Двигатели смд перспектива модернизации. Перспективы двигателей внутреннего сгорания. Инновационные роторные двигатели

Военно-морские силы США планируют в будущем провести модернизацию силовых газотурбинных установок, которые в настоящее время установлены на их самолетах и кораблях, поменяв обычные двигатели с циклом Брайтона на детонационные ротационные двигатели. За счет этого предполагается экономия топлива на сумму около 400 миллионов долларов ежегодно. Однако серийное использование новых технологий возможно, по оценкам экспертов, не ранее, чем через десятилетие.

Разработки ротационных, или спиновых ротационных двигателей в Америке проводятся Научно-исследовательской лабораторией флота США. Согласно первоначальным подсчетам, новые двигатели будут обладать большей мощностью, а также примерно на четверть экономичнее обычных двигателей. При этом, основные принципы работы силовой установки останутся прежними – газы от сгоревшего топлива будут поступать в газовую турбину, вращая ее лопасти. Согласно данным лаборатории ВМС США, даже в относительно далеком будущем, когда весь американский флот будет приводиться в действие при помощи электричества, за выработку энергии по-прежнему будут отвечать газовые турбины, в определенной степени видоизмененные.

Напомним, что изобретение пульсирующего воздушно-реактивного двигателя приходится на конец девятнадцатого века. Автором изобретения был шведский инженер Мартин Виберг. Широкое распространение новые силовые установки получили в годы Второй мировой войны, хотя они значительно уступали по своим техническим характеристикам авиадвигателям, которые существовали в то время.

Надо заметить, что на данный момент времени американский флот насчитывает 129 кораблей, на которых используется 430 газотурбинных двигателя. Каждый год расходы на обеспечение их топливом составляют порядка 2 миллиардов долларов. В будущем, когда современные двигатели будут заменены новыми, изменятся и объемы затрат на топливную составляющую.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые в настоящее время, работают по циклу Брайтона. Если определить суть данного понятия в нескольких словах, то все сводится к последовательному смешиванию окислителя и топлива, дальнейшем сжатии полученной смеси, затем – поджоге и горении с расширением продуктов горения. Это расширение как раз и используется для приведения в движение, перемещения поршней, вращения турбины, то есть выполнения механических действий, обеспечивая постоянное давление. Процесс горения топливной смеси двигается с дозвуковой скоростью – этот процесс носит название дафлаграция.

Что касается новых двигателей, то ученые намерены использовать в них взрывное горение, то есть детонацию, при которой горение происходит со сверхзвуковой скоростью. И хотя в настоящее время явление детонации еще изучено не в полной мере, однако известно, что при таком виде горения возникает ударная волна, которая распространяясь по смеси топлива и воздуха вызывает химическую реакцию, следствием которой является выделение довольно большого количества тепловой энергии. Когда ударная волна проходит через смесь, происходит ее нагрев, что и приводит к детонации.

В разработке нового двигателя планируется использовать определенные наработки, которые были получены в процессе разработки детонационного пульсирующего двигателя. Его принцип работы состоит в том, что предварительно сжатая топливная смесь подается в камеру сгорания, где осуществляется ее поджог и детонация. Продукты горения расширяются в сопле, выполняя механические действия. Затем весь цикл повторяется сначала. Но недостатком пульсирующих двигателей является то, что частота повторения циклов слишком мала. Помимо этого, конструкция самих этих двигателей в случае увеличения числа пульсаций становится более сложной. Это объясняется необходимостью синхронизации работы клапанов, которые отвечают за подачу топливной смеси, а также непосредственно самими циклами детонирования. Пульсирующие двигатели ко всему прочему еще и очень шумные, для их работы необходимо большое количество топлива, а работа возможна только при постоянном дозированном вспрыскивании топлива.

Если сравнивать детонационные ротационные двигатели с пульсирующими, то принцип их работы немного отличается. Так, в частности, в новых двигателях предусмотрена постоянная незатухающая детонация топлива в камере сгорания. Подобное явление получило название спиновая, или вращающаяся детонация. Впервые она была описана в 1956 году советским ученым Богданом Войцеховским. А открыто это явление было гораздо раньше, еще в 1926 году. Первопроходцами стали британцы, которые заметили, что в определенных системах возникала яркая светящаяся «голова», которая двигалась по спирали, вместо детонационной волны, имеющей плоскую форму.

