Будущее двс: Техника: Наука и техника: Lenta.ru

Техника: Наука и техника: Lenta.ru

Российские перспективные авиационные, морские и промышленные газотурбинные двигатели планируется создавать с использованием полимерных композиционных материалов, аддитивных технологий, высокотемпературных материалов, прорывных конструктивных схем, технологий «более электрических» двигателей, а также суперкомпьютеров. Об этом заявил заместитель генерального директора «Объединенной двигателестроительной корпорации», генеральный конструктор Юрий Шмотин, сообщает Aviation EXplorer.

Материалы по теме

00:03 — 6 мая 2019

В сухом остатке

При посадке Sukhoi Superjet 100 погиб 41 человек. Что известно об этом самолете

«Самым перспективным двигателем будущего для дозвуковых летательных аппаратов может стать электродвигатель с вентилятором с лопатками из полимерного композиционного материла. В практике есть менее революционные решения, которые построены на использовании электричества. Поэтому электрические двигатели, электрические приводы, беспроводное управление и диагностика — это суперзадача», — сказал эксперт в ходе проходящего в Москве с 4 по 6 апреля 2018 года III Международного форума двигателестроения.

Шмотин отметил, что при создании турбинного двигателя «примерно 15-20 лет уходит на проведение исследований, следующие 5-8 лет тратятся на испытания и сертификацию, а 40-50 лет предназначены для эксплуатации двигателя». «Безусловно, исследования нужно планировать заранее, необходимо ставить задачи и выстраивать траекторию развития на будущий период в 15-20 лет», — полагает генеральный конструктор.

Многокомпонентные композиционные материалы состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью. Их сочетание обеспечивает создание новых материалов, а ориентация наполнителя в материале — необходимые прочностные свойства. Внедрение деталей из таких материалов в состав авиадвигателей позволяет улучшить их конструкцию и характеристики, в частности снизить массу.

Высокотемпературные материалы (на керамической матрице, интерметаллиды никеля и алюминия) влияют на цикл работы двигателя с точки зрения его интенсификации. «Более электрические» технологии (применение в конструкции двигателя большего количества электрических приводов) предполагают замену с помощью электрических приводов части элементов гидравлической и пневматической механизации, что улучшает характеристики двигателя.

Больше важных новостей в Telegram-канале «Лента дня». Подписывайтесь!

ДВС это прошлое или будущее?

Как долго будут существовать двигатели внутреннего сгорания..

Двигатели внутреннего сгорания в том или ином виде доминировали на протяжении почти 100 лет. Это был основной механизм приведения в движение автомобиля всего XX века. В наши дни он по-прежнему имеет огромное преимущество перед конкурирующими системами, несмотря даже на развитие иной альтернативы.

 

Безусловно, прогресс не стоит на месте, даже в самом начале повторной попытки завоевания рынка альтернативными гибридными системами и электромоторами, эти в экологическом плане моторы по-прежнему показывают свои определенные преимущества. Тем не менее, работающие по циклу изобретателя Отто двигатели внутреннего сгорания, все еще крепко и надежно стоят на ногах. Никто в мире еще не придумал подобную систему, которая бы имела такой же коэффициент полезного действия, а именно надежность, удобство и автономность. Это лишь часть той причины по которой ДВС (двигатели внутреннего сгорания) продолжают оставаться долгожителями доминирующими в начавшемся XXI веке. Есть немалая вероятность того, что за счет своей приспосабливаемости эти бензиновые и дизельные моторы смогут ужиться и в будущем.

 

Выносливый ДВС

«Мы со своей стороны полностью убеждены в том, что двигатели внутреннего сгорания будут основным источником приводящим в движение автомобили»,- так сказал Вольфганг Бройер исполнительный вице-президент корпорации BU Engine Systems. Он поведал и озвучил свой взгляд на развитие технологий в ближайшие годы.

«Да, мы сегодня видим электрификацию, и, мы серьезно работаем над этим во всех направлениях, так сказать, мы также считаем, что в конечном итоге полностью электрических автотранспортных средств будет в будущем большинство,» -сказал Бройер, «но мы не уверены в том, что это произойдет так скоро, т.е. до 2025 года», объяснив тем самым свое видение на этот вопрос таким образом, «это происходит из-за того, что данная технология просто не готова к прорыву. Электромобили может быть действительно чище и эффективнее, чем его бензиновые соперники, но они до сих пор имеют слишком много компромиссов».

 

«Возьмите к примеру авто Nissan Leaf. Это чисто электрический автомобиль и он является впечатляющим технологичным ноу-хау. Конкретно на бумаге у него отличный диапазон передвижения. На одной зарядке он может преодолеть внушительное расстояние. А вот на практике его максимальный километраж до остановки электрокара составляет в среднем примерно 107 миль (170 км), что просто недостаточно для многих наших автомобилистов».

 

Обучить старую собаку новым трюкам

Еще одной причиной для дальнейшего доминирования бензиновых и дизельных двигателей является конкретно то, что они (данные агрегаты) не стоят на одном месте. Автопроизводители и компании-поставщики продолжают продвигать новые технологии вперед, они делают свои энергетические установки чище, более «плавными» и более эффективными.

 

…»Теперь следующая идея, которая приходит в ДВС — это переменная степень сжатия,»- сказал далее наш собеседник. «Это то, что может быть достигнуто путем изменения цикла Аткинсона, который задерживает закрытие впускных клапанов двигателя для повышения теплового коэффициента полезного действия. Данная технология переменной степени сжатия может повысить эффективность использования топлива примерно на 2 — 3%, что в мире автотехники является огромным прорывом».

…»Переход к 48-ми вольтовым электрических системам обеспечит дополнительные преимущества в эффективности в ближайшие годы. Подумайте об этой технологии, как о не дорогом переходном мосте между гибридами и обычными автомобилями. Реализация на практике этих более мощных электрических систем позволяет добиться в будущем многочисленных преимуществ. Периферические системы, например такие, как компрессоры кондиционирования воздуха, масляные и водяные насосы, смогут работать на электричестве вместо топлива. Кроме того, эти системы могут позволить автомобилю достигнуть крейсерской скорости и ехать с выключенным двигателем, еще больше сокращая потребление энергии.

 

Смотрите также: Лучшие двигатели 2015 года

 

…»Переход к 48-ми вольтам позволяет также применить разработанные фирмой «Continental» инновации. К примеру, технологию «e-charging», так называемую электронную зарядку. Эта технология посылает поток воздуха на лопасти турбины турбокомпрессора, который позволяет ему вращаться очень быстро даже при низких оборотах двигателя, что значительно сокращает в машине турбояму. Такая E-зарядка уже дебютирует на новой модели Audi SQ7, которая оснащена усовершенствованным дизельным двигателем и 48-ми вольтовой электроникой».

…»48-ми вольтовые системы могут повысить реальную эффективность использования топлива на целых 20% и при этом при гораздо более низкой стоимости, если сравнивать с гибридными технологиями».

…»Не стоит забывать и о самом базисе, т.е. об исходной части двигателя внутреннего сгорания которая еще не исчерпала заложенного в нее потенциала. Еще много каких манипуляций можно сделать с основой ДВС. Главная тенденция по этой части уже просматривается, а именно, уменьшение объема и установка наддува и турбин на двигатели». *

 

*Стоит обратить внимание, что при уменьшении объема моторов, их мощность действительно год от года увеличивается. Но тут же возникает другая проблема, а именно, надежность малолитражных и очень мощных агрегатов снижается. И это ввиду того, что такие технологии не сильно обкатаны, постоянно всплывают инженерные просчеты и случаются частые поломки. Ресурс подобных двигателей невозможно назвать каким-то большим.

 

Изменение объема двигателей и навешивание на них многочисленных турбин. Это лишь верхушка айсберга. Важные работы проходят по снижению трения компонентов, уменьшению насосных потерь. Управление температурным режимом в целом, еще одна большая тема, которая находится в разработке.

 

Системы утилизации тепла можно встретить на некоторых гоночных автомобилях и на коммерческих автотранспортных средствах. Могут ли они стать мейнстримом? Господин Бройер не испытывает оптимизма по этому поводу. В легковых автомобилях подобного функционала не будет еще долго, из-за вопросов стоимости и массивности.

 

В дополнение ко всему вышесказанному Бройером, разработчики долгое время прорабатывали систему воспламенения топлива от сжатия для бензиновых двигателей. В теории эта задумка имеет потенциал, чтобы значительно сократить расход топлива в машине, хотя, возможно на практике мы этого с вами не увидим. По крайней мере с сегодняшними технологиями.

Помимо всего этого, сжигание обедненной топливной смеси имеет множество других проблем. Если вы выходите за пределы узкого окна в котором происходит воспламенение от сжатия, это означает, что вы теряете все преимущества. Кроме того, при этом двигатель будет выбрасывать даже большее количество NO для нейтрализации которого потребуются дополнительные системы контроля выбросов, которые автоматически увеличивают стоимость самого автомобиля и его эффективность.

