Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ТОПАЗ — вечная батарейка

ТОПАЗ — вечная батарейка. Как это работает?

Многие десятилетия компактными источниками электроэнергии по умолчанию считались батарейки и аккумуляторы. Эдакий своеобразный символ, который мы видим даже в фильме «Матрица». Однако эти технологии дошли до своего предела и уже давно не соответствуют современным требованиям.

Серьезной заявкой на прорыв в этой области стали изобретенные российскими учеными новые топливные элементы, которые превысили показатели энергоемкости привычных нам литиевых аккумуляторов в 10 раз! Недавно проект «ТОПАЗ» был представлен Владимиру Путину . Ntinews.ru расспросил руководителя проекта Алексея Кашина, в чем уникальность технологии и какое место мирового рынка носителей энергии она способна занять.

— Алексей, в чем принцип работы ТОПАЗа и в чем уникальность технологии?

— Это устройство позволяет преобразовывать углеводородное топливо, например, пропан, в электроэнергию с высоким КПД и – что важно – технология позволяет делать это в компактных размерах устройства. Это так называемый микротрубчатый топливный элемент, который позволяет из пропана или бутана извлечь максимальное количество энергии. Удельная энергоемкость пропана 12,7 кВт*ч на килограмм. Мы стремимся к показателю в 3000 Вт*ч на килограмм на изделие уже с учетом КПД топливного элемента. Что более, чем в 10 раз превышает удельную энергоемкость литиевых аккумуляторных батарей. Литий на сегодня – это 200-250 Вт*ч на килограмм, с перспективой до 300-400. У нас нет сомнений в достижимости показателя энерговооруженности в 2000 Вт*ч/кг, так что ТОПАЗ — это источник энергии, который будет более чем на порядок лучше литиевых батарей.

— А если сравнить с двигателями внутреннего сгорания?

— По сравнению с ДВС у нас нет движущихся и трущихся деталей, нет системы смазки, нет громкого звука и нет выхлопа. То есть наше изделие компактнее, эффективнее, экологичнее, малозаметнее (если мы говорим про военное применение). Компактных ДВС не бывает, вы не можете сделать карманный ДВС для зарядки планшета. Двигатели внутреннего сгорания не масштабируются «вниз» — и это первое ограничение, которое мы снимаем. Например, это вспомогательная энергоустановка в робототехнике. Она может заряжать аккумулятор на роботе. ДВС такого не бывает, а если бывает, то он сильно шумит, работает недолго и плохо пахнет. При этом КПД у ТОПАЗа выше, чем у ДВС. Если сравнивать с маленькими двигателями внутреннего сгорания, то КПД выше в два-три раза.

— Две зарубежные компании, которые пытались сделать то же самое, потерпели неудачу. Что не смогли сделать они, и что смогли преодолеть вы?

— Дело в том, что у нас речь идет о сочетании нескольких технологий. Существуют так называемые твердооксидные топливные элементы – это высокотемпературные изделия, проводимость которых в твердом электролите работает в диапазоне 700-900 градусов Цельсия. Эти элементы бывают разные. Конструктивно они бывают либо трубчатые либо плоские – планарные. Больше всего распространены плоские топливные элементы, которые для массивных энергоустановок позволяют получить лучшие характеристики. Но для миниатюрных устройств они подходят плохо. Так что первая наша история – это особая, микротрубчатая технология изготовления керамического топливного элемента как таковая.

Второе – это высокоэффективный предварительный риформинг (температурные превращения углеводородов – прим. ntinews) или переход на технологию так называемого внутреннего риформинга, следующая фаза проекта. Когда мы пойдем в большую серию, именно эта — вторая технология у нас будет применяться. За счет оптимального сочетания двух технологий мы упрощаем конструкцию и снижаем требования к материалам.

Таким образом, у нас сочетается, по сути, микротрубчатая конструкция топливного элемента и реализация эффективного риформинга. Соединить воедино эти элементы в портативном устройстве не удалось пока никому.

— Какие основные ниши применения ТОПАЗа?

— На самом деле, ТОПАЗ — это не одно изделие, а платформа. У нас есть линейка из трех устройств. Первое – это портативное зарядное устройство. Тут все понятно, у нас очень высокая удельная энергоемкость, мы с собой на каждый килограмм веса можем взять больше ватт-часов, чем при любом другом способе хранения или получения энергии в компактном устройстве. Это компактная носимая электростанция на органическом топливе.

