Как уменьшить расход топлива, или что станет сердцем легкового автомобиля в будущем

Технологии
Двигатель внутреннего сгорания

Экономичность современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания является последним и единственным аргументом в битве за сердца покупателей. Современные гибриды, задуманные и произведенные, как ответ нефтяным картелям на непомерно высокие цены на бензин и дизельное топливо, повторяют судьбу транспорта с двигателями внутреннего сгорания. Огромные инвестиции в развитие легких и сверхэнергоемких литий-ионных батарей принесли неожиданные результаты. Емкость батарей, находящихся в серийном производстве, превзошла самые рациональные прогнозы и превысила 100вт/кг.

Гибриды превратились в серьезную силу, способную вытеснить конкурентов и забрать под себя нишу «городского легкового транспорта». Всевозможные варианты комбинированных систем постепенно были сведены к одной — самой простой и надежной. Силовая установка такого гибрида состоит из ДВС с циклом Аткинсона или дизеля с генератором переменного тока и батареи. До взлета популярности литиевых аккумуляторов в таких системах применялись адаптированные кислотные аккумуляторы, металл-никельгибридные и щелочные системы. Заряда батарей хватало на пару десятков километров, приходилось экономить каждый джоуль с помощью сложной и дорогой системы датчиков и контролеров. Казалось, удел гибридов был предопределен – городская «черепаха» с высокими экологическими показателями, чрезвычайно низким расходом топлива в 2-3 литра.

Появление более доступных по цене гибридов не произвело революционных изменений на автомобильном рынке, но заставило серьезно задуматься о будущем двигателя внутреннего сгорания. Конструкторская мысль попыталась спасти двигатель внутреннего сгорания легкового автомобиля. Системы «старт-стоп», электрические компенсаторы, бустерные системы на основе конденсаторных батарей позволили снизить расход дизельного двигателя до 3 литров на сотню, хотя и привели к небольшому усложнению конструкции. Дальнейшее совершенствование ДВС, без внедрения новых, более совершенных, принципов преобразования тепловой энергии в механическую, стало практически невозможным. На рынке легкового транспорта с двигателем внутреннего сгорания автомобили стали более комфортными, стильными, мощными, но двигатель практически находился в состоянии застоя.

Что спасло ДВС легковых автомобилей от проигрыша и полного забвения

Повсеместное ужесточение экологических норм на содержание токсичных веществ в выхлопных газах, высокая цена на углеводороды принесли новые проблемы для тепловых машин. Гигантские производственные комплексы и технологические линии созданы мировыми грандами мировой автоиндустрии именно для постройки транспорта на основе двигателей внутреннего сгорания. Множество технологических циклов и цепочек связано в сложную и запутанную сеть, от сырья и материалов до продукции рекламных компаний. Перенастроить этот отлаженный механизм на выпуск принципиально новой продукции дорого и сложно. Проще бороться за дальнейшее усовершенствование ДВС, делая их более дешевыми в производстве, унифицированными, надежными и замысловатыми одновременно. Примерно с 80-х годов прошлого века в двигателях внутреннего сгорания активно используются микроконтроллеры и специальные датчики качества горючей смеси. Это был последний значимый рывок в развитии тепловых двигателей. Даже если современные методы управления, контроля и оптимизации работы двигателя помогут несколько улучшить процесс горения и уменьшить потери — этого все равно недостаточно, чтобы составить достойную конкуренцию транспорту на электротяге.

Схема двигателя дизель-электрического привода

Гибридные дизель-электрические приводы обречены на полное исчезновение, преимуществ подобной схемы достаточно для использования в небольшой ограниченной сфере применения. С резким удешевлением стоимости литиевых батарей использование капризной и тяжелой гибридной установки теряет всякий смысл. Пробег автомобиля на электрической тяге достиг 300-400км, и во многом этот запас уже избыточен. Практика говорит о достаточности запаса в 200км. Современный образ жизни предполагает, что ежедневные затраты продуктивного времени, сил и здоровья на езду более 2 часов в сутки являются непозволительной роскошью. До полной победы электромобилей осталось немного – снижение стоимости литиевых батарей идет медленно, но уверенно.

Тупик? Совсем необязательно. Это не первый приход электромобилей в нашу жизнь. В начале двадцатого века первые образцы на электрической тяге всерьез рассматривались в качестве альтернативы не менее примитивным бензиновым и паровым автомобилям. Победа осталась за двигателем внутреннего сгорания.

Одним из наиболее серьезных факторов, гарантирующих дальнейшее развитие ДВС легкового автотранспорта, является отсутствие реальной альтернативы двигателям внутреннего сгорания, применяющимся в мировой транспортной системе. Выпуск двигателей внутреннего сгорания и сопутствующих им систем неразрывно связан с параллельным производством расходных материалов — моторных масел, охлаждающих жидкостей, свечей зажигания, огромного количества запасных частей и сменных узлов. Это гигантский бизнес. Он будет упорно поддерживать существующую монополию ДВС.
В 2015г. значительно снизились цены на нефть и нефтепродукты. Если стоимость бензина и дизельного топлива уменьшится аналогично цене на нефтяное сырье, широко разрекламированная дешевизна пробега электромобиля станет не столь убедительной.

Основной составляющей в стоимости электромобиля является стоимость системы накопления электроэнергии. Если рассчитать ресурс батареи, ее амортизацию, то получится, что стоимость пробега электромобиля не такая маленькая, как может показаться на первый взгляд. Массовый выпуск электромобилей, оснащенных литиевыми аккумуляторами, возможен только при увеличении на два порядка количества батарей на основе лития. Но запасы этого металла не столь громадны, как нефтяные месторождения, и их разработка требует немалых ресурсов.

Каковы перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Уже сейчас на рынке набирают популярность модели классов «А» и «В», в которых заявлен реальный расход топлива в 2,9-3,5 литра дизельного топлива на 100 километров пробега. Много это или мало? Можно вспомнить разработки концерна «АУДИ» в 80-х годах прошлого века, получившие в экспериментальных пробегах прототипов расход в 1,5 литра на сотню.

Как ни удивительно, но у ДВС есть возможности для дальнейшего снижения расхода топлива:

  1. Системы с непосредственным впрыском топлива и повторным использованием энергии выхлопных газов. Конструктивно такие двигатели вобрали в себя все достоинства и преимущества как дизельных, так и бензиновых систем. Возможность использования энергии выхлопных газов позволяет повысить КПД до нереальных 55-60%. Стоимость таких двигателей пока исчисляется десятками тысяч евро, массогабаритные показатели не позволяют применять их на легковом транспорте.
  2. Практически забытая и никем серьезно не воспринимаемая схема с механическими накопителями энергии. Замысел такой конструкции заключается в использовании системы супермаховика и маломощного ДВС, работающего в чрезвычайно узком диапазоне оборотов двигателя. Последний фактор позволяет максимально оптимизировать экономичность теплового цикла, а супернакопитель берет на себя всю нагрузку. Ресурс маховичного накопителя в сотни раз превысит ресурс любой аккумуляторной батареи.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Banggood