Двс что это такое в автомобиле: устройство, принцип работы и классификация

-

Содержание

устройство, принцип работы и классификация


Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает  благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).


Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

  • Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет.
    Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
  • Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM.
    Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
  • Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты  (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

    Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

    Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

    Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  5. Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления.
    Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    — выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    — газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    — резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    — катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    — глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  9. Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.


Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС. 

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

  1. Поршень в цилиндре движется вниз.
  2. Открывается впускной клапан.
  3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
  4. Поршень поднимается.
  5. Выпускной клапан закрывается.
  6. Поршень сжимает воздух.
  7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
  8. Срабатывает свеча зажигания.
  9. Открывается выпускной клапан.
  10. Поршень начинает двигаться вверх.
  11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.


Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

  1. Такт выпуска.
  2. Такт сжатия воздуха.
  3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
  4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.


Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

  • Поршень двигается снизу-вверх.
  • В камеру сгорания поступает топливо.
  • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Возникает компрессия. (давление).
  • Возникает искра.
  • Топливо загорается.
  • Поршень продвигается вниз.
  • Открывается доступ к выпускному коллектору.
  • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).


Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

  1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
  2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.


А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.


Классификация двигателей в зависимости от конструкции

  • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
  • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

  1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
  2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.


Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

  1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
  2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
  3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo» P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
  4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

Двигатель автомобиля (ДВС). Типы двигателей

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.

Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).

Существуют следующие типы двигателей (ДВС):

  1. бензиновые
  2. дизельные
  3. газовые
  4. газодизельные
  5. роторно-поршневые

Также ДВС классифицируются: по виду топлива, по числу и расположению цилиндров, по способу формирования топливной смеси, по количеству тактов работы двигателя внутреннего сгорания и т.д.

 

Бензиновые и дизельные двигатели

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания – наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.

Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения.

Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо. Двигатели автомобиля подобного типа не имеют системы зажигания: топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.

 

Газовые двигатели

Газовые двигатели используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Устройство ДВС автомобиля

Наверное, уже всем известно, что ДВС автомобиля называют сердцем автомобиля. В современном мире без автомобиля никуда, поэтому следует изучить принцип работы двигателя автомобиля и изучить устройство автомобиля.

Общее устройство ДВС предполагает наличие поршня, который является деталью кривошипно-шатунного механизма автомобиля. Поршень ДВС выливается в форме стакана и состоит из следующих частей: днище, головка поршня, направляющая часть поршня (юбка), канавки для компрессионных и маслосъемных колец. Поршневые кольца ДВС обеспечивают герметичность во время движения поршня в цилиндре, что необходимо для исключения попадания масла в камеру сгорания и газов в картер двигателя. Поршневые кольца представляют собой уплотнители. Бывают компрессионные поршневые кольца и маслосъемные поршневые кольца. Компрессионные поршневые кольца ДВС обеспечивают высокую степень сжатия при работе двигателя.

Когда из топливной системы подается топливная смесь, поршень двигается вверх-вниз. Когда поршень поднимается вверх, то горючая смесь сжимается, после чего начинает работать система зажигания — свеча зажигания подает искру и горючая смесь воспламеняется (карбюраторные и инжекторные ДВС). В дизельных ДВС происходит самовоспламенение от высокой степени сжатия.

После сгорания горючей смеси выделяется огромное количества газов, которые воздействуют на поршень, толкая его вниз, и передавая усилие через шатун коленчатому валу, тем самым раскручивая его.

Как работает ДВС

Принцип работы ДВС заключается в преобразовании кинетической энергии в механическую работу (преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала).

Как возвратно-поступательно движение поршня-шатуна преобразуется во вращательное движение коленчатого вала?

Поршень крепится к шатуну с помощью поршневого пальца, который располагается внутри юбки поршня и фиксируется стопорными кольцами. Для стопорных колец в юбке поршня имеются специальные канавки. Коленчатый вал ДВС вращается на подшипниках скользящего типа в картере ДВС.

Крутящий момент коленчатого вала ДВС через трансмиссию (сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал, полуоси) передается на ведущие колеса автомобиля.

Причины и признаки неисправности двигателя автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС) устанавливается на автомобили более 100 лет. За это время, агрегат прошел длительный путь развития. В настоящее время конструкция ДВС усовершенствовалась настолько, что позволяет совместить высокую эффективность с надежностью, долговечностью.

Но нет ничего вечного, и со временем мотор приходит в негодность. Принцип действия двигателя практически не изменился, соответственно, остались такими же, как и раньше, характерные неисправности.

Чтобы ДВС отработал положенный ему срок без серьёзных поломок, важно своевременно обнаружить и устранить возникшие неисправности. Не всегда существует возможность провести полноценную диагностику состояния двигателя силами технических центров, оснащенных профессиональным оборудованием. Водитель должен обладать умением оценить состояние мотора по косвенным признакам, которые проявляются при возникновении неисправностей.

Основные признаки неисправности двигателя

Ресурс современных двигателей колеблется в больших пределах. Высокофорсированные моторы служат не более 150 тыс. км, тогда как дизели на многотонных тягачах способны пройти 1 млн. км и более до капитального ремонта. Этот пробег сильно зависит от условий эксплуатации. На состояние двигателя оказывает влияние следующие факторы:

  • использование некачественных горюче-смазочных материалов;
  • эксплуатация в тяжелых условиях;
  • агрессивный стиль езды;
  • выход температуры двигателя за допустимые пределы;
  • несоблюдение межсервисных интервалов.

Мотор не приходит в неисправное состояние сразу. Он заводится, работает, но со временем всё громче и громче заявляет о том, что в скором времени потребуется диагностика и замена выработавших ресурс деталей, а то и капитальный ремонт двигателя или его замена в сборе. Чем раньше водитель уловит признаки неисправностей, тем легче и дешевле будет сделать ремонт. Несвоевременное вмешательство приводит к появлению новых поломок, двигатель приходит в негодное состояние.

