Что такое двигатель отто

Электропривод vs двигатель внутреннего сгорания

На стороне электромобилей, согласно выводам экспертов, научно-технический прогресс и государственная поддержка, продиктованная растущим вниманием к проблемам экологии и стремлением стран-импортеров к энергетической безопасности. Тогда как на стороне традиционных автомобилей – потребительские предпочтения, структура производства автоконцернов, развитой сервис и инфраструктура, а сегодня еще и дешевая нефть.

Основным драйвером глобального спроса на нефть является транспорт, на долю которого приходится до 65% потребления нефти. Причем автотранспорт – это 75-77% конечного потребления нефтепродуктов в этом сегменте. В этом году бензиновый автомобиль отпразднует свое 130-летие: в 1886 г. Карл Бенц получил патент №37435 «автомобиль, работающий на бензине» на свой трицикл Бенца №1. В то время бак автомобиля вмещал всего два литра горючего, которых хватало на 16 км пути. С тех самых пор динамика спроса на автомобили с двигателем внутреннего сгорания определяла потенциал роста потребления нефти. «За прошедшие почти полтора века в автомобиле с ДВС изменилось все от внешнего вида до развиваемой скорости, сохранились только топливные предпочтения. Однако и здесь не без перемен – повысилась экономичность и экологичность автомобилей», – говорится в исследовании «Электропривод vs ДВС: когда ждать полноценной конкуренции?» VYGON Consulting.

В связи с начавшимся полтора года назад циклом низких нефтяных цен темпы развития электроприводного транспорта несколько снизились. В США в 2015 г. продажи электромобилей упали впервые с 2010 г. в связи с двукратным падением цен на бензин. Однако европейский рынок показал 50% рост продаж, что во многом связано с меньшими темпами снижения цен на топливо из-за роста спроса и высоких акцизов (годовое падение цен на топливо в Германии составило 20% по сравнению с 50% падением цен на бензин в США). В Европе ряд государств активно стимулируют продажи электромобилей: так, например, в Норвегии фискальные льготы и субсидии доходят до 17 тыс. долларов. Согласно последним статданным, мировым лидером продаж электромобилей стал Китай, показав в 2015 г. более чем трехкратный рост парка электромашин. Такое бурное развитие рынка в Поднебесной, изначально в массовом, а не люксовом сегменте, может послужить драйвером для дальнейшего развития глобального рынка электромобилей. Поскольку КНР в последние десятилетия определяет темпы роста потребления нефти, то и судьбу мирового рынка может решить успех или неудача электромобилей в этой стране.

По мнению экспертов, нефтяная твердыня автопрома может быть поколеблена в ближайшее время. Изменения на рынке неизбежно приведут к падению спроса на нефтепродукты на автотранспорте. Прогнозируется сокращение удельного расхода топлива (как в легковом, так и в грузовом сегментах), развитие гибридов и электромобилей. Урбанизация и развитие интернет-технологий, в том числе изменение стиля жизни поколения Миллениума (феномен Kuruma Banare – отказ от автомобилей в пользу интернета) приведут к сокращению пробега. Кроме того, поддержкой со стороны государства будут пользоваться программы по переходу на альтернативные виды топлива (ГМТ и биотопливо). Стимулировать спрос на электромобили будут государственные и частные инициативы по отказу от использования автомобилей с ДВС, работающих на бензине и дизеле.

Глобальный рынок электромобилей эволюционирует, и на конец 2015 г. по миру колесит уже около полутора миллионов подключаемых автомобилей. Ежегодно на международный рынок выходит порядка 10 новых моделей. Успех Tesla породил качественно новый интерес к электромобилям. Сформированы линейки выпуска концептов и обновляемых модельных рядов у компаний Nissan, Chevrolet, Tesla, а в последние два года на рынок электромобилей вышли новые игроки – BMW, Audi и Mercedes. Ведущие мировые автомобильные концерны уже выпустили около 40 новых моделей, а в ближайшие три года модельный ряд вырастет до 51. Если сейчас рыночные позиции этих типов автомобилей пока несоизмеримы с традиционными, в будущем расстановка сил может измениться. Специалисты особо выделяют выход на рынок в конце 2016 г. автомобиля Chevrolet Bolt концерна General Motors с энергоемкостью аккумулятора 40 кВт*ч и пробегом 320 км при стоимости 37,5 тыс. долларов.

