Ера двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) ще далека від заходу - такої думки дотримується досить велика кількість і фахівців, і простих автолюбителів. І для такого твердження у них є всі підстави. За великим рахунком, існує тільки дві серйозні претензії до ДВС - ненажерливість і шкідливий вихлоп. Запаси нафти не безмежні, а автомобілі є одними з основних її споживачів. Вихлопні гази отруюють природу і людей і, накопичуючись в атмосфері, створюють парниковий ефект. Парниковий ефект призводить до зміни клімату і далі до інших екологічних бід. Але не будемо отвлекаться.С обома недоліками конструктори та інженери за останні десятиліття навчилися досить ефективно боротися, довівши, що у ДВС є ще невикористані резерви для розвитку і вдосконалення.
Зміст статті
Зниження витрати палива
Істотне зниження витрати палива було досягнуто завдяки впровадженню в конструкцію ряду технічних нововведень. Першим кроком став перехід від карбюраторних двигунів до вприськовим. Сучасні системи упорскування забезпечують подачу палива в циліндри під високим тиском, в результаті чого відбувається його тонке розпилення і хороше змішування з повітрям. В ході такту стиснення паливо впорскується в камеру згоряння точно дозованими порціями до 5-7 разів. Використання наддуву, збільшення числа клапанів, підвищення ступеня стиснення також дозволили більш повно спалювати робочу суміш. Оптимізація форми камери згоряння, днища поршнів, застосування систем з регульованими фазами газорозподілу сприяли поліпшенню процесів сумішоутворення. В результаті двигун може працювати на більш бідних сумішах, економлячи паливо і знижуючи викид шкідливих речовин.
Широко застосовується в сучасних автомобілях система старт-стоп, що дає помітну економію палива в міському режимі руху. Ця система автоматично вимикає двигун при зупинці автомобіля. Запуск проводиться при натисканні на педаль зчеплення (в автомобілях з механічною коробкою передач) або при відпуску педалі гальма (в автомобілях з автоматичною коробкою).
Система рекуперації енергії гальмування, що вперше з'явилася на гібридних автомобілях, поступово перекочувала і на звичайні. Кінетична енергія замедляющегося автомобіля, яка раніше розтрачувалася на нагрів деталей гальмівної системи, зараз перетворюється в електричну і використовується для підзарядки акумулятора. Витрата палива знижується до 3%.
Важливою обставиною є те, що поліпшення технічних характеристик двигунів відбувається при неухильному зниженні їх обсягу. Наприклад, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, визнаний кращим двигуном 2010 року, при Об'єм 1390 куб.см розвиває потужність до 178 к.с. Тобто, з кожного літра знімається 127 к.с.! Питома витрата палива за минулі 20-30 років був знижений майже в два рази. А раз знижується споживання палива, відповідно знижується і викид шкідливих речовин, та й запаси нафти можна розтягнути на більший термін.
Очищення вихлопних газів
Всі перераховані вище заходи знижують шкідливі викиди, так би мовити побічно, за рахунок поліпшення технічних характеристик. Але є ряд систем, призначення яких - безпосередньо зменшувати кількість шкідливих речовин у вихлопних газах.
Перш за все це, звичайно ж, каталітичний нейтралізатор і система рециркуляції вихлопних газів EGR. У нейтралізаторі шкідливі речовини, що містяться в вихлопних газах, вступають в хімічну реакцію з речовинами, нанесеними на його стільники. В результаті реакції шкідливі речовини розкладаються на нешкідливі складові.
Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) має більш «вузьку» спрямованість. Вона призначена для зниження вмісту оксидів азоту в вихлопних газах на режимах прогріву і різкого прискорення, коли двигун працює на збагаченій суміші. Принцип роботи системи полягає в перенаправлення частини вихлопних газів назад в циліндри. Це викликає зниження температури горіння і, відповідно, концентрації оксидів азоту.
При роботі двигуна не всі вихлопні гази потрапляють в випускну систему. Частина їх проривається в картер. Для запобігання попаданню в атмосферу використовується система вентиляції картера. Пари бензину так же, як і вихлопні гази, містять шкідливі для людини речовини. Тому на автомобілях встановлюється система поглинання парів бензину.
Всі перераховані вище системи універсальні, тобто використовуються як на бензинових моторах, так і на дизельних. Однак вихлопні гази дизеля відрізняються підвищеною концентрацією оксидів азоту і сажі. Тому в випускний системі дизелів додатково встановлюється фільтр сажі. У деяких конструкціях може використовуватися система SCR (Selective catalytic reduction) або, у вільному російській перекладі, уприскування сечовини. Принцип роботи: водний розчин сечовини впорскується в вихлопну систему перед каталізатором. В результаті хімічної реакції майже половина високотоксичних оксидів азоту перетворюється в звичайний нешкідливий азот.
До слова кажучи, успіхи в удосконаленні дизельних моторів вражають. Не будемо далеко ходити за прикладами. Погляньте на таблицю: в ній представлені переможці двох найпрестижніших світових нагород World Green Car of the Year (Зелений автомобіль року в світі) і Green Car of the Year (Зелений автомобіль року).
Рік World Green Car of the Year Green Car of the Year 2006 Honda Civic Hybrid (гібрид) Mercury Mariner Hybrid (гібрид) 2007 Mercedes-Benz E320 Bluetec (дизель) Toyota Camry Hybrid (гібрид) 2008 BMW 118d with Efficient Dynamics (дизель) Chevrolet Tahoe Hybrid (гібрид) 2009 Honda FCX (паливні елементи) Volkswagen Jetta TDI Clean Diese (дизель) 2010 Volkswagen Polo BlueMotion (дизель) Audi A3 TDI Clean Diesel (дизель) 2011 Chevrolet Volt (гібрид) Chevrolet Volt (гібрид) 2012 Mercedes S250 CDI BlueEfficiency (дизель) Honda Civic Natural Gas (газ) 2013 Tesla Model S (електромобіль) Ford Fusion (бензин EcoBoost) 2014 BMW i3 (електромобіль) Honda Accord (бензин, гібрид)
Бачите? В одному конкурсі чотири рази перемагали дизелі, в іншому - двічі.
перспективи ДВС
Підсумовуючи сказане можна стверджувати, що в найближчі десятиліття ми будемо співіснувати з двигунами внутрішнього згоряння. Для цього є вагомі технічні та економічні причини. Налагодженість технології виробництва ДВС забезпечує їх порівняно низьку вартість. Удосконалення робочого процесу дозволило отримати високі характеристики і знизити шкідливі викиди.
Зростання продажів «зелених» автомобілів багато в чому стимульований урядовою підтримкою. Як тільки держава згортає програму знижок на екологічні автомобілі, попит на них стрімко падає.
Численні спроби створити гідну альтернативу ДВС поки не увінчалися успіхом. Якщо ж навіть принципово новий двигун незабаром з'явиться, то для його впровадження в серійне виробництво знадобляться величезні капіталовкладення і тривалий проміжок часу.
Що вибрати: бензин або дизель?
Це питання викликає нескінченні суперечки в середовищі автомобілістів. На допомогу їм фахівці Bosch розробили наочну схему, яка демонструє переваги обох типів ДВС і умови, при яких той чи інший з них краще.
Дизельний автомобіль споживає до 25% менше палива і менше забруднює навколишнє середовище, зате бензиновий має меншу вартість, його страхування і експлуатація обходяться дешевше. Однак якщо річний пробіг перевищує 15000 кілометрів, купувати дизель вигідніше.
Вибір відповідного типу двигуна залежить також від класу автомобіля. Сучасні бензинові силові агрегати вельми ефективні в компактних автомобілях, а нинішні дизеля дозволяють досягати низької витрати палива і дають задоволення від водіння в великих універсалах. Бензинові мотори забезпечують завидну прийомистість і динаміку «гарячим» спортивних автомобілів, а високий крутний момент дизелів як не можна до речі підходить великим позашляховикам.
Що вибрати: бензин або дизель?