Насторожить должны характерные признаки, проявляющиеся только в неисправных моторах.

Потеря динамики разгона

Со временем ДВС теряет мощность, соответственно, автомобиль хуже разгоняется, потребляет больше топлива. Если снижение динамики – результат естественного износа двигателя, то это нормальное явление. Вмешиваться необходимо, когда потеря мощности достигает 20 % и более. Не почувствовать это сложно.

Помимо износа ДВС, на динамику разгона влияет масса других неисправностей:

  • выход из строя, некорректная работа систем питания и зажигания;
  • использование некондиционного топлива;
  • неисправности трансмиссии, например когда пробуксовывает сцепление.
  • высокое противодавление выхлопных газов в выпускном тракте, вызванное забитым катализатором.

Существует множество других причины потери динамики, но в любом случае это повод для вмешательства. Без диагностики тут не обойтись.

Чрезмерный расход масла

Расход смазочных материалов в двигателе внутреннего сгорания у разных автомобилей может существенно различаться. В каких-то моделях расход 1 л масла на 1000 км считается нормой. Другие, когда находятся в исправном состоянии, не требуют долива от замены до замены. Причин повышенного расхода масла несколько:

  • износ цилиндро-поршневой группы;
  • выход из строя маслосъемных колпачков;
  • закоксовывание канала вентиляции картера, а также другие причины.

При попадании масла в камеру сгорания выхлоп приобретает синеватый, сизый цвет. Во всех случаях необходимо оперативно установить и устранить причину чрезмерного потребления смазочных материалов.

Низкое давление масла

Во всех автомобилях на панели приборов имеется контрольный индикатор, сигнализирующий о том, что давление смазочной жидкости ниже нормы. При срабатывании сигнализатора необходимо немедленно заглушить двигатель и устранить причину.

Недостаточное давление может быть вызвано как элементарной нехваткой масла, забившимся фильтром, так и серьезными поломками, в числе которых выход из строя масляного насоса, засорение масляных каналов, разжижение масла антифризом через пробитую прокладку головки блока. Это самые распространенные причины падения давления масла.

Неустойчивая работа на холостом ходу

Исправный двигатель во всех режимах работает ровно и мягко, чего не скажешь об изношенном моторе. Неровный холостой ход может быть вызван разными причинами, такими как:

  • пропуски зажигания, вызванные изношенными свечами, неисправными катушками зажигания;
  • загрязненные или неисправные форсунки;
  • низкое давление топлива;
  • подсос воздуха.

Такие неисправности оказывают серьезное влияние на работоспособность двигателя, но не являются критическими. Поводом для серьезного беспокойства должна стать неустойчивая работа двигателя, вызванная разбросом компрессии по цилиндрам из-за неравномерного износа цилиндро-поршневой группы, негерметичных клапанов.

Нагар на свечах

Свечи для опытного водителя являются своеобразным индикатором состояния двигателя. Матово белый цвет электродов свидетельствует о попадании антифриза в камеру сгорания. Темный зернистый налет вызван попаданием на свечи масла. Черный нагар образуется при переобогащении топливо-воздушной смеси. Попадание антифриза или масла в камеру сгорания – серьезная неприятность, в некоторых случаях требующая капитального ремонта мотора.

Перегрев двигателя

Чрезвычайно важно внимательно следить за температурой охлаждающей жидкости, информация о которой выводится на панель приборов. Перегрев мотора в большинстве случаев приводит к тяжелым последствиям, для устранения которых потребуется капитальный ремонт. Само по себе это явление может быть вызвано неисправной системой охлаждения, тяжелыми условиями эксплуатации, сильной жарой. Но когда все агрегаты работают исправно, а двигатель перегревается без видимых причин, наверняка сильно изношена поршневая группа. Такой перегрев сопровождается детонационными стуками, автомобиль отказывается нормально ехать, сильно теряет мощность.

Появление признаков некорректной работы двигателя — повод для немедленного вмешательства. Современные ДВС имеют сложную конструкцию, и самостоятельно можно только уловить косвенные признаки неисправностей. Точный ответ о состоянии двигателя даст комплексная диагностика двигателя, включающая в себя проверку электронной системы управления, электрооборудования, навесных агрегатов.

Дизель или бензин — плюсы и минусы

Каждый автолюбитель, который планирует приобрести автомобиль, задается вопросом: «Какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый?». Однозначный ответ найти сложно, поскольку выбор конкретного силового агрегата зависит от многих факторов: типа кузова авто, его назначения, особенностей местности, где машина будет эксплуатироваться, и др.

У моторов любого типа есть свои преимущества и недостатки, поэтому отнеситесь к выбору серьезно, ведь именно от двигателя зависит расход топлива транспортного средства, время его разгона до 100 км/ч, максимальная скорость и другие важные характеристики.

Принцип работы моторов

И дизельные, и бензиновые силовые агрегаты относятся к двигателям внутреннего сгорания.

В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь формируется во впускном коллекторе, то есть за пределами цилиндра. В конце такта сжатия происходит перемешивание паров бензина и воздуха. Эта гомогенная смесь равномерно распределяется по объему. Результатом сжатия становится повышение температуры смеси до 500˚С – этот показатель ниже, чем температура воспламенения бензина. Искру дают свечи зажигания – смесь загорается.

В цилиндре дизельного мотора сжимается только воздух под давлением 30–50 бар. В результате сжатия температура воздуха повышается до 900˚С. В это же время в камере сгорания перед верхней мертвой точкой поршня распыляется дизельное топливо. Мелкие капли жидкости испаряются, образуется топливовоздушная смесь, которую называют гетерогенной – она самовоспламеняется и сгорает.

