Что такое инструмент с двигателем внутреннего сгорания?

Обновлено: 21.11.2024

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был основным двигателем в нашем обществе с момента его изобретения в последней четверти XIX века [подробнее см., например, Heywood (1988)]. Его цель состоит в том, чтобы генерировать механическую энергию из химической энергии, содержащейся в топливе и высвобождаемой при сгорании топлива внутри двигателя. Именно этот конкретный момент, когда топливо сжигается внутри рабочей части двигателя, дает двигателям внутреннего сгорания их название и отличает их от других типов, таких как двигатели внешнего сгорания. Хотя газовые турбины соответствуют определению двигателя внутреннего сгорания, этот термин традиционно ассоциируется с двигателями с искровым зажиганием (иногда называемыми двигателями Отто, бензиновыми или бензиновыми двигателями) и дизельными двигателями. двигатели (или двигатели с воспламенением от сжатия).

Двигатели внутреннего сгорания используются в различных приложениях, от судовых силовых установок и электростанций мощностью более 100 МВт до ручных инструментов, мощность которых составляет менее 100 Вт. Это означает, что размеры и характеристики современных двигателей сильно различаются. между большими дизелями, имеющими диаметр цилиндра более 1000 мм и совершающими возвратно-поступательное движение со скоростью до 100 об/мин, до небольших бензиновых двухтактных двигателей с диаметром цилиндра около 20 мм. В эти две крайности входят среднеоборотные дизельные двигатели, автомобильные дизели большой мощности, двигатели грузовых и легковых автомобилей, авиационные двигатели, двигатели мотоциклов и небольшие промышленные двигатели. Из всех этих типов бензиновые и дизельные двигатели для легковых автомобилей занимают видное место, поскольку они, безусловно, являются самыми крупными двигателями, производимыми в мире; как таковые, их влияние на социальную и экономическую жизнь имеет первостепенное значение.

Большинство поршневых двигателей внутреннего сгорания работают по так называемому четырехтактному циклу (рис. 1), который подразделяется на четыре процесса: впуск, сжатие, расширение/мощность и выпуск. Каждый цилиндр двигателя требует четырех ходов поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала, чтобы завершить последовательность, которая приводит к производству мощности.

Рисунок 1. Цикл четырехтактного двигателя.

Такт впуска начинается с движения поршня вниз, который всасывает в цилиндр свежую топливно-воздушную смесь через порт/клапан в сборе, и заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). Смесь создается либо с помощью карбюратора (как в обычных двигателях), либо путем впрыска бензина под низким давлением во впускной канал через форсунку игольчатого типа с электронным управлением (как в более совершенных двигателях). По сути, процесс впуска начинается с открытия впускного клапана непосредственно перед верхней мертвой точкой (ВМТ) и заканчивается, когда впускной клапан (или клапаны в двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр) закрывается вскоре после НМТ. Время закрытия впускного клапана (клапанов) зависит от конструкции впускного коллектора, которая влияет на газодинамику и объемный КПД двигателя, а также на частоту вращения двигателя.

За тактом впуска следует такт сжатия, который фактически начинается при закрытии впускного клапана. Его целью является подготовка смеси к горению за счет повышения ее температуры и давления. Сгорание инициируется энергией, выделяемой через свечу зажигания в конце такта сжатия, и связано с быстрым повышением давления в цилиндре.

Такт рабочий или рабочий ход начинается, когда поршень находится в ВМТ сжатия, и заканчивается в НМТ. В этот момент газы высокой температуры и высокого давления, образующиеся при сгорании, толкают поршень вниз, тем самым заставляя кривошип вращаться. Непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ, выпускной клапан (клапаны) открывается, и сгоревшие газы выходят из цилиндра из-за перепада давления между цилиндром и выпускным коллектором.

Этот такт выпуска завершает цикл двигателя, удаляя из цилиндра сгоревшие, частично сгоревшие или даже несгоревшие газы, выходящие из процесса сгорания; следующий цикл двигателя начинается, когда впускной клапан открывается вблизи ВМТ, а выпускной клапан закрывается на несколько градусов позже угла поворота коленчатого вала.