Войцеховский же, использовав фоторегистратор, который сам же и сконструировал, сфотографировал фронт волны, которая двигалась в кольцевой камере сгорания в топливной смеси. Спиновая детонация отличается от плоской тем, что в ней возникает единственная ударная поперечная волна, затем следует нагретый газ, который не прореагировал, а уже за этим слоем находится зона химической реакции. И именно такая волна предотвращает сгорание самой камеры, которую Марлен Топчиян обозвал «сплющенным бубликом».

Необходимо отметить, что в прошлом детонационные двигатели уже применялись. В частности речь идет и пульсирующем воздушно-реактивном двигателе, который использовался немцами в конце Второй мировой войны на крылатых ракетах «Фау-1». Производство его было достаточно простое, использование достаточно легкое, однако при этом этот двигатель был не очень надежным для решения важных задач.

Далее, в 2008 году, в воздух поднялся Rutang Long-EZ - экспериментальный самолет, оснащенный детонационным пульсирующим двигателем. Полет длился всего десять секунд на высоте тридцати метров. За это время силовая установка развила тягу порядка 890 ньютонов.

Экспериментальный образец двигателя, представленный американской лабораторией ВМС США, - это кольцевая конусообразная камера сгорания, имеющая диаметр 14 сантиметров со стороны подачи топлива и 16 сантиметров со стороны сопла. Между стенками камеры расстояние составляет 1 сантиметр, при этом «трубка» имеет длину 17,7 сантиметров.

Смесь воздуха и водорода используется в качестве топливной смеси, которая подается под давлением 10 атмосфер в камеру сгорания. Температура смеси составляет 27,9 градусов. Отметим, данная смесь признана самой удобной для изучения явления спиновой детонации. Но, как утверждают ученые, в новых двигателях вполне можно будет использовать топливную смесь, состоящую не только из водорода но и из других горючих компонентов и воздуха.

Экспериментальные исследования ротационного двигателя показали его большую эффективность и мощность по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Еще одно достоинство – значительная экономия топлива. В то же время, в ходе проведения эксперимента было выявлено, что сгорание топливной смеси в ротационном «пробном» двигателе происходит неоднородно, поэтому необходимо оптимизировать конструкцию двигателя.

Продукты горения, которые расширяются в сопле, можно собрать в одну газовую струю с помощью конуса (это так называемый эффект Коанда), а затем эту струю отправлять в турбину. Под действием этих газов турбина будет вращаться. Таким образом, частично работу турбины можно будет использовать для приведения в движение кораблей, а частично – для выработки энергии, которая необходима для корабельного оборудования и различных систем.

Сами двигатели можно производить без подвижных частей, что значительно упростит их конструкцию, что, в свою очередь, снизит стоимость силовой установки в целом. Но это только в перспективе. Перед тем, как запускать новые двигатели в серийное производство, необходимо решить немало непростых задач, одной из которых является подбор прочных термостойких материалов.

Отметим, что в данный момент ротационные детонационные двигатели считаются одними из наиболее перспективных двигателей. Разработками их также занимаются ученые из Техасского университета в Арлингтоне. Силовая установка, которая были ими создана, была названа «двигателем непрерывной детонации». В том же университете проводятся исследования по подбору различных диаметров кольцевых камер и различных топливных смесей, в состав которых входят водород и воздух или кислород в различных пропорциях.

В России также ведутся разработки в данном направлении. Так, в 2011 году, по словам управляющего директора научно-производственного объединения «Сатурн» И.Федорова, силами ученых Научно-технического центра имени Люльки, ведутся разработки пульсирующего воздушного реактивного двигателя. Работа ведется параллельно с разработками перспективного двигателя, получившего название «Изделие 129» для Т-50. Помимо этого, Федоров также сказал, что объединение ведет исследования по созданию перспективных самолетов следующего этапа, которые, как предполагается, будут беспилотными.

При этом руководитель не уточнил, о каком именно виде пульсирующего двигателя идет речь. В данный момент известны три типа таких двигателей – бесклапанный, клапанный и детонационный. Общепринятым, между тем, признан факт, что пульсирующие двигатели являются наиболее простыми и дешевыми в производстве.

На сегодняшний день некоторые крупные оборонные фирмы занимаются проведением исследований в сфере создания пульсирующих высокоэффективных реактивных двигателей. Среди этих фирм – американские Pratt & Whitney и General Electric и французская SNECMA.

Таким образом, можно сделать определенные выводы: создание нового перспективного двигателя имеет определенные трудности. Главная проблема в данный момент заключается в теории: что именно происходит при движении ударной детонационной волны по кругу, известно лишь в общих чертах, а это в значительной степени усложняет процесс оптимизации разработок. Поэтому новая технология, хотя и имеет очень большую привлекательность, но в масштабах промышленного производства она малореализуема.

Однако если исследователям удастся разобраться с теоретическими вопросами, можно будет говорить о настоящем прорыве. Ведь турбины используются не только на транспорте, но и в энергетической сфере, в которой повышение КПД может иметь еще более сильный эффект.

Использованы материалы:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/

Двигатель СМД – дизельный мотор, хорошо знакомый работникам машинно-тракторных станций (МТС), широко распространенных во времена существования СССР. Выпуск этих моторов был освоен в 1958 году на харьковском заводе «Серп и Молот» (1881). Серийное производство семейства двигателей СМД, предназначенных для агрегатирования различных видов сельскохозяйственной техники (трактора, комбайны и пр.) было прекращено в связи с прекращением деятельности предприятия (2003).

В линейку этих силовых агрегатов входят:

• 4-х цилиндровые моторы с рядным расположением цилиндров;
• рядные 6-ти цилиндровые;
• V-образные 6-ти цилиндровые агрегаты.

При этом любой мотор СМД обладает очень высокой надежностью. Она заложена в оригинальных конструкторских решениях, которые даже по современным меркам обеспечивают достаточный запас эксплуатационной прочности этих моторов.

В настоящее время силовые агрегаты типа СМД выпускаются на Белгородском моторном заводе (БМЗ).

Технические характеристики

Силовой агрегат устанавливался на тракторы Т-150, Т-153, Т-157.

Описание

Дизельные 6-ти цилиндровые V-образные двигатели СМД представлены рядом моделей СМД-60…СМД-65 и более мощными СМД-72 и СМД-73. У всех этих моторов ход поршня меньше, чем диаметр цилиндра (коротходовый вариант).

При этом в моторах:

• СМД-60…65 используется турбонаддув;
• СМД-72…73 наддувочный воздух дополнительно охлаждается.

Перегородки между смежными цилиндрами вместе с торцевыми стенками блок-картера придают конструкции необходимую жесткость. В каждом блоке цилиндров имеются специальные расточки цилиндрической формы, в которые устанавливаются гильзы цилиндров, изготовленные из титано-медистого чугуна.

Компоновка всех узлов мотора учитывает все преимущества, которые дает V-образное расположение цилиндров. Размещение цилиндров под углом 90° позволило разместить в развале между ними турбокомпрессор и выпускные коллекторы. Кроме того, за счет смещения рядов цилиндров на 36 мм относительно друг друга позволило установить по два шатуна противоположных цилиндров на одной шатунной шейке коленчатого вала.

Компоновка деталей газораспределительного механизма отличается от общепринятой. Его распределительный вал является общим для двух рядов цилиндров и расположен по центру блок-картера. Со стороны маховика на его конце установлен блок шестерен, который включает в себя шестерни привода газораспределительного механизма и топливного насоса.

В процессе работы мотор обеспечивает грубую и тонкую очистку дизельного топлива. Моторное масло очищается полнопоточной центрифугой.

Охлаждается силовой агрегат водой. В зимнее время допускается использование антифриза. Циркуляция жидкости в замкнутой системе охлаждения осуществляется благодаря центробежному водяному насосу. Участвуют в процессе охлаждения также шестирядный трубчато-пластинчатый радиатор и шестилопастный электровентилятор.

Система охлаждения двигателя СМД 60 обеспечивает и термосифонную циркуляцию охладителя внутри водяной рубашки пускового двигателя. Однако она способна обеспечить охлаждение последнего только в течение непродолжительного времени. Во избежание перегрева время работы пускового двигателя на холостых оборотах не должно превышать 3 минут.

Техническое обслуживание

Техобслуживание двигателя СМД 60 сводится к постоянному наблюдению за процессом его работы и регулярному проведению регламентных работ, оговоренных в инструкции по его эксплуатации. Только при выполнении этих условий изготовителем гарантируется:

• длительная и безотказная работа силового агрегата;
• сохранение мощностных характеристик в течение всего срока эксплуатации;
• высокая экономичность.

Виды техобслуживания (ТО) определяются сроками их проведения в зависимости от количества отработанных моточасов:

1. Ежедневное ТО – через каждые 8…10 моточасов.
2. ТО-1 – после 60-ти мч.
3. ТО-2 – каждые 240 мч.
4. ТО-3 – 960 мч.
5. Сезонное ТО – перед переходом к весенне-летнему и осенне-зимнему периодам эксплуатации.

Перечень работ, которые должны проводиться по каждому виду техобслуживания, приведены в инструкции по эксплуатации двигателя. При этом работы, требующие разборки силового агрегата, необходимо проводить только в закрытых помещениях.

Неисправности

Поломки двигателей СМД 60 встречаются нечасто и возникают, как правило, из-за нарушения правил их технической эксплуатации.

Тюнинг

Моторы, которыми агрегатируются сельскохозяйственные машины и механизмы, тюнингу не подвергают. Разработанные под конкретные условия эксплуатации они, как правило, отлично сбалансированы и вмешательство в их конструкцию к положительным результатам не приводит.

Семейства таких двигателей представлены изготовителями в виде широких линеек, имеющих разную мощность. При этом устанавливаются они на определенные виды спецтехники, из числа которых потребители и выбирают те, что наиболее полно соответствуют их требованиям.

ОАО "Серп и Молот" одно из крупнейших машиностроительных предприятий в городе Харькове и на Украине. На протяжении 50 лет наше предприятие выпускает двигатели для сельскохозяйственных машин, значительная часть которых, успешно работает за границей.

Легендарные самоходные зерноуборочные комбайны СК-3,СК-4, СК-5, "Нива" и " " , высокопродуктивные трактора Т-74,ДТ-75Н , ТДТ-55 ,ХТЗ-120 -это только несколько примеров сельхозмашин, на которых установлены дизельные двигатели марки СМД . В бывшем СССР 100 зерно-и кормоуборочных комбайнов, а также большинство тракторов комплектовались нашими дизелями.

В конце 80-х годов завод был реконструирован и получил возможность производить совершенно новый для Украины и стран СНГ 6-ти цилиндровый рядный двигатель мощностью 220-280 л.с.. Также был модернизирован и 4-х цилиндровый двигатель. Увеличилась его мощность до 160-170 л.с., при этом повысился технический уровень конструкции каждого узла, максимально сохранилась унификация деталей и узлов.

Сегодня ОАО "Серп и Молот" выпускает около сотни разных модификаций рядных 4-х и 6-ти цилиндровых двигателей мощностью от 60 до 280 л.с. для сельхозтехники и других машин.

В последнее время, двигатели устанавливаются на новых конструкциях тракторов Харьковского тракторного завода-ХТЗ-120, ХТЗ-180, , Т-156А и других, а также получили применение на зерноуборочных комбайнах которые производятся в Украине "Славутич" , и кормоуборочных комбайнах "Олимп" и "Полесье-250" (Тернополь).

Параллельно с производством двигателей, ОАО "Серп и Молот" производит дозборку и реализацию тракторов ДТ-75Н и . Имеем возможность модернизировать трактора Т-150 (гусеничный), замена двигателя на рядный дизель СМД-19Т.02/20ТА.06 при этом мощность трактора не меняется, а экономичные и эксплуатационные характеристики улучшаются.

Дизели, кроме тракторов и комбайнов, сегодня могут быть установлены на автогрейдеры, асфальтоукладчики, катки, краны, бульдозеры, железнодорожные краны и дрезины и т.п.

Завод имеет возможность поставлять по заказам предприятий запасные части к двигателям, изготовленным на нашем предприятии, выполнять капитальные ремонты, устанавливать новые и модернизировать узлы и детали.

Каталог АО "ЛЕГАС" Москва 1998 г.

Дизели типа СМД - массовые сельскохозяйственные двигатели, ими комплектуются все отечественные зерноуборочные комбайны и более 60% тракторов. Дизели этой марки также устанавливаются на кормо- и кукурузоуборочные комбайны, экскаваторы, подъемные краны и другие мобильные средства. В связи с этим информация по вопросам использования, технического обслуживания и ремонта, сведения о конструкциях дизелей, их изготовителях чрезвычайно значимы.

В 1957 г . Головным специализированным конструкторским бюро по двигателям (ГСКБД) был спроектирован и внедрен о производство на Харьковском заводе "Серп и молот" небольшой по массе быстроходный дизель СМД-7 мощностью 48 кВт (65 л.с.) для зерноуборочного комбайна СК-3 , что явилось началом процесса дизелизации в комбайновой промышленности. В дальнейшем разрабатывались и последовательно внедрялись в серийное производство тракторные и комбайновые дизели СМД-12, -14, -14A, -15K, -15КФ мощностью от 55 (75) до 66 кВт (90 л.с.) Повышение мощности разрабатываемых дизелей обеспечивалось увеличением рабочего объема цилиндров или повышением частоты вращения коленчатого вала. Все эти типы дизелей имели свободный впуск воздуха в цилиндры.