Основной преградой на пути массового распространения электромобиля является его высокая цена, в несколько раз превышающая стоимость традиционного автомобиля со схожими характеристиками. Сегодня выдерживать ценовую конкуренцию электромобилям помогают существенные фискальные льготы и субсидии. Ожидается, что уже в ближайшие несколько лет стоимость большинства электромоделей начнет конкурировать с традиционным автотранспортом. Дальнейшему процессу удешевления стоимости батареи будет способствовать эффект увеличения масштаба производства и научные достижения в увеличении их энергоемкости при меньшем весе. Анонсированы новые инвестиционные инициативы в проекты по созданию новых мощностей по производству аккумуляторных батарей для электромобилей. Согласно прогнозам, они утроятся с текущих 42 ГВт до 122 ГВт благодаря реализации проектов компаний Tesla, BYD, Foxconn, Boston Power и LG. VYGON Consulting прогнозирует снижение средней стоимости батареи на 57%. Прогресс будет обеспечен за счет оптимизации системы сборки и «упрется» в стоимость материалов, главным образом кобальта и никеля. «Вопреки распространенному мнению, стоимость батареи от цены лития практически не зависит, поскольку его доля в структуре затрат аккумулятора ничтожна мала (менее 3%). В связи с этим даже многократный рост цен на этот металл из-за повышения спроса не приведет к заметному удорожанию аккумуляторного блока», – утверждается в аналитическом исследовании.

Основными составляющими цены на электромобиль, не позволяющими ему конкурировать с традиционными автомобилями, являются аккумуляторная батарея и силовая и зарядная электроника. Однако, вопреки многим прогнозным оценкам, стоимость батареи уже снизилась в среднем с 1000 долларов/кВт*ч в 2009 г. до 460 долларов/кВт*ч в 2015 г. Благодаря технологической эволюции (снижению веса материалов) и росту производственного масштаба ожидается снижение стоимости батареи до 250 долларов/кВт*ч к 2020 г. По мере роста энергоемкости батареи и соответственно дальности пробега на одной зарядке ожидается рост ценовой доступности новых моделей.

Как отмечают эксперты VYGON Consulting, при текущих технических и ценовых параметрах дифференциал стоимости пятилетнего владения электрическим Nissan Leaf и традиционным Nissan Versa Note в США составляет более 5 тыс. долларов даже с учетом субсидий в размере более 10 тыс. долларов в пользу последнего. Однако в базовом сценарии в 2020 г. (при снижении цены батареи до 250 долларов/кВт*ч и ценах на нефть 60 долларов за баррель) стоимость владения электромобилем в массовом сегменте будет ниже, чем традиционного автомобиля.

Долгие годы основным драйвером глобального роста спроса на нефть оставался транспортный сектор. «На наших глазах происходит переоценка будущей роли нефти для мирового хозяйства – меняется парадигма перманентно растущего спроса на нефть. На протяжении последних 12 лет Международное энергетическое агентство (МЭА) последовательно снижает объемы нефти, которые потребуются миру в 2030 г. Если в 2004 г. агентство предполагало, что через 26 лет для удовлетворения глобального спроса потребуется добывать порядка 116 млн баррелей в сутки, то сейчас будущие потребности стали скромнее на четверть», – отмечают эксперты в своем исследовании. В базовом сценарии МЭА, разработанном в период низких цен, потребность в нефти составит 92,9 млн баррелей в сутки, тогда как согласно радикальному сценарию агентства – МЭА 450, мировое потребление нефти к 2030 г. сократится до 80 млн баррелей в сутки.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Читатели Mafin Media уже знакомы с типами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и запросто отличат VR-образную «шестерку» от рядной «четверки» и вспомнят о недостатках и преимуществах роторно-поршневого двигателя. В новом материале расскажем простыми словами, как устроено «автомобильное сердце».