Важно отметить, что свойства бензина в сочетании с геометрией камеры сгорания оказывают значительное влияние на продолжительность сгорания, скорость повышения давления и образование загрязняющих веществ . При определенных условиях смесь в концевом газе может самовоспламениться до того, как пламя достигнет этой части цилиндра, что приведет к стуку, вызывающему высокоинтенсивные и частотные колебания давления.

Склонность бензинового топлива сопротивляться самовоспламенению и тем самым предотвращать возможное повреждение двигателя в результате детонации характеризуется его октановым числом .До недавнего времени добавление небольшого количества свинца в бензин было предпочтительным методом подавления детонации, но связанные с этим риски для здоровья в сочетании с необходимостью использования катализаторов для снижения выбросов выхлопных газов обусловили необходимость использования неэтилированного бензина. Это требует уменьшения степени сжатия двигателя (отношения объема цилиндра в НМТ к объему в ВМТ), чтобы предотвратить детонацию с нежелательным влиянием на тепловой КПД.

Как уже упоминалось, четырехтактный цикл, также известный как цикл Отто в честь его изобретателя Николауса Отто, построившего первый двигатель в 1876 году, производит рабочий такт за каждые два оборота коленчатого вала. Одним из способов увеличения выходной мощности двигателя данного размера является преобразование его в двухтактный цикл (рис. 2), в котором мощность вырабатывается при каждом обороте двигателя.

Рисунок 2. Цикл двухтактного двигателя.

Поскольку этот режим работы приводит к увеличению выходной мощности — хотя и не до двойного уровня, ожидаемого при простых расчетах, — он широко используется в мотоциклах, легковых автомобилях и морских судах как с искровым зажиганием, так и с дизельными двигателями. Дополнительным преимуществом является простая конструкция двухтактных двигателей, поскольку они могут работать с боковыми отверстиями в гильзе, закрывающимися и открываемыми движением поршня, вместо громоздкой и сложной конструкции с верхним кулачком.

В двухтактном цикле такт сжатия начинается после того, как впускное и выпускное отверстия закрываются поршнем; топливно-воздушная смесь сжимается, а затем воспламеняется свечой зажигания, аналогично воспламенению в четырехтактном бензиновом двигателе, чтобы инициировать сгорание вблизи ВМТ. При этом в картер допускается поступление свежего заряда перед его последующим сжатием движущимся вниз поршнем во время рабочего или рабочего такта. В этот период сгоревшие газы толкают поршень до тех пор, пока он не достигнет НМТ, что позволяет открыть сначала выпускные, а затем впускные (перекачивающие) каналы. Открытие выпускных отверстий позволяет сгоревшим газам выйти из цилиндра, в то время как частично в то же время свежий заряд, сжатый в картере, поступает в цилиндр через правильно ориентированные передаточные отверстия.

Перекрытие тактов впуска и выпуска в двухтактных двигателях является причиной того, что часть свежего заряда вытекает непосредственно из цилиндра в процессе продувки. Несмотря на различные попытки уменьшить масштабы этой проблемы путем введения дефлектора в поршень (рис. 2) и направления поступающего заряда в сторону от расположения выпускных отверстий, эффективность наддува в обычных двухтактных двигателях остается относительно низкой. Решением этой проблемы является подача топлива непосредственно в цилиндр, отдельно от свежего воздуха, через пневматические форсунки в период, когда и выпускное, и перепускное отверстия закрыты. Несмотря на короткий период, доступный для смешивания, распылители с подачей воздуха могут обеспечить гомогенную обедненную смесь во время воспламенения, генерируя капли бензина со средним диаметром менее 40 мкм, которые очень легко испаряются во время такта сжатия.