КПД двигателя и мощность

Сгорание рабочей смеси в дизельном моторе более эффективно. Это возможно за счет высокой степени сжатия: 20 единиц у дизеля против 10 единиц у бензина. КПД дизельного мотора на 40% выше, а расход топлива на 20% меньше. Бензиновый агрегат характеризуется большей мощностью.

Шум

Из-за высокого давления при сгорании топлива дизельные моторы создают больше шума и вибраций, но ситуацию спасает качественная шумоизоляция авто.

Выхлопы

Более экологичными считаются дизельные версии ДВС. Современные агрегаты полностью соответствуют стандартам «Евро-4» и оснащаются сажевым фильтром, что минимизирует воздействие на окружающую среду.

Безопасность

Разница между дизельным и бензиновым топливом состоит в следующем: дизель испаряется медленнее, что снижает вероятность возгорания. Кроме того, в дизельных агрегатах система зажигания не используется.

Эксплуатация

Теоретически дизельный двигатель более долговечен за счет жесткого и прочного блока цилиндров, коленчатого вала, элементов цилиндропоршневой группы, головки блока цилиндров. Однако эта характеристика напрямую зависит от качества дизельного топлива. С этой точки зрения бензиновый агрегат менее прихотлив и более устойчив к топливу низкого качества.

Дизельный двигатель, в отличие от своего бензинового аналога, не приемлет низкие температуры. Уже при –15˚С летняя солярка густеет и перестает проходить через топливный фильтр, в результате чего авто отказывается заводиться. Однако проблема имеет простое решение – использование специальных сортов топлива или установка современных отопительных систем. Кроме того, дизельные двигатели долго прогреваются, поэтому тепло в салоне станет лишь спустя 10–15 минут интенсивного движения. Если Вы живете в местности, где сильные морозы не редки, отдайте предпочтение бензиновой установке.

Кроме того, дизель не боится воды, поскольку электричество в таких моторах используется только для запуска. Именно поэтому дизельными агрегатами оснащают внедорожники и кроссоверы.

Обслуживание

Владельцам машин с дизельными моторами приходится чаще менять фильтры и масла и проверять компрессию в цилиндрах. Подобные агрегаты отличаются сложной конструкцией, поэтому специалисты автосервиса смогут устранить не каждую поломку. Ремонт дизельного двигателя, как правило, обходится дороже.

Дизель требует больших капиталовложений, но только если говорить о краткосрочной перспективе. Если Вы покупаете авто надолго (от 5 лет) и планируете проезжать минимум 20 тысяч километров в год, то благодаря низкому расходу топлива дизель сэкономит Вам деньги.

Стоимость

Дизель обходится дороже бензина, однако учтите, что и обслуживание такого мотора потребует больших капиталовложений.

Дизель или бензин: плюсы и минусы

Бензиновые двигатели

Плюсы

Минусы

☑ Низкий уровень шума
☑ Высокая мощность
☑ Возможность работать на высоких оборотах без последствий для мотора
☑ «Устойчивость» к некачественному топливу
☑ Доступность запасных частей
☑ Дешевизна обслуживания
☑ Способность хорошо переносить низкие температуры
 ☒ Больший расход топлива
☒ Меньшая долговечность
☒ Возможность достичь максимальной мощности в небольшом диапазоне оборотов

Дизельные двигатели

Плюсы

Минусы

☑ Экономичность
☑ Невысокая стоимость топлива
☑ Отсутствие системы зажигания
☑ Высокий крутящий момент
☑ Долговечность
☑ Экологичность
☑ Возможность контакта с водой
 ☒ Большая масса
☒ Меньшая мощность
☒ Чувствительность к некачественному топливу
☒ Низкая морозоустойчивость
☒ Дороговизна обслуживания
☒ Невозможность ремонта в большинстве случаев

Что же лучше? Какой двигатель более надежный? Каждый автолюбитель ответит на эти вопросы самостоятельно исходя из своих приоритетов – мощность или экономичность, низкая или высокая морозоустойчивость и др. Идеальный мотор – это агрегат, объединяющий преимущества дизельного и бензинового двигателей.

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

  • цилиндры, в которых располагаются поршни;
  • коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

  1. По количеству цилиндров.
  2. По расположению цилиндров.
  3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Основы двигателя внутреннего сгорания

| Министерство энергетики

Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают исключительную управляемость и долговечность, от них в Соединенных Штатах полагается более 250 миллионов транспортных средств, работающих по шоссе. Наряду с бензином или дизельным топливом они также могут использовать возобновляемые или альтернативные виды топлива (например, природный газ, пропан, биодизель или этанол). Их также можно комбинировать с гибридными электрическими силовыми агрегатами для повышения экономии топлива или подключаемыми гибридными электрическими системами для расширения диапазона гибридных электромобилей.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Горение, также известное как горение, является основным химическим процессом высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал.В конечном счете, это движение приводит в движение колеса автомобиля через систему шестерен трансмиссии.

В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, а это означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня. Цикл включает четыре различных процесса: впуск, сжатие, сгорание, рабочий ход и выпуск.

Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива.В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода. В дизельном двигателе только воздух всасывается в двигатель, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.

Улучшение двигателей внутреннего сгорания

За последние 30 лет исследования и разработки помогли производителям снизить выбросы ДВС определенных загрязняющих веществ, таких как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM), более чем на 99%, чтобы соответствовать стандартам выбросов EPA. .Исследования также привели к улучшению характеристик ДВС (мощность в лошадиных силах и время разгона 0-60 миль в час) и эффективности, помогая производителям поддерживать или увеличивать экономию топлива.

Узнайте больше о наших передовых исследованиях и разработках двигателей внутреннего сгорания, направленных на повышение энергоэффективности двигателей внутреннего сгорания с минимальными выбросами.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — x-engineer.org

Подавляющее большинство автомобилей (легковые и коммерческие), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания .В этой статье мы расскажем, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .

Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренний , потому что сгорание топливовоздушной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, а некоторые сгоревшие газы являются частью нового цикла сгорания.

В основном двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горящей топливовоздушной смеси в механическую энергию .Он называется 4 такта , потому что для выполнения полного цикла сгорания поршню требуется 4 хода. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ICE (Двигатель внутреннего сгорания).

Теперь давайте посмотрим, какие компоненты являются основными компонентами ДВС.

Изображение: Детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC)

 Обозначения:
  1. выпускной распредвал
  2. ковш выпускного клапана
  3. свеча зажигания
  4. впускной клапан ковш
  5. впускной распредвал
  6. выпускной клапан
  7. впускной клапан
  8. головка блока цилиндров
  9. поршень
  10. поршневой палец
  11. шатун
  12. блок цилиндров
  13. коленчатый вал

ВМТ — верхняя мертвая точка

НМТ — нижняя мертвая точка

Головка блока цилиндров (8 ) обычно содержит распределительный вал (ы), клапаны, клапанные лопатки, возвратные пружины клапанов, свечи зажигания / накаливания и форсунки (для двигателей с прямым впрыском).Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.

Внутри блока цилиндров (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, то через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, которая помогает контролировать температуру двигателя.

Поршень перемещается внутри цилиндра из НМТ в ВМТ. Камера сгорания — это объем, создаваемый между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком двигателя, когда поршень находится близко к ВМТ.

На Рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС.Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них движутся. На рисунке ниже мы рассмотрим основную движущуюся часть ДВС, которая преобразует давление газа в цилиндре в механическую силу.

Изображение: Движущиеся части двигателя внутреннего сгорания

Обозначения:

  1. звездочка распределительного вала
  2. поршень
  3. коленчатый вал
  4. шатун
  5. клапан
  6. ковш клапана
  7. распредвал

Вращение распредвала синхронизировано с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь.Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания проходили соответствующим образом.

Полный цикл двигателя для 4-тактного ДВС имеет следующие фазы (такты):

  1. впуск
  2. сжатие
  3. мощность (расширение)
  4. выпуск

Ход — это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).

Теперь, когда мы знаем, какие компоненты ДВС, мы можем изучить, что происходит на каждом такте цикла двигателя.В таблице ниже вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробную информацию о событиях, происходящих в цилиндре.

Такт 1 — ВПУСК

Такт впуска двигателя внутреннего сгорания

 В начале такта впуска поршень близок к ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. Воздух (или топливовоздушная смесь) втягивается в цилиндр. Этот ход называется ВПУСКОМ, потому что в двигатель попадает свежий воздух / смесь.Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ.

Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

Ход 2 — СЖАТИЕ

Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания

 Такт сжатия начинается с поршня при НМТ после завершения такта впуска. Во время такта сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрываются, и поршни движутся в направлении ВМТ.Когда оба клапана закрыты, воздух / смесь сжимаются, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ.

Прежде, чем поршень достигнет ВМТ (но очень близко к нему), во время такта сжатия:

  • для бензинового двигателя: генерируется искра
  • для дизельных двигателей: впрыскивается топливо

Во время такта сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов) больше, чем такт впуска.

Ход 3 — МОЩНОСТЬ

Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания

 Рабочий ход поршня начинается с поршня в ВМТ.Оба клапана, впускной и выпускной, по-прежнему закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что вызывает значительное повышение давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз по направлению к НМТ.

Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию.

Ход 4 — ВЫПУСК

Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания

 Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта.Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы.

Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

Как видите, для того, чтобы иметь цикл полного сгорания (двигатель), поршень должен совершить 4 хода. Это означает, что на один цикл двигателя уходит два полных оборота коленчатого вала (720 °).

Единственный ход, который производит крутящий момент (энергию), — это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.

Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.

Для лучшего понимания мы суммируем исходное положение поршня, положение клапана и баланс энергии для каждого хода.

Порядок хода Название хода Исходное положение поршня Состояние впускного клапана Состояние выпускного клапана Энергетический баланс
1 Впускной TDC Открыто Закрыто Потребляет
2 Сжатие BDC Закрыто Закрыто Потребляет
3 Мощность TDC Закрыто Закрыто Производит
4 Выхлоп BDC Закрыто Открыто Потребляет

На анимации ниже вы можете ясно увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания.Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент зажигания и последовательность ходов.

Анимация двигателя внутреннего сгорания

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим параметры, характеристики и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для публикации.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Проверьте свои знания о двигателях внутреннего сгорания, пройдя тест ниже:

ВИКТОРИНА! (нажмите, чтобы открыть)

Аккумуляторные электромобили vs.Транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания

Комплексная оценка в США

Электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) не потребляют бензин и не производят выбросов углекислого газа из выхлопных труб, что делает возможным экологически устойчивое вождение в пределах досягаемости среднего потребителя.Однако остается вопрос: «Действительно ли BEV обладают экологическим преимуществом в отношении потенциала глобального потепления и вторичного воздействия на окружающую среду — и если да, то какой ценой?»

Чтобы ответить на этот вопрос, Артур Д. Литтл провел общий анализ экономической стоимости жизненного цикла и воздействия на окружающую среду электромобилей с литиево-ионными аккумуляторами (BEV) по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ICEV), чтобы лучше понять BEV и их потенциал преобразования. В этом исследовании моделируется относительное влияние новых BEV и ICEV в Соединенных Штатах за последний полный календарный год, за который имеются данные, 2015 г., и прогнозируется влияние BEV и ICEV на экономику и окружающую среду в течение всего предполагаемого двадцатилетнего срока службы для легковой автомобиль США.Учитывая, что это быстро развивающийся рынок, наше исследование также прогнозирует экономические и экологические последствия, которые новые BEV и ICEV будут иметь в 2025 году, с учетом ожидаемых значительных изменений в технологии аккумуляторов, ассортименте транспортных средств и стандартах экономии топлива.