 

В ближайшие годы, как заявил специалист,- «Мы считаем, что тенденция к развитию бензинового турбо-двигателя будет продолжаться. Будет улучшаться качество двигателей и будут развиваться технологии». Лишь в 2011 году Фордом был запущен 1.0 литровый трехцилиндровый двигатель EcoBoost. Но уже сейчас он заслужил множество хвалебных отзывов и показал свою состоятельность.

 

В течение следующих 5 — 6 лет мы с вами увидим на рынке увеличение количества турбированных двигателей примерно в два раза к сегодняшнему объему.

 

Это означает, что развитие традиционных атмосферных установок уже резко замедлилось. Дальше — больше…

 

Дизель мертв..?

Конечно, улучшение доступности двигателей внутреннего сгорания является одним из способов повышения эффективности использования топлива, но продолжающийся дизельный скандал с автомобилями Фольксваген до сих пор вызывает у многих вопросы,- «Никто из нас не ожидал, что что-то подобное произойдет,»- так сказал Бройер.

 

Ущерб, который был нанесен репутации дизельного двигателя еще не определён в этой точке, но некоторые специалисты не испытывают по этому поводу ни какого оптимизма. …»У меня больше нет серьезных надежд на дизельное топливо в США,» далее сказал Бройер. «Оно никогда не имело той большой доли на мировом рынке, но я считаю, что этот скандал с «Volkswagen» не помог продвинуть дизельные дела вперед».

Еще сказал Бройер,- «что количество дизелей действительно никогда не переходило за долю рынка в 2,5% в Штатах, даже в коммерческих автомобилях это доля была не так велика. Наверное двигатели, работающие на ДТ, останутся лишь на грузовых автомобилях и на автобусах».

 

Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы

 

Раздув скандал и выведя «VW» на чистую воду, американцы нанесли сокрушительный удар по имиджу VW в своей стране. Тем не менее, в Европе и в других странах мира в том числе и в России, особой неприязни к чадящим моторам население не испытывает. Проблемы у немецкого автогиганта конечно же большие и говорить нечего, но как они их будут решать и насколько это будет продуктивно ответить на данный вопрос сейчас не в состоянии ни один аналитик. Иски к корпорации «VW» идут один за другим, некоторые из них составляют миллиарды долларов США. А ведь помимо судебных тяжб немцам еще потребуется и физически решить экологическую неполноценность своих моделей.

 

В общем развязка самого громкого скандала в автомобильном мире последних десятилетий еще впереди. Если дизель выдержит этот натиск критики, то у него будет не менее блистательное будущее, чем у его бензинового собрата.

 

Будущее

ДВС (двигатели внутреннего сгорания) по многим причинам останутся с нами в ближайшем будущем, их естественно постепенно начнут вытеснять электрические транспортные средства (причем со временем электромоторы могут перейти и на коммерческие или даже на грузовые автомобили). Распространение электрических автомобилей впринципе неизбежно. В глобальном масштабе по мнению аналитиков, к 2025 году количество электрических автотранспортных средств едва дойдет до 2% от общего числа автомобилей в мире, а скорее всего будет даже меньше данного порога. Надо признать, это небольшое количество, но, вероятнее всего, это шаг в нужном и правильном направлении, подытожили аналитики.

…»Я думаю, что есть понимание того, что вы можете сделать более полезные вещи с нефтью, чем ее сжигание,»- так сказал Бройер. …»В конце концов, речь идет об использовании наших ресурсов настолько эффективно, насколько это возможно»- завершив такими словами свой повествовательный рассказ.

Как и почему дизель из самого перспективного вида топлива превращается в изгоя — Лаборатория — Motor

Похоже, что Европа окончательно разрывает отношения с дизельным топливом, с которым так долго и тщательно их выстраивала. Бракоразводные процессы запускаются то тут, то там, и чуть ли не по всему Старому Свету солярка совсем скоро станет персоной нон грата. А ведь еще недавно на дизель возлагали большие надежды – концерны разрабатывали, граждане покупали, правительства поощряли. И как же так случилось, что из перспективного топлива дизель превратился в изгоя и убийцу белых медведей? Спойлер: Volkswagen с его «дизельгейтом» тут вообще ни при чем.

Под запрет

Самая свежая на сегодняшний день экологическая инициатива, не сулящая ничего хорошего для дизеля, родилась в Баварии. Власти Мюнхена, замерив уровень вредных веществ в воздухе, выяснили, что уровень оксида азота (NO) существенно превышает разрешенные нормы. Приговор последовал немедленно: необходимо запретить использование дизельных двигателей в городе. Правда, не всех. Общественный транспорт и самые новые двигатели, соответствующие норме Евро-6 оставят. Другие дизельные машины, чей максимальный уровень выбросов превышает уровень 80 г/км, со временем окажутся вне закона. А таких только в Мюнхене около 170 тысяч.

Пока это только инициатива, не подкрепленная реальными распоряжениями. Некоторые юристы вообще отмечают сомнительность подобных запретов с юридической точки зрения.

Однако не исключено, что мораторий могут ввести уже до конца 2017 года – например, ради того, чтобы стать первым «чистым» от солярки мегаполисом Германии.

Ранее власти другого немецкого города — Штутгарта — заявили, что планируют в 2018 году ввести запрет на въезд в некоторые районы города дизельных автомобилей старше трех лет. Всего же, по данным немецкой газеты Handelsblatt, сказать «нет» дизелю в ближайшее время собираются уже девять крупных городов Германии, включая, Кёльн, Гамбург и Берлин.

Уровень выбросов NO в городах Германии

Топливо взрывается — полет нормальный

Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены.

На энергомашевских двигателях взлетает более девяносто процентов ракет-носителей в России.. Фото: Олеся Курпяева

Детонация — это взрыв. Можно ли ее сделать управляемой? Можно ли на базе таких двигателей создать гиперзвуковое оружие? Какие ракетные двигатели будут выводить необитаемые и пилотируемые аппараты в ближний космос? Об этом наш разговор с заместителем гендиректора — главным конструктором «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко» Петром Левочкиным.

Петр Сергеевич, какие возможности открывают новые двигатели?

Петр Левочкин: Если говорить о ближайшей перспективе, то сегодня мы работаем над двигателями для таких ракет, как «Ангара А5В» и «Союз-5», а также другими, которые находятся на предпроектной стадии и неизвестны широкой публике. Вообще наши двигатели предназначены для отрыва ракеты от поверхности небесного тела. И она может быть любой — земной, лунной, марсианской. Так что, если будут реализовываться лунная или марсианская программы, мы обязательно примем в них участие.

Какова эффективность современных ракетных двигателей и есть ли пути их совершенствования?

Петр Левочкин: Если говорить об энергетических и термодинамических параметрах двигателей, то можно сказать, что наши, как, впрочем, и лучшие зарубежные химические ракетные двигатели на сегодняшний день достигли определенного совершенства. Например, полнота сгорания топлива достигает 98,5 процента. То есть практически вся химическая энергия топлива в двигателе преобразуется в тепловую энергию истекающей струи газа из сопла.

Совершенствовать двигатели можно по разным направлениям. Это и применение более энергоемких компонентов топлива, введение новых схемных решений, увеличение давления в камере сгорания. Другим направлением является применение новых, в том числе аддитивных, технологий с целью снижения трудоемкости и, как следствие, снижение стоимости ракетного двигателя. Все это ведет к снижению стоимости выводимой полезной нагрузки.

Однако при более детальном рассмотрении становится ясно, что повышение энергетических характеристик двигателей традиционным способом малоэффективно.

Использование управляемого взрыва топлива может дать ракете скорость в восемь раз выше скорости звука

Почему?

Петр Левочкин: Увеличение давления и расхода топлива в камере сгорания, естественно, увеличит тягу двигателя. Но это потребует увеличение толщины стенок камеры и насосов. В результате сложность конструкции и ее масса возрастают, энергетический выигрыш оказывается не таким уж и большим. Овчинка выделки стоить не будет.

То есть ракетные двигатели исчерпали ресурс своего развития?

Петр Левочкин: Не совсем так. Выражаясь техническим языком, их можно совершенствовать через повышение эффективности внутридвигательных процессов. Существуют циклы термодинамического преобразования химической энергии в энергию истекающей струи, которые гораздо эффективнее классического горения ракетного топлива. Это цикл детонационного горения и близкий к нему цикл Хамфри.

Сам эффект топливной детонации открыл наш соотечественник — впоследствии академик Яков Борисович Зельдович еще в 1940 году. Реализация этого эффекта на практике сулила очень большие перспективы в ракетостроении. Неудивительно, что немцы в те же годы активно исследовали детонационный процесс горения. Но дальше не совсем удачных экспериментов дело у них не продвинулось.

Теоретические расчеты показали, что детонационное горение на 25 процентов эффективней, чем изобарический цикл, соответстветствующий сгоранию топлива при постоянном давлении, который реализован в камерах современных жидкостно-рактивных двигателей.