Среди различных типов двигателей внутреннего сгорания дизельный двигатель или двигатель с воспламенением от сжатия известен своим высоким КПД, сниженным расходом топлива и относительно низким общим выбросом газов. Его название происходит от имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля (1858–1913 гг.), который в 1892 г. описал в своем патенте форму двигателя внутреннего сгорания, не требующую внешнего источника воспламенения и в которой сгорание инициируется самовоспламенением жидкого топлива, впрыскиваемого в двигатель. высокая температура и давление воздуха ближе к концу такта сжатия.

Неотъемлемые преимущества эффективности дизельного двигателя проистекают из его общих соотношений обедненной смеси, высокой степени сжатия двигателя, обеспечиваемой отсутствием воспламенения конечных газов (детонации) и более высокими степенями расширения. Как следствие, дизельные двигатели в двухтактной или четырехтактной конфигурации традиционно были предпочтительными силовыми установками для коммерческого применения, такого как корабли/лодки, энергогенераторы, локомотивы и гусеницы, и за последние 20 лет или около того , легковые автомобили, особенно в Европе.

Недостаток низкой выходной мощности дизельных двигателей был устранен за счет использования нагнетателей или турбокомпрессоров, которые увеличивают отношение мощности к весу двигателя за счет увеличения плотности воздуха на входе. Ожидается, что турбокомпрессоры станут стандартными компонентами всех будущих дизельных двигателей, независимо от области применения.

Работа дизельного двигателя отличается от работы двигателя с искровым зажиганием главным образом способом образования смеси перед сгоранием.Только воздух вводится в двигатель через спиральный или направленный порт, а топливо смешивается с воздухом во время такта сжатия, после его впрыска под высоким давлением в форкамерный дизель с непрямым впрыском или IDI) или в основную камеру (дизель с непосредственным впрыском). или DI) непосредственно перед началом горения.

Необходимость достижения хорошего смешивания топлива и воздуха в дизельных двигателях удовлетворяется системами впрыска топлива под высоким давлением, которые создают капли со средним диаметром около 40 мкм. Для легковых автомобилей системы впрыска топлива состоят из роторного насоса, нагнетательных трубок и форсунок топливных форсунок, которые различаются по своей конструкции в зависимости от применения; в дизельных двигателях с непосредственным впрыском используются форсунки с отверстиями, а в дизелях с непрямым впрыском используются форсунки игольчатого типа. В более крупных дизельных двигателях используются рядные топливные насосы высокого давления, насос-форсунки (насос и форсунка объединены в один блок) или отдельные одноствольные насосы, которые устанавливаются рядом с каждым цилиндром.

За последние 20 лет или около того осознание того, что ресурсы сырой нефти ограничены и что окружающая среда, в которой мы живем, становится все более и более загрязненной, побудило правительства принять законы, ограничивающие уровни выбросов выхлопных газов. транспортных средств и двигателей всех типов. С момента их введения в Японии и США в конце 60-х годов и в Европе в 1970 году нормы выбросов постоянно становятся все более строгими, и производители двигателей сталкиваются с самой сложной задачей, связанной со стандартами, согласованными с 1996 года и далее, которые обобщены для легковых автомобилей в таблице. 1. Ожидается, что новые стандарты, которые будут введены в Европе в 2000 году, будут еще ниже, после калифорнийских стандартов, которые требуют нулевых уровней выбросов после начала века. Однако неясно, удовлетворят ли существующие двигатели этим ограничениям, несмотря на отчаянные попытки инженеров по всему миру.

Таблица 1. Европейские стандарты выбросов за 1996 год

Рисунок 3. Модель трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.

Из таблицы 1 видно, что основными загрязняющими веществами в двигателях с искровым зажиганием являются углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NO_x = NO + NO₂), тогда как в дизельных двигателях наиболее вредны NO_x и твердые частицы, состоящие из частиц сажи, образующихся при сгорании смазочного масла и углеводородов.

В настоящее время трехкомпонентные катализаторы, которые являются стандартным компонентом современных легковых автомобилей, оснащенных двигателями с искровым зажиганием, работающими на неэтилированном бензине, позволяют снизить выбросы углеводородов, CO и NO_x примерно на 90%. > путем преобразования их в двуокись углерода (CO₂), воду (H₂O) и N₂.