Второе – вспомогательная силовая установка для робототехники. Эта штука, установленная в роботе, летающем, ползающем, плавающем, может обеспечивать его электроприводы энергией. Мы агрегируемся с буферным аккумулятором, который снимает пики нагрузки и в постоянном режиме вырабатываем нужную электроэнергию для перемещения дрона. Это принципиально снимает барьеры по энерговооруженности подвижных комплексов – и это революционная технология. Те роботы, которые у нас работали 20 минут, теперь могут работать 200 минут – это принципиальное улучшение, особенно для летающих дронов. При этом мы отказываемся от использования сложных систем, а топливо доступно в любом ларьке – баллончик с пропаном для зажигалок нам подойдет.

— Если заглянуть в будущее, то и для потребляющих огромное количество энергии квантовых компьютеров это подойдет?

— В каком-то смысле, да. Дело в том, что повысив на порядок энерговооруженность дрона, мы тем самым можем революционно изменить его функциональность. Потому что теперь мы можем ставить на роботы вычислитель, компьютер и избавить его от необходимости очень мощного канала связи. Ведь как сейчас поступают – если нам, например, нужно снять какую-то картинку и распознать ее, например, в гео-информационных системах, мы не можем ставить на дрон компьютер, который достаточно мощный, чтобы заняться распознаванием изображений, мы передаем данные для обработки оператору (вот тут нам нужен широкий канал), а на земле уже происходит распознавание. Сейчас мы можем производить обработку данных непосредственно на роботе, и нам не нужен очень мощный канал связи.

Третья наша история — это портативные квазистационарные энергосистемы, или совсем малая распределенная энергетика, инфраструктура интернета вещей. Это любые датчики, которые стоят «в поле». Например, камеры видеофиксации где-то совсем далеко. Какие у нас варианты? Ставить двигатель с ресурсом менее 500 часов до замены масла? Ставить 2-3 тонны аккумуляторов, чтобы хватило на неделю? Камера маломощная, но ДВС-генераторов настолько маломощных просто нет. Всяческие сенсоры с малым потреблением энергии – это как раз наш рынок. Сюда же относятся средства неинвазивного контроля, диагностики дорожного покрытия, и прочая, и прочая. В том числе, ретрансляторы, спутниковая связь и так далее. На сегодня этот рынок не очень виден как раз потому, что основной барьер в нем – это отсутствие адекватных источников энергии. Так что мы нашим устройством снимаем барьеры глобальных рынков.

— Вы сразу же нацелены на мировой рынок?

— Да, конечно. Мы видим себя глобальной компанией. Наша стратегия – выносить сертификацию на стратегического партнера в конкретные страны, который будет заниматься развитием за рубежом, а базовую технологию мы хотим оставить в России, у нас тут сильный R&D, и наша задача усиливать его и заниматься опережающим развитием в этой области. Как у Intel. Мозг компании останется в России, а то, что вовне лучше лицензировать – в том числе, и из-за санкций. В БРИКС мы займемся и прямыми продажами, а начнем с России, конечно.

— И последний вопрос: правильно ли я понимаю, что ваша разработка имеет корни в Институте проблем химической физики в Черноголовке (на базе одной из лабораторий), в котором появился Центр компетенций НТИ?

— Да, мы выросли из науки. Наш основной партнер, это, конечно ИПХФ РАН, кроме этого – Институт высокотемпературной электрохимии и Институт химии твердого тела из Екатеринбурга, Институт катализа, институт Химии твердого тела и механохимии из Новосибирска. Всего у нас 10 совместных лабораторий – восемь из которых совместно с РАН. Благодаря этому сотрудничеству мы имеем возможность влиять на глобальные технологические траектории в области электрохимических технологий.

Беседовал Алексей Паевский

Фото ГК «Инэнерджи»

ТОПАЗ расшифровывается как ТвердоОксидная Перспективная Автономная Зарядка.

В 2016 году группа компаний «Инэнерджи», которая занимается разработкой высокоэнергоемких установок, работающих на органическом топливе (углеводородном), приняла решение выделить разработку ТОПАЗа в ведение отдельной компании. Так появился одноименный научно-исследовательский центр – резидент Сколково.

