Научно-технический прогресс в двигателестроении, тенденции развития двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок для автомобилей
Скачать 195.1 Kb.
|
| УДК 621.436 к.т.н. Шабанов А.В. НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ», к.т.н. Ломакин В.В., инж. Шабанов А.А. МГМУ «МАМИ» Saaha-1955@mail.ru тел.89258275903 Научно-технический прогресс в двигателестроении, тенденции развития двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок для автомобилей Ключевые слова: двигатели внутреннего сгорания, эксплуатационные требования, конструкция ДВС, исторические факты Shabanov A.V., Lomakin V.V., Shabanov A.A. Scientific and technical progress in engine-building, development trends of internal combustion engines and vehicle power generation systems Key words: internal combustion engines, on-the-road requirements, ICE construction, historical facts АННОТАЦИЯ Выполнен анализ различных типов двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и рассмотрен процесс совершенствования конструкции поршневых двигателей с исторической точки зрения. Приведены эксплуатационные требования к современным автомобильным двигателям и рассмотрены автомобильные двигатели, как удовлетворяющие этим требованиям и применяемые на современных автомобилях, так и не получившие широкое применение из-за несоответствия предъявляемым эксплуатационным требованиям. Показаны основные мероприятия по совершенствованию конструкции ДВС. Приведены некоторые исторические факты биографии изобретателей и видных ученых внесших большой вклад в развитии теория ДВС и подготовки специалистов для автомобильной отрасли. Лит.- 9 назв. Сведенья об авторах статьи Шабанов Александр Викторович, кандидат технических наук, научный сотрудник ОСС НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ». Доцент кафедры «Тепловые двигатели» МГМУ «МАМИ». Ломакин Владимир Владимирович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Автомобили и тракторы» МГМУ «МАМИ». Шабанов Андрей Александрович, аспирант кафедры «Автомобили и тракторы» МГМУ «МАМИ». В настоящее время многие ученые исследователи в научной и технической литературе затрагивают проблемы конструкции современных двигателей внутреннего сгорания и делают на основе современных тенденций в экологической и энергетической сфере прогнозы развития силовых энергетических установок для современных автомобилей. Рассматривая проблемы по совершенствованию конструкции поршневых двигателей с исторической точки зрения, представляют интерес этапы создания различных типов ДВС, а также технические задачи, возникающие при их постановке на производство, анализ их конструкций. Многие конструктивные решения, направленные на достижение поставленных целей, не оправдали себя на определенных исторических этапах из-за состояния технологии производства того уровня. Однако, с развитием научно-технического прогресса в области технологии, внедрения передовых достижений в области электроники и новых материалов в двигателестроении передовые идеи на следующем этапе развития были успешно реализованы. Причем на новом витке развития их реализация достигалась конструктивно иначе, а поставленные перед автомобилестроителями задачи были достигнуты в новом качестве. С учетом выше сказанного попробуем в рамках данной статьи проанализировать этапы развития оригинальных проектов поршневых двигателей и выполнить анализ конструкций двигателей широко используемых в настоящее время и не получивших распространение в массовом производстве, а также, учитывая проблемы в экологической и энергетической сфере, рассмотреть тенденции развития перспективных поршневых двигателей и энергетических установок для современных автомобилей. Первый поршневой двигатель был создан в 1860г. Ленуаром. Он работал по двухтакному циклу на газе, имел золотниковое распределение и посторонний источник зажигания. Немецкий изобретатель Н.Отто создал 4х тактный двигатель с предварительным перед воспламенением сжатием газовоздушной смеси, а затем и бензовоздушной смеси с КПД 15,5%. Это обеспечило существенное повышение экономичности. Эти двигатели получили промышленное применение. Главным недостатком этих двигателей вследствие специфики процесса сгорания топливовоздушной смеси является невозможность увеличения рабочего объема цилиндров и как следствие ограничение его мощности. С увеличение объема цилиндра двигателя возрастает склонность к детонационному сгоранию топливно-воздушной смеси. Двигатель с воспламенением от искры можно форсировать за счет частоты вращения коленчатого вала (спортивные двигатели), однако с ростом частоты вращения растут механические потери, что приводит к увеличению расхода топлива. Двигатели с