А чем обеспечиваются преимущества детонационного горения по сравнению с классическим?

Петр Левочкин: Классический процесс горения — дозвуковой. Детонационный — сверхзвуковой. Быстрота протекания реакции в малом объеме приводит к огромному тепловыделению — оно в несколько тысяч раз выше, чем при дозвуковом горении, реализованному в классических ракетных двигателях при одной и той же массе горящего топлива. А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных двигателях.

Не секрет, что двигатели с детонационным горением топлива разрабатывают и за рубежом. Каковы наши позиции? Уступаем, идем на их уровне или лидируем?

Петр Левочкин: Не уступаем — это точно. Но и сказать, что лидируем, не могу. Тема достаточно закрыта. Один из главных технологических секретов состоит в том, как добиться того, чтобы горючее и окислитель ракетного двигателя не горели, а взрывались, при этом не разрушая камеру сгорания. То есть фактически сделать настоящий взрыв контролируемым и управляемым. Для справки: детонационным называют горение топлива во фронте сверхзвуковой ударной волны. Различают импульсную детонацию, когда ударная волна движется вдоль оси камеры и одна сменяет другую, а также непрерывную (спиновую) детонацию, когда ударные волны в камере движутся по кругу.

Насколько известно, с участием ваших специалистов проведены экспериментальные исследования детонационного горения. Какие результаты были получены?

Петр Левочкин: Были выполнены работы по созданию модельной камеры жидкостного детонационного ракетного двигателя. Над проектом под патронажем Фонда перспективных исследований работала большая кооперация ведущих научных центров России. В их числе Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, МАИ, «Центр Келдыша», Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Механико-математический факультет МГУ. В качестве горючего мы предложили использовать керосин, а окислителя — газообразный кислород. В процессе теоретических и экспериментальных исследований была подтверждена возможность создания детонационного ракетного двигателя на таких компонентах. На основе полученных данных мы разработали, изготовили и успешно испытали детонационную модельную камеру с тягой в 2 тонны и давлением в камере сгорания около 40 атм.

Данная задача решалась впервые не только в России, но и мире. Поэтому, конечно, проблемы были. Во-первых, связанные с обеспечением устойчивой детонации кислорода с керосином, во-вторых, с обеспечением надежного охлаждения огневой стенки камеры без завесного охлаждения и массой других проблем, суть которых понятна лишь специалистам.

Можно ли использовать детонационный двигатель в гиперзвуковых ракетах?

Петр Левочкин: И можно, и нужно. Хотя бы потому, что горение топлива в нем сверхзвуковое. А в тех двигателях, на которых сейчас пытаются создать управляемые гиперзвуковые летательные аппараты, горение дозвуковое. И это создает массу проблем. Ведь если горение в двигателе дозвуковое, а двигатель летит, допустим, со скоростью пять махов (один мах равен скорости звука), надо встречный поток воздуха затормозить до звукового режима. Соответственно, вся энергия этого торможения переходит в тепло, которое ведет к дополнительному перегреву конструкции.

А в детонационном двигателе процесс горения идет при скорости как минимум в два с половиной раза выше звуковой. И, соответственно, на эту величину мы можем увеличить скорость летательного аппарата. То есть уже речь идет не о пяти, а о восьми махах. Это реально достижимая на сегодняшний день скорость летательных аппаратов с гиперзвуковыми двигателями, в которых будет использоваться принцип детонационного горения.

Что будет дальше?

«Детонационный двигатель — будущее российского двигателестроения» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания.

Интересно, что ещё в 1940 году советский физик Я.Б. Зельдович предложил идею детонационного двигателя в статье «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». С тех пор над перспективной идеей работали многие учёные из разных стран, вперёд выходили то США, то Германия, то наши соотечественники.

Летом, в августе 2016 года российским учёным удалось создать впервые в мире полноразмерный жидкостный реактивный двигатель, работающий на принципе детонационного сгорания топлива. Наша страна наконец-то за многие постперестроечные годы установила мировой приоритет в освоении новейшей техники.

Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.

При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.

В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.

В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.

Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.

Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.

В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.

Как работает детонационный ЖРД

Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.

В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.

В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно — им подавай только гарантированный результат.

Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.

Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.

Двигатели Будущего — Гиперзвуковой Британский SABRE Без Топлива, Ракетный RS-25E NASA, Разработка Американских ВВС Для Беспилотников, Принцип их Действия

27.01.2020

Сверхбыстрые космические корабли из фантастических блокбастеров скоро могут стать реальностью. Британские инженеры, производящие аэрокосмическую технику, разработали принципиально новый двигатель. Он позволит разгонять воздушные суда практически до гиперзвуковой скорости, то есть до 1600 метров в секунду. При этом новый двигатель будет работать без топлива.

Межгалактический корабль

Идея, кстати, не нова. Еще в конце 70-х годов прошлого века американские изобретатели запатентовали установку, которая вместо горючего использует центробежную силу.

Какие еще изобретения могут совершить техническую революцию? Для чего британцы разрабатывают гиперзвуковой двигатель, и каким образом человечество планирует покорять Луну?

Уже через год британские инженеры проведут первую открытую демонстрацию двигателя нового поколения. А пока гиперзвуковой SABRE, что в переводе с английского «сабля», проходит последние испытания. На полигоне в Колорадо систему охлаждения этого двигателя испытали при температуре 1000°С.

Двигатель нового поколения

По словам российских военных экспертов, новый охладительный теплоэлемент двигателя позволяет не перегреваться двигателю гиперзвукового самолета. По словам разработчиков, двигатель будет разгонять самолеты в атмосфере земли, и на высоте двадцати пяти километров переходить в ракетный режим. Двигатель смогут использовать не только в военной и гражданской авиации, но и для полетов в космос.

Как утверждают британские специалисты, их двигатель — это аэрокосмическая революция. Самолет, на который установят такой двигатель, будет разгоняться до скорости 5000 километров в час. Полет от Лондона до Сиднея займет всего четыре часа.

Тем временем в NASA представили собственные разработки новых ракетных двигателей. Последний из четырех RS-25 установили на первую ступень сверхтяжелой ракеты.

Сверхтяжелая ракета с двигателями RS-25

Этот аппарат в 2024 году доставит на Луну пилотируемый корабль «Орион» с двумя астронавтами на борту.

Эксперты говорят, что новый двигатель RS-25Е будет работать в одну сторону: он выводит ракету на определенную орбиту, затем подлежит уничтожению. Поэтому он дешевле, проще и экономически выгоднее.

Двигатель RS-25Е

А вот двигатели для новейших американских конвертопланов V-22 Оспрей финальные испытания не прошли. При взлете и посадке в пустыне воздушные фильтры не справились с пылью. Дело в том, что винты двигателей создают вокруг себя локальную песчаную бурю. Из-за этого турбинам не хватает воздуха, они перегреваются и дают сбой.

Такие же проблемы возникали и с американскими танками «Абрамс». Когда они вошли в Ирак, воздушные фильтры не справились с песком и пылью и начали забиваться машины стали глохнуть. Проще говоря, Абрамсы просто задохнулись в иракской пустыне. Потом проблему, конечно, устранили.

Конвертоплан V-22 Оспрей

Гражданские и военные проекты реализуют в основном в частных компаниях, которые, например, собирают двигатели для иномарок класса «люкс», а в соседнем цеху конструкторы ломают головы над турбинами для истребителей.

Чтобы сэкономить на разработке, лаборатории Военно-воздушных сил США решили придумать собственный двигатель. Инженеры американских ВВС сами придумали турбинный двигатель для небольших беспилотников. Но количество его применений ограничено: мотор будут просто выбрасывать после выработки ресурса.

Турбинный двигатель для небольших беспилотников

Теперь инженеры лаборатории ищут компанию, которая согласиться запустить двигатель в производство по наиболее выгодной цене.

