Добросовестно работают на благо человека. Совершенствование моторов происходит постоянно. То конструкторы борются за увеличение мощности, то снижают массу двигателя. На развитие моторостроения оказывают влияние такие факторы, как перепады цен на нефть и ужесточение экологических норм. Несмотря на все эти сложности, являются основным источником энергии для автомобилей.
Коэффициент расширения, который остался неизменным, теперь больше, чем коэффициент сжатия, модифицированный с помощью переменной времени впуска, создавая более высокую эффективность и, следовательно, улучшая эффективность двигателя. В этом случае, однако, нагнетание гарантируется не одним, а двумя турбокомпрессорами с двойной технологией прокрутки, каждый из которых отказался управлять одним банком и может генерировать до 1, 5 бар давления каждый. Таким образом, выхлопные газы, которые протекают через отдельные каналы внутри двухстороннего коллектора, регулируются в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя.
В последнее время появилось много новых разработок, которые направлены на совершенствование традиционных моторов. Некоторые их них находятся уже на стадии внедрения, другие новинки имеются только в виде опытных образцов. Однако пройдет немного времени и часть этих инноваций будут реализованы в новых машинах.
Лазеры вместо свечей зажигания
Еще недавно лазеры считались фантастическими приборами, о которых обычные люди узнавали из фильмов о марсианах. Но уже сегодня имеются разработки, направленные на замену лазерными устройствами. Традиционные свечи имеют один недостаток. Они не дают мощной искры, которая способна поджечь топливную смесь с большим количеством воздуха и малой концентрацией топлива. Повышение мощности приводило к быстрому износу электродов. Очень перспективно выглядит применение лазеров для воспламенения обедненной топливной смеси. Среди преимуществ лазерных свеч следует отметить возможность регулировки мощности и угла зажигания. Это позволит сразу не только повысить мощность двигателя, но сделать процесс сгорания более эффективным. Первые керамические лазерные приборы разработали инженеры в Японии. Они имеют диаметр 9 мм, что подходит для целого ряда автомобильных моторов. Новинка не потребует существенной доработки силовых агрегатов.Инновационные роторные двигатели
В ближайшем будущем из могут пропасть поршни, распредвалы, клапаны. Ученые Мичиганского университета работают над созданием принципиально новой конструкции автомобильного мотора. Силовой агрегат будет получать энергию под действием взрывных волн, поддерживающих движение.
Одной из основных деталей новой установки является ротор, в корпусе которого имеются радиальные каналы. При быстром вращении ротора топливная смесь проходит по каналам и мгновенно заполняет свободные отсеки. Конструкция позволяет заблокировать выходные порты, и горючая смесь не вытекает во время сжатия. Так как топливо попадает в отсеки очень быстро, происходит образование ударной волны. Она проталкивает порцию топливной смеси в центр, где происходит воспламенение, а затем и выхлоп отработанных газов.
Благодаря такому оригинальному решению исследователям удалось сократить потребление топлива на 60%. Снизилась и масса мотора, что привело к созданию легкого автомобиля (400 кг). Достоинством нового мотора будет и малое количество трущихся деталей, поэтому ресурс двигателя должен увеличиться.
Разработка Scuderi
Сотрудники компании Scuderi подготовили свою версию двигателя будущего. Он имеет два типа поршневых цилиндров, что позволяет более эффективно использовать образующуюся энергию.
Уникальность разработки заключается в соединении двух цилиндров при помощи перепускного канала. В результате один из поршней создает компрессию, а во втором цилиндре происходит воспламенение топливной смеси и выброс газов.Такой способ позволяет использовать экономнее выработанную энергию. Компьютерные модели показывают, что расход топлива в двигателе Scuderi будет меньше на 50%, чем у традиционных ДВС.