воспламенением от искры (бензиновые ДВС) нашли свое применение на легковых автомобилях и небольших грузовиках. В отличие от бензиновых двигателей, двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь больший рабочий объем. При этом они экономичны и имеют высокую удельную мощность. В 1896г. немецкий инженер-теплотехник Рудольф Дизель построил первый двигатель, работающий по этому принципу. Дизельный ДВС имел КПД, равный 26%. Сегодня без теплового двигателя Рудольфа Дизеля невозможно представить современные грузовые автомобили, морские и речные суда, локомотивы, промышленные стационарные генераторные установки. В 2008г. отмечалось 150-летие со дня рождения Рудольфа Дизеля. Приведем некоторые исторические факты биографии изобретателя, связанные с созданием двигателя [1]. Еще студентом на одной из лекций по теплотехнике Рудольф Дизель услышал о термодинамическом цикле французского теоретика Карно, который позволял превратить в полезную работу до 70% подведенного тепла к рабочему телу. Работая на заводе холодильных машин в Париже, Рудольф Дизель разрабатывает проект машины, где в качестве рабочего тела предлагает использовать сильно сжатый атмосферный воздух, впрыскивать в него распыленное топливо и одновременно со сгоранием расширить его для получения полезной работы. Рудольф Дизель в 1892г. берет патент на изобретение. Сжатие воздуха, а не горючей смеси давало возможность предотвратить преждевременное воспламенение легких фракций топлива. Первый двигатель Рудольфа Дизеля развивал мощность 20 л.с. при частоте вращения коленчатого вала 172 об/мин и проработал 17 суток без остановки. Регулирование мощности осуществлялось качественным изменением состава смеси. КПД двигателя составил 26%. В результате многолетней и кропотливой работе Рудольфу Дизелю удалось разрешить массу конструктивных и технологических проблем. Положительным качеством двигателя являлся быстрый запуск из холодного состояния, легкое регулирование мощности. В 1898 г. патент и лицензию на производство двигателя Рудольфа Дизеля приобрел Нобель, имевший в Петербурге машиностроительные заводы. Первый построенный российский дизель работал на сырой нефти, и был более экономичным по сравнению с дизельным двигателем, работающем на керосине. В 1903г была выпущена первая в мире судовая дизельная установка мощностью 120 л.с., а в 1909г. два дизельных двигателя установлены на подводной лодке. Начавшаяся постройка дизелей в России дала огромный скачок развитию машиностроения, транспорта, металлургической промышленности. С развитием двигателестроения развивалась и теория ДВС. Проф. МВТУ В.И. Гриневицкий в 1906г. разработал метод теплового расчета ДВС, который в дальнейшем развили ученые НАМИ и МАДИ член-корр. АН СССР Н.Р. Блилинг, проф. Е.К. Мазинг, акад. Б.С. Стечкин и др. Под руководством Н.Р. Блилинга сконструированы в 30-х годах первые быстроходные дизельные двигатели. Он является автором первого учебника по ДВС. Е.К. Мазинг, развил идеи своего учителя В.И. Гриневицкого, усовершенствовал методику теплового расчета двигателей. Выдающийся ученый академик Б.С. Стечкин работал в области термодинамики, внес вклад в исследование индикаторного процесса поршневых двигателей. Разработал основы теории реактивных двигателей. В начале 60-х годах организовал работы в области экологии, практическим воплощением которых явилось в 1966 годы создание Лаборатории нейтрализаторов (ЛАНЭ), которой руководил сподвижник и ученик Б.С.Стечкина д.т.н. И.Л.Варшавский. Необходимо отметить видных ученых, внесших свой вклад в развитие теории двигателестроения, исследования рабочих процессов и подготовку специалистов, это проф. И.М. Ленин, проф. В.Ф. Кутенев (МАМИ), проф. М.С. Ховах, проф. В.М. Архангельский, проф. В.Н. Луканин (МАДИ), проф. А.С. Орлин, проф. М.Г.Круглов (МВТУ). Большой вклад в развитие теории горения топливовоздушных смесей в поршневых двигателях внес проф. А.Н. Воинов (МАДИ). Массовая дизелизация автомобильной техники в СССР началось после 1945г. Были построены новые заводы, сначала производились 2х тактные двигатели с клапанно-щелевой продувкой (Ярославский моторный завод, ЯМЗ-204), в 60 годах освоено производство 4х тактных двигателей, ЯМЗ-236, а в 70 годах освоено производство двигателей КамАЗ. (Участие в создании и исследовании этих двигателей принимал д.т.н. Н.С. Ханин) Совершенствование двигателей шло по пути увеличения удельной мощности, снижении расхода топлива, увеличения моторессурса, надежности, снижение металлоемкости, шумности и токсичности отработавших газов. Основными мероприятиями по совершенствованию конструкции двигателей это применение наддува с охладителями надувочного воздуха, непосредственного впрыска топлива, применение качественных материалов, оптимизация процесса сгорания топлива за счет камеры сгорания и топливной аппаратуры с высокой энергией впрыска. В настоящее время основным показателями двигателя является экономичность и его экологическая характеристика, т.е. соответствие его современным требованиям стандартов ЕЭК ООН. Двигатели, устанавливаемые на автомобили, оснащаются электронным оборудованием, системами нейтрализации отработавших газов. Их развитие идет по пути использования нетрадиционных источников топлива (водород, сжиженный и сжатый газ, биотопливо), создание комбинированных силовых установок. Требования к автомобильным двигателям Для оценки экологических и экономических показателей двигателей автомобилей в эксплуатации используют городской и магистральный испытательный циклы. Циклы представляют набор различных (постоянных и переменных) режимов движения. Страны ЕЕС используют принятые нормативные документы - Правила ЕЭК ООН, определяющих уровень экологической безопасности автомобилей. Россия также применяет требования Правила ЕЭК ООН [2,3,4]. Стандарты США устанавливают более жесткие нормы выбросов вредных веществ по сравнению с европейскими. Испытательный цикл, применяемый в США (цикл US FTP - федеральная испытательная процедура), является более нагруженным. Проблема защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия автотранспорта в США и Японии, поставлена в ряд приоритетных национальных проблем. Устанавливаемые там жесткие нормативы выбросов вредных веществ разработаны специалистами на основе научных исследований, обоснованы с учетом гигиенических, социальных и технических факторов, является частью государственной политики, экологические требования имеют силу закона и утверждаются конгрессом США. Соответствие производимых в США автомобилей установленным требованиям осуществляется государственной организацией – Агентством по охране окружающей среды (ЕРА). Испытательные циклы национального стандарта Японии отличаются несколько меньшими нагрузками, но сопоставимыми с европейскими. Двигатели не получившие широкое применение из-за несоответствия перечисленным эксплуатационным требованиям Двухтактный двигатель. Впрыск топлива, его распыливание, смешение с воздухом, воспламенение и сгорание в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном дизеле. Процесс газообмена (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов) происходит только при движении поршня вблизи н.м.т. Очистка цилиндра двигателя от отработавших газов осуществляется в течение небольшого промежутка времени. Часть воздуха при продувке удаляется вместе с отработавшими газами через выпускные окна. В двухтактных бензиновых двигателях продувка цилиндров производится топливовоздушной смесью, и вместе с воздухом из цилиндра выбрасывается несгоревшее топливо. Вследствие этого расход топлива и токсичность двухтактных двигателей выше, чем у четырехтактных. Исходя из того, что весь рабочий процесс двухтактного двигателя осуществляется за два такта, следовало ожидать двукратного увеличения мощности относительно четырехтактного двигателя, однако вследствие потери доли объема при газообмене, а также неполноты сгорания топлива, увеличение мощности достигается только в 1,5 раза. Из-за указанных недостатков этот тип двигателя на автомобильном транспорте не получил широкого распространения. Роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля). ДВС имеет корпус, в котором вращается треугольный ротор (поршень) с выпуклыми сторонами, расположенный на эксцентриковом валу. Ротор совершает планетарное движение, при этом три его вершины постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отделенные, одна от другой, перемещающиеся камеры. В роторно-поршневом двигателе (РПД) средний показатель политропы сжатия выше, чем у поршневом ДВС, вследствие меньшего теплоотвода в стенки корпуса из-за более высокой температуры на внутренней поверхности корпуса в той зоне, где происходит процесс сжатия. Процесс сгорания в РПД протекает с некоторым отличием по сравнению с поршневым двигателем. Особенностью процесса сгорания в РПД является то, что большая его часть происходит одновременно с расширением при увеличивающемся объеме. В результате этого давление в основной фазе сгорания меняется незначительно, поэтому по сравнению с поршневым двигателем РПД обладает меньшей склонностью к детонационному сгоранию. Процесс выпуска газов начинается при давлении от 0,8 до 0,3 МПа и происходит с критическими скоростями, длительность этого периода составляет 60 град. поворота ротора. Коэффициент наполнения РПД с ростом частоты вращения вала все время возрастает и максимален на наибольшей частоте вращения вала двигателя. Весь рабочий цикл осуществляется в трех камерах ротора за один оборот эксцентрикового вала, поэтому мощность подсчитывается по формулам для двухтактного двигателя. Конструкция РПД проще поршневых, имеет меньшую массу и габаритные размеры, отличается полной уравновешенностью и отсутствием вибраций. Возникающая центробежная сила инерции, уравновешивается двумя противовесами на эксцентриковом валу. Главными недостатками РПД являются небольшой срок службы и низкая экономичность. Вследствие этого РПД не получил широкого распространения. Форкамерно-факельный двигатель. Конструкция двигателя предусматривает разделение рабочего заряда на обогащенную смесь в форкамеры, где установлена свеча зажигания и впускной клапан, и обедненную в основной камере. При воспламенении богатой смеси, пламя и продукты сгорания выбрасываются через сопловые отверстия форкамеры в основную камеру, что обеспечивает эффективное сгорание обедненной смеси α > 1,5 на частичных нагрузках. На полной нагрузке смесь используется обогащенная. Сгорание обедненной смеси обеспечивает низкое содержание СО, NОx. Выбросы СН определяются температурой пристеночных слоев смеси, где происходит ее неполное сгорание. Работа двигателя на обедненной смеси исключает возможность использовать λ-датчика и соответственно трехкомпонентного нейтрализатора. Другим недостатком данного двигателя является его неустойчивая работа на режимах близких к полному дросселю, вследствие влияния обедненной смеси основной камеры на форкамеру в процессе сжатия смеси. Смесь, из основной камеры, попадая в форкамеру сильно обедняет состав форкамеры. Это приводит к пропускам зажигания. Если вторую проблему можно конструктивно решить, то отсутствие работоспособного датчика обратной связи и невозможность установки современных нейтрализаторов, ставит форкамерно-факельный двигатель в разряд двигателей с высокой токсичностью отработавших газов. Газодизельные двигатели. Основным топливом, поступающим в цилиндры двигателя в виде газовоздушной смеси, является метан. Для воспламенения газовоздушной смеси применяют непосредственный впрыск небольшой дозы (порядка 20% от максимальной подачи) дизельного топлива, который воспламеняется и поджигает всю массу газовоздушной смеси. Можно отметить преимущества газодизельного двигателя относительно дизельного варианта. Прежде всего - это экономия жидкого топлива, снижение дымности выхлопных газов, значительное (на 3-4 децибела) снижение уровня шума благодаря мягкой работе у газодизеля. Возможность работать как по газодизельному, так и дизельному циклу. В газодизельном цикле максимальный момент достигается в более широком диапазоне оборотов. К недостаткам газодизельного двигателя и автомобиля в целом можно отнести: - проблемы регулирования процесса сгорания газовоздушной смеси по газодизельному циклу, и сгорания дизельного топлива по дизельному циклу (регулирование необходимо для предотвращения детонационного сгорания газовоздушной смеси); - увеличение выбросов углеводородов в выхлопных газах в 7-10 раз и оксида углерода в 2-2,5 раза относительно дизельного цикла (метан составляет 90% выбросов углеводородов, при максимальном обеднении газовоздушной смеси не успевает сгорать полностью); - усложнение топливной аппаратуры и в связи с этим повышенные требования к ее обслуживанию и контролю; - увеличение массы автомобиля; - снижение запаса хода при работе по газодизельному циклу; - наличие широкой сети газовых заправочных станций. Автомобильные двигатели, удовлетворяющие эксплуатационным требованиям применяемые на современных автомобилях Дизельные двигатели. Современные дизельные двигатели, удовлетворяющие действующим экологическим требованиям, форсированы турбонаддувом или комбинированным наддувом, имеют эффективные охладители надувочного воздуха, в цилиндре двигателя установлены четыре клапана. Современные системы наддува имеют изменяемую геометрию направляющего аппарата. В камере сгорания применен непосредственный впрыск высокого давления до 135 МПа с пьезокерамическим приводом форсунок (для увеличения быстродействия подвижные механические детали и соединения отсутствуют полностью). Электронное регулирование позволяет изменять как дозу, так и фазу впрыска топлива (системы “столбикового” типа, Common Rail и другие). Также могут устанавливаться насосфорсунки высокого давления. Для снижения NOx применяются различные методы. Это сочетание рециркуляции и окислительного катализа. Каталитическая система очистки чувствительна к содержанию серы в топливе, поэтому по мере ужесточения норм выбросов вредных веществ возрастают и требования к ее ограничению содержания в топливе. Другое направление селективное восстановление NOx