Битопливный двигатель – схемы подачи питания бензиновых и дизельных двигателей автомобиля, а также устройство и принцип работы, что такое обратка

Газ на ГАЗе: тест-драйв битопливной Газели

 Мы уже так привыкли к виду этих автомобилей на наших дорогах, что не способны до конца оценить их значение в нашей жизни. А ведь если бы не этот малотоннажный грузовик во всех его модификациях, то неизвестно, как бы сложилась сейчас судьба Горьковского автомобильного завода, что было бы с маршрутным такси в России, сколько стоили бы коммерческие перевозки и насколько больше иномарок бегало бы по нашим улицам.

Немного о Газели

Девяностые годы – времена незабываемые. Чего только тогда не творилось в стране. Кто-то стремительно богател, но большинство старались просто выжить. Такая же ситуация происходила и в экономике: предприятия крутились как могли, а кто не мог – закрывался. Горьковский автозавод пережил это время во многом благодаря тому, что руководство смогло найти свободную нишу и прочно её занять новым автомобилем. Речь, конечно, о полуторатонном грузовике Газель.

Были, правда, попытки как-то «выехать» на легковой Волге, но «секта» любителей барж таяла, ослеплённая великолепием праворуких Марков и Чайзеров. Которые, как выяснилось, были лучше российского бизнес-класса, до середины 90-х чихавшего карбюраторами и требовавшего периодически, лёжа на пузе, плевать из тавотницы в шкворни передней подвески. Тут ловить было уже нечего, поэтому объектом пристального внимания стал лёгкий коммерческий транспорт.

DSC_0057.png
К 1994 году прибалтийский РАФ был уже весьма «при смерти» (да и базой там была Волга, посему его судьба была предопределена), а ввезти достаточное количество Фольксвагенов Транспортёров ещё не успели, да и дороговато это было для большинства граждан. Что оставалось в строю? ГАЗ-53, ГАЗ-3307 (и 3309), ЗиЛ-130… «Монстров» типа КамАЗа и МАЗа в расчет не берём: слишком велики и дороги. Ни одна из существующих машин не удовлетворяла требованиям эпохи: для стремительного бега времени они оказались слишком медлительными, перевозить в них по полтонны-тонне получалось нерентабельно, а эксплуатация влетала в копеечку. Нужна была машина, на которой было бы легко и просто возить по городу пластиковые окна, строительные смеси, металлолом и всё остальное, что удавалось спереть, заработать или перепродать. Появившаяся летом 1994 года Газель была практически обречена на успех, за первые одиннадцать лет был выпущен миллион этих автомобилей в различном исполнении кузова. Если не брать в расчет автобусы, то немалым преимуществом машины стала возможность управления с правами легковой категории В. Впрочем, микроавтобусы ГАЗ-32213 и маршрутки ГАЗ-322132 на их базе тоже пришлись по вкусу: приличных микроавтобусов не было в принципе, а пассажирские перевозки – очень неплохой бизнес. И как бы сейчас не исходили на вредные выбросы желчи владельцы Фиатов Дукато, Мерседесов Спринтеров и Фордов Транзитов, «газелькой» многие зачастую называют и их импортные машины, потому что этот автомобиль стал символом маршрутного такси демократической России. Машина, на которой сегодня нам предстоит покататься, интересна не только как «газелька» во всей её красоте и примитивизме, но и своим двигателем. Под капотом нашего грузопассажирского фургона ГАЗ-2705 стоит далеко не самый популярный битопливный двигатель УМЗ-421647. Работает он как на бензине, так и на природном газе. Что же, это даже интереснее: мы не только рассмотрим самый популярный российский грузовичок, но и оценим возможности компримированного природного газа как перспективного, но не слишком распространённого вида топлива. А заодно выясним, что такое «компримированный» и чем это отличается от сжиженного газа.
DSC_0084.jpg

Уже лучше

Первый рестайлинг «газелька» пережила в 2003 году. С виду она изменилась не слишком кардинально: только оптика, бампера и оперение. Да и внутри осталась практически такой же. Гораздо существеннее её переделали к февралю 2010 года. Подготовка к выпуску обновлённой Газель-Бизнес длилась достаточно долго, с 2008 года. По результатам опросов дилеров и владельцев грузовика был составлен план работ. К усовершенствованию автомобиля приложил руку человек, имя которого последнее время на слуху даже на федеральных телеканалах: это Бу Андерссон, бывший в то время президентом «Группы ГАЗ». Он сделал довольно решительный и неожиданный для завода ход: вместо удешевления существующей модели и попыток продавать довольно посредственный (если честно) автомобиль по низкой цене было решено сделать Газель не дешевле, а лучше. Впрочем, попытки пойти по первому пути уже предпринимались. Была такая версия – Газель-Эконом. Из неё выдернули всё что можно, включая шумоизоляцию и ГУР. Идея провалилась с треском, таких машин продали меньше тысячи, после чего стало ясно, что хуже делать «газельку» уже некуда, надо делать лучше. И Газель-Бизнес стали выпускать совсем другой. Мало того, что в ней более двадцати переделанных узлов и больше сотни изменений, так и комплектующие стали ставить вполне человеческого качества и, конечно, импортные. Так, на нашем грузовике появилось сцепление Sachs, подшипники SKF, узлы тормозной системы Bosch и многое другое. Дешевле машина от этого не стала, а вот лучше – да.
DSC_0053.png
В 2013 году появилось новое поколение автомобилей – Газель-Next, может, даже ещё лучше. Но про неё ничего не скажу: мы будем ездить на Газель-Бизнес с индексом 2705, поэтому ниже речь пойдёт только об этом автомобиле.

