Двс автомобиля: Устройство и теория двигателя внутреннего сгорания авто (подробно)

Термодинамика ДВС и гистерезис термостата

Сесть за написание статьи по термостату автомобиля меня заставил случай. На интернет-форуме завязался спор о влиянии термостата на скорость прогрева инжекторного двигателя. Каждый из спорящих приводил свои доказательства. Поскольку аргументация каждого, действительно, была убедительна, но и в то же время противоположна, то я решил самостоятельно разобраться в данной теме.

Открыл старый учебник по термодинамике и вот, что я там вычитал. Термодинамика – наука об основных способах преобразования внутренней энергии тел для совершения механической работы. Определение очень подходило к обсуждаемой автомобильной тематике. Читаем дальше о так называемом постулате Клаузиуса: «процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе». Из прочитанного постулата делаем для себя существенный вывод: энергия передается от горячего тела к холодному.

Теперь разберемся, откуда, собственно, берется энергия в автомобиле для его перемещения в пространстве. Конечно, это энергия сгорания бензина. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) переводят химическую энергию топлива в тепловую энергию, а затем с помощью кривошипно-шатунного механизма в механическую работу. При этом 1 литр бензина при сгорании выделяет около 9,5 кВт*ч тепловой энергии.

У современного ДВС к.п.д. достаточно низкий – до 30%, поэтому основная (70%) часть тепловой энергии, которая не была преобразована в механическую должна быть рассеяна и отведена от ДВС. Зачем её отводить от ДВС тоже ясно, т.к. двигатель работает эффективно достаточно в узком температурном диапазоне от +80 до +115 °С, который называется рабочей температурой. И если лишнюю энергию не отводить от двигателя, то он перегреется. Также не нужно забывать о том, что если скорость отвода тепловой энергии будет большой, то температура мотора упадет ниже указанных цифр, что скажется на эффективности выработки механической энергии, проще сказать, автомобиль начнет «тупить», а КПД падать.

Как раз для регулирования скорости отвода «лишней» тепловой энергии и нужен термостат. Но при этом необходимо помнить, что это не единственный вариант и отведение тепловой энергии происходит тремя путями, а их процентное соотношение между собой колеблется в зависимости от оборотов двигателя (см. диаграмму):

1) через конвекцию и тепловое излучение, 2) через систему отвода выхлопных газов и 3) через систему охлаждения двигателя, где как раз и нужен пресловутый термостат для регулирования объема охлаждающей жидкости.

Теперь остановимся немного на значении стабильного рабочего температурного режима ДВС (Н5.). Я уже отметил, что его диапазон достаточно узок (80–115 °С). Но здесь также нужно понимать, что бывают разные условия движения, которым соответствуют разные температурные значения. Для экономного стиля и небольшой загрузки машины оптимальной будет температура 95–115 °С. Для эксплуатации с максимальной нагрузкой нужна температура поменьше – около 85–95 °С. Для экологичного вождения, когда процент NOх в выхлопе минимален, нужна и минимальная температура – примерно 80–85 °С.

По приведенной классификации терморежимов ДВС в журнале «АБС» за январь 2012 г. эти режимы обозначаются как Н5.3., Н5.2. и Н5.1. соответственно. У разных производителей двигателей приведенные значения, естественно, будут несколько отличаться.

Теперь, понимая, что оптимальная температура ДВС зависит от условий вождения и что она находится в очень узком диапазоне температур, перейдем к вопросу регуляции и поддержания необходимой температуры. Исходя из приведенной диаграммы, мы видим, что регулировать её можно только двумя способами: регуляцией через систему охлаждения и путем рассеивания конвекцией и излучением. Для первого варианта хорошо подходит термостат, для второго же необходима регулируемая теплоизоляция моторного отсека.

Остановимся на первом варианте – термостате и его свойствах, что собственно и являлось предметом спора на автомобильном форуме. Приводить устройство термостата не буду, т.к. основная масса читателей знает его нехитрое устройство. Остановлюсь лишь на некоторых общепринятых заблуждениях и опровергну их.

1. Термостат не ускоряет прогрев двигателя.

Я категорически против распространенного утверждения, что термостат ускоряет прогрев двигателя, ибо термостат не может быть источником энергии, он всего навсего отводит лишнюю тепловую энергию. График прогрева ДВС движется по определенной кривой (красная линия), причем темп роста температуры в первой половине графика выше, чем во второй. Это как раз говорит о том, что в первой части не работает отвод тепла через конвекцию и излучение, а во второй части он усиливается. Средняя же скорость (линия тренда) – это прямая, расположенная под определенным ß-углом, который показывает рост температуры во времени и зависит только от технологических особенностей двигателя (теплоемкости) и количества сгоревшего топлива. Отличия для разных двигателей незначительны, т.к. даже на ХХ ЭБУ у многих машин готовит одинаковую смесь. Для конкретного двигателя ß-угла есть константа. Термостат же включается в термодинамический процесс только при достижении температуры его открытия: как правило, это от +87 до +93 °С.

При его открытии резко усиливается теплопотеря двигателя, которая прекращается в момент его закрытия, т.е. фактически термостат замедляет и ограничивает дальнейший перегрев двигателя, отводя от ДВС лишнюю тепловую энергию! Я имел, конечно ввиду, только часть энергии, которая рассеивается через ОЖ. Про другие (выхлоп, конвекция и изучение) – отдельная история!

2. Термоизоляция моторного отсека в т.ч. термоодеялом не ускоряет прогрев двигателя.

Мои друзья спорили о термоизоляции. Один говорил, что термоизоляция моторного отсека (МО) влияет на скорость прогрева двигателя. Другой говорил, что не влияет. Я решил провести эксперимент. Утеплил моторный отсек и поставил жалюзи. В мороз в –25 °С поехал на работу и фиксировал температуру двигателя и МО. Жалюзи были плотно закрыты. На следующий день при той же температуре открыл капот и жалюзи и снова поехал на работу. Также записывал температуру двигателя и моторного отсека. Потом нарисовал графики.

Единственное, в данном вопросе нужно сначала определиться с термином прогрев.

Если мы считаем, что прогрев это нагревание до температуры +50 °С ОЖ, то теплоизоляция однозначно не влияет на скорость прогрева. Если всё-таки мы считаем, что прогрев идет до максимальной температуры ОЖ, то выводы следующие:

1. От –25 °С до +50 °С скорость прогрева одинакова и утепление на нее не влияет.

2. От +50 °С до +70 °С скорость прогрева чуть больше с утеплением.

3. От +70 °С до +100 °С скорость прогрева больше с утеплением.

Строго говоря, любая теплоизоляция моторного отсека (в т.ч. теплоодеяло) хорошо работает не в фазе нагрева ДВС, а в фазе остывания, когда она удлиняет остывание МО и двигателя в т.ч. И происходит это благодаря «перекрытию» канала рассеивания тепла конвекцией и излучением.

3. Выбитые цифры на корпусе термостата ни о чем не повествуют

На графике представлены температурные кривые открытия (сплошные) и закрытия (пунктирные) трех разных новых термостатов, на корпусах которых были выбиты цифры температуры в +92 °С. При этой заявленной температуре они должны были открываться, но на практике ни один термостат не соответствовал указанным значениям (+82,+84,+89 °С).

Для написания этой статьи было проверено 10 новых различных термостатов, и только один открылся точно при достижении указанной температуры!

4. Термостаты со временем теряют свои свойства.

Многие автолюбители уверены в том, что рабочий термостат не изменяет своих свойств со временем. К сожалению, это не соответствует действительности, т.к. со временем изменяются свойства наполнителя (воска) и различных присадок, и на перемещающемся штоке клапана появляются наложения из антифриза, препятствующие свободному его перемещению.

5. Главным и единственным критерием определения работоспособности термостата является «петля» гистерезиса.

Идеальный термостат должен работать примерно так, как изображено на данном графике:

1. Точка открытия А должна точно соответствовать маркировке (температуре открытия).

2. Точка В соответствует максимальной амплитуде открытия и должна быть стабильна во временя эксплуатации.

3. Гистерезис (разница в открытии и закрытии при заданной температуре) должен быть минимальным, т. е петля должна выглядеть на графике «тощей», а не «толстой».

4. Со временем эксплуатации авто ß-угол не должен изменяться.

5. Отрезок А-С (начало открытия и момент полного закрытия) хорошего термостата минимален и не увеличивается со временем службы.

6. Значение точки С (полное закрытие) также должно быть нанесено на корпус термостата.

Ну, а теперь домашнее задание. Какой из новых термостатов разных производителей (V или W) с одинаковым клеймом в +92 °С Вы выберете для своей машины из представленных на графике? И можно ли выбирать термостат для своей машины только на основании выбитых цифирь или нужно обратиться за истиной все-таки к «гистерезису»?

Как говорит мой учитель, специалист по термодинамическим процессам профессор Твердислов В.А. из МГУ, все фундаментальные исследования в основных областях наук (физика, химия и т.п.) закончены, нужно только это помнить и не возвращаться в своих заблуждениях в ХIХ и ХХ века. А для этого достаточно купить кастрюльку и градусник.

• Юрий Богданов

Европа согласилась запретить все новые ДВС с 2035 года

Повальное «озеленение» автопрома неизбежно, хотя когда оно все-таки произойдет — вопрос открытый. Но не в Европе: политики Старого Света отклонили законопроект, согласно которому дату полного запрета продажи новых машин с ДВС в 2035 году хотели сдвинуть или смягчить сами ограничения.

В июле 2021 года Европейская комиссия опубликовала официальный «зеленый» план, который охватывал возобновляемые источники энергии, модернизацию инфраструктуры и предлагл запрет на продажу новых автомобилей, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, с 2035 года. Эта стратегия широко обсуждалась, и некоторые из крупнейших экономик Европы были недовольны анонсированными ограничениями. Однако чуть ранее на этой неделе законодатели Евросоюза проголосовали за сохранение запрета ДВС с середины следующего десятилетия.

Окончательная форма закона будет обсуждаться с государствами-членами позднее в этом году. Тем не менее, подавляющее число автопроизводителей собираются сократить свои выбросы углекислого газа до нуля к 2035 году. Это означает, что менее чем через 15 лет на рынке не останется новых бензиновых, дизельных или гибридных автомобилей. Важно отметить — запрет (обсуждаемый закон) не касается проданных до 2035 года машин с двигателями внутреннего сгорания. Хотя на них тоже найдут свою управу, сомневаться в этом не стоит.

Также, справедливости ради, объявлять смерть ДВС в Европе еще рано. Прежде необходимо, чтобы все 27 стран ЕС достигли соглашения, а это может оказаться очень сложной задачей. Германия, например, выступает против полного запрета на новые автомобили с двигателями внутреннего сгорания и предлагает сделать исключение из этого правила для машин, работающих на синтетическом топливе. Министр экологических преобразований Италии также заявил, что будущее автомобиля «не может быть только полностью электрическим».

Комментируя для Automotive News Europe грядущий запрет, представитель Всеобщего немецкого автомобильного клуба (ADAC), крупнейшей автомобильной ассоциации Европы, заявил, что «амбициозные цели по защите климата в транспортной отрасли не могут быть достигнуты только за счет электрической мобильности». Организация считает «необходимым открыть перспективу климатически нейтрального двигателя внутреннего сгорания».

С другой стороны, член Европарламента Майкл Блосс сказал: «Это поворотный момент, который мы сегодня обсуждаем. Любой, кто все еще полагается на двигатель внутреннего сгорания, наносит вред отрасли, климату и нарушает европейское законодательство».

Около четверти выбросов CO2 в Европейском союзе приходится на транспортный сектор, а 12% из них обеспечивают легковые автомобили. Согласно новому соглашению, с 2030 года ежегодные выбросы новых машин должны быть на 55 процентов ниже, чем в 2021 году.

Такие бюрократические и политические пертурбации особенно любопытно смотрятся на фоне происходящего в мире в целом. Вспомнить хотя бы недавний откат экологических норм для автомобилей в России буквально на десятилетия. Все из-за сложившейся в последние месяцы геополитической ситуации, конечно же. Но вместе с возвратом «Евро-0», который опасен в долгосрочной перспективе, отменили даже обязательные подушки безопасности, а это уже может иметь вполне молниеносные последствия.

Да и в Евросоюзе не отстают, на самом деле. Там всего месяц назад одобрили временное увеличение норм по выбросам углекислого газа.

Президент GM

Марк Ройсс говорит, что компания не откажется от двигателей

в маслкарах, новостях, пикапах, спортивных автомобилях, суперкарах, внедорожниках, фургонах

Легко подумать, что наступил век электрификации, а двигатель внутреннего сгорания уже давно устарел. В конце концов, это сообщения, которые впихнули нам в глотку от крупнейших автопроизводителей до подкастов, провозглашающих неизбежность автомобилей с батарейным питанием, прежде чем они смогли проявить себя. Конечно, этот месседж, вероятно, во многом связан с политической стороной дела. Но даже с такими несгибаемыми брендами, как Dodge, демонстрирующими свои электрические амбиции в виде Charger Daytona Banshee, почва для автомобилей с двигателем кажется довольно шаткой. Как мы изначально сообщали, будет даже электрический Chevrolet Corvette. При этом General Motors — возможно, самый громкий голос в отрасли, когда речь заходит об электрифицированном будущем — хочет заверить своих клиентов, что, хотя она электрифицирует свой портфель, компания не откажется от двигателей внутреннего сгорания, по словам президента GM. Марк Ройсс.

Per Fox Business , президент GM Марк Ройсс говорит, что «ледниковый век» очень жив. Правообладатель иллюстрации Маттеус Пах, Muscle Cars & Trucks

сказал. «У нас есть лидерство в области грузовых автомобилей с GMC и Chevrolet. У нас есть это для наших грузовиков среднего размера, наших полноразмерных грузовиков и не только».

Если эти кормовые автомобили все еще хорошо продаются, почему компания должна уйти с рынка? Как и раньше, эти более важные и высокорентабельные автомобили оплачивали расходы GM на электромобили, и отказываться от этого основного рынка и его клиентов было бы безрассудно на данном этапе.

В то же время GM сосредоточена на расширении своих производственных мощностей по производству электромобилей, даже строит новые собственные заводы по производству аккумуляторов, один из которых уже запущен и работает в Лордстауне, штат Огайо, что будет способствовать развитию их производства электромобилей. GM также повысила свой прогноз на четвертый квартал 2022 года и заявила, что рентабельность электромобилей произойдет уже в 2025 году, когда она сможет производить 1 миллион электромобилей в год.

Ассортимент ДВС GM, который включает в себя рекордный Corvette Z06 2023 года, вездеходный Chevrolet Silverado ZR2, Cadillac Escalade-V мощностью 680 л. С другой стороны, новый Chevy Trax ориентирован на покупателя начального уровня и является одним из самых дешевых новых автомобилей в Америке. Отчасти это связано с тем, что он работает от мощности двигателя, а не от дорогих аккумуляторов.

 

Ажиотаж по поводу предстоящих полностью электрических предложений компании, таких как GMC Hummer EV, Silverado EV и недавно анонсированный GMC Sierra EV, может в какой-то момент сместить их внимание на полностью электрическую клиентскую базу, особенно когда они, наконец, имеют средства, чтобы ответить на спрос.

Всего GM вложит более 35 миллиардов долларов в свои технологические достижения, необходимые для массового производства электромобилей, до 2025 года, пока их основные продукты с ДВС никуда не денутся. Правообладатель иллюстрации Steven Pham, Muscle Cars & Trucks.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Renault делает ставку на то, что рынок бензиновых автомобилей продолжит расти

• Внимание Renault к двигателям внутреннего транспортных средств, работающих на ископаемом топливе.
• Такие цели стали главной темой для обсуждения в автомобильной промышленности.
• В интервью CNBC финансовый директор Renault Тьерри Пьетон пытается объяснить некоторые причины запланированного партнерства фирмы с Geely.

смотреть сейчас

Renault считает, что двигатели внутреннего сгорания будут продолжать играть решающую роль в ее бизнесе в ближайшие годы, по словам топ-менеджера французского автомобильного гиганта.

Во вторник было объявлено, что Renault Group и китайская фирма Geely подписали необязывающее рамочное соглашение о создании компании, занимающейся разработкой, производством и поставкой «гибридных силовых агрегатов и высокоэффективных силовых агрегатов с ДВС [двигатель внутреннего сгорания]». .»

По данным Renault, и ей самой, и Geely будет принадлежать 50% бизнеса, который будет состоять из 17 заводов по производству силовых агрегатов и пяти научно-исследовательских центров.

Выступая во вторник перед корреспондентом CNBC Шарлоттой Рид, финансовый директор Renault Тьерри Пьетон попытался объяснить некоторые причины запланированного партнерства с Geely.

«На наш взгляд, и согласно всем исследованиям, которые у нас есть, не существует сценария, при котором ДВС и гибридные двигатели будут представлять менее 40% рынка с горизонтом до 2040 года», — сказал он. «Так что на самом деле это… рынок, который будет продолжать расти».

Объединение с Geely происходит по мере того, как Renault конкретизирует планы по созданию дочерней компании по производству электромобилей под названием Ampere.

По данным Renault, французская компания Ampere «будет разрабатывать, производить и продавать полноценные легковые автомобили EV». Он рассматривает первичное публичное размещение акций на Euronext Paris, которое состоится не ранее второй половины 2023 года, в зависимости от рыночных условий.

В своем интервью CNBC Питон затронул вопрос о необходимости, по его мнению, в различных типах транспортных средств. «Очень важно одновременно развивать наш бизнес по производству электромобилей — с Ampere — и создавать устойчивый источник ДВС и гибридных силовых агрегатов».

Именно поэтому Renault собиралась вступить в партнерство с Geely, добавил он, пояснив, что этот шаг представляет собой «абсолютный провал» с точки зрения бизнеса и финансов.

Это произошло потому, что, как утверждал Пайтон, она создала «ведущего в мире поставщика двигателей с ДВС и гибридных силовых агрегатов, в котором работает около 19 000 сотрудников в 130 странах».

В комментариях, отправленных CNBC по электронной почте, Дэвид Леггетт, аналитик GlobalData, отметил, что производители автомобилей по-прежнему могут получать прибыль от продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.

«Прибыль, как правило, выше, чем у электромобилей, производство которых относительно дорого», — сказал он.

«Разрыв в конечном итоге сократится, поскольку объемы продаж электромобилей резко возрастут, а удельные затраты на основные компоненты электромобилей значительно снизятся, но на ДВС и гибридах все еще остается много прибыльного бизнеса, и он будет существовать в течение некоторого времени», — добавил он.

«Производители должны быть гибкими в своих предложениях силовых агрегатов в соответствии с потребностями рынка, которые различаются по всему миру».

Продолжающееся внимание Renault к двигателю внутреннего сгорания происходит в то время, когда некоторые крупные экономики стремятся отказаться от автомобилей, использующих ископаемое топливо.

Великобритания, например, хочет прекратить продажу новых дизельных и бензиновых автомобилей и фургонов к 2030 году. С 2035 года все новые автомобили и фургоны должны иметь нулевые выбросы выхлопных газов.

Европейский Союз, из которого Великобритания вышла 31 января 2020 года, преследует аналогичные цели. В Соединенных Штатах Калифорния запрещает продажу новых автомобилей с бензиновым двигателем с 2035 года9.