Двигатель с тепловым разделением
Повысить КПД двигателя Scuderi удалось благодаря тепловому разделению мотора на 2 части. В обычном четырехтактном двигателе остается нерешенной одна проблема. Разные такты лучше работают в определенных температурных диапазонах. Поэтому ученые решили разделить двигатель на два отсека и поставить между ними радиатор. Работа мотора будет происходить по следующей схеме. В холодных цилиндрах будет происходить впуск топливной смеси и ее сжатие. Таким образом достигается максимальная эффективность в холодных условиях. Процесс сгорания и выхлоп газов происходит в горячих цилиндрах. Предположительно данная технология обеспечит экономию топлива в пределах 20%. Ученые планируют доработать данный вид мотора и добиться 50%-ной экономии.Мотор Skyactiv-G от Mazda
Японская компания Мазда всегда стремилась создавать инновационные двигатели. Например, некоторые серийные автомобили оснащаются роторными силовыми агрегатами. Теперь конструкторы автоконцерна основательно занялись экономией топлива. Уже в следующем году планируется выпустить автомобиль с двигателем Skyactiv-G. Он будет первой моделью из семейства Skyactiv.
На малолитражной версии Mazda2 будет устанавливаться спортивный двигатель Skyactiv-G объемом 1,3 л. Распределять крутящий момент будет вариаторная коробка передач. Силовая установка отличается высокой степенью сжатия, благодаря чему достигается экономия топлива в пределах 15%. Разработчики утверждают, что средний расход бензина составит около 3л/100 км.
Оппозитными моторами комплектовали свои машины разные автопроизводители. Данная конструкция не лишена изъянов, над которыми инженеры продолжают работать. Как известно, в оппозитном двигателе цилиндры расположены горизонтально, и поршни перемещаются в противоположных направлениях.
Конструкторы EcoMotors разместили в каждом цилиндре по два поршня, которые направлены друг к другу. Коленчатый вал находится между цилиндрами, а для перемещения поршней в одном цилиндре используются шатуны разной длины. Такое расположение поршневой группы позволило снизить вес двигателя, так как не требуются массивные головки блока цилиндров. Существенно меньше и ход поршней в оппозитном агрегате, чем в традиционном бензиновом моторе.
По мнению инженеров EcoMotors, автомобиль с двигателем OPOC должен потреблять около 2 л бензина на 100 км пути.
Силовой агрегат Pinnacle
Еще одна перспективная разработка сделана на базе оппозитного двигателя. В моторе Pinnacle два поршня двигаются навстречу друг другу, находясь в одном цилиндре. Между ними и происходит воспламенение топливной смеси. Двигатель имеет два коленчатых вала и одинаковой длины шатуны. Данная конструкция позволяет получить колоссальную экономию энергии при низкой себестоимости силового агрегата. Предполагается, что эффективность бензинового двигателя удастся увеличить на 50%.
По всей планете ученые ищут новые подходы к созданию мощных, экономных и экологичных моделей ДВС. Отдельные разработки выглядят достаточно перспективно, у других будущее не такое безоблачное. Однако только время рассудит, кто будет купаться во славе, а чьи разработки попадут на пыльные полки архива.
FreeValve, как может работать двигатель без распредвала
Уверен, что многие из наших читателей знают о существования компании под названием. Koenigsegg. Но также мы уверены, что вы почти ничего не слышали о её дочерней фирме под названием FreeValve.
Таким образом, каждый клапан подает только один из двух турбокомпрессоров. С другой стороны, давление впрыска 500 бар и давление зажигания 200 бар способствуют оптимальному распылению топлива и снижению выбросов в переходные режимы. Производительность стала возможной благодаря дополнительным мерам, таким как более низкое трение на поршневых кольцах и штифтах и переменный масляный насос.
Чтобы оптимизировать воздушный канал и систему впуска, каналы впуска и выпуска были изменены по сравнению с предыдущим двигателем, чтобы гарантировать более низкое аэродинамическое сопротивление. Давление воспламенения доводится до 200 бар, а балансировочный вал, установленный внутри подвала в нижней части, позволяет обнулить вибрации, повысить комфорт вождения и улучшить общую акустику двигателя при доставке.
Если это действительно так, то добро пожаловать в мир высоких автотехнологий. Скандинавы разработали и претворяют в жизнь чрезвычайно интересный продукт, новый (это не преувеличение) тип двигателя в котором нет таких привычных для всех кто связан с автомобилями деталей, таких как распредвал двигателя.
Если взглянуть в прошлое, в 80-е года, топовой и самой продвинутой технологией стала система управления клапанами типа VTEC, 90-е года отличились разработкой и применением продвинутой системой впрыска топлива, чуть позже кульминацией развития прямого впрыска стали поздние 2000-е. Будущее за технологией FreeValve, "без системы распредвалов" приводящего клапаны в движение в ДВС. Но действительно ли это ? Давайте посмотрим вместе.
Частичная или мягко-гибридная гибридизация
В частности, система на 48 вольт использует водяной вентилятор с генератором с водяным охлаждением на передней части двигателя и подключен к коленчатому валу через прочный ребристый трапециевидный ремень, способный обрабатывать 12 кВт энергии восстановления и 60 Нм крутящего момента, который генератор переменного тока способен генерировать или восстанавливать.
Обычный электродвигатель с ведущей шестерней по-прежнему будет присутствовать, который будет практически использоваться только при первом запуске, когда моторное масло все еще холодно и плотно. Кроме того, небольшие пользователи, такие как блоки управления или оптические группы, останутся в сети на 12 вольт.
Как и любая другая технологическая революция, который должен (или обязан?) изменить расстановку сил в технологиях создания двигателей внутреннего сгорания. Основной принцип звучит просто и гениально, вместо определённой привязки к определенной, статической формуле, новая технология предлагает гибкость в процессе работы мотора.
Будущее двигателей говорит о электрическом, гибридном, водородном и, почему бы и нет, бензине и дизельном топливе. В международном сценарии, который становится все более внимательным к уровню потребления и загрязнения, благодаря недавнему скандалу, влияющему на Дом Вольфсбурга, все автомобильные компании делают большие успехи, чтобы не отстать и продемонстрировать свои способности.
Помеченные мною, по-моему, по-моему, как основная причина загрязнения в наших городах и считающиеся другими, вряд ли выживут в ближайшем будущем, двигатели внутреннего сгорания, к счастью, все еще имеют большой вес в будущих проектах Дома из Штутгарта.
Технологии изменяемого открытия клапанов существуют уже относительно давно, было сделано множество прототипов от разных автопроизводителей, существуют даже похожие серийные версии от BMW, но ни одна из них не может сравниться с возможностями, которые предлагает новый тип двигателя, разработанный скромной скандинавской компанией. Гениальность продвигаемой системы также не в последнюю очередь заключается в том, что она не подразумевает серьёзных изменений в конструкции самого двигателя. Тем не менее эта кажущаяся простота не помогла избежать FreeValve дороговизны и . Закон бизнеса, новинки стоят всегда немалых денег.
Это большее пространство будет использовано для того, чтобы привести все системы после обработки как можно ближе к двигателю, чтобы повысить его эффективность. Все еще в области систем после обработки, даже будущие бензиновые двигатели будут видеть введение фильтра твердых частиц. Решение, необходимое для преодоления все более жестких правил борьбы с загрязнением. Наконец, как бензиновые, так и дизельные двигатели, шесть цилиндров и четыре цилиндра, будут применять модульную технологию, чтобы иметь возможность использовать все больше и больше деталей для разных двигателей.
Мотор FreeValve на 30% мощнее, в два раза экологичнее и на 20-50% экономичнее обычного распредвального двигателя
Как и другие инженеры, сосредоточившиеся и изменяемой степени сжатия, а также изменяемого объёма, парни из FreeValve работали над тем, что называется топовой мировой технологией мотора, стоящей на острие атаки прогресса.
Если этого было недостаточно, Дом Звезды не упустил даже электрификации современных двигателей внутреннего сгорания, решение, недавно принятое мюнхенским Домом. Используя новые технологии с 48-вольтовой эффективностью и эффективными системами, бензиновые двигатели нового поколения получат большую помощь в сокращении потребления и загрязняющих выбросов. Реальным приложением станет новый стартер, а новые генераторы, которые будут оснащать современные микромобильные гибридные системы на 48 вольт, отказываются распространять все более гибридные технологии.
В ходе исследований, компания Koenigsegg выяснила, что технология привода клапанов имеет огромный потенциал развития, решение было логичным, разработать реальную систему, основанную на теоретическом опыте, таким образом для достижения амбициозных целей произошло объединение с дочерней компанией Cargine, впоследствии переименованной в FreeValve.
Электрические и водородные двигатели
Эта система, использующая вторую 48-вольтовую батарею и электродвигатель, действует как пуск двигателя, подзаряжая аккумулятор и помогая двигателю, когда он ему нужен. Фактически, многие новые функции позволят компании поднять планку даже в этой области, которая всегда была очень дорогой для Штутгартского дома.
Новые батареи, все более и более эффективные и компактные, позволят новейшим гибридным системам достичь производительности, которая ранее была только возможной. Этот современный двигатель, имеющий те же размеры, что и двигатель внутреннего сгорания, легко может быть расположен внутри моторного отсека с водородными цилиндрами, расположенными вдоль транспортного средства под полом. В задней части, однако, будет установлен электродвигатель, аккумулятор и соответствующая система зарядки плагинов с классическим разъемом.
Вступление закончилось. Переходим к подробностям.
Давайте перейдем к изучению всех нюансов FreeValve технологии, которая не так давно была публично раскрыта для общественности.
В чем разница между системой без распредвалов и классической технологией привода клапанов
Из названия и описания технологии становится понятным, что речь действительно идет о двигателе, в котором отсутствуют распределительные валы. На самом деле необычный подход к инженерии внутримоторных технологий, главный секрет которых заключается в том, что двигателю не нужны эти валы, поскольку клапаны рассчитаны на индивидуальную работу, каждый по отдельности. Каждый клапан не связан жестко с соседними клапанами, отсюда проистекает название- «свободные клапаны», FreeValve.
Как только аккумуляторная батарея разрядится, около 50 километров, можно будет производить дополнительное электричество, реагируя водородом с кислородом, содержащимся в топливных элементах. Полностью функциональное решение, готовое к внедрению на реальном рынке.
В последние годы японский бренд представил множество новшеств для повышения эффективности автомобилей, не умаляя при этом удовольствия от вождения. Таким образом, ход был увеличен, а отверстие уменьшено, головка цилиндра приобрела особую форму, созданная для лучшего распределения давления и тепла во время сгорания, в то время как системы впуска и выпуска были разработаны для уменьшения потери мощности и эффективности. Фактически на дороге эта система оказывается очень быстрой при перезагрузке, выключая машину только тогда, когда это необходимо, а не на каждой мгновенной остановке.
Главная мысль заключается в том, чтобы работа двигателя внутреннего сгорания стала более эффективной во всех фазах работы. Стандартные распределительные валы ввиду заложенных в них конструктивных особенностей являются крайне компромиссными вариантами, что зачастую приводит к определенным «жертвам», повышенный расход топлива в угоду мощности или низкий крутящий момент на высоких оборотах в угоду пиковой мощности и т.д..
Эта система особенно эффективна и позволяет полностью заряжать конденсатор всего за восемь секунд, а затем обеспечить питание автомобиля до 80 секунд. Это повышает эффективность двигателя, позволяя меньше использовать генератор переменного тока, который развязывается в разы, когда это не требуется, при одновременном улучшении жизни других электрических органов. К этому добавляется система с регулируемым клапаном, которая улучшает фазы всасывания и выхлопа и которая благодаря многочисленным материальным технологиям позволяет снизить трение на 50% по сравнению с нормальным распределением.
Инженеры получили возможность сделать двигатель эффективным при любых оборотах и на всех режимах работы, не опасаясь провалов на холостом ходу, посредственной динамики или высокого расхода топлива.
Звучит как недосягаемая мечта, но нет ничего невозможного, возможно все, что возможно себе представить. Дочерняя компания Кёнигсегг добилась высоких результатов, создав вполне рабочий, практически серийный экземпляр своей разработки, которую они долгие годы возили от выставки к выставке, представляя на разных своих новинках. Вместо распредвалов, каждый клапан приводится в движение отдельным приводом, работу которых в свою очередь контролирует электроника.
К этому добавляется 37% -ное снижение трения поршня, с меньшим отверстием для улучшения охлаждения и улучшения объема камеры сгорания. Это будет связано с использованием новых материалов для цилиндров, которые заключают в себе интенсивную теплоту сгорания внутри двигателя, что также позволяет самопроизвольное зажигание топлива в результате сжатия. Идея состоит в том, чтобы использовать систему, которая относится к работе дизельного цикла, с наличием свечи зажигания, которая не будет использоваться в течение каждого цикла, но только при низких температурах и при уменьшенной нагрузке.
Насколько хороша новинка и насколько она дороже обычной системы привода клапанов?
Разработчики утверждают, что система без распредвалов использует на 10% меньше энергии, чем традиционные решения привода. Эти проценты в стандартной схеме двигателя обычно уходят на преодоление трения, привод и работу всей верхней части «головы» мотора, то есть всех этих многочисленных систем. Эффективность использования такого двигателя как несложно догадаться будет на 10% лучше, но гораздо больший выигрыш станет очевидным .
Транспортные средства с электрическими батареями и двигателями с водородными топливными элементами достигли значительных успехов, одна из этих двух технологий может стать «зеленым» будущим автомобильной промышленности. Обе эти технологии предлагают чистую альтернативу двигателям внутреннего сгорания, и оба используют электрические двигатели, питаемые электрохимическими устройствами. В чем разница между этими двумя технологиями? Электрические транспортные средства используют энергию, хранящуюся в батарее, в то время как транспортные средства на топливных элементах используют накопленное топливо для получения энергии, необходимой для их эксплуатации.
Двигатель может работать в четырех циклах: стандартный- Отто, сложный- Миллера и экономный-Аткинсона. Также двигатель способен воспроизводить цикл Хедмана с изменяемой степенью сжатия
Например, в двигателе с искровым зажиганием, (читайте, в бензиновом моторе) с установленным FreeValve можно смело снять , а экономичность даже у мощного бензинового двигателя станет сродни дизельному варианту.
Обе технологии сталкиваются с препятствиями для массового распространения, но, по мнению экспертов, обещают. «Обе технологии являются схожими и взаимодополняющими и не противоречат друг другу», - сказал Лоуренс Дрзаль, химик-инженер и исследователь Мичиганского государственного университета, Восточный Лансинг.
Изображение - электромобили могут заменить обычные автомобили с помощью обычных двигателей внутреннего сгорания в будущем. В то время как обычные автомобили сжигают топливо внутри двигателя внутреннего сгорания, электромобили используют энергию от батарей для питания одного или нескольких электродвигателей.
В результате полученный силовой агрегат станет дешевле эквивалентного дизельного мотора, говорят в FreeValve. На дизельные двигатели также могут быть установлены новомодные электронные приводы клапанов, что в теории должно чуть снизить расход мотора и серьезно повысить экологичность его выхлопа.
Стоимость новой технологии. Если взять в расчет науку экономику, то получается, что первые 10- 100 тыс. двигателей, построенных по этой технологии, будут стоить дороже обычных типов силовых агрегатов, но в конечном итоге, когда производство будет поставлено на промышленный поток и при достижении определённой «критической массы», стоимость новых типов моторов начнет постепенно снижаться и в итоге сравняется со стоимостью стандартного ДВС.
До начала 1900-х годов электромобили пользовались большой популярностью, пока их не вытеснили массовое производство автомобилей, оснащенных двигателем внутреннего сгорания. «Фактически, после нескольких десятилетий голова к голове, двигатель внутреннего сгорания выиграл вызов в основном из-за низкого времени автономной работы», - писал Пэн.
Интерес к электромобилям возобновлялся во время нефтяного кризиса 70-х и 80-х годов прошлого века, однако массового производства так и не было достигнуто. Многие из сегодняшних электромобилей имеют перезаряжаемые литиево-ионные батареи, подобные тем, которые есть на многих ноутбуках.
При этом такие моторы будут более эффективными, чем традиционные модели, будут меньше расходовать горючего при увеличении мощности и станут показывать гораздо более приемлемые показатели полки крутящего момента.
Что произойдет, если система покажет себя несостоятельной?
Автомобильные топливные элементы
Эти батареи теперь заменяют свинцовые батареи, используемые в старых моделях электрических автомобилей. Транспортные средства на топливных элементах также приводятся в действие электродвигателем, но вместо использования электричества, хранящегося в батарее, они производят электричество через топливный элемент: энергия вырабатывается химической реакцией между кислорода, содержащегося в воздухе, и водорода, хранящегося на борту камеры.
Топливные элементы используют катализатор для объединения двух реагентов, которые генерируют поток электронов. Различные виды топлива могут использоваться для клеток, но наиболее распространенным является водород. Продукты, являющиеся результатом химической реакции между водородом и кислородом, - это тепло и вода, что приводит к тому, что транспортные средства работают на водороде с нулевыми выбросами. «Вероятно, первое использование топливных элементов в коммерческих целях предназначалось для космических челноков», - сказал Дрзаль, который работает над внедрением новых материалов для создания более легких и экономичных автомобилей.
Приверженцам классической схемы двигателей и тем людям, которые с опаской принимают все обновления и технических новшеств, наверное, интересно, насколько все будет плохо, при поломке новомодной системы. И вообще, а надежная ли она?
Отрицать глупо, любой, даже самый надежный девайс может выдать неприятную осечку, также не стоит забывать про конструктивные дефекты, которые могут быть не выявлены на начальном этапе разработки. Итог предсказуем, дорогая поломка. Но и здесь у FreeValve есть небольшой утешительный козырь в рукаве.
Невероятно, но этот двигатель сможет нормально выполнять свои рабочие функции даже при поломке одного или нескольких приводов клапанов, разумеется это скажется на пиковой мощности на высоких оборотах, но как уверяют разработчики, разница будет незначительна.
Предусмотрен аварийный вариант работы двигателя,заключается он в том, что даже если 75% приводов клапанов выйдут из строя, автомобиль сможет самостоятельно добраться до СТО, невероятная живучесть. Тестирования продолжаются..., но самое главное, чего разработчики все еще никак не могут побороть, это как раз выносливость такого типа привода. В нем все хорошо, но камень преткновения, состоит в том, что долго система не выхаживает. Однако это временное явление и его удастся нейтрализовать, ведь инженеры по теоретическим расчётам выяснили, надежность такой системы может быть сопоставима со стандартным двигателем ДВС. Смоделированы сотни-миллионов циклов работы приводов, ощутимого износа обнаружено не было. Осталось применить знания на практике и можно выезжать.
Шведская компания сравнивает текущую технологию распределительного вала, с игрой на пианино двумя руками, каждая из которых привязана к противоположным концам метлы. Использование каждого пальца по отдельности, как делают пианисты, позволит перейти к индивидуальному управлению клапанами.
Из вышесказанного можно сделать вывод:
1. На данный момент технология явно сырая. Двигатель не способен пройти столько же, сколько ходят без серьезных проблем моторы с обычной системой распредвалов.
2. Но даже на этом этапе разработки, система показала себя с лучшей стороны. Ни один мотор со стандартной системой газораспределения не способен хоть как-то нормально работать, если перестанут работать 75% клапанов (представим это гипотетически). Более того, перестань функционировать в нормальном режиме хотя бы один из клапанов на обычных ДВС, вы потеряете больше, чем пиковую мощность на высоких оборотах. То есть в плане поломок, если уж что-то произошло с ГРМ, скандинавская технология явно обходит все другие типы моторов.
Еще один плюс. На революционном двигателе, как утверждают инженеры, работающие над проектом, невозможна встреча клапанов с поршнями в случае обрыва ремня/растяжения цепи ведь ее здесь просто-напросто нет.
Технические нюансы. FreeValve- более, чем полностью изменяемые фазы газораспределения?
Если ответить кратко, по существу, то да, это больше чем двигатель с изменяемыми фазами газораспределения, потому что каждый конкретный клапан может иметь различные «подъемы», как по времени, так и в позиции открытия. Также он может открываться и закрываться с разной скоростью, изменяя частоту, за этим в онлайн режиме следит система бортовых компьютеров высчитывая необходимый режим хода клапана в соответствии с режимом работы двигателя с точностью подъема вплоть до 1/10 миллиметра.
Как видно приводы (актуаторы) способны делать это с необычайной точностью, значительно превосходя показатели работы в обычном двигателе.