Скромно, но со вкусом


Можно, конечно, втоптать совесть в грязь и сказать, что Газель-Бизнес выглядит современно, стремительно, надёжно, изысканно. Но бесплатно я такого делать не собираюсь, поэтому оглашу правду: дизайном она не удивляет. Внешне – всё та же картинка, скучная, как охранник в гипермаркете.


До живой рожицы Т1 ей далеко, но и тренд ныне такой же унылый. Так что жаловаться на внешность «газельки» было бы глупо. На белоснежном кузове нет коррозии – это уже неплохо для Газели! Пластиковая «морда», состоящая из бампера и решётки радиатора, вносит некоторую долю живости в образ, и этого вполне достаточно: раньше не было и такого. Сзади видны баллоны для природного газа, что выдаёт довольно редкую комплектацию, а именно – оснащение нашего экземпляра битопливным двигателем УМЗ-421647, который стал устанавливаться серийно на машины с 2013 года. Давайте откроем капот и посмотрим, чем он отличается от обычного бензинового агрегата.
DSC_0055.png
Всё отличие – в наличии редуктора и форсунок для работы на газе. Кстати, пришло время замолвить пару слов о газе. В маркировке моторов битопливных Газелей можно встретить аббревиатуру CNG. Эти буквы обозначают Сompressed Natural Gas – сжатый (компримированный) природный газ.
В рассказе о КамАЗе «Синей армады»
мы уже затрагивали тему этого газа. Но тот грузовик газодизельный, и принцип работы его двигателя отличается от того, что происходит в бензиновом моторе. В случае с КамАЗом газ подаётся для составления топливо-воздушной смеси, то есть горит вместе с соляркой, попутно существенно снижая её расход. В бензиновом моторе ситуация другая: тут можно ехать либо на бензине, либо на газе. Не надо обладать навыками одной пожилой болгарской женщины, чтобы сразу предположить: если на дакаровской машине присутствие газа позволяет добиться прироста мощности и момента, то на бензиновом моторе «газельки» такого эффекта не будет. Скорее даже возможно снижение мощности, но об этом позже. Даже снаружи хорошо видны основные элементы конструкции ходовой части. Я говорю о передней балке и рессорах, что, в общем-то, ожидаемо. Полностью зависимая подвеска для рамной машины – это нормально, тем более что для лучшей управляемости в задней подвеске есть стабилизатор поперечной устойчивости. Но хватит разговоров, пора сесть внутрь.
DSC_0054.png


Обратная сторона Газели

Если снаружи «газелька» выглядит несколько уныло и скучно, то внутри всё чуть лучше. Тут, увы, нет ни полированного алюминия, ни алькантары, ни древесного массива – только жесткий пластик, но интерьер назову даже уютным. Удивительно, сколько труда потрачено на создание перчаточных ящиков и прочих мест для организации стихийных свалок ненужных вещей. «Бардачков» сразу три, но один из них (тот, что сверху панели) подойдёт лишь для документов. На заднем ряду предполагается размещение четырёх пассажиров, но сидеть им придётся тесно прижавшись друг к другу. Что ж, некоторым так нравится. Зато над их головами есть люк, чего нет даже во многих иномарках.


За рулём есть ощущения очень недорогого, не очень нового, но легкового иностранного автомобиля. Только эргономика чуть подкачала… Вот, например, подлокотник для правой руки тут скорее мешает, чем помогает. Хотя когда он удобный – это что-то вроде надписи из трёх букв на заборе: где-то видел, а где – не помню. Зато на водительской двери подлокотник вполне комфортный и даже симпатичный. Водитель поставил его сам, с завода такого девайса у Газели нет.

DSC_0063.jpg


Подсветка приборов неожиданно ярко-зелёного цвета, но смотреть на неё приятно и даже чуть весело. Полюбовавшись огоньками, запускам двигатель. И сразу трогаемся с места.


Газель, будем откровенны, не поражает резвостью. Мощность двигателя – 106 лошадиных сил, и мы едем на бензине. И всё равно хотелось бы чуть большего. В остальном же машина доставляет некоторое удовольствие. Рулить ей легко, и не думаю, что кто-то, кто имеет опыт вождения легкового автомобиля, испытает какие-либо затруднения. Особо хотелось бы отметить очень точную реакцию руля, с которой тяжело ошибиться при маневрировании. Да и остальные органы управления работают как положено: и главный тормозной цилиндр Bosch, и ГУР ZF, и сцепление Sachs… Вот чего хотелось бы, так это лучшей реакции мотора на нажатие педали газа. Нажимаешь и физически чувствуешь: вот бензин побежал, вот он в форсунки попал, вот распылился, сейчас и искра подоспеет. Всё, поехали. Вот это и хотелось бы ускорить. Но, возможно, дело привычки. Теперь пришло время нажать заветную кнопочку на панели и поддать газу в прямом смысле слова.

DSC_0087.jpg


Характер машины меняется, но незначительно. Стало еще больше задумчивости и философских мыслей при наборе скорости. Но сам переход при работающем моторе практически незаметен – немного лёгкой вибрации и всё, перешли на природный газ. Таким же простым нажатием кнопки можно вернуться на бензин. Только очень этого не хочется: на газе получается значительно дешевле.