Читать еще:  Что такое атмосферный двигатель на машине

Объясняется это тем, что технология создания электрохимического генератора на микротрубчатых ТОТЭ очень наукоемкая и практически никем в мире не реализована. Сейчас ООО «НИЦ «ТОПАЗ» имеет собственный Центр исследований и разработок с 45 сотрудниками, из них 12 – с учеными степенями.

Команда ведущих ученых и специалистов в рамках глобального стратегического видения ГК «ИнЭнерджи» развивает технологию, которая будет воплощена в линейке из 4 продуктов:

1. Малогабаритная портативная энергоустановка мощностью до 30 Вт.

2. Автоматизированная малообслуживаемая энергоустановка для распределенной энергетики мощностью до 300 Вт.

3. Мобильная энергоустановка для робототехники и беспилотных авиационных систем мощностью до 1000 Вт.

4. Учебно-методический стенд «Высокотемпературные трубчатые топливные элементы» для образовательных учреждений.

Двигатель внутреннего сгорания это вчерашний день

Почему пришло время уйти двигателю внутреннего сгорания.

Это удивительно, что мы уже более 100 лет используем огонь, металл, бензин и масло, чтобы приводить автомобили в движение. И это в то время, когда в наши дни у каждого из нас есть мобильные телефоны, по мощности ничем не уступающие компьютерам. Наши смартфоны могут распознавать лица, отпечатки пальцев и даже измерять сердечный ритм. У нас есть технологии и высокотехнологичные объекты, которые могут разбить друг об друга протоны, позволяющие изучить их обломки. Это позволяет нам раскрывать тайны Вселенной. Мы также можем посадить зонд на комету и отправить спутник за пределы Солнечной системы. И так можно продолжать до бесконечности. Так почему же в век технологической революции мир до сих пор пользуется устаревшими двигателями внутреннего сгорания?

Несмотря на все наши достижения в области науки и техники, двигатель внутреннего сгорания фактически остается основным источником движения всего автотранспорта в мире. И это с учетом того, что этот силовой агрегат был придуман более ста лет назад.

Примечательно, что на фоне других, более современных изобретений, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) выглядит очень примитивно. Как и сто лет назад, ДВС работает за счет впрыска топлива, его сжатия, воспламенения и ударной волны, которая образуется из-за сгорания топлива.

Давайте немного проанализируем, как все работает в автомобиле с обычным двигателем.

И так. Вы вставляете ключ в зажигание и поворачиваете его, чтобы запустить стартер. В итоге стартер начинает двигать поршни двигателя вверх и вниз. Далее начинает работать топливный насос подавая топливо в камеру сгорания двигателя.

Вместе с ним начинают работать водяной насос, масляный насос, клапана двигателя, которые начинают свой гармоничный танец, чтобы подавать топливо в камеру сгорания двигателя каждую секунду. В итоге двигатель начинает свою работу, где все его компоненты начинают вращаться и смазываться большим количеством масла.

Согласитесь, что этот процесс относится к очень расточительной операции. Ведь для работы двигателя задействовано множество вспомогательного оборудования, которое практически расходует 75 процентов энергии двигателя впустую. К тому же огромное количество вспомогательных компонентов ДВС быстро выходят из строя из-за постоянной высокой нагрузки.

Но, несмотря на это нельзя говорить, что двигатель внутреннего сгорания изначально основывается на глупой идее. Нет конечно. ДВС служит нам верой и правдой уже более 100 лет и фактически изменил наш мир до неузнаваемости. Но это не означает, что этот удивительный мотор должен служить нам еще следующие 100 лет. Для того времени, когда появился ДВС, это был прорыв, что соответствовало тем технологиям, которые господствовали в ту эпоху.

Но сегодня все изменилось и теперь двигатели внутреннего сгорания не вписываются в тот мир, который нас окружает.

Вы посмотрите на современные автомобили. Они фактически стали выглядеть, как транспортные средства, которые мы видели не раз в фантастических фильмах и футуристических рассказах. Новые автомобили имеют удивительный дизайн, благодаря новым технологиям конструкции и достижениям в аэродинамике.

Современные автомобили могут обмениваться информацией со спутниками, автоматически брать на себя управление автомобилем, предупреждать нас об опасностях на дороге, экстренно тормозить, чтобы избежать опасности, выходить в всемирную сеть Интернет и многое другое.

Но, несмотря на высокотехнологичность, под капотом современных автомобилей, чаще всего, устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, которые являются пережитками прошлого. Это в наши дни выглядит точно также, если бы iPhone 7 оснащался поворотным диском для набора номера.

В наши дни, в 21 веке двигатель внутреннего сгорания действительно выглядит устаревшим. Особенно его технология получения энергии, которая образуется путем сжигания материала (топлива), от которого образуются отходы в виде газа. И этот вредный газ мы возвращаем обратно в природу, нанося непоправимый вред всей планете.

Хочу отметить, что я не сумасшедший эколог, которые часами на пролет разглагольствуют о защите земли, атмосферы и сохранения пингвинов в Антарктиде. Таких «зеленых фанатов» в нашем мире и так предостаточно. Причем хочу отметить, что различных ярых защитников природы (на грани фанатизма) было очень много еще задолго появления паровых двигателей, не говоря уже о появлении ДВС. И хочу вас заверить, что подобных фондов и организаций, борющихся за экологию планеты, будет большое количество даже в том случае, если экологии нашей планеты больше ничего угрожать не будет.

Но несмотря на свой нейтралитет по отношению к экологии природы, я хочу однозначно сказать, что двигатель внутреннего сгорания действительно себя изжил и ему не место в нашем 21 веке и в нашем будущем.

Тем более, что в наши дни уже есть технологии, которые основываются на более простых и более эффективных способах получения энергии для движения транспорта.

Но, для того чтобы двигатель внутреннего сгорания ушел навсегда в прошлое, необходимо, чтобы мы с вами поняли, что пришло время поменять наш мир, начав с себя. Дело в том, чтобы любая технология стала основной для использования по всему миру необходимо, чтобы мы к ней привыкли, перестроив свои устои и привычки. Это точно также, как мы сначала тяжело привыкали к мобильным телефонам и долгое время не могли отказаться от домашних стационарных телефонов. Затем на смену пришли смартфоны, которые долгое время оставались нами незамеченными, но в итоге прочно вошли в нашу жизнь. Также можно сказать и о новых технологий в автопромышленности. Ведь пока с нашей стороны не появится спрос на новые источники энергии, новые технологии не смогут отправить двигатели внутреннего сгорания на пенсию.

К сожалению, в наши дни не стоит пока рассчитывать на скорое исчезновение ДВС из современных автомобилей. До того момента, когда двигатели внутреннего сгорания мы сможем увидеть только в музеи или в технической литературе в библиотеке или в Интернете, может пройти еще достаточно времени. Дело в том, что несмотря на устаревшую технологию получения энергии, двигатели внутреннего сгорания еще имеют небольшой потенциал развития и увеличения мощности и экономичности. Этим и пользуются автопроизводители. Но я считаю, что в настоящий момент мы наблюдаем переломный момент в истории ДВС и в скором времени люди начнут понимать, что пришло время отказаться от использования автомобилей, оснащенных традиционными двигателями, работающие на бензине и дизельном топливе. И как только это произойдет, автомобильные компании будут вынуждены в короткий срок перестроиться и начать выпускать массово автомобили без ДВС.

Поверьте, совсем скоро двигатели внутреннего сгорания, в качестве источника энергии для передвижения транспорта, станут, как лошади в начале 20 века.

На первом этапе заката двигателей ДВС, уйдут самые неэффективные силовые агрегаты. На рынке на определенное время останутся только самые инновационные и экологически чистые двигатели внутреннего сгорания. Затем исчезнут и они.

Так что наше будущее связано с автомобилями, которые будут оснащаться двигателями, работающие на альтернативных источниках энергии.

Скорее всего, совсем скоро мы будем владеть автомобилями с электрическими двигателями, часть которых будет заряжаться электроэнергией, а часть водородным топливом.

Но также есть вероятность и появления новых видов источников энергии для автотранспорта или нас ждет возрождение старых давно забытых технологий. Например, вполне возможно, что автомобили будущего будут оснащаться пневматическими источниками энергии или, возможно, мы будем заправлять автомобили пищевыми отходами.

Читать еще:  6 цилиндровый двигатель последовательность работы цилиндров

В любом случае мир меняется с бешеной скоростью. Так что исчезновение ДВС в 21 веке неизбежно. Особенно в условиях изменения климата на планете, которое происходит из-за выбросов в атмосферу Земли вредных выхлопных газов от автотранспорта, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.

Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?

  • Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?
  • ДВС что это?
  • Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания
  • Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий ход
  • Выпуск
  • Достоинства и недостатки

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

  • ДВС что это?
  • Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания
  • Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
    • Впуск
    • Сжатие
    • Рабочий ход
    • Выпуск
  • Достоинства и недостатки

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.

5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

• Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

• Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.

8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Читать еще:  Rav 4 объем двигателя расход топлива

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Если вы похожи на большинство водителей, ваше понимание того, как работает автомобильный двигатель, сводится к простому ощущению, что вы заправляете бензин, начинается какой-то пожар, и вы двигаетесь вперед.

Для большинства водителей это вся информация, которую они хотят знать. Но любопытному читателю всегда нужно больше.

Итак, как работает автомобильный двигатель?

Думайте о двигателе вашего автомобиля как о большом воздушном насосе, потому что это именно то, чем он является. Бензин, поршни, свечи зажигания — все это облегчает прокачку воздуха через двигатель, генерируя тем самым мощность. Существует множество различных типов воздушных насосов, но в случае двигателя внутреннего сгорания энергия, необходимая для прокачки, генерируется путем смешивания воздуха с топливом и поджигания этой смеси.

Все начинается с воздуха снаружи машины. Этот воздух фильтруется воздушным фильтром, а затем немедленно смешивается с топливом либо через карбюратор (в старых автомобилях), либо через систему впрыска топлива. Эта смесь топлива и воздуха идет через впускной коллектор, который направляет ее к головке(ам) цилиндров.

Головка цилиндров действует как своего рода привратник между впускной камерой и камерой сгорания (цилиндрами). При этом в большинстве автомобилей стоит четыре, шесть или восемь камер сгорания, и если все эти камеры одновременно воспламенят свою воздушно-топливную смесь, двигатель не может работать плавно или генерировать достаточно энергии. Поэтому, чтобы мотор работал бесперебойно и эффективно, подача топливной смеси и искра, которая вызывает взрыв, должны быть точно рассчитаны по тайм-ауту.

Чтобы это произошло, требуются клапаны, и важно, чтобы эти клапаны открывались в нужный момент. В автомобильном двигателе эти клапаны являются частью головки цилиндров, и они открываются и закрываются вращением распределительного вала, который работает внутри двигателя, используя удлиненные лепестки, чтобы толкать клапаны в открытое положение. При открытом впускном клапане цилиндр заполнен топливной смесью. Далее автомобилю нужно распределить искру в камере сгорания — для этого используется дистрибьютор. Распределительный вал и распределитель соединены шестернями, чтобы распределитель всегда «знал», какой цилиндр нуждается в искре.

Когда впускной клапан открывается, распределитель посылает искру через провод свечи зажигания к свече зажигания. Это создает искру внутри цилиндра, которая, в свою очередь, вызывает взрыв. Этот взрыв опускает поршень вниз, толкая его к коленвалу, что приводит к вращению коленвала. Это вращение, в свою очередь, заставляет работать трансмиссию, которая вращает карданный вал и тот в свою очередь передает крутящий момент на колеса. На крейсерской скорости коленчатый вал будет вращаться со скоростью около 3000 оборотов в минуту (об/мин).

Одновременно выпускные клапаны выпускают остатки сгоревшей топливной смеси, направляя их через выхлопную систему и фильтруя их по пути.

Это так все просто. Чем больше воздуха вы прокачиваете, тем больше энергии вы производите.

Примечание: бензиновые и дизельные двигатели с искровым зажиганием отличаются тем, как они подают и поджигают топливо. В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом и затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливовоздушную смесь, искра зажигает ее, вызывая сгорание. Расширение газов сгорания толкает поршень во время рабочего хода.

В дизельном двигателе в двигатель вводится только воздух и затем сжимается. Далее в дизельном двигателе топливо распыляется в горячий сжатый воздух с подходящей, измеренной скоростью, вызывая его воспламенение.

Важно: за последние 30 лет научные исследования и разработки помогли производителям сократить выбросы ДВС в загрязняющие вещества, такие как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (ТЧ), более чем на 99% в соответствии со стандартами выбросов EPA. При этом исследования привели к улучшению характеристик ДВС (лошадиных сил и времени разгона 0-100 км/ч) и эффективности, помогая производителям поддерживать и увеличивать экономию топлива.

Количество клапанов варьируется от двигателя к двигателю

Общее количество клапанов в двигателе будет варьироваться. Старые двигатели имеют 1 впускной и 1 выпускной клапан на цилиндр. Для 8-цилиндрового двигателя двигатель имеет всего 16 клапанов (2 x 8). Некоторые двигатели имеют 2 впускных клапана и 1 выпускной клапан на цилиндр. 6-цилиндровый двигатель с такой установкой 3 клапана на цилиндр будет иметь 18 клапанов (3 x 6). Многие современные двигатели имеют 2 впускных и 2 выпускных клапана для каждого цилиндра. Четырехцилиндровый двигатель с 4 клапанами на цилиндр, конечно, будет иметь в общей сложности 16 клапанов (4 х 4).

Как вы можете видеть из этих примеров, общее количество клапанов НЕ говорит вам, сколько цилиндров в двигателе.

Конфигурации с одним или двумя распределительными валами

Все двигатели с верхним расположением клапанов (кулачок в блоке) имеют один распределительный вал для двигателя. Двигатели с верхним расположением кулачков с распределительными валами в головках могут иметь один цилиндр на головку или два на головку. Если их два, каждый распределительный вал предназначен для работы впускного или выпускного клапанов.

Терминология двигателя говорит нам, что двигатель с одним распределительным валом PER HEAD является двигателем SOHC (с одним верхним кулачком). Аналогично, двигатель с двумя кулачками на головку называется двигателем DOHC (двойной верхний кулачок). Будьте осторожны при подсчете распредвалов! V-образный двигатель DOHC с двумя головками цилиндров имеет четыре распределительных вала (по два на голову).

Как сила от поршней движет машину?

Итак, как двигатель преобразует это движение вверх-вниз во вращательное движение? Для начала опишем как все это технически выглядит: нижний конец шатуна крепится к коленчатому валу, который служит выходным валом для всего двигателя. Эта точка крепления на коленчатом валу смещена от осевой линии коленчатого вала. Когда шатун движется вверх и вниз с поршнем, он вращает коленчатый вал. Представьте работу ног велосипедиста. Движение вверх-вниз на шарнирном колене очень похоже на то, что происходит с поршнем и верхней частью шатуна. Движение вверх и вниз ноги велосипедиста преобразуется во вращательное движение.

Сам коленчатый вал находится в нижней части блока цилиндров. Поскольку коленчатый вал вынужден поворачиваться от мощности, вырабатываемой в течение 4-тактного цикла, он создает крутящее движение или крутящий момент. Задний конец кривошипа выходит из блока цилиндров сзади, и оттуда он соединяется с маховиком, трансмиссией, приводным и осевым валами, в конечном итоге достигая ведущих колес. Это сила, которая заставляет автомобиль двигаться.

В задней части двигателя, где коленчатый вал выходит из блока цилиндров, прикреплен маховик.

Важно: теперь, когда у вас появилось хотя бы примерное представление о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, вы наверняка оцените важность регулярного технического обслуживания, особенно замены масла, которое обеспечивает смазку всех движущихся частей.

Откуда клапаны «знают», когда открываться и закрываться?

Впускной и выпускной клапаны приводятся в движение отдельными распределительными валами. Эти клапаны выполняют важную функцию, и их движение точно синхронизировано.

Назначение клапанов

Двигатель должен иметь как минимум один впускной клапан и один выпускной клапан для каждого цилиндра. Для того чтобы 4-тактный цикл был успешным, открытие и закрытие этих клапанов точно контролируется — синхронизируется с движением поршней, чтобы каждый клапан выполнял свою работу именно тогда, когда это необходимо.

Открытие и закрытие всех клапанов двигателя осуществляется распределительным валом. Каждый распределительный вал содержит несколько «лепестков», которые представляют собой части неправильной формы, расположенные на центральном валу. По мере того, как распределительный вал вращается, эти лепестки соприкасаются с другими компонентами для перемещения клапанов.

Сами клапаны обычно закрыты и удерживаются пружинами клапанов. При этом лепестки должны преодолевать давление пружины, чтобы открыть клапаны. Поскольку лепесток продолжает вращаться, пружины снова закрывают клапаны.

Примечание: в двигателях с верхним расположением клапанов распределительные валы установлены в блоке двигателя и соединены с клапанами подъемниками, толкателями и коромыслами (в зависимости от конструкции двигателя). В двигателях с верхним распредвалом распределительные валы находятся в головке цилиндров.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector