатель V6 Ford High Output имеет большую мощность с крутящим моментом 510 фунт-футов и оснащен двойным турбонаддувом для максимального эффекта. Это знаменует собой отход от традиционных двигателей V8, которые устанавливались на грузовиках Ford, и с мощностью 450 лошадиных сил вам не будет не хватать двух цилиндров.
Через: YouTube
Коленчатый вал и подшипники усилены, а клапанный механизм облегчен для большей мощности при меньшем весе двигателя. Несмотря на внушительные размеры F-150, этот двигатель позволяет ему разгоняться до 100 км/ч за 5 секунд.
Связанный: 10 лучших двигателей, когда-либо устанавливавшихся на пикап
6/10 Volkswagen Auto Group Twin-Turbo 4,0-литровый V8
Через: YouTube
Этот двигатель является сердцем многих автомобилей VW Group, включая Audi, Porsche и Bentley. В Lamborghini Urus, например, этот двигатель развивает колоссальные 640 лошадиных сил и 627 фунт-фут крутящего момента, чего достаточно, чтобы разогнать 5300-фунтовый внедорожник до 0-60 миль в час за 3,1 секунды.
Через: YouTube
С алюминиевым корпусом и двойными турбинами, установленными между блоками цилиндров, этот 4,0-литровый V8 рычит под капотом Urus, как нечто гораздо большее. Несмотря на меньший рабочий объем, этот двигатель мощный и вполне классика будущего.
5/10 Chevrolet 6,2-литровый V8
Через: Chevrolet
Это двигатель от самого крутого Corvette на сегодняшний день, чудо со средним расположением двигателя, которое станет популярным, когда появятся его более мощные аватары. 6,2-литровый V8 в этом прекрасном C8 развивает мощность 490 лошадиных сил. Добавьте к этому пакет Z51, и этот «Vette» может разогнаться до 100 км/ч всего за 2,8 секунды.
Через: Твиттер
Откровенно говоря, более дорогой C7 Z06 ‘Vette мощностью 650 лошадиных сил на этот раз не может победить, поэтому этот двигатель должен войти в анналы истории как один из величайших автомобилей 2020-х годов. Тем не менее, C8 Z06 с 5,5-литровым двигателем V8 с плоской рукояткой, вероятно, будет почти астрономическим.
Связанный: Вот подноготная о следующей производительности Vette: Corvette Z06 C8 2023 года
4/10 Dodge Supercharged 6,2-литровый V8
Через: YouTube
С технической точки зрения, 6,2-литровый двигатель Dodge V8 с наддувом и всем остальным — это старая школа, насколько это возможно. Двигатель имеет большой рабочий объем. Это все железо. У него есть толкатели и нагнетатель старой школы. Он составляет 707 лошадей в Hellcat и 797 в Hellcat Red Eye Challengers.
Через: Pinterest
Он имеет 650 фунт-фут крутящего момента и вой двигателя, который, образно говоря, может разбудить мертвого. И все же он полностью работает, с этим 2,7-литровым нагнетателем, дополнительным топливным насосом и очень мощным вращающимся узлом.
3/10 Ferrari с двойным турбонаддувом, 3,9-литровый V8
Через: YouTube
Что общего у Ferrari 488 Pista, Ferrari GTC Lusso T, Ferrari F8 Tributo, Ferrari Portofino и Ferrari SF90 Stradale? 3,9-литровый V8, который в Stradale увеличился до 4,0-литрового V8 из-за увеличения диаметра цилиндра на 1,5 мм.
Через: YouTube
В 2019 году этот двигатель развивал мощность 710 лошадей и крутящий момент 568 фунт-фут. Такие вещи, как маховики, коленчатые валы и титановые шатуны, постоянно менялись, как и мощность. Ясно, что эта развивающаяся силовая установка достойна места в зале славы двигателей.
Связанный: 10 вещей, которые вы никогда не знали о соперничестве Ferrari и Lamborghini
2/10 BMW Twin-Turbo 4,4-литровый V8
Через: Pinterest
Это двигатель, который сделал M5 таким, какой он есть: почти суперкаром, который разгоняется до 100 км/ч всего за 2,6 секунды. Этот двигатель с 2009 года устанавливался на очень длинный список автомобилей Bimmer, включая автомобили M. Когда это хорошо, что работает, зачем его заменять?
Через: YouTube
Его уговорили развивать мощность 617 л.
1/10 Audi с турбонаддувом, 2,5-литровый рядный пятицилиндровый двигатель
Через: YouTube
Немного странный зверь, будучи рядной пятеркой, этот двигатель Audi впервые привлек внимание, когда он был установлен на TT RS в 2012 году.