аминогруппами: аммиаком (NH3) или мочевиной {CO(NH2)2}[2]. В качестве восстановителей могут быть использованы и углеводороды, в том числе дизельное топливо (SCR-HС процесс). Однако данный процесс может быть реализован в узком температурном интервале и эффективность его существенно уступает процессу восстановления NOx аминогруппами. Дополнительно устанавливают сажевый фильтр. В последние годы распространение получили дизельные фильтры, обеспечивающие удаление частиц, нормируемых экологическими стандартами. Частицы размером от 200 нм до 10 мкм фильтруются и удаляются из потока газов или периодически или непрерывно. В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки, пористая керамика и другие тугоплавкие материалы. При этом фильтры имеют небольшое гидравлическое сопротивление. Бензиновые двигатели. В настоящее время выполнение жестких требований экологических стандартов (действующих в странах ЕС с 2010 года Евро-5) можно обеспечить, применяя современные системы нейтрализации отработавших газов с электронным управлением впрыска топлива и зажигания [4]. Для поддержания стехиометрического состава горючей смеси (α = 1) используется сигнал датчика кислорода (λ - зонда), который устанавливается в выпускном трубопроводе и сигнализирует о наличии кислорода в выпускной системе. Для диагностирования работы нейтрализатора в выпускной системе устанавливаются два датчика кислорода на входе в него и на выходе. Для нейтрализации NOx существует несколько способов–плазменный, селективно-восстановительный и накопительный (адсорбционный). Селективно-восстановительный катализатор является устройством непрерывного действия и использует углеводороды ОГ для восстановления NOx, выполняя функцию трехкомпонентнного катализатора. Он имеет высокую долговечность, относительно низкую чувствительность к сере, входящую в состав бензина. Эффективность его на 30% ниже, чем у накопительного катализатора и более чувствительна к температуре ОГ [2]. Основной причиной нарушения работы нейтрализатора является термическое и химическое старение. Проблема термического старения накопительного катализатора может быть решена. Химическое старение связано с его отравлением серой, содержащейся в топливе. Применение бензинов с минимальным содержанием серы менее 10 ррм радикально решает эту проблему [4]. Широкое применение нашли бензиновые двигатели с распределенным и непосредственным впрыском топлива. При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласовании момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр в определенный момент времени (несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени (согласованное впрыскивание). Центральной частью системы впрыскивания топлива является электронный блок управления. На основании сигналов датчиков частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, температуры охлаждающей жидкости двигателя, кислородного датчика и других датчиков блок управления рассчитывает количество впрыскиваемого топлива форсунки с электромагнитным клапаном и определяет угол опережения зажигания. В настоящее время совершенствование бензиновых двигателей идет в направлении систем непосредственного впрыска в цилиндр двигателя (топливная аппаратура компании Bosch), управление фазами клапанов газораспределения, применение рециркуляции отработавших газов, турбонаддува и других устройств. Очень эффективно применение ультробедного варианта подачи топлива с применением наддува и регулированием степени сжатия. Это позволяет улучшить топливную экономичность до 10%. Стехиометрический вариант двигателя с регулированием фаз газораспределением и подъемом клапанов – позволяет в более простом по конструкции варианте получить уменьшение расхода топлива до 7%. В странах ЕЭС уже намечено введение требований норм выбросов ЕВРО-6. В настоящее время также вводится существенное ограничение выбросов по парниковому газу СО2 [3]. Выполнение этих норм заставляет производителей активно искать новые пути в совершенствовании конструкции автомобилей и в том числе разрабатывать гибридные автомобили, электромобили, водородные двигатели. Перспективные поршневые двигатели и энергетические установки автомобилей Водородные двигатели. Первый патент на двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом выдан в Англии в 1841г. С тех пор периодически проявлялся интерес к водородному двигателю, разрабатывались различные конструкции, велись поиски его возможного применения. Первые серьезные исследования водородного двигателя были сделаны английским инженером Г.Рикардо в 20-х годах 20 века, который показал преимущества водородного топлива перед бензиновым. В этих исследованиях было установлено, что ДВС на водороде может работать с высоким КПД во всем диапазоне нагрузок за счет изменения подачи водорода. На водороде из аэростатов работали большое число двигателей ГАЗ-АА в осажденном Ленинграде. Интерес к водородному двигателю постоянно поддерживался, разрабатывались новые конструкции двигателей, проводились исследования. Энергетический кризис 80-х годов поставил водородное топливо в ряд лучших перспективных топлив. Водород входит в состав воды, запасы которой на Земле огромны. Водород можно получить путем электролиза воды с помощью электричества. Водород экологически чистое топливо. При сгорании водорода образуется продукт полного сгорания Н2О и оксиды азота NОx. Считается, что использование водорода позволяет уменьшить выбросы вредных веществ более чем на 90% [5]. Электромобили. Варианты разрабатываемых электромобилей базируются на батарейных аккумуляторах. До недавнего времени в производстве находились лишь свинцовокислотные аккумуляторы, имеющие ограниченный срок службы (< 4 лет), относительную низкую энергоемкость на единицу массы, длительное время зарядки (до 12час.) и небольшой пробег на одной зарядке. Поэтому электромобили не получили широкого распространения. В настоящее время созданы и производятся литий-ионные аккумуляторы, которые лишены многих недостатков свинцовых аккумуляторов. Разработчики аккумуляторных энергоносителей в настоящее время продолжают активно совершенствовать литий-ионные и литиево-полимерные аккумуляторы. Удельная энергоемкость литий-ионных аккумуляторов может в 15 раз превышать энергоемкость свинцовых аккумуляторов. Стоимость литий-ионных аккумуляторов остается весьма высокой. Но прогнозируется, что стоимость их будет составлять не более 10-15% стоимости автомобиля. В перспективе стоимость электромобиля при массовом производстве будет сопоставима со стоимостью традиционного автомобиля, работающего на бензине. Электромобилю с массой 1000 кг для преодоления расстояния в 150 км на одной зарядке требуется 20 кВт*ч энергии (20 кВт.ч*3,8р=76р), а традиционному бензиновому автомобилю для преодоления этого расстояния 8 л. (8л*30р=240р) [6]. Электромобиль по стоимости энергии в 3,2 раза выгодней. Учитывая это, можно сказать, что использование электроэнергии в электромобиле значительно выгоднее, чем применение нефтяного топлива на традиционных автомобилях. На современном этапе промышленного производства литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторных батарей и зарядных станций, позволяющих довести время полной зарядки до 10-20 мин за счет увеличения зарядного тока, вопрос применения электромобилей в городских условиях приобретает еще большую актуальность. Японская кампания Toshiba уже освоила и промышленно выпускает подобные аккумуляторные батареи, которые заряжается со скоростью (2-3)% в минуту от общей мощности. При этом фирма гарантирует нормальную эксплуатацию такой батареи в течении 5 лет. В США также широко используются станции быстрой зарядки электромобилей, которые позволяют довести 80% заряд батарей в течение 20 минут. Если на загородных автотрассах электромобиль не может конкурировать с обычным автомобилем и гибридом, то в городе, выполняя маршрутные пассажирские перевозки, он может найти свою нишу и быть эффективней по экологическим и экономическим показателям. Гибридные автомобили. Переход к энергосберегающим технологиям на транспорте и выполнение жестких требований стандартов ЕЭК ООН можно обеспечить, применяя комбинированные энергоустановки на гибридных автомобилях. Силовая установка таких автомобилей состоит из ДВС (как основного силового агрегата), и электрического привода (как вспомогательного), также может использоваться накопители электрической энергии, создаваемой при торможении. Электрическая машина, используемая в таких конструкциях, может также совмещать в себе функции двигателя и генератора. Электродвигательный режим работы используется как для пуска ДВС (стартерный режим), так и в процессе движения. Наиболее целесообразно применение систем аккумулирования энергии совместно с механической бесступенчатой передачей, которая позволяет, производить регулирование скорости движения транспортного средства при постоянной степени загрузки двигателя путем бесступенчатого регулирования передаточного числа трансмиссии, что позволяет загрузить двигатель по характеристике минимального расхода топлива. Комбинированные энергоустановки применяются с нейтрализаторами и позволяют на 40-50% снизить расход топлива, на 50-70% уменьшить вредные выбросы и в том же объеме выбросы СО2. Для гибридной силовой установки существуют пять характерных режимов работы [7]. Первый: начало поездки, движение с малой нагрузкой, небольшой скоростью. Работает электромотор. Двигатель и генератор не работают. Аккумулятор разряжается. Второй: движение с постоянной скоростью. Один поток мощности идет через редуктор к ведущим колесам, а второй - к генератору, который вырабатывает энергию для электромотора, передающего крутящий момент ведущим колесам. Аккумулятор бездействует. Третий: разгон с полностью открытым дросселем. Работа аналогична второму режиму и вступает в действие аккумулятор, отдающий дополнительную энергию электромотору. Четвертый: торможение, замедление. В результате инерции колес начинается вращение тягового электромотора, который в этом режиме становится генератором. Вырабатываемая энергия идет на зарядку аккумулятора. ДВС и генератор не работают. Пятый: зарядка. При разряженной батарее, от генератора начинается подача тока в аккумулятор. Уже все ведущие западные фирмы начали серийное производство гибридных автомобилей. Данное направление становится решающим при переходе к экологически чистым автомобилям [8,9]. Наилучших результатов в данном направлении добились Японские автомобильные кампании Toyota и Honda на гибридных автомобилях Toyota Prius, Toyota Corolla и Honda Insight благодаря оптимальному подбору параметров силовой установки и выбору алгоритму ее управления. В последние годы с бурным развитием автомобильного парка обычных гибридов (HEV), появились необычные гибриды (PHEV) Chevrolet Volt, Toyota Prius Рlug-in и др. Эти гибриды отличаются тем, что их можно подзаряжать от электросети (plug-in hybrid vehicle – подзаряжаемый гибридный автомобиль). Они максимально использует электрическую тягу, а если батарея разрядилась, переходят на тягу от ДВС. Для подзарядки используется обычная электросеть или используется специальные зарядные устройства. Таким образом, в настоящее время в автомобилестроении получили развитие дизельные двигатели, форсированные наддувом и охладителями надувочного воздуха. В камере сгорания применен непосредственный впрыск высокого давления. На бензиновых двигателях применяют распределенный и непосредственный впрыск топлива, управляемый электронной системой. Эти двигатели применяют в сочетании с современными системами нейтрализации выбросов вредных веществ. Они также нашли применение в перспективных силовых установках гибридных автомобилей. Литература
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Газотурбинные установки На тему: Научно-технический прогресс газотурбинных установок магистральных газопроводов | | «Химмотология» «Надежность и ресурс современных малообъемных высокофорсированных бензиновых двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом» |
 | Реферат по физике на тему: Двигатели внутреннего сгорания. Их преимущества и недостатки Новые конструкторские решения, внедренные в двигатель внутреннего сгорания; Стр. 21 | | 4. Тенденции развития мх в конце ХХ в. Мировое хозяйство и научно-технический... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Обучающие: обобщение знаний о принципах действия двигателей внутреннего сгорания, о видах топлива и физико-химических процессах в... | | Тема урока: «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания» Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс) |
| Курсовая работа по дисциплине «эксплуатация судовых энергетических установок» Профиль «Эксплуатация корабельных дизельных и дизель-электрических энергетических установок» | | Программа по специальности 180405 «Эксплуатация судовых энергетических установок» «тсб» Винокуровой О. А. на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования: государственные... |
| Урок №53 Тема: Природа и экология. Научно технический прогресс | | Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Приглашаем Вас принять участие в работе Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном... |
| Кривошипно-шатунный механизм Двигатели, установленные на большинстве автотранспортных средств, называются двигателями внутреннего сгорания, потому что процесс... | | Рабочая программа по направлению 180405 «Эксплуатация судовых энергетических... Рабочая программа составлена доцентом Шапиро С. А. основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Тема. Научно-технический прогресс и его влияние на журналистику Я. Н. Научно техническая революция и журналистика // Вестник мгу. Серия 10. Журналистика. 1971. №4 | | Программа стратегического развития Тенденции развития стоматологического образования. Проблемы внешнего и внутреннего характера |
| Программа очного заседания секций региональной научно-практической... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | «Научно-технический прогресс» Оборудование: икт, Стихи, отрывки из фильмов о природе, фотографии флоры и фауны |