К сожалению, эти катализаторы требуют стехиометрической (соотношение воздух-топливо ~14,5) работы двигателя, что нежелательно как с точки зрения расхода топлива, так и с точки зрения выбросов CO₂. Альтернативным подходом является концепция сжигания обедненной смеси, которая обещает одновременное снижение расхода топлива и выбросов выхлопных газов за счет удовлетворительного сжигания бедных смесей с соотношением воздух-топливо намного выше 20. Ожидается, что разработка катализаторов сжигания обедненной смеси с эффективностью преобразования более 60% может позволить двигателям, работающим на обедненной смеси, соответствовать требованиям будущего законодательства по выбросам; это область активных исследований как в промышленности, так и в научных кругах. С другой стороны, новые дизельные двигатели зависят от двухкомпонентных или окислительных катализаторов для уменьшения содержания твердых частиц в выхлопных газах за счет преобразования углеводородов в CO₂ и H₂O, а также от выхлопных газов. рециркуляция газа и замедленное время впрыска для снижения уровня NO_x.

ССЫЛКИ

Arcoumanis, C. (Ed.) (1988) Двигатели внутреннего сгорания . Академическая пресса.

Blair, G. P. (1990) Базовая конструкция двухтактных двигателей . Общество автомобильных инженеров.

Ferguson, C. R. (1986) Двигатели внутреннего сгорания . Джон Уайли и сыновья.

Хейвуд, Дж. Б. (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания . Макгроу Хилл.

Стоун Р. (1992) Введение в двигатели внутреннего сгорания . Macmillan Education Ltd., 2-е изд.

Weaving, JH (Ed.) (1990) Инженерия внутреннего сгорания: наука и технология . Elsevier Applied Science.

Ссылки

Arcoumanis, C. (Ed.) (1988) Двигатели внутреннего сгорания . Академическая пресса.
Blair, G. P. (1990) Базовая конструкция двухтактных двигателей . Общество автомобильных инженеров.
Ferguson, C. R. (1986) Двигатели внутреннего сгорания . Джон Уайли и сыновья.
Хейвуд, Дж. Б. (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания . Макгроу Хилл.
Стоун Р. (1992) Введение в двигатели внутреннего сгорания . Macmillan Education Ltd., 2-е изд.
Weaving, JH (Ed.) (1990) Инженерия внутреннего сгорания: наука и технология . Elsevier Applied Science.

Физики называют двигатель внутреннего сгорания "первичным двигателем", что означает, что он использует некоторую форму энергии (например, бензин) для перемещения объектов. Первые надежные двигатели внутреннего сгорания были разработаны в середине девятнадцатого века и почти сразу же стали использоваться на транспорте. Разработка двигателя внутреннего сгорания помогла освободить людей от тяжелейшего ручного труда, сделала возможным появление самолетов и других видов транспорта, а также произвела революцию в производстве электроэнергии.

Фон

В 1698 году британский военный инженер Томас Савери (ок. 1650–1715) построил "Друг шахтера" — устройство, которое использовало давление пара для откачки воды из затопленных шахт. Несколько лет спустя Томас Ньюкомен (1663–1729) расширил конструкцию Савери и создал первый настоящий двигатель. В двигателе Ньюкомена, в отличие от двигателя Христиана Гюйгенса (1629–1695) и Савери, использовался поршень, прикрепленный к самому двигателю. Таким образом, он мог производить постоянную (хотя и не плавную) мощность.

Три условия, существовавшие в девятнадцатом веке, способствовали развитию двигателя внутреннего сгорания. Главным условием был спрос на власть, предъявленный промышленной революцией. Во-вторых, физики начали понимать ключевые концепции, на которых построен двигатель внутреннего сгорания. В-третьих, топливо, необходимое для работы двигателя, становилось все более доступным.