Дальнейшими теоретическими и экспериментальными исследованиями по форсированию тракторных и комбайновых дизелей, улучшению их топливной экономичности, выполненными в ГСКБД , было определено рациональное направление - применение газотурбинного наддува воздуха в цилиндры. Наряду с работами по выбору оптимальной системы газотурбинного наддува в ГСКБД осуществлялись исследования, направленные на повышение надежности основных деталей дизелей.

Первыми отечественными дизелями сельскохозяйственного назначения с газотурбинным наддувом были комбайновые дизели СМД-17К, -18K мощностью 77 кВт (105 л.с.) выпуск которых был начат на заводе "Серп и молот" в 1968 1969 гг.

Применение газотурбинного наддува о качестве средства повышения технического уровня дизелей было пpuзнано прогрессивным направлением, поэтому в дальнейшем создаваемые в ГСКБД дизели имели как конструктивный элемент принудительный наддув воздуха в цилиндры.

К дизелям второго поколения относятся 4-цилиндровые рядные дизели и V-образный 6-цилиндровый дизель . В конструкции впервые в сельскохозяйственном машиностроении было применено такое решение, при котором ход поршня меньше его диаметра. Производство дизелей типа было начато на Харьковском заводе тракторных двигателей (ХЗТД) с 1972 г .

Следующим этапом развития мощности и улучшения топливной экономичности комбайновых и тракторных дизелей были разработки по охлаждению наддувочного воздуха, подаваемого в цилиндры. Исследования, проведенные в ГСКБД , Харьковском институте инженеров транспорта и Харьковском политехническом институте, показали неэффективность дальнейшего развития форсирования дизелей принудительной подачей воздуха из-за значительного повышения его температуры. В конструкции было применено охлаждение подаваемого в цилиндры воздуха, в результате чего повышена плотность и увеличен воздушный заряд цилиндра без существенного увеличения тепловой напряженности.

Первыми дизелями с промежуточным охлаждением (дизели третьего поколения) били и другие, соотносимые по показателям с перспективными зарубежным дизелями такого класса.

Какие критерии считают ключевыми для выбора «самого-самого»? Есть ли принципиальные отличия в подходе к конструированию на разных континентах? Попробуем найти ответы на эти вопросы.

ЕВРОПА: В РЕЖИМЕ ЭКОНОМИИ

На недавней пресс-конференции в Лондоне глава концерна «Пежо-Ситроен» Жан-Мартин Фольц весьма неожиданно для многих отозвался о гибридных автомобилях: «Посмотрите вокруг: таких машин в Европе менее 1%, тогда как доля дизелей достигает половины». По мнению господина Фольца, современный дизель гораздо дешевле в производстве, будучи не менее экономичен и экологичен.

Времена, когда дизели оставляли за собой черный шлейф, тарахтели на всю улицу и заметно уступали по литровой мощности бензиновым моторам, прошли. Сегодня удельная доля дизелей в Европе составляет 52% и продолжает расти. Толчок дают, например, экологические бонусы в виде сниженных налогов, но прежде всего - дороговизна бензина.

Прорыв на дизельном фронте произошел к концу 90-х, когда в серию пошли первые моторы с «коммон рейл» - общей топливной рампой. С тех пор давление в ней неуклонно растет. В новейших двигателях оно достигает 1800 атмосфер, а ведь еще недавно 1300 атмосфер считались выдающимся показателем.

На очереди - системы с двукратным повышением давления впрыска. Сначала насос нагнетает топливо в аккумулирующий резервуар до 1350 атм. Затем давление поднимают до 2200 атм, под которыми оно и поступает в форсунки. Под таким давлением топливо впрыскивают через отверстия меньшего диаметра. Это улучшает качество распыла, повышает точность дозировки. Отсюда выигрыш в экономичности и мощности.

Уже не первый год применяют пилотный впрыск: первая «партия» горючего поступает в цилиндры чуть раньше основной дозы, чем достигается более мягкая работа мотора и чистый выхлоп.

Помимо «коммон рейла», есть иное техническое решение, чтобы поднять давление впрыска на небывалую высоту. Насос-форсунки перебрались с грузовых моторов и на легковые дизели. Им привержен, в частности, «Фольксваген », составляя здоровую конкуренцию «общей рампе».

Одним из камней преткновения на пути дизеля всегда был экологический. Если бензиновые моторы журили за угарный газ, окиси азота и углеводороды в выхлопе, то дизели - за соединения азота и частицы сажи. Введение в прошлом году норм Евро IV далось непросто. С окислами азота справились посредством нейтрализатора, а вот сажу ловит особый фильтр. Он служит до 150 тыс. км, после чего его либо меняют, либо «прокаливают». По команде управляющей электроники в цилиндр подаются отработавшие газы из системы рециркуляции и большая доза топлива. Температура выхлопа повышается, и сажа выгорает.

Примечательно, что большинство новых дизелей могут работать на биодизельном горючем: в его основе лежат растительные масла, а не нефтепродукты. Это горючее менее агрессивно к окружающей среде, поэтому его массовая доля на рынке Европы должна достигнуть к 2010 году 30%.

Пока же специалисты отмечают совместную разработку «Дженерал моторс» и ФИАТ - один из «Двигателей года 2005». Малолитражный дизель благодаря электронике способен оперативно менять параметры впрыска и тем самым обеспечивать больший момент и быстрый пуск двигателя. Широкое использование алюминия, существенно снизившее массу и размеры, в сочетании с достаточной мощностью 70 л.с. и немалым крутящим моментом 170 Н.м позволили 1,3-литровому мотору набрать большое число голосов.

Учитывая все достижения на дизельном фронте, можно смело утверждать - ближайшее будущее Европы именно за этими двигателями. Они становятся мощнее, тише и удобнее для повседневной езды. С учетом теперешних цен на нефть потеснить их в Старом Свете не способен ни один из существующих типов двигателей.

АЗИЯ: БОЛЬШЕ СИЛ НА ЛИТР

Главное достижение японских двигателистов за последний десяток лет - высокая литровая мощность. Загнанные законодательством в узкие рамки, инженеры ухитряются добиться отменных результатов самыми разными способами. Яркий пример - изменяемые фазы газораспределения. В конце 80-х японская «Хонда » с ее системой VTEC совершила настоящий переворот.

Необходимость варьировать фазы диктуется различными режимами движения: в городе важнее всего экономичность и крутящий момент на низких оборотах, на трассе - на высоких. Отличаются и пожелания покупателей в разных странах. Раньше настройки мотора были постоянными, теперь же стало возможным менять их в буквальном смысле на ходу.

Современные моторы «Хонда » оснащают несколькими типами VTEC, в том числе и трехступенчатым устройством. Здесь корректируются параметры не только на низких и высоких оборотах, но и на средних. Так удается совместить несовместимое: высокую удельную мощность (до 100 л.с./л), расход топлива в режиме 60–70 км/ч на уровне 4 л на сотню и высокий крутящий момент в диапазоне от 2000 до 6000 об/мин.

В результате японцы успешно снимают высокую мощность с весьма скромных объемов. Рекордсменом по этому показателю который год подряд остается родстер «Honda S2000 » с безнаддувным 2-литровым двигателем мощностью 250 л.с. Несмотря на то, что мотор появился еще в 1999 году, он по-прежнему в числе лучших - второе место среди претендентов 2005 года объемом 1,8–2,0 л. Вторым бесспорным достижением японцев являются гибридные установки. «Гибрид Синержи Драйв» производства «Тойоты» отметился среди призеров не один раз, набрав наибольшее число баллов в номинации «экономичный двигатель». Заявленный показатель - 4,2 л/100 км для такой немаленькой машины, как «Тойота Приус », безусловно хорош. Мощность «Синержи Драйв» достигает 110 л.с., а суммарный момент бензиноэлектрической установки- выдающийся - 478 Н.м!

Кроме топливной экономичности, подчеркивается экологический аспект: выброс углеводородов и окислов азота у мотора на 80 и 87,5% ниже, чем того требуют нормы Евро IV для бензиновых моторов, и на 96% ниже требований к дизелям. Таким образом, «Синержи Драйв» с запасом укладывается в самые жесткие в мире рамки - ZLEV, планируемые к введению в Калифорнии.

В последние годы наметилась любопытная тенденция: применительно к гибридам речь все реже идет об абсолютных рекордах экономичности. Возьмем «Lexus RX 400h». Этот автомобиль расходует вполне обычные 10 л в городском цикле. С одной оговоркой - это очень мало, учитывая мощность основного мотора 272 л.с. и момент 288 Н.м!

Если японским компаниям, в первую очередь «Тойоте» и «Хонде», удастся снизить себестоимость агрегатов, продажи гибридов могут подскочить на порядок уже в ближайшие 5–10 лет.

АМЕРИКА: ДЕШЕВО И СЕРДИТО

На форумах американских автомобилей после проведения конкурса «Двигатель года» обязательно возникают дебаты: как это так, в числе победителей нет ни одного двигателя нашей разработки! Все просто: американцы, несмотря на продолжающийся топливный кризис, не слишком преуспели в экономии бензина, а про дизельное топливо и слышать не хотят! Но это не значит, что им нечем похвастать.

К примеру, «крайслеровские» моторы серии «Хеми», блиставшие на мощных моделях (их традиционно именуют в США «масл карз») еще в 50-х. Их название ведет родословную от английского hemispherical - полусферический. Конечно, за полвека многое изменилось, но, как и раньше, у современных «хеми» полусферические камеры сгорания.

Традиционно во главе линейки моторов стоят агрегаты неприличного по европейским меркам литража - вплоть до 6,1 л. Стоит открыть проспект, в глаза бросается разница в подходах к конструированию. «Лучшая в классе мощность», «самый быстрый разгон», «низкий уровень шума»… о расходе топлива говорится вскользь. Хотя он, конечно, небезразличен инженерам. Просто приоритеты несколько иные - динамические характеристики и… невысокая себестоимость агрегата.

В моторах «Хеми» нет изменяемых фаз. Они не столь форсированы и не могут даже близко подойти к лучшим японским агрегатам по литровой мощности. Зато в них применена хитроумная система MDS (Multi Displacement System - система нескольких объемов). Как намекает название, ее смысл кроется в отключении четырех из восьми цилиндров двигателя, когда не требуется использовать все 335 «лошадей» и 500 Н.м момента, например у двигателя объемом 5,7л. На отключение уходит всего 40 миллисекунд. Подобные системы прежде использовал «Джи-Эм», а у «Крайслера» это первый опыт. По заверению фирмы, MDS позволяет сэкономить до 20% топлива, в зависимости от манеры вождения. Боб Ли, вице-президент отделения двигателей «Крайслер », очень горд новым мотором: «Отключение цилиндров происходит элегантно и просто… преимущества - надежность и низкая цена».

Естественно, отключаемыми цилиндрами американские инженеры не ограничиваются. Они готовят и совсем другие разработки, например силовые установки на топливных элементах. Судя по появлению все новых концепт-каров именно с такими моторами, их будущее рисуется в розовых тонах.

Конечно, мы отметили лишь наиболее яркие особенности «национального двигателестроения». Современный мир слишком тесен, чтобы в нем бок о бок существовали принципиально разные культуры, не оказывая влияния друг на друга. Быть может, однажды выведут рецепт идеального «глобального» мотора? Пока каждый предпочитает бежать своей дорожкой: Европа готовится перевести чуть не половину парка на рапсовое масло; Америка хоть и старается не замечать происходящих в мире перемен, постепенно отвыкает от прожорливых мастодонтов и раздумывает над переводом инфраструктуры всей страны на водородное топливо; ну а Япония… как всегда, берет высокими технологиями и ошеломляющей скоростью их внедрения в жизнь.

ДИЗЕЛЬ «ПСА-ФОРД»

В ближайшее время начнется производство двух новых моторов, разработанных совместно концерном «Пежо-Ситроен» и «Фордом» (журналистам их представляет инженер «Форда» Фил Лэйк). Дизели объемом 2,2 л адресованы коммерческим и легковым автомобилям. Система «коммон рейл» отныне работает под давлением 1800 атм. Топливо впрыскивается в камеру сгорания через семь 135-микронных отверстий в пьезоэлектрических форсунках (ранее их было пять). Теперь стало возможным впрыскивать топливо до шести раз за один оборот коленчатого вала. Результат - более чистый выхлоп, экономия топлива, снижение вибраций.

Применили два компактных малоинерционных турбокомпрессора. Первый ответствен исключительно за «низы», второй подключается после 2700 об/мин, обеспечивая плавную кривую крутящего момента, достигающего 400 Н.м при 1750 об/мин и мощности 125 л.с. при 4000 об/мин. Масса двигателя по сравнению с предыдущим поколением снижена на 12 кг благодаря новой архитектуре блока цилиндров.

Мощность, которую может развить двигатель внутреннего сгорания, зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое может быть подано в двигатель. Если нужно увеличить мощность двигателя, нужно увеличить как количество подаваемого воздуха, так и топлива. Подача большего количества топлива не даст эффекта до тех пор, пока не появится достаточное для его сгорания количество воздуха, иначе образуется избыток несгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя, который к тому же при этом сильно дымит.

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто путем увеличения либо его рабочего объема, либо оборотов. Увеличение рабочего объема сразу же увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном итоге, его стоимость. Увеличение оборотов проблематично из-за возникающих при этом технических проблем, особенно в случае двигателя со значительным рабочим объемом.

Системы наддува, сжимающие воздух, подаваемый в камеру сгорания двигателя, и увеличивающие массу этого воздуха, позволяют повысить мощность двигателя при данных рабочем объеме и частоте вращения коленчатого вала.

Для двигателей внутреннего сгорания применяются компрессоры двух типов: с механическим приводом и турбокомпрессоры, использующие энергию отработавших газов. Кроме того, существуют также комбинированные системы, например, турбокомпаундная. В случае компрессора с механическим приводом необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленвалом двигателя и компрессором (муфта). В турбокомпрессоре давление воздуха получают благодаря вращению турбины потоком отработавших газов.

Турбокомпрессор был впервые сконструирован швейцарским инженером Бюши еще в 1905 году, но только много лет спустя он был доработан и использован на серийных двигателях с большим рабочим объемом.

В принципе, любой турбокомпрессор состоит из центробежного воздушного насоса и турбины, связанных при помощи жесткой оси между собой. Оба эти элемента вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в обычных двигателях не используется, преобразуется здесь в крутящий момент, приводящий в действие компрессор. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они разгоняются до большой скорости и вступают в контакт с лопатками турбины, которая и преобразует их кинетическую энергию в механическую энергию вращения (крутящий момент).

Это преобразование энергии сопровождается снижением температуры газов и их давления. Компрессор засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Количество топлива, которое можно смешать с воздухом, при этом можно увеличить, что позволяет двигателю развивать большую мощность. Кроме того, улучшается процесс сгорания, что позволяет увеличить характеристики двигателя в широком диапазоне чисел оборотов.

Между двигателем и турбокомпрессором существует связь только через поток отработавших газов. Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору.

Для двигателей, работающих в широком диапазоне оборотов (в легковом автомобиле), высокое давление наддува желательно даже на низких оборотах.

Именно поэтому будущее принадлежит турбокомпрессорам с регулируемым давлением. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, т.е. турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха очень быстро достигает требуемого значения. Регулировочный клапан следит за тем, чтобы давление наддува не возрастало выше определенного значения, при превышении которого двигатель может быть поврежден.

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, обладает техническими и экономическими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) двигателем.

Основные преимущества турбокомпрессорного двигателя:

соотношение “масса/мощность” у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя;

двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности;

кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации.

Кроме того, можно на базе атмосферных двигателей создавать версии, оснащенные турбокомпрессором и различающиеся по мощности.

Еще более ощутимы преимущества двигателя с турбокомпрессором на высоте. Атмосферный двигатель теряет мощность из-за разряжения воздуха, а турбокомпрессор, обеспечивая повышенную подачу воздуха, компенсирует снижение атмосферного давления, почти не ухудшая характеристики двигателя. Количество нагнетаемого воздуха станет лишь ненамного меньше, чем на более низкой высоте, то есть двигатель практически сохраняет свою мощность.

Кроме того:

двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива, что приводит к меньшему расходу топлива;

поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов;

двигатель, оснащенный турбокомпрессором, работает более стабильно, чем его;

атмосферный аналог той же мощности, а будучи меньшим по размеру, он производит меньше шума. Кроме того, турбокомпрессор играет также роль своеобразного глушителя в системе выпуска.

Расширение производства материалов, обладающих высокими температурными характеристиками, улучшение качества моторных масел, применение жидкостного охлаждения корпуса турбокомпрессора, электронное управление регулирующими клапанами - все это способствовало тому, что турбокомпрессоры стали использоваться на мелкосерийных бензиновых двигателях.

В случае установки турбокомпрессора на бензиновый двигатель возникают специфические требования:

обеспечение герметичности масло-газовых каналов турбокомпрессора;

повышение качества материалов турбины;

усовершенствование регулировочного клапана;

охлаждение корпуса оси.

На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение долгих лет.

Появление неисправностей может быть следствием:

недостаточного количества масла;

попадания в турбокомпрессор посторонних предметов;

загрязненного масла.

Главная » Ремонт генератора » Двигатели смд перспектива модернизации. Перспективы двигателей внутреннего сгорания. Инновационные роторные двигатели