Критерии выбора автомобильного двигателя

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания вошли в обиход около 70 лет назад. Легковые автомобили и грузовики совершили переворот в мировой экономике и социальной жизни общества.

С внедрением дешевых автомобилей, впервые осуществленным Генри Фордом (модель Т, 1908), человек получил свободу передвижения, которая послужила основой для появления индустрии туризма.

Угроза обществу. Сегодня на дорогах нашей планеты находятся 220 млн. единиц различных транспортных средств. Многие полагают, что решение проблемы загрязнения окружающей среды и сокращения запасов топлива очевидно и что со временем общество откажется от автомобиля в том виде, в каком он сейчас существует. В самом деле, этот четырехколесный экипаж для пяти пассажиров до 5 м длиной и 2,5 м шириной с двигателем внутреннего сгорания, имеющим очень низкий кпд, отравляющим воздух выхлопными газами и оглушающим человека шумом, переполняет города, создает топливный голод и постепенно лишает людей той свободы передвижения, ради которой он создавался. Настала пора радикально изменить размеры, единичную мощность автомобиля и отношение людей к персональному транспорту.

Какой выбрать двигатель? Всякое горение-от пороха фейерверка до автомобильного бензина-дает нежелательные отходы: угарный газ, сернистый газ и др. Автомобильные выхлопные газы содержат также оксиды азота, соли свинца, оксид железа и сажу. Новые правила ограничивают содержание токсичных компонентов в выхлопных газах. Но и они (в том числе строжайщие ограничения, положенные США в 1975 г. в основу на будущее и требующие снижения токсичности выхлопных газов на 95%) не позволяют надеяться на полное исключение загрязнения окружающей среды автомобилями. Кроме того, даже самые бдительные организации по борьбе с шумом не надеются на эффективное снижение шума от тяжело нагруженных машин. Архитекторам в лучшем случае удается разгрузить городские центры от транспорта, но это лишь увеличивает нагрузку транспорта на дорогах других районов.

Конструкторы автомобилей обязаны думать не только об интересах завтрашнего, но и послезавтрашнего дня, в частности в том, что относится к двигателям, топливу и габаритам автомобиля; их первейший долг-разрабатывать разнообразные системы общественного транспорта.

Более 25 лет испытываются дорожно-транспортные модели с паровым приводом. Основными их недостатками оказались масса и обеспечение водой. Продолжаются исследования малотоксичных двигателей с послойным заполнением [1], газовых турбин, двигателя Стирлинга, работающего на горячем воздухе.

Двигатель с послойным заполнением горючей смесью- вариант обычного бензинового двигателя с измененными головкой цилиндров и системой зажигания. В обычном двигателе бензиновоздушная смесь имеет одинаковую плотность во всех точках объема камеры сгорания. В двигателе с послойным заполнением вблизи свеч» смесь богаче. Богатая смесь легче воспламеняется, а обедненная полнее сгорает

Испытывается «гибридный» автомобиль, в котором двигатель вращает генератор, предназначенный для зарядки аккумуляторов, а энергия от аккумуляторов обеспечивает движение.

«Гибридный» автомобиль создан для уменьшения загрязнения городского воздуха Для поездок по городу и в пригороды используется электродвигатель, а в загородных поездках работает небольшой двигатель внутреннего сгорания

Возможны и другие системы двигателей, а именно чисто электрические (возможности питания электроэнергией неограниченны, но большая масса аккумуляторных батарей и необходимость в перезарядке мешают их практическому внедрению) и установки для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую без его сжигания. Последние могут стать одним из существенных достижений нашего времени, но в ближайшие годы они вряд ли будут использованы. Создано свыше 250 моделей небольших городских электромобилей и автомобилей, предназначенных для деловых поездок. Если они оправдают себя экономически, то помогут разгрузить города и решить проблему автомобильных стоянок, поскольку электромобиль занимает втрое меньше места.

Будущее автомобильного двигателя. Некоторые технические достижения в интересах экономики и защиты окружающей среды уже реализованы, но большинство из них дает лишь временные улучшения. Автомобильная промышленность выпускает каталитические фильтры, встроенные в глушители [6].

Каталитический поглотитель, встроенный в глушитель, предназначен для очистки выхлопных Газов. Оксиды азота восстанавливаются в первом отсеке до аммиака, а во втором гидрокарбонаты и СО превращаются в воду и углекислый газ. Наилучший катализатор - платина, но она очень дорогая. Система очистки оказалась достаточно успешной, и ею воспользовались для снижения концентрации вредных веществ в выхлопных газах высокоскоростных автомобилей

Они снижают загрязнение воздуха, если свинца в бензине мало. Топливо можно сэкономить за счет использования электронной системы зажигания, радиально армированных покрышек (их сопротивление качению ниже), меньших передаточных чисел на задних колесах, двигателей меньшей мощности, ограничения скорости движения.

Сейчас три задачи требуют неотложного решения. Во-первых, необходимо создать двигатель (а двигатели внутреннего сгорания, вероятно, сохранятся в ближайшие 15 лет), который был бы экономичным и как можно меньше загрязнял воздух выхлопными газами. Во-вторых, очень важно найти способы управления плотностью движения транспорта в черте города и его потоками повсеместно. В - третьих, необходимо обеспечить большую надежность за счет новых конструктивных решений и дополнительных узлов (типа откидной рулевой колонки, жесткой «коробки» и искривляющихся элементов), что позволит не только предотвратить увечья при столкновениях, но и избежать возможных аварий. Это относится к усовершенствованию шин, тормозов, осветительных приборов, подвески и обзорности.

К более отдаленным целям относится поиск других видов топлива, что объясняется нехваткой нефти.

Дизель при правильной регулировке загрязняет атмосферу меньше бензинового двигателя. Вреднее всего угарный газ (СО), не имеющий ни запаха, ни цвета. Бензиновый двигатель выбрасывает СО в 30 раз больше, чем дизельный (в канистре [А] - объем СО, выделенного бензиновым двигателем, в канистре [Б] - дизельным).

В экспериментальной модели городского электромобиля вспомогательные системы питаются от вспомогательной батареи аккумуляторов или через буферные устройства-от основной.

Мощный газотурбинный автомобильный двигатель разработан фирмой «Бритиш ровер», испытавшей первый газотурбинный автомобиль в марте 1950 г. Он дешев в эксплуатации и работает на низкосортном, не содержащем свинца топливе, однако производство его обходится дорого. 1. Подвод воздуха. 2. Центробежный компрессор. 3. Турбина компрессора. 4. Подвод топлива. 5. Силовая турбина. 6. Выхлоп. 7. Отбор мощности

В идеале безопасный автомобиль [1] имеет жесткий салон, защищающий пассажиров, пристегнувшихся ремнями безопасности и опирающихся на подголовники. При столкновении двигатель опускается, а рулевая колонка складывается. Ранения пассажиров, не воспользовавшихся ремнями и подголовниками [2], зависят от скорости, при которой произошло столкновение (здесь 97 км/ч).

В системе с кольцевым контейнером [А], разрывающимся при проколе шины [Б], отверстие «герметизируется» жидкостью [В], а за счет испарения веществ, содержащихся в контейнере, давление в шине поднимается [Г].