Хождения по мукам

Машин с моторами, работающими на компримированном природном газе, мало. И заправок тоже немного. В среднем, по словам водителя, между ними получается километров 350–400. А проехать на газе можно 250–270. Хочешь – не хочешь, а на бензине кататься придётся. Выход из ситуации есть, даже два. Первый – очевидный: увеличить объём баллонов для газа, которых на микроавтобусе три, их объём составляет 38 литров. А вот на машине с таким же двигателем, но с бортовым кузовом их четыре. И такая Газель от заправки до заправки может проехать на одном лишь газе, запаса хода для этого достаточно. Второй выход, довольно перспективный, от производителя автомобиля никак не зависит. Заключается он в увеличении количества газовых заправок. До недавнего времени строительство заправки природным компримированным газом было делом нелёгким, дорогим и муторным. И вот почему. Ситуация получается неприятная: покупать машины на природном газе многие не хотят, потому что заправок мало; заправок мало, потому что не все хотят автомобиль на природном газе; завод, устанавливающий битопливный двигатель, ждёт, когда появятся заправки в необходимом количестве, а фирме, которая занимается продвижением природного газа в виде топлива (ну, вы поняли), хочется, чтобы были и машины, и заправки. Но выход уже практически найден. В будущем, думается, строить газовые заправки будет проще: есть законопроект, который упростит жизнь строителям и собственникам этих станций. Они перестанут считаться слишком опасными объектами, и их можно будет строить почти так же, как и обычные АЗС.

DSC_0058.jpg


Я говорил, что на природном газе автомобиль немного ленится и чуть теряет в динамике. Однако потеря эта незначительная, зато выигрыш в затратах на топливо получается очень серьёзным. Для грузового транспорта это, скорее всего, важнее, чем чуть сниженные динамические характеристики. Не думаю, что на дорогах в ближайшем будущем появятся Кайены на природном газе, но грузовики – другое дело. Почему бы и нет?


Читайте также:


 

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим в работе водород, и может быть использована в двигателестроении.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение экономической и экологической эффективности работы двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов за счет использования источника водорода, выполненного в виде электролизера, установленного во впускном трубопроводе двигателя.

Битопливный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами. При этом электроды электролизера выполнены в виде, по крайней мере, двух соосно расположенных цилиндров, разделенных между собой полимерной протонпроводящей мембраной и установлены во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 3 ил.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим в работе водород, и может быть использована в двигателестроении.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной трубопровод, впускной и выпускной клапаны, свечу зажигания и систему подачи топлива (см. Вишняков Н.Н. и др. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник для специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство», М: Машиностроение, 1986 г., стр.12-21).

Недостатком известного двигателя является низкий коэффициент полезного действия, большой расход топлива и плохой экологический фактор при всех режимах работы двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором топливная система включает дополнительную байпасную линию с устройством, выполненным в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции, в одной из которых размещен гидрид металла, а в другой - насос для подачи водорода в зону впрыска, при этом перегородка снабжена окном, закрытым пластиной из палладиевого сплава (патент РФ на изобретение 2291979, МПК: F02M 25/12, F02N 17/00).

Однако данное техническое решение характеризуется сложной конструкцией из-за наличия двух систем раздельной подачи двух видов топлива, а также сложностью обеспечения дозирования и согласованной с моментом воспламенения подачи водорода при всех режимах работы двигателя. Кроме того, данное изобретение позволяет использовать водород только при запуске двигателя. Применение гидрида металла в качестве источника водорода как топлива двигателя внутреннего сгорания для транспортных средств не целесообразно из-за большой балластной массы (содержание водорода около 5-7%).

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной, выпускной клапаны, свечу зажигания, систему приготовления и подачи топливовоздушной смеси и источник водорода. При этом источник водорода выполнен в виде электролизера, электроды которого установлены в камере сгорания с возможностью подачи на них электрического тока и свободного прохода в прямом и обратном направлении топливовоздушной смеси и продуктов рабочего процесса. В топливовоздушной смеси естественным путем присутствует вода или специально введенный электролит (раствор электролита) (патент РФ на изобретение 2299340, МПК: F02B 47/04, F02B 51/04).

Недостатками известного двигателя являются сложная конструкция из-за установки дополнительных элементов в камеру сгорания, что приводит к усложнению головки цилиндра и блока цилиндра. Кроме того, элементы электролизера подвергаются температурным нагрузкам и воздействию продуктов сгорания, что ведет к снижению производительности и ресурса работы электролизера. Дополнительный ввод электролита оказывает негативное воздействие на элементы цилиндропоршневой группы.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение экономической и экологической эффективности работы двигателя при минимальных конструктивных изменениях его элементов за счет использования электролизера с повышенной производительностью и ресурсом работы, установленного во впускном трубопроводе двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в битопливном двигателе внутреннего сгорания содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, образующие блок цилиндра, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной трубопроводы, связанные с камерой сгорания посредством впускного и выпускного клапанов, свечу зажигания, установленную в головке цилиндра, систему подачи топлива в камеру сгорания и источник водорода, выполненный в виде электролизера с электродами, согласно предлагаемому техническому решению, электроды выполнены в виде, по крайней мере, двух соосно расположенных цилиндров, разделенных между собой полимерной протонпроводящей мембраной и установлены во впускном трубопроводе с возможностью свободного прохода воздуха через электролизер.

Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен схематичный чертеж двигателя, продольный разрез, на Фиг.2 - схема поперечного разреза электролизера, на Фиг.3 - электролизер, вид сбоку.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - цилиндр, 2 - поршень, 3 - головка цилиндра, 4 - камера сгорания, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - свеча зажигания, 8 - впускной трубопровод, 9 - свеча зажигания, 10 - форсунка, 11 - электролизер, 12 - мембрана, 13, 14 - электроды электролизера, 15 - внутренний армирующий элемент, 16 - внешний армирующий элемент, 17 - бортовой аккумулятор.

Битопливный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 с рубашкой охлаждения, например с принудительной циркуляцией жидкости, образующие блок цилиндра (не показан), поршень 2, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом, и головку цилиндра 3, образующие камеру сгорания 4. С камерой сгорания 4 посредством впускного 5 и выпускного 6 клапанов с принудительным приводом, например, распределительным валом (не показан) связаны впускной 7 и выпускной 8 трубопроводы, соответственно. В головке цилиндра 3 установлена свеча зажигания 9. Двигатель внутреннего сгорания также содержит систему подачи топлива, включающую форсунку 10 и источник водорода, расположенный во впускном трубопроводе 8. Источник водорода выполнен в виде электролизера 11, полость которого разделена полимерной протонпроводящей мембраной 12 на катодное и анодное пространство, где размещены электроды 13 и 14 электролизера (катод и анод), соответственно, с возможностью подачи на них электрического тока подведенного, например, от бортового аккумулятора 17. При этом электроды представляют собой два концентрических соосных цилиндра, ось которых расположена по направлению движения воздуха в трубопроводе, и выполнен

Битопливная Газель 2705 Бизнес 2015

Автомобиль, который нам предстоит протестировать не простая «газелька»… Под капотом Газель 2705 Бизнес 2015 стоит весьма не самый популярный битопливный двигатель УМЗ-421647.

Работает этот агрегат как на бензине, так и на природном газе.

Компания утверждает, что Газель-Бизнес 2015 выглядит современно, стремительно, надёжно, изысканно. Честно говоря, это не так… Дизайном битопливная Газель 2705 Бизнес 2015 не удивляет. Внешне –  она скучная, обычная рабочая лошадка.

На белоснежном кузове битопливной Газели 2705 Бизнес 2015 нет коррозии – и это уже неплохо для нашей Газели! Пластиковая «морда», состоящая из бампера и решётки радиатора, вносит некоторую долю живости в образ, и этого вполне достаточно: раньше не было и такого.

Сзади битопливной Газели 2705 Бизнес 2015 видны баллоны для природного газа, что выдаёт довольно редкую комплектацию, а именно – оснащение нашего экземпляра битопливным двигателем УМЗ-421647, который стал устанавливаться серийно на машины с 2013 года.

Всё отличие этой модели – наличии редуктора и форсунок для работы на газе.

В маркировке линейки моторов битопливных Газелей можно встретить аббревиатуру CNG. Эти буквы обозначают Сompressed Natural Gas – сжатый (компримированный) природный газ.

На  бензиновом моторе CNG можно ехать либо на бензине, либо на газе.

Продолжаем… У Газели 2705 Бизнес 2015 снаружи хорошо видны основные элементы конструкции ходовой части. Сразу заметна передняя балка и рессоры, что, в общем-то, ожидаемо. Полностью зависимая подвеска для рамной машины – это нормально, тем более что для лучшей управляемости в задней подвеске есть стабилизатор поперечной устойчивости.

Переместимся внутрь салона Газели-Бизнес 2015

Снаружи битопливная Газель 2705 Бизнес 2015 выглядит обыденно и скучно, но внутри все чуть лучше. Не рассчитывайте на поверхности полированного алюминия. Нет в салоне ни алькантары, ни древесного массива – только жесткий пластик, но интерьер можно обозначить как уютный. Поразительно, но в новой Газели 2705 проработаны ниши о отделения для всякого- разного… «Бардачков» у битопливной Газели 2705 сразу три! однако не все они удобны… Одни из таких «бардачков» подойдёт лишь для документов.

На заднем ряду новой Газели 2705 2015 предполагается размещение четырёх пассажиров, но места откровенно мало и сидеть нужно прижавшись друг к другу. Зато над задних пассажиров разместился люк, чего нет даже во многих иномарках.

За рулём вас преследует назойливое ощущение очень недорогого, не очень нового, но легкового и … Иностранного автомобиля! Вот только эргономика подкачала… Подлокотник для правой руки тут скорее мешает, чем помогает.

А вот подсветка приборов удивляет неожиданно ярко-зелёным цветом! Несмотря на это, смотреть на неё приятно. Полюбовавшись изумрудными переливами огоньков, запускам двигатель битопливной Газели 2705 . Трогаемся с места…

Газель CNG, будем откровенны, не поражает скоростью и резвостью. Мощность двигателя – всего 106 л.с., движемся на бензине. Рулить битопливной газелькой  легко.  Даже для тех, кто имеет опыт вождения легкового автомобиля, легко сможет управлять ей. Руль точный и отзывается сразу — не чета прошлым моделям. Остальные органы управления Газель CNG 2015 Бизнес тоже работают как положено! Главный тормозной цилиндр Bosch, ГУР ZF, а сцепление Sachs… Все как часы. Единственное что напрягает так это чуть заторможенная  реакция мотора на нажатие педали акселератора. Вот ты втапливаешь в пол педаль, а мысленно буквально видишь как побежал бензин… Вот он в форсунки попадает, вот распылился, сейчас и искра подоспеет. Всё, теперь поехали.

Теперь пришло время нажать заветную кнопочку на панели и поддать газу в прямом смысле слова, ведь все же это — битопливная модель!