По словам ученых, это будет стоить гораздо дешевле существующих аналогов. Ведь, по большому счету, это уменьшенная копия простейших двигателей, которые уже давно используются на небольших самолетах.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

С друзьями поделились:

Двигатели внутреннего сгорания будущего

1 Двигатели внутреннего сгорания для будущего Хорст Шульте, Мартин Вирт Ford Motor Company РЕЗЮМЕ Двигатели внутреннего сгорания будущего для легких режимов работы должны будут соответствовать очень сложному набору требований заказчиков, законодательства и бизнеса.Клиенты ожидают дальнейшего улучшения долговечности, надежности, управляемости, экономии топлива и стоимости владения. Законодательные требования сосредоточены на значительном сокращении выбросов и расхода топлива. Дополнительное снижение производственных затрат будет иметь важное значение для поддержания или лучшего роста бизнеса в очень конкурентной среде. Задача дизельного двигателя будет заключаться в том, чтобы соответствовать будущим стандартам выбросов по доступной цене, сохраняя при этом преимущества экономии топлива. Что касается выбросов, передовые дизельные технологии должны будут сосредоточиться в основном на сокращении выбросов NOx.Новые концепции систем сгорания в сочетании с передовыми системами обработки воздуха / наддува и управления открывают многообещающий потенциал. Основное внимание при разработке будущих бензиновых двигателей будет уделяться повышению экономии топлива за счет улучшения систем сгорания и снижения потерь газа при работе с частичной нагрузкой. Этого можно достичь, например, прямой впрыск топлива с режимом послойной обедненной смеси с частичной нагрузкой. Уменьшение габаритов в сочетании с усилением предлагает дополнительный потенциал. Двигатели внутреннего сгорания по-прежнему обладают огромным потенциалом для решения задач будущего.По сравнению с альтернативными концепциями трансмиссии, по крайней мере, в течение следующих 2 лет, двигатель внутреннего сгорания должен сохранять свои преимущества в отношении высокой удельной мощности, низкой стоимости производства, возможности вторичной переработки, большого расстояния между двумя заправками, хорошо налаженной инфраструктуры подачи топлива. и его способность использовать самые разные виды топлива. Ключевые слова: дизельные и бензиновые двигатели, экономия топлива, выбросы, сгорание, форсирование ВВЕДЕНИЕ Трансмиссии будущего для легких режимов работы должны соответствовать очень сложному набору требований (рис. 1), и всегда возникает вопрос: «Будет ли внутреннее сгорание? Engine сможет справиться с этими проблемами и в будущем? » Ожидания клиентов Цена Стоимость при перепродаже Экономия топлива Затраты на техническое обслуживание Надежность / Долговечность езды Комфорт / ШВХ Владение Более крупными транспортными средствами Больше функций и оборудования Индивидуальные транспортные средства Окружающая среда затрат для бизнеса Юридические требования Доля продукта на рынке / Общий объем Стоимость производства Стоимость разработки Разнообразие продуктов (нишевые продукты) Ресурсы Использование материалов Энергия / вода Выбросы выхлопных газов из драгоценных металлов Расход топлива / CO2 (ACEA / CAFÉ) Шум Повторная переработка Безопасность Рис. 1: Взаимодействие между ожиданиями клиентов, экологическими / юридическими требованиями и бизнес-аспектами дизельные двигатели, особенно в массовых сегментах и ​​на рынках.Клиенты очень ориентированы на общую стоимость владения, которая определяется такими факторами, как цена, стоимость при перепродаже, расход топлива (и цена на топливо), стоимость обслуживания, а также надежность и долговечность. В то же время ожидания клиентов относительно «удовольствия от вождения» все еще растут. Это означает продолжение «гонки мощности и крутящего момента» для дальнейшего улучшения характеристик автомобиля и его управляемости (рис. 2). Удельная мощность [кВт / л] Дизель Бензин Н / Д Бензин Н / Д Дизель Модель года Рисунок 2: Развитие удельной мощности бензиновых и дизельных двигателей Передовые технологии наддува будут играть важную роль в дальнейшем увеличении удельной мощности и крутящего момента.В этом контексте турбонаддув сохранит свою доминирующую роль. Помимо повышения производительности, при неуклонно растущих ценах на топливо клиенты ожидают дальнейшего улучшения экономии топлива и комфорта (NVH) в более крупных (тяжелых) транспортных средствах с большим количеством функций и оборудования. Еще один набор противоречивых граничных условий для снижения расхода топлива и, следовательно, выбросов CO2 устанавливается стандартами на выбросы выхлопных газов (см. Ниже). Стоимость обслуживания самого двигателя за последние годы резко снизилась.Замена масла, а также замена масла и топливного фильтра — это единственное, что остается для большинства современных двигателей малой мощности в первые годы эксплуатации. В ближайшие годы интервалы замены масла будут увеличены. Что касается бизнес-аспектов, для всех крупных производителей («стоимостные бренды») важно поддерживать или лучше увеличивать долю рынка и, следовательно, объем производства, чтобы оставаться конкурентоспособными. Эффект объема также может быть достигнут за счет создания совместных предприятий с другими производителями оригинального оборудования, для которых PSA и Ford установили? 1, производство, разработка и исследования дизельных двигателей, и, конечно же, сокращение количества различных архитектур двигателей.Большинство OEM-производителей во всем мире все более строго следуют второму подходу. Однако, хотя количество вариантов базовых двигателей будет сокращено, задача будет заключаться в настройке этих базовых механизмов для растущего множества приложений и в экономичной обработке возникающей сложности. Эффективное использование ресурсов всех материалов, энергии, воды и транспорта требует дальнейшего улучшения. В этом контексте одной из основных задач на будущее станет снижение зависимости от использования драгоценных металлов в системах нейтрализации выхлопных газов / 1 /.Принимая во внимание законодательные требования в отношении выбросов выхлопных газов и экономии топлива (например, CAFÉ), а также обязательства европейской автомобильной промышленности по сокращению выбросов CO2 (обязательство ACEA), существуют серьезные различия в будущих приоритетах развития дизельных и бензиновых двигателей. В то время как цель для дизельного теплового двигателя с максимальной эффективностью должна быть сосредоточена на экономически эффективном сокращении выбросов и дальнейшей доработке (например, улучшении NVH или холодного запуска), для бензиновых двигателей основное внимание будет уделяться повышению экономии топлива.Взгляд на прогноз тенденции выбросов до 21 года, показанный на Рисунке 3, демонстрирует важность дальнейшего сокращения выбросов СО2 от автомобильного транспорта. В то время как дизели сохранят значительное преимущество в расходе топлива для потребителя, который оплачивает счет за литр топлива, преимущества нынешних дизельных двигателей по выбросам CO2 будут поставлены под сомнение передовыми концепциями бензиновых двигателей. Разрыв будет сокращен. Выбросы,% от уровня 1995 г. Рисунок 3: Тенденция выбросов от автомобильного транспорта CO NOx PM-дизельное топливо ЛОС Бензол SO2 CO2 Источник: Программа EC Auto-Oil-2

3 На рисунке 4 показаны целевые показатели выбросов CO2 в соответствии с обязательством ACEA, которые должны привести к средний выброс CO2 автопарком составляет 14 г / км в цикле NEDC к 28.Для достижения этой цели как бензиновые, так и дизельные двигатели должны будут внести значительный вклад со стороны трансмиссии в дополнение к соответствующим действиям транспортного средства. До 28 года доля дизельного топлива в основном будет связана с увеличением доли дизельного топлива. Дальнейший вклад будет результатом использования меньших, легких и более мощных дизельных двигателей. PM, г / миль Mazda 62.LR Mazda Mondeo 6 2.L Puma R Series с 13 л.с. M / T с технологией Euro 4 Технологии Euro 4 Уровень 2 в США 1 контейнер Euro 3 PC CO 2 г / км 19 CEC — Соглашение ACEA Уровень США 2 бункера 5 Euro 4 PC NOx, г / милю Рис. 4: Обязательства ACEA по выбросам CO2 ПРОБЛЕМА ВЫБРОСОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Год Рис. сажевый фильтр (DPF) и, особенно в США, катализатор восстановления NOx.Кроме того, усовершенствованные системы управления должны будут объединить различные функции для управления сгоранием, обработкой воздуха и регенерацией системы последующей обработки. Более того, использование топлива с низким содержанием серы или, что лучше, топлива без серы будет обязательным. Основной задачей для дизельного топлива является достижение очень жестких будущих целей по выбросам при доступной стоимости при дальнейшем улучшении или, по крайней мере, сохранении обычных преимуществ экономии топлива для дизельных двигателей. На рис. 5 показано необходимое сокращение выбросов по сравнению со стандартами выбросов Euro Stage 4, которые должны быть выполнены в следующем году.Tier 2 Bin 5 США представляет собой наиболее сложный из известных стандартов выбросов для легковых автомобилей с дизельным двигателем. Стандарты Euro Stage 5 на данный момент еще не определены. Хотя обычно основное внимание уделяется стандартам NOx и твердых частиц (PM), стандарты CO и HC могут представлять собой дополнительное серьезное препятствие. Согласно сегодняшнему пониманию, не существует одной ключевой технологии (такой как трехкомпонентный катализатор для бензиновых двигателей), которая обеспечила бы достаточный потенциал для достижения этих будущих стандартов.Вместо этого требуется интегрированный системный подход, который включает процесс сгорания с низким уровнем выбросов NOx, усовершенствованный наддув / СГОРАНИЕ ДИЗЕЛЯ С НИЗКИМ NOx Во всем мире производители оригинального оборудования, основные консалтинговые компании по двигателям внутреннего сгорания, а также многие исследовательские институты интенсивно исследуют потенциал процессы сгорания дизельного топлива с низким уровнем выбросов NOx. Для этих подходов придумано несколько названий, таких как HCCI, phcci, UNIBUS, PREDIC, MK, NADI, ACCP, HCLI, HCDC. Важным элементом этих процессов низкотемпературного горения (LTC) обычно является возможность значительно более высоких скоростей рециркуляции отработавших газов для ограничения объемная температура заряда цилиндра.Другим элементом является разработка стратегий впрыска, которые приближают образование более однородной смеси в камере сгорания до начала горения. На рис. 6 схематически поясняются два возможных подхода (поздняя и ранняя гомогенизация), цель которых — добиться большего времени для заряда цилиндра для смешивания воздуха и топлива.