Чтобы определить истинные затраты и воздействие на окружающую среду от BEV, мы провели всесторонний количественный анализ, исключая любые государственные стимулы или субсидии. В нашем исследовании был изучен каждый этап жизненного цикла автомобиля, от НИОКР и производства, включая поиск сырья до владения и утилизации по окончании срока службы.Мы оценили воздействия, связанные с каждым компонентом транспортного средства, от новейших технологий и химического состава, задействованных в производстве аккумуляторов, до потребляемой энергии (например, бензин и электричество, от колодца до колес), необходимых для питания транспортного средства. Мы построили модели, которые рассчитывают совокупную стоимость владения (TCO) за 2015 г., потенциал глобального потепления (GWP) и вторичные воздействия на окружающую среду (например, потенциал токсичности для человека, характеризующийся потерянными годами жизни с поправкой на инвалидность) для BEV и ICEV.Мы также прогнозируем развитие технологий BEV и ICEV в ближайшее десятилетие, и мы использовали эту информацию для моделирования совокупной стоимости владения, GWP и вторичного воздействия на окружающую среду на 2025 год для BEV и ICEV.

Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали. С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии.Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынке появилось текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1). ).

Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали.С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии. Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынке появилось текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1). ).

Рисунок 1.
Общая стоимость владения в течение 20-летнего срока службы ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV

Электромобили с аккумулятором и автомобили с двигателем внутреннего сгорания

Рисунок 2.
Выбросы парниковых газов в течение 20-летнего срока службы для ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV

являются значительным препятствием для более широкого внедрения BEV и могут объяснить, почему их проникновение на рынок до сих пор ограничено.

С экологической точки зрения картина еще сложнее. BEV в 2015 году достигают цели по сокращению выбросов парниковых газов по сравнению с сопоставимыми ICEV, если рассматривать их на протяжении всего срока службы транспортного средства, но это маскирует повышенное воздействие на здоровье человека по сравнению с ICEV и множество других побочных воздействий на окружающую среду (см. Рисунки 2 и 3). . В то время как большинство воздействий на окружающую среду, создаваемых ICEV, локализовано на сгорании бензина в двигателе транспортного средства, производственный процесс для BEV создает гораздо более широкий спектр

Рис.
дней жизненного воздействия (смерть или инвалидность) для компактного пассажирского ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV за 20 лет владения

разбросанных и разрушительных воздействий на окружающую среду, компенсирующих значительную часть их общего преимущества в отношении выбросам парниковых газов.

В частности, использование тяжелых металлов в производстве литий-ионных аккумуляторных батарей для BEV в сочетании с загрязнением, создаваемым энергосистемой США (например,грамм. хвосты угольных электростанций) для эксплуатационной части жизненного цикла BEV создают примерно в три раза большую токсичность для человека по сравнению с ICEV (см. рисунок 3). Принимая во внимание расхождение в распределении воздействий на окружающую среду, можно с уверенностью сказать, что потребитель, который предпочитает использовать BEV вместо ICEV, смещает экологию

Рисунок 4.
Сравнение исследования ADL с данными Союза обеспокоенных ученых и национального сообщества Результаты Бюро экономических исследований

влияние владения автомобилем.Как подробно описано в недавней серии расследований, опубликованных газетой Washington Post, большая часть кобальта и графита, поступающих в цепочку поставок литий-ионных батарей, поступает из плохо регулируемых и сильно загрязняющих шахт в Конго1 и Китае2. Вкладывая местный вклад в выбросы парниковых газов, они создают более рассеянный набор воздействий на окружающую среду, распространяющихся по всему миру, последствия которых в значительной степени несут сельские и часто неблагополучные общины вблизи шахт, откуда поставщики BEV получают сырье для производства аккумуляторных батарей.

В рамках нашего исследования Артур Д. Литтл также представляет результаты двух других широко цитируемых отчетов о влиянии BEV на окружающую среду по сравнению с ICEV — «Более чистые автомобили от колыбели до могилы: как электромобили побеждают бензиновые автомобили по выбросам из-за глобального потепления. , »3 из Союза обеспокоенных ученых (UCS) и« Экологические преимущества от вождения электромобилей? »4 из Национального бюро экономических исследований (NBER). Оба этих отчета исследуют воздействие BEV и ICEV на окружающую среду, и оба отчета описывают последствия для политики, вытекающие из их выводов.Однако UCS и NBER приходят к совершенно разным выводам. Мы представляем их различные результаты, чтобы сформировать более широкую дискуссию и поместить наше исследование в рамки более широкой дискуссии об истинном воздействии BEV и ICEV на окружающую среду в США (см. Рисунок 4).

Прогнозирование технологических тенденций для новых BEV и ICEV в 2025 году, Артур. Моделирование Д. Литтла показывает, что хотя разница в совокупной стоимости владения между BEV и ICEV значительно сократится по сравнению с 2015 годом, ICEV по-прежнему будут иметь экономическое преимущество в диапазоне от 5 800 до 11 100 долларов (текущая стоимость) по сравнению с BEV.С экологической точки зрения различия в потенциале глобального потепления и в потенциале токсичности для человека увеличатся в 2025 году по сравнению с 2015 годом: BEV будут производить еще более низкие уровни парниковых газов по сравнению с ICEV, но они будут генерировать примерно в пять раз больше антропогенных потенциал токсичности по сравнению с ICEV из-за использования более крупных аккумуляторных блоков. В сочетании с большим финансовым бременем, которое BEV возлагает на потребителя, сложная экологическая реальность BEV будет по-прежнему создавать проблемы для потребителей, ориентированных на экологическое развитие, при выборе между автомобилем BEV или ICEV.

Какое будущее у двигателя внутреннего сгорания?

С более строгими стандартами выбросов и появлением электрических силовых агрегатов может показаться, что дни двигателей внутреннего сгорания сочтены. Но инженерное объяснение Ведущий Джейсон Фенске считает, что внутреннее сгорание будет продолжаться благодаря новым технологиям.

Fenske довольно оптимистично оценивает долговечность двигателя внутреннего сгорания, как из-за присущего бензину преимущества по плотности энергии над батареями, так и из-за технологий повышения эффективности.В этом видео он более подробно рассматривает некоторые из этих технологий.

Один из вариантов — воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI). Двигатель HCCI сжигает бензин, но использует воспламенение от сжатия, как и дизельный двигатель, а не свечу зажигания. Теоретически это обеспечивает эффективность дизеля без образования сажи и высоких уровней выбросов оксидов азота (NOx). Однако для этого требуется гораздо более точный контроль температуры на впуске, а также момента зажигания.

Феррари 488 GT Modificata

Следующая опция — воспламенение от сжатия с предварительным смешиванием заряда (PCCI).Фенске описал это как «золотую середину» между воспламенением от сжатия дизельного двигателя и HCCI, потому что он впрыскивает немного топлива раньше, чтобы позволить ему смешаться с воздухом в камере сгорания, а затем впрыскивает больше топлива позже. Это обеспечивает больший контроль времени зажигания, чем HCCI, но также может создавать очаги несгоревших побочных продуктов углеводородов, что плохо сказывается на выбросах. По словам Фенске, двигатели PCCI также имеют довольно узкий рабочий диапазон с высоким потенциалом детонации при полностью открытой дроссельной заслонке.

Наконец, у нас есть воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI).При этом используются два вида топлива: топливо с низкой реактивностью (например, бензин), которое впрыскивается через порт, и топливо с высокой реактивностью (например, дизельное топливо), которое впрыскивается напрямую. «Реакционная способность» относится к тенденции топлива воспламеняться при сжатии. По словам Фенске, этот метод приводит к значительному повышению эффективности, но по-прежнему с довольно высокими выбросами. Сложность использования двух видов топлива также может сделать его коммерчески не пусковым.

Эти альтернативные конструкции двигателей внутреннего сгорания могут быть еще не готовы к использованию, но автопроизводители стремятся выжать каждую каплю эффективности из сегодняшних бензиновых двигателей, используя более совершенные технологии, такие как прямой впрыск.Фенске также осветил еще одну возможную будущую технологию внутреннего сгорания — входное зажигание — в другом видео, которое также стоит посмотреть.

Конец ДВС? | Энергия

Двигатель внутреннего сгорания произвел революцию в жизни человека.

Он сделал возможным обычное: автомобиль, Uber, автобус, мотоцикл. Мы поднялись в небо на самолетах и ​​расправили крылья по всему миру. Он даже мобилизовал войну с помощью танков, кораблей и подводных лодок. Продуктивность сельского хозяйства резко возросла с появлением тракторов и другой сельскохозяйственной техники.Это принесло нефтедобывающим странам невообразимое богатство.

Но после 160 лет формирования мира, в котором мы живем, исчезновение этой необычайной силы к переменам становится очевидным.

Растущее стремление к нулевым выбросам углерода к 2050 году означает, что нас ждет новая революция, которая изменит то, как мы питаем нашу жизнь дома, на полях наших фермеров и в дороге.

Электромобили

Хотя некоторые скажут, что нейтрализации выбросов углерода к 2050 году недостаточно для предотвращения наихудших последствий изменения климата, мы можем с уверенностью сказать, что эра электромобилей уже наступила.От Соединенных Штатов до Европейского Союза и за его пределами страны обязуются постепенно отказаться от продажи новых бензиновых и дизельных автомобилей в течение 15 лет.

В Китае покупатели автомобилей купили в 2019 году больше автомобилей с подзарядкой от сети, чем во всем остальном мире вместе взятых. В Норвегии более 60 процентов новых автомобилей, зарегистрированных в сентябре этого года, были электрическими.

В мире аккумуляторные технологии дешевеют. Согласно исследованию BloombergNEF, стоимость литий-ионной аккумуляторной батареи для электромобиля упала на 87 процентов с 2010 по 2019 год.

В настоящее время Tesla является самым дорогим производителем автомобилей в мире, несмотря на то, что производит гораздо меньше автомобилей, чем ее конкуренты, такие как Toyota и Volkswagen.

Зарядная станция Tesla в Калифорнии. Электромобили становятся все более популярными во всем мире [EPA]

Ископаемое топливо

Между тем на ископаемое топливо по-прежнему приходится 80 процентов мировой энергии. Но, как отметил энергетический аналитик Рамез Наам в увлекательном эпизоде ​​подкаста «Возмущение и оптимизм», которую ведет бывший глава ООН по климату Кристиана Фигерес, баланс быстро меняется.

«Стоимость энергии ветра снизилась в 10 раз», — сказал Наам.

«Все это не происходит так быстро, как нам хотелось бы. Но это происходит намного быстрее, чем думают люди в промышленности, особенно в индустрии ископаемого топлива или автомобилестроении.

«И что ясно, двигатель внутреннего сгорания для наземного транспорта мертв, мертв, мертв, мертв».

Задачи впереди

В то время как выбросы в выхлопные трубы легковых и грузовых автомобилей в ближайшие десятилетия будут постепенно сокращаться, другие транспортные секторы представляют в целом более серьезную проблему.

На долю авиации приходится 3 процента мирового углеродного следа (некоторые говорят, что больше), но обеспечение устойчивого энергоснабжения пассажирских самолетов — сложная задача. Тем не менее, есть оптимизм в отношении того, что к 2050 году полеты на короткие расстояния по крайней мере будут основываться на экологически чистых технологиях, таких как водородные топливные элементы.

Судоходство — одна из самых сложных областей для перехода. На мировой торговый флот приходится 90 процентов мировой торговли.

После перехода от парусов в середине 19 века к пароходам, работающим на угле, а затем к современной эре мазута, промышленность теперь снова обращается к естественным источникам движения.Это серьезная и трудная проблема, особенно для колоссальных балкеров, курсирующих по нашим океанам.

Но переход начался. Китай обещает стать углеродно-нейтральным как минимум к 2060 году. Избранный президент США Джо Байден предлагает к 2035 году сделать производство электроэнергии в США безуглеродным, создав при этом миллионы рабочих мест. Во всем мире страны повышают свои амбиции по сокращению выбросов.

Опять же, необходимо сделать больше, но все это способствует техническому прогрессу во всех секторах.

И в ближайшие годы двигатель внутреннего сгорания, этот выдающийся подвиг научного прогресса, станет главой истории, поскольку мы тихо гудим в наших электромобилях.

Портрет Карла Бенца и копия патента на первый в мире автомобиль с газовым двигателем внутреннего сгорания, трехколесный автомобиль Velociped, который был выдан 29 января 1886 года на изобретение Бенца. Транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания могут скоро уйти в прошлое [AP]

Облав на окружающую среду

1. Способствует ли ваш куриный бургер вырубке лесов ?: Новое расследование показало, что обширные участки леса в Бразилии вырубаются для посадки соевых бобов, которые затем отправляются в Великобританию и используются в качестве корма для цыплят, которые в конечном итоге продаются на основные супермаркеты и рестораны.

2. Самая высокая научная лаборатория в мире: В прошлом году 34 климатолога поднялись на гору Эверест со всем своим оборудованием, чтобы изучить изменения окружающей среды, происходящие на самой высокой вершине мира, почему они происходят и что можно с этим сделать. .

3. Осенние листья опадают раньше: Из-за глобального потепления деревья в Европе, кажется, сбрасывают листья раньше обычного. Это также означает, что они смогут хранить меньше углерода, чем надеялись ученые.

4. Климатический вызов Джо Байдена: С новым избранным президентом США больше не будут мировым лидером в борьбе с климатологией. Но будет ли смены администрации достаточно, чтобы помочь в борьбе с глобальным потеплением?

Последнее слово

Итак, вы должны спросить себя… я генеральный директор нефтегазовой компании или генеральный директор энергетической компании? Потому что первый обречен. Во-вторых, это значительный рост, поскольку в 2050 году мир будет использовать гораздо больше энергии. Но это будет чистая энергия.

Рамез Наам, аналитик по энергетике

Обзор трансмиссии

: Двигатель внутреннего сгорания

С момента создания первого современного автомобиля почти полтора века назад на рынке преобладал один вариант двигателя — бензиновый двигатель внутреннего сгорания.Теперь у бензинового двигателя внутреннего сгорания есть претенденты, пытающиеся украсть корону. В прошлом было много различных типов двигателей, но многие из них работали исключительно на ископаемом топливе.

В последнее время из-за повышения стандартов экономии топлива и осведомленности о выбросах появляется новое поколение двигателей. Многие полагаются на электричество в качестве источника энергии для автомобиля. С этими новыми электростанциями добавлен новый набор правил и предупреждений о том, как их ремонтировать. Многие специалисты по столкновениям имеют представление о том, как работают некоторые из новых силовых агрегатов, но не полностью понимают, что происходит под капотом.Важно понимать внутреннюю работу двигателя, чтобы безопасно и правильно диагностировать и отремонтировать его после столкновения. В этой серии мы расскажем вам о многих текущих вариантах двигателей и о том, как они преобразуют потребляемое топливо в полезную мощность. Давайте рассмотрим бензиновый двигатель внутреннего сгорания.

В двигателях внутреннего сгорания топливо используется для создания взрыва (силы), который перемещает поршень вниз. Несмотря на то, что существует множество различных конструкций двигателя внутреннего сгорания, для его запуска необходимы три важных компонента: топливо для сжигания, кислород для поддержки горения и источник воспламенения для начала горения.В этих трансмиссиях используется система аккумуляторных батарей на 12 В для запуска автомобиля и питания аксессуаров. Аккумулятор заряжается от генератора переменного тока, питаемого от двигателя.

Поршень прикреплен к коленчатому валу через шатун, который преобразует движение поршня вверх и вниз во вращающую силу. Затем это вращение используется для включения трансмиссии, заставляя автомобиль двигаться. Во время работы двигателя он также заряжает аксессуары автомобиля и заряжает аккумулятор. Для ремонта при столкновении это стандартный двигатель, который использовался десятилетиями.

Современные двигатели внутреннего сгорания содержат значительное количество чувствительных электрических компонентов. В связи с этим крайне важно отключить и изолировать аккумулятор и электрическую систему при ремонте и сварке автомобиля. Дополнительный электрический ток от сварки может повредить важные электрические компоненты двигателя. Наконец, охлаждение и смазка двигателя — основная часть двигателя внутреннего сгорания. Тепло, образующееся при сгорании, необходимо отводить, а масло может нуждаться в охлаждении.Это делает передний радиатор критически важным для работы двигателя, и при его замене следует соблюдать соответствующие процедуры.

Дополнительные новости о ремонте при столкновении I-CAR, которые могут оказаться полезными:
Обзор трансмиссии

Связанные курсы I-CAR

Курс «Трансмиссия и система трансмиссии, анализ работы и повреждений»

Курс Устранение неисправностей и обслуживание силового агрегата и систем трансмиссии

Контроль за загрязнением воздуха автотранспортными средствами

Доступна информация о Мировом соглашении VW и о том, как прокомментировать разработку Плана смягчения последствий для бенефициаров и инвестиций в транспортные средства с нулевым уровнем выбросов.

Легковые автомобили, грузовики, автобусы, внедорожники и самолеты считаются мобильными источниками загрязнения воздуха. Чтобы уменьшить загрязнение воздуха из этих значительных источников, как того требует федеральный закон о чистом воздухе 1990 г., DEC:

Как загрязнение двигателя вредит окружающей среде и здоровью

Окись углерода, оксиды азота и углеводороды выделяются при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания. Они также могут выделяться, когда выхлопные трубы автомобиля выбрасывают воздух и остатки топлива. Пары бензина также выходят в атмосферу при заправке и при испарении топлива из двигателей и топливных систем в результате эксплуатации автомобиля или жаркой погоды.

Загрязняющие вещества в выбросах двигателей транспортных средств или газонного оборудования вызывают повреждение ткани легких и могут вызывать и усугублять респираторные заболевания, такие как астма. Загрязнение от автотранспорта также способствует образованию кислотных дождей. Загрязнение также выделяет парниковые газы, вызывающие изменение климата.

Дизельные двигатели долговечны и эффективны. Однако, поскольку они потребляют дизельное топливо, сложную смесь компонентов нефти, они производят некоторые загрязнители. Небольшое количество топлива выходит из двигателя несгоревшим.Эти углеводороды, переносимые по воздуху, могут образовывать более крупные частицы в атмосфере при контакте с переносимой по воздуху пылью и другими частицами.

В отличие от бензиновых двигателей, которые могут не получать достаточно воздуха в цилиндр для сгорания, дизельные двигатели работают с избытком воздуха, поэтому выбросы окиси углерода очень низкие, хотя их можно измерить. Окись углерода — это бесцветный газ без запаха, который соединяется с кровью и ограничивает ее способность переносить кислород. Поскольку двигатели потребляют топливо и воздух и выделяют тепло в процессе сгорания, азот из воздуха может превращаться в оксиды азота, которые представляют собой красновато-коричневые газы, раздражающие легкие и глаза.

Выбросы загрязняющих веществ непосредственно от транспортных средств — не единственная причина для беспокойства. В теплые солнечные дни углеводороды реагируют с оксидами азота с образованием вторичного загрязнителя — озона. Во многих городских районах автомобили вносят наибольший вклад в приземный озон, который является обычным компонентом смога. Озон вызывает кашель, хрипы и одышку. Он также может вызвать необратимое повреждение легких, что делает его причиной серьезных проблем со здоровьем.

Транспортные средства с нулевым уровнем выбросов (ZEV)

ZEV включают электромобили на батареях, гибридные электромобили с подзарядкой от сети и электромобили на водородных топливных элементах.Эти технологии могут быть использованы в легковых, грузовых и транзитных автобусах. Федеральный закон о чистом воздухе позволяет Нью-Йорку принять стандарты Калифорнии для транспортных средств с нулевым уровнем выбросов (ZEV).

Нью-Йорк и семь других штатов объединились в инициативе по вводу в эксплуатацию 3,3 миллиона ZEV к 2025 году. Меморандум о взаимопонимании описывает шаги, которые эти штаты предпримут для повышения осведомленности потребителей и повышения спроса на ZEV. Многогосударственный план действий по автомобилям с нулевым уровнем выбросов на 2018-2021 годы (покидает веб-сайт DEC) описывает следующие шаги, которые эти государства предпримут для повышения осведомленности потребителей и спроса на ZEV.

Снижение загрязнения от транспортных средств

Надлежащее обслуживание систем контроля выбросов легковых и грузовых автомобилей не только ограничивает вредные выбросы. Это также может улучшить топливную экономичность и производительность автомобиля. Это может даже продлить срок службы автомобиля. Забота о хранении и обращении с бензином и другими растворителями также снижает потери от испарения в атмосферу.

Программы технического осмотра и обслуживания автотранспортных средств (I / M) находятся в ведении DEC и Департамента автотранспортных средств штата Нью-Йорк.Программы I / M требуют ежегодных проверок выбросов и, при необходимости, требуют ремонта неисправных систем выбросов. Программа технического осмотра транспортных средств штата Нью-Йорк (NYVIP) является важным компонентом плана реализации штата Нью-Йорк по соблюдению национальных стандартов качества окружающего воздуха по озону.

Подробнее о контроле за загрязнением воздуха от автомобилей:

  • VW Settlement Information — Нью-Йорк рассчитывает получить финансирование от VW Settlement для поддержки сокращения выбросов NOx, основной причины смога и загрязнения воздуха.
  • Программа грантов штата Нью-Йорк на чистое дизельное топливо — доступно финансирование для приемлемых решений по сокращению выбросов дизельного топлива, начиная от проверенных технологий контроля выбросов и снижения холостого хода до сертифицированных замен двигателей и автомобилей.
  • Каталитические преобразователи — Департамент принял требования Калифорнии к каталитическим нейтрализаторам: a) запрет на установку использованных каталитических нейтрализаторов; и б) стандарты для новых преобразователей вторичного рынка.
  • Легкие автомобили с низким и нулевым уровнем выбросов — программа LEV штата Нью-Йорк смоделирована на основе программы California CAL-LEV
  • Средне- и сверхмощные автомобили с нулевым выбросом вредных веществ — 14 июля 2020 года губернатор Куомо вместе с губернаторами 14 штатов и мэром Вашингтона Д.C. подписала совместный меморандум о взаимопонимании, обязуясь совместно работать над продвижением и ускорением рынка электромобилей средней и большой грузоподъемности.
  • Закон о холостом ходу для тяжелых транспортных средств — Закон штата Нью-Йорк об охране окружающей среды запрещает тяжелым транспортным средствам, включая грузовики с дизельным двигателем и автобусы, работать на холостом ходу более пяти минут за раз.
  • Программа технического осмотра и технического обслуживания дизельных транспортных средств большой грузоподъемности — Департамент разработал правила для реализации программы проверки выбросов и технического обслуживания дизельных транспортных средств большой грузоподъемности (HDDV).

    No related posts.

Ваш электронный адрес не будет опубликован.