Механические самоходные транспортные средства активно разрабатывались еще в XVIII веке. Но именно в 1880-х годах немецкие конструкторы Готтлиб Даймлер и Карл Бенц установили первые бензиновые двигатели на мотоцикл и трехколесную коляску. Самоходный экипаж Бенца приводился в движение одноцилиндровым мотором мощностью 1,5 л. с. (традиционно мощность принято измерять в лошадиных силах и киловаттах). За почти полтора столетия «самоходной» истории принцип работы ДВС кардинально не изменился: колеса приводятся в движение механической энергией, получаемой благодаря сгоранию топливно-воздушной смеси внутри двигателя.

«Коктейль» для двигателя

Топливно-воздушная смесь — это « коктейль» из собственно топлива и воздуха . Для бензинового двигателя рабочее соотношение в среднем составляет 1 к 15, то есть 1 единица топлива и 15 единиц воздуха. Если добавить больше горючего (обогатить смесь), пострадает экономичность, если меньше (обеднить) — мощность. Со слишком обедненной или обогащенной смесью мотор вообще может отказываться заводиться.

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания .

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами . Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными .

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Четыре такта

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

1. Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
4. Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

И что дальше?

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания характеризуется следующими признаками:

принципиально проще (нет парокотельного агрегата),

требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества.

Типы двигателей внутреннего сгорания

По роду применяемого топлива:

легкие жидкие (бензин, газ),

тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

По способу образования горючей смеси:

внутреннее (в цилиндре ДВС).

По способу воспламенения:

с принудительным зажиганием,

с воспламенением от сжатия,

По расположению цилиндров:

оппозитные с одним и с двумя коленвалами,

V-образные с верхним и нижним расположением коленвала,

VR-образные и W-образные,

однорядные и двухрядные звездообразные,

двухрядные с параллельными коленвалами,

трехлучевые и др.

Поршневой двигатель — это двигатель, у которого камера сгорания находится в цилиндре, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, а механическая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновый двигатель — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой.

Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания.

В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива.

В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания.

Т.к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Газовый двигатель — двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях

Роторно-поршневой двигатель — двигатель, конструкция которого предложена изобретателем Ванкелем в начале ХХ века.

Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя.

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения.

За 1 оборот двигатель выполняет 3 полных рабочих цикла, что эквивалентно работе 6-цилиндрового поршневого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей – РТС-тендер

Обозначение: ГОСТ Р ИСО 8178-7-99

Статус: действующий

Название русское: Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей

Название английское: Reciprocating internal combustion engines. Exhaust emission measurement. Part 7. Engine family determination

Дата актуализации текста: 06.04.2015

Дата актуализации описания: 01.01.2021

Дата издания: 17.01.2000

Дата введения в действие: 01.01.2001

Область и условия применения: Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные поршневые двигатели внутреннего сгорания (далее — двигатели), а также на двигатели строительно — дорожных, землеройных, сельскохозяственных, путевых машин и двигатели для привода горно — транспортного оборудования. Стандарт не распространяется на автомобильные и авиационные двигатели

Опубликован: Официальное издание. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000 год

Утверждён в: Государственный комитет Российской Федерации по стандартизации и метрологии

Дата принятия: 28.10.1999

ГОСТ Р ИСО 8178-7-99

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ

Выбросы вредных веществ с отработавшими газами

Часть 7. Определение семейства двигателей

Reciprocating internal combustion engines. Exhaust emission measurement.
Part 7. Engine family determination

* По данным официального сайта Росстандарт

ОКС 27.020, 47.020.20, здесь и далее по тексту. —

Примечание изготовителя базы данных.

Дата введения 2001-01-01

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 235 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные»

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 28 октября 1999 г. N 376-ст

3 Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст ИСО 8178-7-96* «Поршневые двигатели внутреннего сгорания. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей»

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Настоящий стандарт разработан с целью сократить объем дорогостоящих стендовых испытаний двигателей на соответствие нормам выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Поставленную цель достигают путем объединения двигателей единого конструктивного исполнения в семейство и проведения испытаний только базового двигателя, представляющего семейство, с распространением результатов испытаний на каждый двигатель семейства.

Стандарт устанавливает требования, которыми следует руководствоваться для объединения в семейство поршневых двигателей внутреннего сгорания, имеющих единое конструктивное исполнение, подобные основные технические характеристики и характеристики выбросов вредных веществ с отработавшими газами, а также рекомендует методы выбора базового двигателя, представляющего семейство.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные поршневые двигатели внутреннего сгорания (далее — двигатели), а также на двигатели строительно-дорожных, землеройных, сельскохозяйственных, путевых машин и двигатели для привода горно-транспортного оборудования.

Стандарт не распространяется на автомобильные и авиационные двигатели.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 51250-99 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

семейство двигателей: Объединенные изготовителем двигатели, которые вследствие единства их конструкции имеют подобные технические характеристики и характеристики выбросов вредных веществ с отработавшими газами, при условии, что уровень выбросов, производимых двигателями, включенными в семейство, соответствует установленным нормам;

базовый двигатель семейства: Двигатель, выбранный из семейства таким образом, что он объединяет все конструктивные особенности, технические характеристики и регулировки, которые соответствуют наибольшему уровню выбросов нормируемых компонентов отработавших газов.

Примечание — Как правило, изменения комплектации и регулировок не приводят к одновременному изменению в одну сторону (увеличения или снижения) значений всех нормируемых компонентов отработавших газов. Поэтому при выборе базового двигателя семейства по наибольшему уровню выбросов необходимо руководствоваться степенью опасности нормируемых компонентов, убывающей в последовательности: оксиды азота, частицы (или дымность), оксид углерода, углеводороды.

4 Общие положения

4.1 Формирование семейства двигателей изготовителем предусматривает составление их перечня и выявление, на основании результатов предварительных испытаний и технического анализа, всех конструктивных особенностей и регулировок, влияющих на уровень выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Эти конструктивные особенности и допустимые диапазоны регулировок должны быть документально зафиксированы.

4.2 Базовый двигатель семейства должен объединять все конструктивные особенности и регулировки, которые обеспечивают ему наибольший уровень выбросов нормируемых компонентов.

4.3 Для двигателей, объединенных в семейство, не допускаются изменения комплектации и регулировок, влияющие на уровень выбросов вредных веществ с отработавшими газами после завершения стендовых испытаний.

4.4 Процедуры формирования семейства и выбора базового двигателя должны быть согласованы с заинтересованными сторонами и одобрены организацией, уполномоченной осуществлять надзор за эксплуатацией установок с двигателями.

4.5 Семейство двигателей может быть представлено несколькими базовыми двигателями для гарантии того, что уровень выбросов вредных веществ, образуемых двигателями, объединенными в семейство, соответствует установленным нормам.

4.6 Изготовитель двигателей несет ответственность за правильность объединения двигателей в семейство и выбор базового двигателя семейства.

5 Параметры, определяющие семейство двигателей

5.1 Для двигателей, объединенных в семейство, должны быть общими следующие конструктивные особенности и основные технические характеристики.

5.1.1 Рабочий цикл:

5.1.2 Охлаждающая среда:

5.1.3 Индивидуальный рабочий объем цилиндров: рабочий объем цилиндров должен различаться не более чем на 15% (отклонение более чем на 15% должно быть согласовано с заинтересованными сторонами).

5.1.4 Число и расположение цилиндров (только для двигателей с принудительным воспламенением смеси).