4 Эволюция режима сгорания Поздняя гомогенизация по сравнению с ранним Сжатие / расширение Поздняя гомогенизация Расход топлива Снижение давления в цилиндре (типичная стратегия) Обычное сгорание Ранняя гомогенизация Расход топлива В большинстве случаев наблюдалось увеличение выбросов.При более высоких нагрузках, особенно при полной нагрузке, очень трудно, если не невозможно, добиться низкотемпературного сгорания дизельного топлива в той же степени, что и при работе с частичной нагрузкой. Это требует разработки новых стратегий управления для перехода между низкотемпературными режимами горения и более традиционными режимами горения при более высоких нагрузках. Задача состоит в том, чтобы сделать эти переходы полностью прозрачными для водителя транспортного средства. : ВМТ с задержкой зажигания (типовая стратегия) (различные варианты стратегии впрыска с компромиссами) Угол поворота коленчатого вала Рис. 6: Альтернативы низкотемпературного сжигания дизельного топлива с поздней и ранней гомогенизацией Процессы сгорания с низким содержанием NOx уже продемонстрировали значительный потенциал для снижения как NOx, так и Выбросы ТЧ при работе с частичной нагрузкой без значительного увеличения расхода топлива и / или возбуждения шума сгорания.Однако увеличение содержания углеводородов и углекислого газа. Важным элементом для реализации низкотемпературного сгорания является система наддува / обработки воздуха / рециркуляции отработавших газов, которая эффективно обеспечивает правильную смесь давления наддува и скорости рециркуляции отработавших газов при любых условиях нагрузки и скорости. На рисунке 7 показано, что для различных нагрузок (значений BMEP) при постоянной скорости 2 об / мин можно достичь значительного снижения NOx в различных циклах испытаний на выбросы в Европе и США с помощью передовых технологий наддува, которые обеспечивают больший наддув при частичной нагрузке, чем современные системы турбонагнетателя.Разделение времени 7% 6% 5% 4% 3% 2% 5-53% 45-5%% 7% 6% 5% 4% 3% 2% Разделение времени EGR 7% 6% 5% 4% 3% 2% NEDC FTP75 US6 Обычное сжигание, версия 1, версия 2, версия 3, версия 4, версия λ 1% 1% 1% 1,2% BMEP (бар)%% BMEP (бар) 1. Разделение времени 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1 %% BMEP (бар) Повышение (бар) Снижение выбросов в% по сравнению с EU IV NEDC FTP 75 US 6 Версия 1 Версия 2 Версия 3 Версия 4 Версия 5 Рисунок 7: Роль системы повышения давления в снижении исходных выбросов двигателя / 2 /

5 ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Хотя дизельные катализаторы окисления и дизельные сажевые фильтры можно считать современными, это не относится к катализу восстановления NOx.Разработка систем улавливания обедненных NOx (LNT) и селективного каталитического восстановления (SCR) для дизельных двигателей малой мощности еще не завершена. Однако следует отметить, что технология SCR является гораздо более зрелой, имеет более высокий потенциал снижения выбросов NOx из-за более широкого температурного окна с высокой степенью конверсии (см. Рисунок 8) и менее зависит от использования драгоценных металлов / 1 /. Кроме того, технология SCR более устойчива к сере в топливе и, таким образом, предлагает лучшее решение для перехода от топлива с текущим содержанием серы к будущему топливу с низким содержанием серы.Основные недостатки SCR связаны с необходимостью хранения на борту водного раствора мочевины и инфраструктуры, необходимой для подачи мочевины. избегание локальных температурных пиков. В режиме работы CAI тепловой КПД приближается к дизельным значениям. Подобно концепциям низкотемпературного сгорания дизельного топлива, надежная работа CAI в значительной степени зависит от новых передовых стратегий управления, которые в идеале включают управление сгоранием с обратной связью с датчиками, которые контролируют процесс сгорания в отдельных цилиндрах.По-прежнему существует потенциал для дальнейшего снижения паразитных потерь двигателей внутреннего сгорания за счет уменьшения трения компонентов базового двигателя и вспомогательного оборудования, а также за счет улучшенного управления температурным режимом. В случае дизельных двигателей в наши дни мы говорим о «правильном выборе размера». «Правильный выбор размера» означает, что «правильное» соотношение между рабочим объемом двигателя и испытательной массой транспортного средства должно быть нацелено на достижение наилучшего компромисса между характеристиками транспортного средства, экономией топлива и выбросами NOx в испытательных циклах.Бензиновые двигатели в этом отношении менее нацелены, поскольку они обычно охватывают гораздо более широкий диапазон характеристик в линейке силовых агрегатов и, таким образом, предлагают больший потенциал улучшения топлива за счет уменьшения габаритов / 4 /, чем дизельные двигатели. Уменьшение габаритов вынуждает двигатель работать с более высокой нагрузкой с улучшенным механическим КПД и уменьшением насосных потерь. Дополнительный потенциал снижения расхода топлива у двигателей меньшего размера является следствием их типичного меньшего веса. Снижение потерь при перекачке Рис. 8: Сравнение беседы NOx для мочевины SCR и LNT (результаты для реактора с установившимся потоком) / 3 / УЛУЧШЕНИЕ ЭКОНОМИКИ БЕНЗИНОВОГО ТОПЛИВА На рисунке 9 обобщены основные концепции повышения экономии топлива бензиновых двигателей.Основное внимание уделяется снижению газообмена (насосных потерь) за счет разбавления заряда (обедненная смесь), регулируемого срабатывания клапана и — для более крупных двигателей с большим количеством цилиндров путем отключения цилиндров. Параллельно повышение эффективности сгорания достигается за счет прямого впрыска топлива и / или переменной степени сжатия. Контролируемое самовоспламенение (CAI) может стать в будущем окончательным процессом сгорания для бензиновых двигателей, близким к аналогичным концепциям для дизельных двигателей.В режиме работы CAI достигается самовоспламенение чрезвычайно разбавленных гомогенных смесей и, таким образом, обеспечивается очень низкий уровень выбросов NOx за счет снижения давления срабатывания регулируемого клапана разбавления заряда -> Деактивация цилиндра с прямым впрыском топлива (DISI) Повышение эффективности сгорания с изменяемой степенью сжатия Оптимизированное тепловыделение (с направлением распыления Прямой впрыск) Минимальные тепловые потери (Прямой впрыск с распылителем) Контролируемое самовоспламенение (CAI) Снижение паразитных потерь Уменьшение / увеличение размеров Рисунок 9: Концепции экономии топлива для бензиновых двигателей Системы сгорания с прямым впрыском топлива со стратифицированным прямым впрыском топлива разрабатывались различными производителями комплектного оборудования в течение нескольких лет.В системах первого поколения использовались расположенные сбоку форсунки с направлением смеси по стенке или воздухом (рис. 1). Дальнейшее улучшение, особенно в плане экономии топлива в реальном мире, может быть достигнуто с помощью прямого впрыска с распылителем / 5 / (SGDI), который обеспечивает значительное увеличение стратифицированного рабочего окна, а также повышение эффективности процесса стратифицированного горения. . крутящий момент, чем у атмосферного двигателя 2.3 л. Он также требует меньшего обогащения («переполнения») при более высоких нагрузках, чем 2.Двигатели 3L NA и 1.6L PFI TC благодаря исключительной детонационной стойкости за счет прямого впрыска. Инжектор, устанавливаемый на стене, с боковым креплением, DI 1-го поколения, с воздушным направлением, с боковым креплением, с распылителем, с центральным креплением, с центральным расположением, DI 2-го поколения Рис. 1: Концепции сгорания DI для стратифицированной работы В частности, сочетание уменьшения габаритов, непосредственного впрыска с распылителем и турбонаддува (SGDI TC) предлагает значительный потенциал повышения экономии топлива без каких-либо компромиссов в отношении управляемости.В этом контексте на Рисунке 11 сравнивается расход топлива NEDC двигателя SGDI с турбонаддувом 1,6 л, двигателя 1,6 л с турбонаддувом с распределенным впрыском топлива (PFI) и безнаддувного двигателя PFI объемом 2,3 л. Двигатель SGDI с турбонаддувом обеспечивает снижение расхода топлива примерно на 17% за счет эффекта уменьшения габаритов. Дополнительные возможности экономии топлива могут быть доступны за счет послойной работы двигателя с уменьшенными габаритами. SFC [л / 1 км] NEDC горячий NEDC холодный 2.3 I4 1.6 PFI T / C 1.6 SGDI T / C Рис. 11: Расход топлива SGDI TC в цикле NEDC На рис. 12 сравниваются характеристики при полной нагрузке тех же двигателей, что и на рис. .Во всем диапазоне скоростей двигатель 1,6 л SGDI TC обеспечивает больший крутящий момент [Нм] SGDI-TC 1.6 PFI-TC 2.3 PFI NA 1.6 PFI-TC с перегрузкой Крутящий момент на низких оборотах: конкурент по ощущению крутящего момента дизеля 2.3 PFI NA переполнение Обороты двигателя [об / мин] Малый 1.6 SGDI TC область перенасыщения отличная RWFE Рис. 12: Преимущества бензинового двигателя SGDI и турбонаддува ЗАКЛЮЧЕНИЕ Традиционные преимущества двигателей внутреннего сгорания (IC) включают: высокую удельную мощность (соотношение мощности к объему и весу), высокое содержание энергии и простота хранения жидкого топлива на борту Хорошо отлаженные производственные процессы, оптимизированные на протяжении многих лет Использование традиционных материалов с хорошей пригодностью для вторичной переработки Расстояние между двумя заправками (которое обычно намного больше для двигателей внутреннего сгорания, чем для многих из обсуждаемых в будущем альтернативы) Хорошо налаженная всемирная инфраструктура поставок топлива Способность эффективно использовать различные альтернативные газовые и жидкие топливные двигатели внутреннего сгорания по-прежнему обладают огромным потенциалом для эффективного решения большинства иногда противоречивых требований к будущим автомобильным силовым агрегатам.В частности, они могут достичь: Дальнейшее увеличение мощности и крутящего момента. Дальнейшее уменьшение размеров и веса. Дальнейшее улучшение экономии топлива. Дальнейшее снижение выбросов. Дальнейшее снижение производственных затрат. Диапазон скоростей и производительность, как у бензинового двигателя. 165 л.с. 14 л.с. 12 л.с. Лямбда = 1 До 14 л.с.

7 Будущие концепции дизельных двигателей для более высокой удельной мощности, более низкого уровня выбросов двигателя и улучшения NVH будут включать: Усовершенствованные системы наддува / обработки воздуха для повышения производительности и минимальных выбросов Системы сгорания с низким уровнем выбросов NOx в сочетании с усовершенствованными системами впрыска топлива (зажигание с однородным наддувом и сжатием) Право определение размеров (оптимизированное сочетание рабочего объема двигателя и веса транспортного средства для данного стандарта выбросов NOx) Снижение паразитарных потерь Снижение веса Дальнейшее увеличение интервалов замены масла Использование биодизеля и синтетического дизельного топлива с чистым сгоранием (GTL, BTL) Будущие концепции бензиновых двигателей будут в основном ориентированы на дальше в увеличенная удельная выходная мощность и улучшение экономии топлива за счет: уменьшения габаритов и повышения (в сочетании с прямым впрыском топлива или с переменной степенью сжатия). Снижения потерь на дросселирование при работе с частичной нагрузкой за счет: o прямого впрыска топлива в режиме послойной обедненной смеси с частичной нагрузкой; o полностью регулируемой синхронизации клапанов Деактивация цилиндров (особенно для двигателей с большим рабочим объемом и большим количеством цилиндров) Управляемое самовоспламенение (CAI) Снижение паразитных потерь Снижение веса СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / 1 / J.Хоард, Р. Хаммерл, К. Ламберт, Г. Ву Экономическое сравнение LNT и SCR мочевины для легких дизельных автомобилей на рынке США Совещание Министерства энергетики США по сокращению выбросов дизельных двигателей (DEER), Коронадо, Калифорния, 29 августа — 2 сентября, 24 / 2 / Н. Шорн, Э. Карвунис, У. Спедер, Х. Шульте, Д. Йекель, П. Бартелет, П. Дж. Канкалон, О. Сальват, Дж. Портальер, JC Minichetti Системы наддува для дизельных двигателей легковых автомобилей нового поколения Aufladetechnische Konferenz , Дрезден, 23-24 сентября, 24/3 / C. Lambert, R. Hammerle, R.МакГилл, М. Хайр, К. Шарп Технические преимущества мочевины SCR для легких и тяжелых дизельных транспортных средств, SAE Paper / 4 / D. Borrmann, F. Brinkmann, K. Walder, B. Pingen, J. Wojahn , П. Берендс с прямым впрыском бензина и турбонаддувом — новая возможность для уменьшения габаритов, 11. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 22/5 / M. Wirth; Д. Циммерманн; Р. Фридфельдт; Дж. Кейн; А. Шамель, Ford Motor Company; А. Сторч; К. Рис-Мюллер; К.-П. Гансерт; Г. Пильграм; Р. Ортманн; Г. Вюрфель; Дж.Gerhardt, Robert Bosch GmbH: Следующее поколение бензина с прямым впрыском: повышение экономии топлива и оптимизация стоимости системы, Global Powertrain Conference, Ann Arbor 23

Не считайте двигатель внутреннего сгорания

Электромобиль — неизбежная волна будущее? Является ли двигатель внутреннего сгорания пережитком 20-го века, как сейчас говорят многие?

Раньше я утверждал, что электромобили преувеличены.Я подсчитал, что, например, Tesla по-прежнему остается очень плохой сделкой, если сравнить ее существенные дополнительные расходы со стоимостью эксплуатации аналогичного автомобиля с бензиновым двигателем в течение пяти или десяти лет.

А что, если я ошибаюсь? Например, насколько эти расчеты связаны с завышенной стоимостью Tesla, которая использует всю положительную рекламу, расточенную в СМИ, чтобы продавать свои автомобили с довольно высокой премией?

Гений Илона Маска был в понимании двух вещей. Во-первых, электромобиль должен был быть захватывающим.Предыдущие версии были разработаны как экологичные рубашки для волос, чтобы показать, насколько вы готовы пожертвовать ради дела с точки зрения производительности, дизайна и просто крутизны. Напротив, Tesla воспользовалась одной действительно интересной характеристикой электродвигателя — его способностью мгновенно передавать большой крутящий момент по требованию — и применила его для создания быстрого спортивного автомобиля.

Вторая гениальная черта

Маска заключалась в осознании того, что электромобили еще не практичны, что они станут модной игрушкой для богатых и представителей высшего среднего класса — и согласиться с этим.Это был еще один случай «зеленого промаха»: позволять людям наслаждаться роскошным продуктом без чувства вины, потому что он имеет «зеленый» оттенок. Он надеялся, что сможет последовать проверенному подходу Кремниевой долины, чтобы найти класс первых последователей, которые готовы покупать очень дорогой продукт, чтобы иметь последнюю новинку, и использовать свои деньги, чтобы поддерживать работу компании, пока вы сокращаете расходы и в конечном итоге выпускаете продукт для массового рынка.

Но все это предполагает, что электромобиль выйдет на массовый рынок и будет чем-то другим, а не роскошью с завышенной ценой.И Тесла может быть не той компанией, которая сделает это.

Другой интересный расчет смотрит на стоимость батареи Tesla плюс затраты на электроэнергию и приходит к выводу, что только на основе этого расчета Tesla выходит вперед по сравнению с покупкой бензина — если вы проехали на нем 400000 миль и если он прослужит так долго, что никто действительно знает. На самом деле, это оказалось не так уж и далеко от моих расчетов. Я подсчитал, что для экономии на бензине за рулем Tesla вам придется ездить на нем 30 лет.Это было основано на том факте, что средний человек проезжает всего около 15 000 миль в год. При такой скорости, чтобы проехать 400000 миль и получить полную отдачу от аккумулятора Tesla, вам придется управлять автомобилем чуть меньше 27 лет.

Тем не менее, допустим, что другие производители автомобилей с большей экономией на масштабе могут производить электромобиль по цене, более близкой к обычной, за исключением дорогой батареи. И предположим, что с некоторыми постепенными инновациями дорогие батареи становятся немного дешевле и дольше удерживают больший заряд.И предположим, что новая технология и более широкое распространение приводят к сокращению времени зарядки и большему количеству мест для зарядки. Таким образом, все это уменьшает неудобства электромобилей и приближает их эксплуатационные расходы к бензиновым автомобилям, а возможно, и ниже их.

Это аргумент, предложенный недавно в Wall Street Journal , где Кристофер Мимс предсказывает своего рода переломный момент для внезапного массового внедрения электромобилей и гибели двигателей внутреннего сгорания.

Но это предполагает, что двигатель внутреннего сгорания стоит на месте — а это не так.

На самом деле двигатель внутреннего сгорания — это движущаяся цель, и если вы предположите, что мы увидим будущие достижения в технологии электромобилей, вам также придется столкнуться с текущими и будущими достижениями в технологии внутреннего сгорания. двигатель.

Возможно, вы не заметили этих достижений из-за предвзятости в сообщениях, особенно в технической прессе, которая не считает двигатель внутреннего сгорания «технологической» проблемой.(Точно так же Facebook, которая на самом деле является медиакомпанией, считается «технологической» компанией, но General Electric — нет.) Электромобили наделены всем очарованием Кремниевой долины и всеми достоинствами политкорректности. форма власти. Так что среди технических писателей просто становится привычкой уверенно заявлять, что двигатель внутреннего сгорания, очевидно, выходит из строя.

А вот что на самом деле происходит в мире двигателей внутреннего сгорания.

Nissan недавно удалось сделать несколько заголовков благодаря своей конструкции двигателя с переменным сжатием — хотя заметьте, что это все еще нужно было объявить как способ убить дизельный двигатель, вписываясь в тему смерти ископаемого топлива. Но давайте посмотрим, что это на самом деле означает. Двигатель с регулируемым сжатием — это двигатель внутреннего сгорания, который может изменять длину хода поршня для достижения большего или меньшего сжатия топливно-воздушной смеси, что позволяет ему оптимизировать производительность двигателя либо для максимальной мощности, либо для максимальной топливной эффективности, как необходимо.По оценкам Nissan, это может улучшить топливную экономичность двигателя на 27%.

Теперь давайте рассмотрим это число в контексте. Майкл Дики — и единственное, что ему нужно от меня, — это то, что он строит лежачий мотоцикл в стиле аниме, — выразил расчет следующим образом:

В то время как литий-ионные батареи хранят 120 Втч / кг (ватт-часов на килограмм веса аккумулятора), бензин сохраняет 12 600 Втч / кг. И хотя газовые двигатели получают только около 20% на колеса (около 2500 Втч / кг), литий-ионные получают 90% (108 Втч / кг), поэтому улучшение газового двигателя с 20% до 21% превышает все запас хода типичного электромобиля с батарейным питанием, добавляя около 126 Втч / кг для поворота колес.

Что касается других разработок, которые могут повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания, рассмотрим лишь несколько недавних идей.

Во-первых, это двигатель без глушителя, который повышает эффективность за счет цифрового управления клапанами, регулирующими подачу и выпуск топлива.

Затем предпринимается целый ряд попыток создать очень маленькие и легкие роторные двигатели, от двигателя Пола Моллера мощностью 3 лошадиные силы на фунт до крошечного четырехфунтового прототипа LiquidPiston, который может заменить сорокфунтовый двигатель для картинга.

Майкл Дики отмечает, что самый эффективный двигатель — это гибрид двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

Поскольку газ отлично накапливает энергию, в то время как батареи всасывают, а электродвигатели отлично подходят для движения вашего автомобиля и включения рекуперативного торможения, в то время как механические трансмиссии ограничены, а газовые двигатели ненавидят работу на любых оборотах, кроме оптимальных, серийный гибрид по-прежнему остается лучшим Оптимальный вариант: эффективный газовый двигатель, работающий на оптимальной скорости, вращающий генератор с небольшим аккумулятором только для быстрого ускорения и рекуперативного торможения.

И если вы внимательно прочитаете эту статью Кристофера Мимса, вы заметите, что его уверенное утверждение о том, что крупные автопроизводители собираются перевести большую часть своих автопарков на «электрические», на самом деле относится к внедрению гибридных бензиновых и электрических двигателей. Эта технология настолько тщательно проверена, что одна из ее разновидностей — дизель-электрический двигатель — долгое время была стандартом для железнодорожных локомотивов.

Но и здесь есть возможности для улучшения. Компания Toyota разработала идею повышения эффективности гибридного двигателя за счет отказа от коленчатого вала и выработки электроэнергии непосредственно за счет движения поршня по цилиндру.Volvo экспериментирует с отказом от аккумуляторной батареи и электродвигателя и вместо этого сохраняет энергию в высокотехнологичном маховике с частотой вращения 60 000 об / мин.

Многие из этих идей не работают. Но то же самое можно сказать и об электромобилях, и достаточно всего одной или двух успешных инноваций, чтобы добиться больших результатов. Мэтт Перси, недавно писавший для RealClearFuture о трехмерных принтерах, пытается привлечь венчурный капитал для проверки своих патентов на радикально более эффективные двигатели внутреннего сгорания. Он сказал мне:

И я не единственный, у кого такие грандиозные идеи.Есть много других, кто работает над радикальными двигателями, которые, на мой взгляд, вполне жизнеспособны, и любой из них может нарушить статус-кво. Когда-нибудь кто-нибудь добьется пресловутой хоумран и действительно положит конец шумихе об электромобилях.

Но обратите внимание, что мы говорили обо всем этом просто с точки зрения экономии топлива, исходя из предположения, что наиболее важной проблемой является сокращение расхода топлива. Реальное поведение рынка показывает, что большинство людей не особо заботится об экономии топлива.Снижение расхода топлива — это мания прессы, потому что они считают, что электромобиль необходим для спасения мира от глобального потепления. Тем не менее, это зависит от целой цепочки предположений: что искусственное глобальное потепление действительно происходит, что автомобили, на которых ездят американцы, будут иметь значение, что электромобили предлагают значительное сокращение использования ископаемого топлива, а не просто «длинную выхлопную трубу», и что мы было бы лучше сделать что-нибудь еще, чтобы спасти мир.

В то время как средства массовой информации имеют тенденцию придерживаться своего фиксированного взгляда на эти вопросы, покупатели явно не придают такого большого значения топливной эффективности, тем более при нынешних ценах на бензин.А благодаря еще одному значительному, неизведанному прогрессу в энергетических технологиях — гидроразрыву — цены на газ вряд ли сильно вырастут в обозримом будущем.

В результате усовершенствования в конструкции двигателя внутреннего сгорания на самом деле были сосредоточены не столько на топливной эффективности, сколько на производительности. Как резюмировал мой друг Джек Уэйкленд: «Мир только что прошел через 25-летний золотой век автомобильного дизайна».

Когда все огромные новые «плотные» нефтяные пласты вскрываются с помощью прогрессивного гидроразрыва пласта, кому нужна экономия топлива? Это скучно.Нет, мы ищем больше роскоши и большей производительности, чем мы когда-либо думали, что Детройт (или Штутгарт, или Иокогама, или Сеул) когда-либо сможет производить для массового потребления .

Производственные методы и числовой контроль качества имеют настолько большие допуски на детали, что они больше не взаимозаменяемы, они идентичны. В результате доступны высокоточные конструкции для каждого аспекта трансмиссии. Каждый автомобильный двигатель — это экзотический Cosworth, без зазоров, с четырьмя клапанами на цилиндр, впрыском топлива с цифровым управлением зажиганием, массивными полированными воздухозаборниками и настроенными выхлопами.Начиная с 15 лет назад, маленькие 2,0-литровые четырехцилиндровые двигатели прямо с завода обычно производили более 200 лошадиных сил — такую ​​мощность Детройт использовал для получения 6,7-литровых восьмицилиндровых двигателей в начале 1970-х годов. Сегодня 5,0-литровые двигатели Ford V-8 с толкателем развивают мощность 360 л.с., 412 л.с. в варианте спорткара с высокой степенью сжатия.

И теперь у нас есть турбокомпрессоры с компьютерным управлением, абсолютно без турбонаддува. Эти конструкции создают захватывающие дух характеристики для роскошных автомобилей (0-60 за 4,9 секунды) и необычайно низкий крутящий момент для рабочих грузовиков.Новые конструкции двигателей с турбонаддувом, выпускаемые серийно, превращают маленькие 2,0-литровые 4-цилиндровые двигатели в кричащих 240-305 л.с.

И я не разбирался в пневматических амортизаторах с компьютерным управлением для автомобилей класса люкс, в тормозах большой мощности, в новых конструкциях шин, появившихся за последние 25 лет, и т. Д. И т. Д.

Или взгляните на то, что может сделать группа 1,6-литровых хэтчбеков на раллийной трассе.

Отсчет двигателя внутреннего сгорания больше похож на принятие желаемого за действительное со стороны защитников окружающей среды, чем на трезвый прогноз будущего.Конечно, достижения в области аккумуляторных технологий и снижение производственных затрат могут приблизить электромобили по рентабельности и удобству двигателя внутреннего сгорания, но старый добрый ДВС все равно сможет оставить электромобиль в пыли.

Роб Трачински — редактор RealClearFuture.

Сравнение электромобилей с аккумуляторными батареями и автомобилей с двигателем внутреннего сгорания

Комплексная оценка в США

Электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) не потребляют бензин и не выделяют углекислый газ из выхлопной трубы, что делает возможным экологически устойчивое вождение в пределах досягаемости среднего потребителя.Однако остается вопрос: «Действительно ли BEV обладают экологическим преимуществом в отношении потенциала глобального потепления и вторичного воздействия на окружающую среду — и если да, то какой ценой?»

Чтобы ответить на этот вопрос, Артур Д. Литтл провел анализ экономической стоимости всего жизненного цикла и воздействия на окружающую среду электромобилей с литиево-ионными аккумуляторами (BEV) по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ICEV), чтобы лучше понять BEV и их преобразующий потенциал. В этом исследовании моделируется относительное влияние новых BEV и ICEV в Соединенных Штатах за последний полный календарный год, за который имеются данные, 2015 г., и прогнозируется влияние BEV и ICEV на экономику и окружающую среду в течение всего предполагаемого двадцатилетнего срока службы для легковой автомобиль США.Учитывая, что это быстро развивающийся рынок, наше исследование также прогнозирует экономические и экологические последствия, которые новые BEV и ICEV будут иметь в 2025 году, с учетом ожидаемых значительных изменений в технологии аккумуляторов, модельном ряду транспортных средств и стандартах экономии топлива.

Чтобы определить истинные затраты и воздействие на окружающую среду от BEV, мы провели всесторонний количественный анализ, исключая любые государственные стимулы или субсидии. В нашем исследовании был изучен каждый этап жизненного цикла автомобиля, от НИОКР и производства, включая поиск сырья до владения и утилизации по окончании срока службы.Мы оценили воздействия, связанные с каждым компонентом транспортного средства, от новейших технологий и химического состава, задействованных в производстве аккумуляторов, до потребляемой энергии (например, бензин и электричество, от колодца до колес), необходимых для питания транспортного средства. Мы построили модели, которые рассчитывают общую стоимость владения (TCO) за 2015 г., потенциал глобального потепления (GWP) и вторичные воздействия на окружающую среду (например, потенциал токсичности для человека, характеризуемый как потерянные годы жизни с поправкой на инвалидность) для BEV и ICEV.Мы также прогнозируем развитие технологий BEV и ICEV в ближайшее десятилетие, и мы использовали эту информацию для моделирования совокупной стоимости владения, GWP и вторичного воздействия на окружающую среду на 2025 год для BEV и ICEV.

На основании нашего исследования, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали. С экономической точки зрения, BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии.Во-вторых, обслуживание БЭВ обходится дешевле благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынок вышло текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1. ).

На основании нашего исследования, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали.С экономической точки зрения, BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на том же расстоянии. Во-вторых, обслуживание БЭВ обходится дешевле благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынок вышло текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1. ).

Рисунок 1. Общая стоимость владения за 20-летний срок службы ICEV 2015 года в сравнении с эквивалентным BEV

Электромобили

и автомобили с двигателем внутреннего сгорания

Рисунок 2. Выбросы парниковых газов в течение 20-летнего срока службы для ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV

являются значительным препятствием для более широкого внедрения BEV и могут объяснить, почему их проникновение на рынок до сих пор ограничено.

С экологической точки зрения картина еще сложнее. BEV в 2015 году достигают цели по сокращению выбросов парниковых газов по сравнению с сопоставимыми ICEV, если рассматривать их на протяжении всего срока службы автомобиля, но это маскирует повышенное воздействие на здоровье человека по сравнению с ICEV и множество других побочных воздействий на окружающую среду (см. Рисунки 2 и 3). . В то время как большинство воздействий на окружающую среду, создаваемых ICEV, локализовано на сгорании бензина в двигателе транспортного средства, производственный процесс для BEV создает гораздо более широкое влияние на окружающую среду. дней воздействия на жизнь (смерть или инвалидность) для компактного пассажирского ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV за 20 лет владения выбросам парниковых газов.

В частности, использование тяжелых металлов в производстве литий-ионных аккумуляторных батарей для BEV в сочетании с загрязнением, создаваемым энергосистемой США (например,грамм. хвосты угольных электростанций) для эксплуатационной части жизненного цикла BEV создают примерно в три раза большую токсичность для человека по сравнению с ICEV (см. рисунок 3). Принимая во внимание расхождения в распределении воздействий на окружающую среду, можно с уверенностью сказать, что потребитель, решивший водить BEV вместо ICEV, смещает экологию

Рисунок 4. Сравнение исследования ADL с данными Союза обеспокоенных ученых и национальных Результаты Бюро экономических исследований

влияние владения автомобилем.Как подробно описано в недавней серии расследований, опубликованных Washington Post, большая часть кобальта и графита, поступающих в цепочку поставок литий-ионных аккумуляторов, поступает из плохо регулируемых и сильно загрязняющих шахт в Конго1 и Китае2. Вкладывая локальный вклад в выбросы парниковых газов, они создают более рассеянный набор воздействий на окружающую среду, распространяющихся по всему миру, последствия которых в значительной степени несут сельские и часто неблагополучные общины вблизи шахт, откуда поставщики BEV получают сырье для производства аккумуляторных батарей.

В рамках нашего исследования Артур Д. Литтл также представляет результаты двух других широко цитируемых отчетов о влиянии BEV на окружающую среду по сравнению с ICEV — «Более чистые автомобили от колыбели до могилы: как электромобили побеждают бензиновые автомобили по выбросам из-за глобального потепления. , »3 из Союза обеспокоенных ученых (UCS) и« Экологические преимущества от вождения электромобилей? »4 из Национального бюро экономических исследований (NBER). Оба этих отчета исследуют влияние BEV и ICEV на окружающую среду, и оба отчета описывают последствия для политики, вытекающие из их выводов.Однако UCS и NBER приходят к совершенно разным выводам. Мы представляем их различные результаты, чтобы сформировать более широкую дискуссию и поместить наше исследование в рамки более широкой дискуссии об истинном воздействии BEV и ICEV на окружающую среду в США (см. Рисунок 4).

Прогнозирование технологических тенденций для новых BEV и ICEV в 2025 году, Артур. Моделирование Д. Литтла показывает, что хотя разница в совокупной стоимости владения между BEV и ICEV значительно снизится по сравнению с 2015 годом, ICEV по-прежнему будут иметь экономическое преимущество в диапазоне от 5 800 до 11 100 долларов (текущая стоимость) по сравнению с BEV.С экологической точки зрения различия в потенциале глобального потепления и в потенциале токсичности для человека увеличатся в 2025 году по сравнению с 2015 годом: BEV будут производить еще более низкие уровни парниковых газов по сравнению с ICEV, но они будут производить примерно в пять раз больше антропогенных потенциал токсичности по сравнению с ICEV из-за использования более крупных аккумуляторных блоков. В сочетании с большим финансовым бременем, которое BEV возлагает на потребителя, сложная экологическая реальность BEV будет по-прежнему создавать проблемы для потребителя, ориентированного на устойчивое развитие, при выборе между автомобилем BEV или ICEV.

Почему двигатель внутреннего сгорания?

«А разве скоро мы не будем ездить на электромобилях?»

Это вопрос, который я часто задаю, когда говорю кому-то, что работаю в Achates Power, компании, которая разрабатывает чистый, более экономичный дизельный двигатель. Мой ответ: «вряд ли».

С 1860-х годов двигатель внутреннего сгорания (ДВС) играет важную роль на транспорте. Совсем недавно U.Министерство энергетики США опубликовало свой четырехгодичный обзор технологий, в котором говорится: «Производительность, низкая стоимость и топливная гибкость ДВС делают вероятным, что они будут продолжать доминировать в автопарке по крайней мере в течение следующих нескольких десятилетий».

Так почему же двигатель внутреннего сгорания, а не аккумуляторно-электрическая трансмиссия? Причина проста: до тех пор, пока автомобили несут собственный источник энергии, трудно превзойти формы энергии, которые имеют наибольшую плотность (как по весу, так и по объему), легко доступны и экономичны.Жидкие углеводороды — это всего лишь. Дизельное топливо имеет примерно в 100 раз большую гравиметрическую плотность энергии, чем литий-ионная батарея. Батареи Tesla Roadster, например, весят 450 кг и обладают такой же энергоемкостью, что и менее 1,5 галлона (4,5 кг) дизельного топлива. Увеличение веса и размера транспортных средств делает их менее эффективными. Кроме того, батареи стоят дорого — из того, что я читал, около 36 000 долларов для Tesla и 8 000 долларов для батарей Chevy Volt.

Дополнительным преимуществом двигателей внутреннего сгорания является то, что дизельное топливо и бензин, как и жидкости, легко транспортируются, широко доступны и могут быть быстро заправлены.Этого нельзя сказать об их аккумуляторных аналогах. Сегодня на дорогах находится один миллиард транспортных средств, а в будущем ожидается два миллиарда, поэтому в настоящее время нет инфраструктуры для удовлетворения потребностей в заправке электромобилей. А время перезарядки до восьми часов делает заправку в лучшем случае сложной задачей.

В будущем я ожидаю, что некоторые легковые и коммерческие автомобили будут электрифицированы, поскольку производители ищут способы повышения эффективности.
Однако когда дело доходит до грузовиков для дальних перевозок, электрификация не подходит. Количество энергии, необходимое для перевозки 80 000 фунтов по стране, слишком велико для батарей. Проблема возрастает для кораблей и самолетов, поэтому мы будем использовать жидкие углеводороды — почти идеальный способ хранения энергии — в течение длительного времени, даже если в конечном итоге жидкие углеводороды поступают из источников, не связанных с нефтью, таких как водоросли, биотопливо или газ.