Характер ГАЗ 2705 CNG 2015 Бизнес меняется, но уловить разницу сразу сложно. Еще больше задумчивости и философских мыслей о наборе скорости. Сам переход при работающем моторе практически незаметен – немного лёгкой вибрации и всё, перешли на природный газ. Таким же простым нажатием кнопки можно вернуться на бензин. Только очень этого не хочется: на газе получается значительно дешевле!

Автомобилей с моторами, работающими на компримированном природном газе, мало. А заправок и того меньше. В среднем, по словам водителя, между ними получается километров 350–400. А проехать на газе можно только 250–270. Хочешь – не хочешь, а на бензине кататься придётся. Выход из ситуации есть… Даже два выхода.

Первый – очевидный и самый простой. Нужно увеличить объём баллонов для газа, которых на микроавтобусе три. Стандартный объем составляет 38 литров. А вот на Газели 2015 с таким же двигателем, но с бортовым кузовом их четыре.

Второй выход сложнее, но он довольно перспективный, и от производителя автомобиля никак не зависит. Заключается он в увеличении количества газовых заправок. До недавнего времени строительство заправки природным компримированным газом было делом нелёгким, дорогим и муторным. И вот почему.

Ситуация получается неприятная: покупать машины на природном газе многие не хотят, потому что заправок мало; заправок мало, потому что не все хотят автомобиль на природном газе; завод, устанавливающий битопливный двигатель, ждёт, когда появятся заправки в необходимом количестве, а фирме, которая занимается продвижением природного газа в виде топлива (ну, вы поняли), хочется, чтобы были и машины, и заправки.

Но выход уже практически найден. В будущем, думается, строить газовые заправки будет проще: есть законопроект, который упростит жизнь строителям и собственникам этих станций. Они перестанут считаться слишком опасными объектами, и их можно будет строить почти так же, как и обычные АЗС.

И так, теперь подытожим… На природном газе автомобиль немного ленится и чуть теряет в динамике. Однако потеря эта незначительная, зато выигрыш в затратах на топливо получается очень серьёзным. Для грузового транспорта это, скорее всего, важнее, чем чуть сниженные динамические характеристики.

Простой многотопливный мотор вытеснит привычный двигатель внутреннего сгорания

Новый многотопливный двигатель готов к массовому производству. При той же мощности, новый двигатель более чем в 2 раза легче ДВС

Принцип работы WHE очень прост: во внешней камере сгорания происходит нагрев теплоносителя, деионизированной воды, которая в свою очередь толкает поршни или крутит турбину. КПД WHE не превышает таковой у дизельного двигателя, однако двигатель внешнего сгорания имеет несколько преимуществ.

Прежде всего, WHE может потреблять любое топливо: жидкое или газообразное. Это может быть этанол, дизельное топливо, бензин, уголь, биомасса или их смеси – в общем, все что угодно, включая тепло солнечного света, отработанного пара и т.д. Например в первоначальных тестах использовалось топливо, получаемое из кожуры апельсина, пальмового или хлопкового масла, куриного жира. При этом биотопливо можно не разбавлять нефтяным, а значит выброс двигателя WHE может быть более чистым. Поскольку WHE способен работать при относительно низкой температуре в 225 градусов Цельсия, он может использовать для работы самые разные источники тепла.

Одно из главных преимуществ WHE – меньшее количество деталей и более простое устройство, чем у ДВС, рассказывает cnews.ru. Внешнее сгорание не требует сложной системы клапанов и газораспределительного механизма, хотя из-за высокого давления необходимо применять высокопрочные материалы. В целом, WHE-DR намного легче традиционного ДВС. Так, типичный 4-цилиндровый блок цилиндров ДВС весит около 90 кг, в то время, как аналогичный алюминиевый блок цилиндров WHE весит около 35 кг.

Стоимость изготовления WHE должна быть не выше, чем стоимостьизготовления аналогичного по мощности ДВС, но при этом новый двигатель будет легче и сможет использовать самые дешевые виды топлива.

Небольшое автомобильное шасси с двигателем WHE мощностью 330 л.с. В центре баки для различных видов топлива: угольный порошок, сжиженный газ (водород, метан и т.д.), жидкое топливо (бензин, биотопливо и т.д.).

Двигатели WHE можно использовать во всем диапазоне мощностей. В частности, небольшие электрогенераторы мощностью от 1 кВт до 10 кВт будут иметь небольшие размеры и смогут питаться любым видом топлива, что крайне важно для аварийных источников энергии. Такие же двигатели можно использовать для небольшой техники, вроде газонокосилок, или составить их в пакеты для применения в промышленности, на морских судах и т.д.

Двигатели WHE среднего размера мощностью 100-400 л.с. идеально подойдут для автомобилей и небольших лодок, а большие двигатели мощностью от 400 до 1000 л.с. – для кораблей.

Благодаря отсутствию дыма, вибрации, меньшему шуму при работе и более экологичному выхлопу, двигатели внешнего сгорания могут использоваться для энергоснабжения городских поездов и других видов общественного транспорта.

водородно-электрические секреты. 1 кг топлива на 100 км

Стало популярно применять гибриды с использованием электропривода от аккумуляторных батарей и двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Но можно ли создать гибрид без использования ДВС? Можно, если электрическую энергию расходовать не только из аккумуляторных батарей, а и получать напрямую из топлива, например, водорода. Для этого используются топливные элементы. И таких автомобилей разрабатывается все больше.

1 кг топлива необходим на 100 километров, так что полный бак позволит проехать 500 километров. Заправка водородом занимает около трех минут, как и в случае с авто с двигателем внутреннего сгорания. После отключения топливного элемента он позволит проехать 50 километров на полном заряде

 

Концепт A7 h-tron - это два электродвигателя, размещенные на передней и задней осях; между ними нет механической связи, и они управляют обеими осями независимо друг от друга - приводятся в действие все четыре колеса - привод Audi Quattro. Суммарная мощность автомобиля составляет 228 л.с. с максимальным крутящим моментом 540 Нм.

Топливный элемент в A7 устанавливается вместо обычного двигателя и содержит более 300 отдельных элементов, образующих батарею. Сама ячейка состоит из полимерной мембраны, и на обеих сторонах этой мембраны находится катализатор на основе платины.

 

 

 

Гибридный Audi A7 Sportback h-tron Quattro способен проехать 500 километров на баке горючего, при этом в качестве выхлопа выступает вода. Авто использует электропривод с водородным топливным элементом в качестве источника энергии в сочетании с гибридной батареей и дополнительным электродвигателем на задней оси. Разгон до 100 км/ч – 7,9 секунд, максимальная скорость - 180 км/ч. Полная зарядка литиевых батарей при отключении водородных топливных элементов позволит проехать еще полсотни километров. 

Концепт A7 h-tron - это два электродвигателя, размещенные на передней и задней осях; между ними нет механической связи, и они управляют обеими осями независимо друг от друга - приводятся в действие все четыре колеса - привод Audi Quattro. Суммарная мощность автомобиля составляет 228 л.с. с максимальным крутящим моментом 540 Нм.

 

У водородных топливных элементов очень высокий КПД - 60%. У лучших двигателей внутреннего сгорания этот коэффициент составляет 35-40%.

Наиболее экологически чистый способ получения водорода состоит в электролизе воды. В результате электрохимических реакций получается водород и кислород. Проблема этого способа состоит в энергоемкости. Необходимо большое количество электроэнергии. И здесь будущее за использованием ВИЭ. По мере удешевления производства, например, электроэнергии солнечных элементов электролиз воды для получения водорода вполне может конкурировать с химическими способами получения водорода из газа.

 

Хотя водород горюч и должен содержаться под высоким давлением инженерами уже решены эти проблемы. Зато загрузка водорода под давлением в автомобильный топливный элемент занимает считанные минуты в отличие от зарядки нынешних аккумуляторов.

Преимущества водородных топливных элементов настолько очевидны, что автомобильный транспорт уже в ближайшие годы начнет переход на них.

 

 

 

Современный водородный автомобиль представляет разновидность электромобиля, так как движение осуществляет электрический двигатель. В водородном топливном элементе производится электроэнергия, которая направляется в буферный аккумулятор, а затем после преобразования инвертором в переменный ток и повышения напряжения подается на зажимы электродвигателя. При этом буферный аккумулятор по сравнению с электромобилем значительно меньшей емкости и габаритов, так как он не является главным источником энергии.

Преимущества водородных топливных элементов настолько очевидны, что автомобильный транспорт уже в ближайшие годы начнет переход на них.

 

У водородных топливных элементов очень высокий КПД - 60%. У лучших двигателей внутреннего сгорания этот коэффициент составляет 35-40%.

 

Два электродвигателя, каждый из которых имеет мощность 85 кВт или даже кратковременно до 114 кВт, если напряжение временно повышается. Пиковый крутящий момент электродвигателя составляет 270 Н·м. Корпуса электродвигателей включают планетарные зубчатые передачи с передаточным отношение 7,6: 1

 

 

Что касается емкости заряда аккумулятора, Audi A7 Sportback h-tron quattro проезжает до 50 километров (31,1 мили). Аккумулятор в задней части гибридного модуля может быть свинцово-кислотным. В зависимости от напряжения и тока, полная перезарядка занимает от двух часов (промышленная розетка / 360 вольт) до четырех часов (внутренняя розетка на 230 вольт).

Аккумулятор работает на уровне напряжения, отличном от уровня топливного элемента. По этой причине устанавливается преобразователь постоянного тока (DC / AC) между двумя компонентами. Этот трехпортовый конвертер находится за стеком. Во многих рабочих состояниях он выравнивает напряжение, позволяя электродвигателям работать с максимальной эффективностью 95 процентов.

 

Силовая электроника в передней и задней части автомобиля преобразует постоянный ток от топливного элемента и батареи в переменный ток для электродвигателей для привода переднего и заднего мостов отдельно.

Два электродвигателя, каждый из которых имеет мощность 85 кВт или даже кратковременно до 114 кВт, если напряжение временно повышается. Пиковый крутящий момент электродвигателя составляет 270 Н·м. Корпуса электродвигателей включают планетарные зубчатые передачи с передаточным отношение 7,6: 1.

 

 

 

Суть процесса работы топливного элемента

 

Водород из резервуара подается на анод (положительно заряженный электрод), затем он разбивается на электроны и протоны. Разделенные электроны подают электроэнергию, отдельная ячейка обеспечивает напряжение в пределах 0,6-0,8 вольт. Между тем, протоны устремляются к катоду, реагируя с воздухом (кислородом) с образованием водяного пара.

 

Турбокомпрессор - нагнетает воздух в топливный элемент, а вентилятор выталкивает неиспользованный водород обратно на анод. Топливный элемент работает в диапазоне напряжений от 230 до 360 вольт. Турбокомпрессор, вентилятор и насос охлаждающей жидкости используют электричество от топливного элемента.

Элемент позволяет провести высокоэнергетическую реакцию h3 + O2 → h3O в спокойном режиме, без взрыва, который сопровождает ту же реакцию в водородном двигателе внутреннего сгорания. Результатом реакции является вода и энергия. Сам топливный элемент Audi содержит более 300 отдельных ячеек, ядро каждой из которых представляет собой полимерную мембрану. Катализатор по обе стороны мембраны создан на основе платины. Напряжение составляет от 230 до 360 вольт.  Получаемая энергия запасается в литиево-ионном аккумуляторе.

 

1 кг топлива необходим на 100 километров, так что полный бак позволит проехать 500 километров. Заправка водородом занимает около трех минут, как и в случае с авто с двигателем внутреннего сгорания. После отключения топливного элемента он позволит проехать 50 километров на полном заряде. 

 

Элемент позволяет провести высокоэнергетическую реакцию h3 + O2 → h3O в спокойном режиме, без взрыва, который сопровождает ту же реакцию в водородном двигателе внутреннего сгорания. 

Топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент, но с существенной разницей. Вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода. Она же и выходит наружу в виде выхлопа.

 

Перспективы водородных энергетических систем

 

В Токио в конце сентября текущего года прошла встреча министров энергетики и руководителей энергетических структур из более чем 30 стран. На ней обсуждались перспективы водородных энергетических систем в мире на предстоящее десятилетие. Как сообщает агентство Kyodo News, в постановлении совещания названа цель добиться, чтобы через 10 лет в мире было «10 миллионов транспортных средств с водородными системами» и «10 тысяч станций заправки водородом». В январе 2017 года по инициативе японских компаний Toyota Motor Corp. и Air Liquide был создан Hydrogen Council - Международный совет по водородным технологиям. В него вошли 27 концернов, фирм и компаний, в том числе, кроме японских, Audi, BMW, Daimler, Shell, Total и др. Переход на водород позволит значительно сократить выбросы СО2 в таких отраслях, как транспорт, химическая промышленность и металлургия.

 

Однако, такие революционные переходы влекут за собой коммерческие, финансовые и социальные изменения. Чаще всего сложные и местами весьма болезненные. Последние, во многом связаны с быстротой перемен и недостаточным временем на подготовку к ним.

 

 

 

Завтрашний день наступает сегодня

 

NEXO - это второе поколение кроссовера на топливных элементах от Hyundai Motor, который компания позиционирует, как наиболее передовое транспортное средство с нулевым уровнем выбросов. Благодаря новой системе топливных элементов, Hyundai Motor сумела всесторонне развить технологии предыдущей модели. Общая эффективность и экономия топлива делают кроссовер NEXO безапелляционным лидером своего сегмента.

NEXO - это один из лучших автомобилей с отсутствием вредных выбросов, который применим для повседневной эксплуатации. Электрический двигатель автомобиля имеет максимальную выходную мощность 120 кВт (163 л.с.) и крутящий момент в 395 Нм. NEXO разгоняется от 0 до 100 км/ч за 9,2 секунды и достигает максимальной скорости в 179 км/ч.

 

Экологически чистый силовой агрегат на топливных элементах имеет повышенную скорость утилизации водорода и производных компонентов. Это приводит к превосходным показателям эффективности трансмиссии, которая позволяет кроссоверу NEXO иметь запас хода около 800 км согласно циклу NEDC - что лучше, чем у любого другого автомобиля на топливных элементах и многих электрокаров. Данный запас хода сравним с диапазоном двигателя внутреннего сгорания и позволяет водителям путешествовать на большие расстояния.

Двигатель Hyundai NEXO © hyundainews.com.

 

Новая платформа транспортного средства позволила объединить три идентичных резервуара с объемом 52,2 литра водорода на каждый, однако несмотря на более высокую емкость хранилищ для топлива, NEXO требуется всего пять минут для полной дозаправки. Важной особенностью новой трансмиссии автомобиля, является возможность ее работы в условиях экстремальных температур окружающей среды.

 

Наряду с энергетическим преимуществом топливные водородные элементы обладают и экологическими. Разработчики водородного кроссовера Hyundai Nexo уверяют, что их авто не только не выбрасывает в атмосферу вредные вещества, но и очищает за час несколько десятков килограммов воздуха, которых может хватить более чем на 40 человек. Сообщается, что 10 тыс. подобных водородных кроссоверов на улицах мегаполисов могут заменить около 600 тыс. деревьев.

К тому же водород является одним из наиболее распространенных элементов в природе, в отличие от основных элементов батарей для электрокаров - лития и кобальта, за которые компании уже ведут настоящие войны.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 
Содержание статьи
 

  1. Введение
  2. Внутреннее сгорание
  3. Устройство двигателя
  4. Неполадки двигателя
  5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя
  6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
  7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
  8. Увеличение мощности двигателя
  9. Часто задаваемые вопросы по двигателям
  10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
  11. Узнать больше
  12. Читайте также Статьи про все типы двигателей
 
 
Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.
 
На заметку:
 
  • Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
  • Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.
 
Внутреннее сгорание
 
Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!
 

 

Рисунок 1
 
На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:
 

  • Такт впуска
  • Такт сжатия
  • Рабочий такт
  • Такт выпуска
 
На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект "перезарядки пушки". Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:
 
  1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
  2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
  3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
  4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)
 
Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.
Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой - линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.
 
В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 
 
Устройство двигателя
 
Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).
 

Рисунок 2. Линейное расположение - Цилиндры расположены линейно в один ряд.
 

Рисунок 3. V-образное - Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.
 

Рисунок 4. Оппозитное - Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.
 
Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.
 
Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.
 
Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.
 
Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.
 
Поршень
Поршень - это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.
 
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:
 

  • Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
  • Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.
 
Большинство автомобилей, которые "жгут масло" и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.
 
Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.
 
Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг "чертика из табакерки".
 
Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).
 
Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 

 
Неполадки двигателя
 
Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится... Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на "большой тройке". Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:
 
Плохая топливная смесь - Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:
 

  • У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
  • У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
  • Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
  • Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.
 
Недостаточная компрессия - Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:
 
  • Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
  • Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
  • В цилиндре имеются повреждения.
 
Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.
 
Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта
 
Отсутствие искры - Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:
 
  • При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
  • При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
  • Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.
 
Могут возникнуть и другие неполадки. Например:
 
  • Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
  • Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
  • Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
  • Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
  • Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
  • В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.
 
Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 
 
Клапанный механизм и система зажигания двигателя
 
Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.
 
Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.
 

Рисунок 5. Распредвал
 
В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название "двухраспредвальный вид головки". Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает распредвал".
 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает автомобильная система зажигания".
 

 


Рисунок 6. Система зажигания
 
В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 
 
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
 
В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".
 
Увеличение мощности двигателя - это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

  • Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
  • Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
  • Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
  • А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.
 
В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера - это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 
Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.
 

  • При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
  • В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).
 
Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".
 
Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.
 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911
 
Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов".
 
В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.
 
Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).
 
Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 
 
Увеличение мощности двигателя
 
Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.
 
Увеличение рабочего объема - Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.
 
Увеличение степени сжатия - Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином - в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси - При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".
 
Охлаждение поступающего воздуха - При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха - это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".
 
Облегчение подачи воздуха  - При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.
 
Облегчение выпуска выхлопа - При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя - когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена "раздельная система выпуска", это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.
 
Снижение массы - Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.
 
Впрыск топлива - Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".
 
  
Часто задаваемые вопросы по двигателям
 
Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:
 

  • Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает дизельный двигатель".
 
  • Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает двухтактный двигатель".
 
  • В этой статье Вы упоминали паровые двигатели - существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает паровой двигатель".
 
  • Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.
 
  • Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина - это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина - это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.
 
Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
 
Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.
 
4-цилиндровые двигатели обычно имеют "прямое" или "линейное" расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.
 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise
 
Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.
 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.
 
Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.
 
И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.
 
 
Источник:  http://www.howstuffworks.com/

БЕСТОПЛИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - «пусть тот кто ищет не перестает искать до тех пор пока не найдет...» — LiveJournal

http://delotvoe.narod.ru/FreeEnergy/Perpetuum_Mobile.htm

.....Патент на безтопливный двигатель выдан Василию Алексеенко, русскому "Левше", 10 июня 1999 года Российским агентством по патентам и товарным знакам.Двигатель не требует вообще никакого топлива: ни нефти, запасы которой ограничены, ни газа - ничего, что мы называем сырьем. Работает уникальный двигатель от энергии магнитных полей постоянных магнитов. Если один килограмм обычного магнита может притянуть или оттолкнуть 50 или 100 кг. массы, то мощные оксидно-бариевые способны то же самое проделывать с пятью тысячами килограммов массы. Такие мощные магниты, как уточняет изобретатель, не нужны. Годятся самые известные: один к пятидесяти или один к ста. С их помощью можно получить в двигателе, который сотворил русский "Левша", 20 тысяч оборотов в минуту. Мощность придется даже гасить, используя передающее устройство. Постоянные магниты, от энергии которых работает двигатель, на нем и расположены "Ротор своим магнитным полем отталкивается от такого же поля статора и начинает вращаться, а магнитное поле статора следует за ним и как бы его подгоняет, ускоряя вращение" (из выступления Василия Алексеенко). Так можно добиться чудовищной мощности. Если такой двигатель использовать, скажем, в стиральной машине, вращение обеспечат крохотные магнитики.....

Русский изобретатель из Перми А. Бакаев создал "приставку" к автодвигателям, которая позволяет автомобилям ездить на воде без каких-либо углеводородных добавок к ней. И это не фантастический проект. Он уже внедряется. Приставками оснащены уже более 3-х тысяч автомобилей, курсирующих по дорогам России. Это в буквальном смысле подарок автолюбителям. Использование приставок избавляет автомобилистов от затрат на бензин, а атмосферу - от вредных выбросов. Чтобы создать такую приставку, А. Бакаев сначала открыл новый тип расщепления, использовав его в своем уникальном изобретении.Другой русский ученый XX века, Б. Болотов, создал автодвигатель, которому нужна чуть ли не капля бензина, и то для первоначальной раскрутки. Двигателю, который он изобрел, не нужны ни коленчатый вал, ни цилиндры, ни вообще трущиеся детали. Их заменяют два диска на подшипниках с небольшим зазором между ними. В качестве топлива работает воздух, который на огромных оборотах разделяется на кислород и азот. При 90° градусах азот сгорает в кислороде, в результате чего двигатель массой 8 кг развивает мощность в 300 лошадиных сил.Помимо безтопливного двигателя Василия Алексеенко, русские изобретатели предложили еще несколько конструкций безтопливных двигателей. Они работают на принципиально новых источниках энергии: на энергии вакуума и других.

http://delotvoe.narod.ru/FreeEnergy/Alekseenko.htm

БЕСТОПЛИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
http://www.macmep.ru/alexeenko.htm