Между 1700 и 1900 годами ученые разработали область термодинамики, которая дала изобретателям инструменты для расчета эффективности и выходной мощности различных типов двигателей. Эти расчеты показали, что двигатель внутреннего сгорания потенциально гораздо более эффективен, чем паровой двигатель (который, напротив, был двигателем внешнего сгорания, то есть он воспламенял топливо вне самого двигателя).

Самое важное событие в ранней истории двигателя внутреннего сгорания произошло в 1859 году в руках бельгийского изобретателя Жана-Жозефа Этьена Ленуара (1822–1900). Двигатель Ленуара был долговечным (некоторые из них отлично работали после 20 лет эксплуатации) и, что более важно, надежным. Ранние версии двигателя были низкого качества и без причины переставали работать. Двигатель Ленуара обеспечивал постоянную мощность и работал плавно. В 1862 году Ленуар изобрел первый в мире автомобиль.

В 1860-х годах Николаус Отто (1832–1891) начал экспериментировать с двухтактными двигателями Ленуара и теоретическими четырехтактными двигателями Альфонса Бо де Роша (1815–1893). Отто был продавцом продуктов; у него не было технического образования или опыта. В 1866 году Отто с помощью немецкого промышленника Ойгена Лангена (1833–1895) разработал успешный, но тяжелый и шумный двигатель Отто и Лангена. Он продолжал экспериментировать с двигателями. В 1876 году он выпустил «Silent Otto», первый в мире четырехтактный двигатель. Помимо того, что двигатель Silent Otto работал тише, чем предыдущие двигатели, он также был гораздо более экономичным.

Двигатель Otto стал эталоном своего времени. Фактически, фундаментальная конструкция современных двигателей остается идентичной конструкции Отто. Как и предсказывала термодинамика, двигатель внутреннего сгорания был гораздо более экономичным, чем паровой двигатель. Двигатели внутреннего сгорания, которые были тише, дешевле в эксплуатации и менее громоздки, чем паровые двигатели, начали появляться на промышленных предприятиях по всей Северной Европе.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания мог использовать жидкое топливо, он должен сначала преобразовать жидкость в парообразное состояние. Следующей задачей для производителей двигателей было найти способ осуществить это изменение. Между 1880 и 1900 годами для выполнения этой задачи были изобретены различные процессы. Между 1885 и 1892 годами были разработаны три метода: карбюратор, паровая лампа и дизельный двигатель.

Влияние

На рубеже веков двигатели внутреннего сгорания стали неотъемлемой частью жизни на Западе. Промышленные предприятия по всей Европе и Америке широко использовали их, и открылись ворота для крупномасштабного производства автомобилей 1900-х годов.

В области транспорта бензиновый двигатель внутреннего сгорания и его варианты (в первую очередь дизельный двигатель) были адаптированы для использования в поездках по морю, суше и воздуху. В море большое количество небольших кораблей были и продолжают работать с дизельными двигателями, ускоряя перемещение людей и товаров между любыми местами, связанными водой. Это помогло сделать торговлю более быстрой и менее дорогой. Сочетание морских перевозок с более эффективными наземными перевозками грузов делает эти преимущества еще более значительными. В свою очередь, расширение торговли, как правило, ведет к большему процветанию и более высокому уровню жизни для обеих сторон, не говоря уже о создании новых рабочих мест.

Самолет также обязан своим появлением бензиновому двигателю. Многие изобретатели пытались летать с двигателем в конце девятнадцатого века, но только когда стали доступны легкие и мощные бензиновые двигатели, авиация была создана. Фактически бензиновые двигатели доминировали в авиации в первой половине двадцатого века и даже сегодня играют важную роль в частной, коммерческой и военной авиации.

Также следует учитывать влияние на сельское хозяйство и производство продуктов питания. Тракторы и другое современное сельскохозяйственное оборудование, обычно работающее на дизельных или бензиновых двигателях, играют значительную роль в обеспечении изобилия продовольствия в развитых странах и в некоторых частях развивающихся стран. Использование тракторов для обработки почвы, посадки и сбора урожая, а также для буксировки тяжелых грузов помогло увеличить площадь земли, которую может обрабатывать один фермер, а также повысить урожайность с гектара. Это двойное повышение эффективности отдельных фермеров приводит к увеличению количества продовольствия по более низким ценам. В развитом мире это означает не только больше и дешевле еды, доступной для его граждан, но и больше еды, доступной для экспорта во все страны.

Как упоминалось ранее, дизельный двигатель является продуктом двигателя внутреннего сгорания. Дизельные двигатели мощнее, требуют меньше обслуживания и потребляют меньше топлива высокой степени очистки, чем бензиновые двигатели. Эти факторы делают их менее дорогими, и они стали предпочтительным двигателем для железнодорожных перевозок, больших лодок и небольших кораблей, а также грузовиков. Дизельные двигатели также широко используются для производства электроэнергии, особенно в качестве аварийных источников питания для таких объектов, как больницы и атомные электростанции. В обоих случаях дизельные двигатели зарекомендовали себя как надежные и недорогие в обслуживании и эксплуатации.

И последнее воздействие, которое необходимо обсудить, — это воздействие двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду. Все двигатели внутреннего сгорания работают за счет сжигания той или иной формы углеводорода и выпуска выхлопных газов. Эти углеводороды обычно получают из нефти и сгорают с образованием двуокиси углерода, монооксида углерода и воды. Хотя были разработаны водородные двигатели, которые сжигают водород и производят водяной пар в качестве выхлопного газа, на момент написания этой статьи они были редкостью.

С точки зрения топлива запасы нефти ограничены, и их становится все труднее обнаруживать и извлекать. Процесс добычи неизменно приводит к некоторому воздействию на окружающую среду не только на месте бурения, но и на пути транспортировки. Поскольку большая часть нефти добывается в регионах, удаленных от нефтеперерабатывающих заводов и промышленно развитых стран, большая часть ее перевозится океанскими танкерами, которые иногда вызывают разливы с потенциально серьезными последствиями.

При сгорании в двигателях углеводородное топливо выделяет много газов, большая часть которых способствует загрязнению воздуха. До запрета в Соединенных Штатах многие виды топлива также содержали соединения свинца, которые приводили к случаям отравления свинцом. Однако даже без свинца двуокись углерода, первичный выхлопной газ сгорания, по-видимому, производится в достаточно больших количествах, поэтому было отмечено глобальное повышение уровня в атмосфере. Поскольку известно, что углекислый газ помогает улавливать солнечное тепло, существует множество предположений о том, что широкое использование двигателей внутреннего сгорания вызывает повышение температуры во всем мире с потенциально катастрофическими последствиями. Однако следует подчеркнуть, что данные, которые были интерпретированы, чтобы показать глобальное потепление, могут быть прочитаны по-разному, и не все ученые верят, что глобальное потепление действительно происходит. Кроме того, необходимо помнить, что на протяжении большей части истории Земли температуры были намного выше, чем в настоящее время. Таким образом, даже если происходит глобальное потепление, оно может быть вызвано или не связано со сжиганием ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания.

ТОДД ДЖЕНСЕН И П. ЭНДРЮ КАРАМ

Дополнительная литература

Комбс, Гарри. Убить Девил Хилл. Бостон: Компания Houghton Mifflin, 1979 г.

Харденберг, Хорст О. Средневековье двигателя внутреннего сгорания, 1794–1886 годы. Детройт: Общество автомобильных инженеров, 1999 г.

Робертс, Питер. Ветераны и винтажные автомобили. Лондон: Drury House, 1967.

Современные гибридные электромобили (ГЭМ) приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания в сочетании с одним или несколькими электродвигателями, которые используют энергию, хранящуюся в батареях. HEV сочетают в себе преимущества высокой экономии топлива и низкого уровня выбросов выхлопных газов с мощностью и запасом хода обычных автомобилей.

В настоящее время доступно большое количество моделей HEV. Хотя HEV часто дороже, чем аналогичные обычные автомобили, некоторые затраты могут быть возмещены за счет экономии топлива или государственных стимулов.Сравните HEV и негибридные модели, используя вопрос «Может ли гибрид сэкономить деньги?» инструмент на FuelEconomy.gov. Инструмент сравнивает стоимость выбранного HEV с негибридной моделью аналогичного оснащения от того же производителя и обеспечивает экономию топлива, связанную с опцией HEV.

Помощь электродвигателя

В гибридном электродвигателе дополнительная мощность, обеспечиваемая электродвигателем, может позволить использовать двигатель внутреннего сгорания меньшего размера. Аккумулятор также может питать вспомогательные нагрузки и уменьшать холостой ход двигателя, когда автомобиль стоит. Вместе эти функции обеспечивают лучшую экономию топлива без ущерба для производительности.

Рекуперативное торможение

ГЭМ нельзя подключать к внешним источникам электроэнергии для зарядки аккумулятора. Вместо этого автомобиль использует рекуперативное торможение и двигатель внутреннего сгорания для зарядки. Транспортное средство улавливает энергию, обычно теряемую во время торможения, используя электродвигатель в качестве генератора и сохраняя захваченную энергию в аккумуляторе.

Посмотрите анимацию, показывающую, как работают гибридные автомобили. Загрузите Flash Player или просмотрите текстовую версию.

Проектирование системы с эффективным расходом топлива

ГЭМ могут быть либо мягкими, либо полными гибридами, а полные гибриды могут быть спроектированы в последовательной или параллельной конфигурации.

Мягкие гибриды, также называемые микрогибридами, используют аккумулятор и электродвигатель для питания автомобиля и могут отключать двигатель, когда автомобиль останавливается (например, на светофоре или в пробках с частыми остановками). дальнейшее улучшение топливной экономичности. Мягкие гибридные системы не могут привести транспортное средство в действие только за счет электричества. Эти автомобили обычно стоят меньше, чем полные гибриды, но обеспечивают меньшую экономию топлива, чем полные гибриды.

Полные гибриды имеют аккумуляторы большей емкости и более мощные электродвигатели, которые могут питать автомобиль на коротких дистанциях и на низких скоростях. Эти автомобили стоят дороже, чем мягкие гибриды, но обеспечивают лучшую экономию топлива.

Существуют различные способы объединения мощности электродвигателя и двигателя. Параллельные гибриды — наиболее распространенная конструкция HEV — соединяют двигатель и электродвигатель с колесами через механическую муфту. И электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания напрямую приводят в движение колеса. Серийные гибриды, в которых для привода колес используется только электродвигатель, чаще встречаются в подключаемых гибридных электромобилях.

Бензиновые и дизельные автомобили похожи. Оба они используют двигатели внутреннего сгорания. В бензиновых автомобилях обычно используется двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, а не системы с воспламенением от сжатия, используемые в дизельных автомобилях. В системе с искровым зажиганием топливо впрыскивается в камеру сгорания и смешивается с воздухом. Воздушно-топливная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания. Хотя бензин является наиболее распространенным топливом для транспортных средств, существуют альтернативные варианты топлива, в которых используются аналогичные компоненты и системы двигателя. Узнайте об альтернативных видах топлива.

Ключевые компоненты бензинового автомобиля

Аккумулятор. Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.

Электронный модуль управления (ECM): ECM управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система. Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выбросов выхлопных газов в выхлопной системе.

Топливозаправочная горловина: насадка от топливораздаточной колонки присоединяется к приемнику на автомобиле для заполнения бака.

Система впрыска топлива. Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод. Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) перекачивают топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный насос: насос, который перекачивает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя через топливопровод.

Топливный бак (бензин): в этом баке хранится бензин на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): в этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от искры. штекер.

Трансмиссия. Трансмиссия передает механическую энергию от двигателя и/или тягового электродвигателя на привод колес.

Читайте также: