Конвейер МК

АВТОМОБИЛЬНЫЕ МОТОРЫ

12.07.2012

АВТОМОБИЛЬНЫЕ МОТОРЫ

Ежедневно мы пользуемся огромным количеством вещей и уже практически перестали их замечать. Но оказывается в производстве незначительных на первый взгляд вещей кроется масса интересного и познавательного. Развлекательная программа «Конвейер МК» раскроет секреты изготовления самых простых на первый взгляд вещей. Сегодня в программе: АВТОМОБИЛЬНЫЕ МОТОРЫ.

 

Экскурсию по изучению механизмов автомобиля мы начнем с его «сердца» — двигателя. Автомобильные моторы, как и кузова, бывают разных видов и различаются по принципу преобразования какого-либо вида энергии в механическую, которая и вращает колеса машины.

В XX в. появилось большое количество принципиально новых двигателей — ядерные, плазменные, реактивные, однако применения в автотранспорте они не нашли. Поэтому в современных автомобилях используют либо усовершенствованные моторы прошлого столетия, либо построенные на их основе новинки — гибридные и роторные двигатели.

Знакомство с автомобильным двигателем мы начнем с самого распространенного типа — двигателя, работающего на бензине.

ДВС — сокращенное название двигателя внутреннего сгорания.
Впускной клапан — деталь, управляющая подачей топливно-воздушной смеси в двигатель.
Поршень — подвижная деталь, перекрывающая цилиндр в поперечном сечении и перемещающаяся вдоль его оси.
Распределительный вал — механизм, имеющий кулачки, которые при вращении вала взаимодействуют с толкателями и обеспечивают выполнение двигателем операций по заданному циклу.
Цилиндр — полая деталь с цилиндрической внутренней поверхностью, в которой движется поршень.
Кривошип — звено кривошипного механизма в виде пальца, смещенного относительно оси вращения.

 


ДВИГАТЕЛЬ, «ПОЖИРАЮЩИЙ» БЕНЗИН


Бензиновый двигатель в целом представляет собой машину, преобразующую тепловую энергию, высвобождающуюся в результате сгорания топлива, в механическую работу, которая используется для движения автомобиля. На большинстве современных машин устанавливаются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Чаще всего двигатель располагается в передней части автомобиля.

В зависимости от того, каким способом происходит образование топливно-воздушной смеси и как быстро она воспламеняется, двигатели внутреннего сгорания делятся на карбюраторные и дизельные. В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) топливо сгорает внутри цилиндров, и тепловая энергия, выделяющаяся при этом процессе, преобразуется в механическую работу. В данном случае рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, каждый из которых соответствует определенному такту.

Когда двигатель уже начал работать, такты впуска, сжатия и выпуска происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя во время рабочего хода.

Процессы, происходящие внутри цилиндров, приводят в движение поршни, которые вращают коленчатый вал, передающий энергию распределительному валу. Распредвал в свою очередь систематизирует работу выхлопных клапанов, благодаря чему возгорание топливной смеси в цилиндрах происходит в нужный момент.

Поскольку двигатель производит много теплоты, он рискует перегреться и заглохнуть. Чтобы этого не произошло, необходима система охлаждения двигателя. В большинстве современных автомобилей эта система жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией, заполняющаяся водой или антифризом. Жидкость нагнетается насосом, забирает теплоту от двигателя и передает ее через радиатор в окружающую среду.

Как известно, в цилиндрах двигателя сгорает не чистый бензин, а его смесь с воздухом. Для приготовления такой топливной смеси в машине устанавливают специальный прибор — карбюратор. Именно механизмы карбюратора следят за приготовлением в строго определенных пропорциях смеси топлива и воздуха и подачей ее в цилиндры двигателя.

ПРОДОЛЖАЯ ДЕЛО РУДОЛЬФА ДИЗЕЛЯ

Как известно, великому изобретателю высокоэффективного двигателя Рудольфу Дизелю так и не удалось построить работоспособный двигатель, который можно было бы использовать на автомобиле.

Первый в мире действующий автомобильный дизельный двигатель построили в 1910 г. в швейцарской фирме «Сафир AG» инженеры Демамп и Сегин. В качестве базы был использован 4-цилиндровый бензиновый «Заурер» объемом 5,7 л. При переделке на дизельный цикл он потерял в мощности 15 л.с, но его экономические показатели оправдали эту потерю.

Работа по совершенствованию дизелей длительное время проходила в различных странах мира. Успех был налицо, но отсчет истории автомобильного дизеля ведется лишь с 1923 г. Фирмы МАН и «Бенц» одновременно построили собственные конструкции легких дизелей. В феврале 1924 г. на Амстердамском автосалоне фирма «Бенц» впервые представила свой 5-тонный дизельный грузовой автомобиль. В то же время фирма МАН начала серийное производство грузовиков с двигателями Дизеля. Следует отметить, что дизельный двигатель начала XX в. был недостаточно эффективным. Он был слишком тяжел и производил много шума, имел большие габариты и не мог обеспечить автомобилю высокие динамические и скоростные показатели.

Карбюраторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором горючая смесь приготавливается карбюратором вне камеры- сгорания (отсюда другое название — двигатель с внешним смесеобразованием) и воспламеняется в камере сгорания свечой зажигания. Применяется на автомобилях, мотоциклах, катерах и т.д.

Кулак — деталь кулачкового механизма в виде пластины, диска или цилиндра, имеющая фасонную рабочую поверхность и предназначенная для управления клапанами.

Термостат — прибор для поддержания постоянной температуры.

Маховик — колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу двигателя.

Радиатор — устройство в ДВС для снижения температуры охлаждающей жидкости или масла, циркулирующего по системе каналов (трубок).

В 1978 г. сенат США принял закон, запрещающий с 1980 г. выпуск автомобилей, расходующих на 100 км пробега более 14,6 л топлива.

Впервые серийное производство дизельных легковых автомобилей удалось осуществить немецкой фирме «Даймлер-Бенц». В 1935 г. был изготовлен первый легковой «Мерседес-Бенц 260Д», представленный в следующем году на международном Берлинском салоне. Это был 6-местный автомобиль с кузовом ландо на базе серийной модели «200». С 1937 г. к первому образцу добавились модели с кузовами типа кабриолет и лимузин.

В наше время преимущества дизельного двигателя уже никто не ставит под сомнение. Их широко используют не только на большегрузных автомобилях, но и на их легковых собратьях. Так, например, поступает тюнинговая фирма «Альпина», специалисты которой успешно дорабатывают серийные модели БМВ. Кроме модификации салона и установки в нем нестандартного оборудования, фирма «Альпина» производит замену стандартного карбюраторного двигателя дизельным.

Последней разработкой специалистов фирмы «Альпина» в этом направлении стал автомобиль «БМВ Альпина D10 Би-турбо», который, по мнению специалистов, открывает новую страницу в истории мощных спортивных автомобилей.

Самые последние разработки концерна БМВ в области технологий производства дизельных двигателей легли в основу работы специалистов из «Альпины». В итоге получился супердизель с потрясающими характеристиками мощности, крутящего момента и минимальным (по сравнению с другими «супермашинами») потреблением горючего.

 

Благодаря своим динамическим показателям и максимальной скорости, превышающей 250 км/ч, «БМВ Альпина D10 Битурбо» удостоилась звания самого быстрого дизельного автомобиля в мире.

 

Для проверки действенности новой системы нейтрализации выхлопных газов дизельных двигателей в 1973 г. в Польше в течение двух суток в оранжерее работал дизель. Ни одна гвоздика не пострадала.

 

ВОЗВРАЩЕНИЕ К ГАЗУ

Еще в начале XIX в. была разработана и запатентована конструкция газового двигателя, а в 1860 г. французу Ленуару удалось построить первый мотор, работающий на смеси воздуха и газа. В то время такой выбор горючего никого не удивил — бензина еще не было.

Бензиновые двигатели вели себя вполне сносно, и о газе как о возможном моторном топливе надолго забыли. Лишь через 100 лет после Барнетта, в конце 30-х гг. XX в., вновь появилась мысль о его использовании. Тогда и были созданы первые газогенераторные автомобили. Необходимый для питания автомобиля газ вырабатывался в топке при нагревании дерева, а оттуда подавался в двигатель. Широкого распространения такой сложный механизм не нашел, и о газе вновь забыли практически еще на полвека.

В наше время в связи с подорожанием бензина ученые вновь приступили к поиску альтернативных видов автомобильного топлива. Были опробованы и природный газ, и синтезированные жидкости, такие как спирт, который можно получить при переработке практически любого сырья — от тростника до апельсиновых корок. Во время испытаний исследователи обратили внимание на интересный факт — оказалось, что все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин. Проведенные исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина — вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше.


Газ — агрегатное состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему объем.

 

Эксперименты убедительно свидетельствовали о том, что автомобили, работающие на газе, более выносливы по сравнению со своими бензиновыми собратьями. Срок их эксплуатации без ремонта увеличивается в 1,5—2 раза.

Однако, несмотря на многочисленные достоинства природного газа, закрывать заправочные станции и полностью переходить на этот вид топлива еще рано. В газовом топливе тоже есть свои недостатки. Главный из них заключается в том, что плотность природного газа в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль газом при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак по объему в 1000 раз больше. Выходит, для того чтобы не возить за собой огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Но для его хранения в таком состоянии придется использовать громоздкие специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Поэтому ученые обратили внимание еще на один вид топлива, на этот раз синтетический — пропан-бутан. Его получают при перегонке нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением 16 атмосфер. По своим свойствам сжиженный пропан-бутан почти не отличается от сжатого природного газа: то лее высокое октановое число, те же неплохие экологические и эксплуатационные показатели.

Может показаться, что вопрос о том, какое топливо лучше использовать для своего автомобиля, решен полностью. Но не стоит спешить. Ведь по статистике на сжиженном газе сейчас работает вдвое меньше машин, чем на сжатом. И причина этого вот в чем — пропан-бутана получают в 20 раз меньше, чем добывают природного газа. Следовательно, его массовое применение приведет к возникновению топливного кризиса, что в ближайшее время нам не грозит в случае использования бензина.

АВТОМОБИЛЬ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ

В истории развития автомобильного транспорта присутствовал еще один двигатель, который, как и газовый, не выдержал конкурентной борьбы с бензиновым и сошел с дистанции. Принцип его действия основан на преобразовании электрической энергии в механическую. В 1900 г. автомобили с электрическими двигателями встречались так же часто, как и бензиновые. А уже в 1920 г. их можно было сосчитать по пальцам. За двадцать лет электрический двигатель полностью сдал свои позиции и отказался от борьбы со своим бензиновым собратом.

 

У электрического двигателя был большой недостаток, что главным образом и отразилось на его дальнейшей судьбе, — необходимость возить с собой огромные, тяжелые аккумуляторы, которые при этом еще нужно было постоянно подзаряжать. Так как они вырабатывали самое большее 10—15 Вт.ч энергии на 1 кг своей массы, то для поездки на двухтонном экипаже требовалась бы аккумуляторная батарея массой 700—1000 кг.

Наступление Министерства охраны окружающей среды Италии на двигатели внутреннего сгорания дает о себе знать. Розетки для подзарядки электрических транспортных средств появятся скоро по соседству с бензоколонками в трех крупнейших городах страны. Болонья, Рим и Турин решили последовать примеру Флоренции, где эксперимент по внедрению двухколесных средств передвижения на электрической тяге увенчался успехом. «Электроллеры» — электрические аналоги мотороллеров, выпуск которых наладила итальянская промышленность, имеют запас хода 50 км при максимальной скорости до 70 км/ч. Для полной зарядки аккумуляторных батарей достаточно всего четырех часов, ну а за два часа их молено «заполнить» на 80%.

В последние годы XX в. научно-исследовательские институты и ведущие фирмы, занимающиеся выпуском аккумуляторных батарей. Такие как «Варта», «Делко», «Сони», «Мацушита», стали получать финансовую поддержку в виде государственных программ и заказов от автопроизводителей на разработку легких элементов питания повышенной емкости. Это принесет свои плоды — специалисты ожидают существенного удешевления и совершенствования энергоемких батарей уже в первые годы XXI в.

О ТОМ, КАК «ВЫРАСТИЛИ» ГИБРИД

Удивить техническими новинками в эпоху электроники, полимерных материалов и высоких промышленных технологий почти невозможно. 10 декабря 1997 г. стало новой памятной датой в более чем вековой истории автомобиля. Японская фирма «Тойота» на Токийской международной выставке 1997 г. объявила, что с 10 декабря дилеры компании в Японии начинают продажу серийного легкового электромобиля «Приз», точнее легковой машины с гибридным бензо-электрическим приводом.

Заменить коробку передач комбинацией «генератор-электромотор» — идея не совсем новая. В конце 40-х гг. на улицах городов России можно было встретить дизель-электрические автобусы ЗИС-154, да и сегодня такая передача применяется на карьерных самосвалах БелАЗ. Но это касалось лишь большегрузных автомобилей — блок «генератор-электромотор» для легковушек излишне тяжел и громоздок. А если найти разумный компромисс и, подобно селекционерам, вырастить гибрид? Такую задачу и поставили перед собой специалисты фирмы «Тойота».

 

Новый электромобиль позволил решить сразу четыре важнейшие задачи. Во-первых, уменьшены в 10 раз выбросы вредных веществ в атмосферу. Во-вторых, удалось существенно снизить массу электрической части силовой установки. В-третьих, нет необходимости заряжать аккумулятор от внешнего источника — батареи подпитываются от бортовой энергетической установки. В-четвертых, такому автомобилю не нужна коробка передач. Изменение силы тяги на ведущих колесах происходит автоматически, благодаря «врожденным» свойствам электромотора.

 

Автомобилем XXI в. журналисты окрестили машину с мотором, который разработала промышленная группа «Partnership far a New Generation of Vechicles» (США). Это двигатель, в котором бензин служит не топливом, а только сырьем для синтеза водорода. В смеси с воздухом водород образует горючую смесь, которая попадает в цилиндры ДВС. Двигатель соединен с электрогенератором. Интересно, что новый двигатель сможет работать не только на бензине, но и на природном газе, этиловом иметиловом спирте. Расход бензина на 100 км пробега ориентировочно составит 1,015 л.

 

Описанный силовой агрегат достаточно сложен и тяжел, но все же легче, чем силовые установки электромобиля. Во всяком случае «Приз» с габаритами автомобиля среднего класса (длина 4275 мм и ширина 1695 мм) весит 1515 кг. При этом гибридный автомобиль расходует при езде по городскому циклу в среднем 3,57 л топлива на 100 км, в то время как его «бензиновый» аналог — не меньше 8 л.

Для удобства на приборной панели «Приза» установлен дисплей, по показаниям которого молено следить за тем, откуда на ведущие колеса подается тяговое усилие. Работу гибридной силовой установки можно разбить на пять главных режимов.

Фирма «Тойота», создав «Приз», сделала попытку войти в XXI в., имея в своей производственной программе экологичный и максимально безопасный автомобиль с уникальным набором технических новшеств. Еще неизвестны планируемый объем выпуска и розничная цена, но даже сегодня ясно, что «Приз» будет иметь успех не только на рынке Японии. Власти Калифорнии, например, намерены в будущем поставить на учет «экологически грязные» автомобили. И в такой ситуации гибрид от «Тойоты» может оказаться там весьма желанной машиной.

 

Видео:

 





Рекомендуем почитать
  • ВОССТАНОВЛЕННЫЕ ШИНЫ

    ВОССТАНОВЛЕННЫЕ ШИНЫ

    Ежедневно мы пользуемся огромным количеством вещей и уже практически перестали их замечать. Но оказывается в производстве незначительных на первый взгляд вещей кроется масса интересного и познавательного. Развлекательная программа «Конвейер МК» раскроет секреты изготовления самых простых на первый взгляд вещей. Сегодня в программе: ВОССТАНОВЛЕННЫЕ ШИНЫ.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.