stringtranslate.com

Автомобильный двигатель

Двигатели внутреннего сгорания, такие как этот бензиновый двигатель Renault объемом 1,6 литра (98 кубических дюймов) , показанный здесь в 2008 году, были доминирующей силовой установкой на протяжении большей части истории автомобилей.

Существует большое разнообразие двигательных систем, доступных или потенциально доступных для автомобилей и других транспортных средств. Варианты включали двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине , дизельном топливе , пропане или природном газе ; гибридные автомобили , подключаемые гибриды , автомобили на топливных элементах , работающие на водороде , и все электромобили . Транспортные средства, работающие на топливе, по-видимому, имеют преимущество из-за ограниченного запаса хода и высокой стоимости аккумуляторов . Некоторые варианты требовали строительства сети заправочных или зарядных станций . [1] Не имея убедительных преимуществ для какого-либо конкретного варианта, автопроизводители пошли по параллельному пути разработки, используя множество вариантов. Одной из применяемых стратегий было снижение веса транспортных средств.

Недавние улучшения

Использование высоких технологий (таких как электронные блоки управления двигателем ) в передовых конструкциях, возникшее в результате значительных инвестиций в исследования в области развития со стороны европейских стран и Японии, казалось, давало им преимущество перед китайскими автопроизводителями и поставщиками запчастей, которые по состоянию на 2013 г. бюджеты на разработку и нехватка мощностей для производства деталей для высокотехнологичных двигателей и силовых передач. [2]

Характеристики

Основной характеристикой автомобильного двигателя (по сравнению со стационарным или судовым двигателем ) является высокая удельная мощность . Это достигается за счет использования высокой скорости вращения. Однако автомобильные двигатели иногда модифицируются для использования на судах, образуя морской автомобильный двигатель .

История

В первые годы были опробованы паровые двигатели и электродвигатели , но с ограниченным успехом. В 20 веке двигатель внутреннего сгорания (ДВС) стал доминирующим. В 2015 году двигатель внутреннего сгорания остается наиболее широко используемым, но возрождение электричества кажется вероятным из-за растущей обеспокоенности по поводу выбросов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания .

По состоянию на 2017 год большинство автомобилей в США работают на бензине . В начале 1900-х годов двигатели внутреннего сгорания столкнулись с конкуренцией со стороны паровых двигателей и электродвигателей . Двигатели внутреннего сгорания того времени работали на бензине. Двигатели внутреннего сгорания работают по принципу поршня , толкаемого давлением определенного взрыва. [3] При этом взрыве происходит сжигание углеводорода в цилиндре двигателя. Из всех автомобилей, выпущенных в то время, только около четверти фактически считались двигателями внутреннего сгорания. В течение следующих нескольких лет двигатель внутреннего сгорания стал самым популярным автомобильным двигателем. [4] Где-то в XIX веке Рудольф Дизель изобрел новую форму внутреннего сгорания, используя концепцию впрыска жидкого топлива в воздух, нагретый исключительно за счет сжатия. [3] Это предшественник современного дизельного двигателя, используемого в автомобилях, а точнее, в тяжелых транспортных средствах, таких как полуприцепы.

Типы двигателей

Двигатель внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели быстро стали выбором производителей и потребителей. Несмотря на резкий запуск, шумный и грязный двигатель, а также сложное переключение передач, новые технологии, такие как производственная линия и усовершенствование двигателя, позволили наладить стандартное производство газовых автомобилей. Это начало пути от изобретения газового автомобиля в 1876 году до начала его массового производства в 1890-х годах. Модель Т Генри Форда снизила цены на автомобили до более доступных цен. В то же время Чарльз Кеттеринг изобрел электрический стартер , позволяющий запускать двигатель без необходимости использования механической рукоятки. [5] Обилие газовых автомобилей, работающих на топливе, должно быть очень функциональным и доступным. Спрос на бензин вырос с 3 миллиардов баррелей в 1919 году до примерно 15 миллиардов в 1929 году. [6]

Двигатель внутреннего сгорания приводится в действие за счет расширения газа, образующегося при сгорании углеводородных газов. [7] Более подробно, при внутреннем сгорании для создания механического движения использовалась теплота сгорания, создаваемая впрыскиваемым углеводородным топливом. В начале 1900-х годов древесный спирт был популярным топливом для французских и немецких автомобилей, но поскольку правительства ввели высокие налоги на производство, цена древесного спирта выросла выше цены на бензин. [7] В результате этого бензиновые двигатели стали популярными, поскольку двигатели внутреннего сгорания были широко известны как бензиновые двигатели. Хотя бензиновые двигатели стали популярными, они не были особенно желательны из-за опасности утечек топлива, которые могли привести к взрыву. Поэтому многие изобретатели пытались в результате создать керосиновый двигатель. Это не было успешным предприятием по его использованию в автомобилях. Существует множество различных видов топлива для двигателей внутреннего сгорания. К ним относятся дизельное топливо , бензин и этанол .

Паровые двигатели

Паровой двигатель был изобретен в конце 1700-х годов и стал основным источником питания двигателей, а вскоре и локомотивов . Одним из самых популярных паровых автомобилей был «Stanley Steamer», отличавшийся низким уровнем загрязнения окружающей среды, мощностью и скоростью. Минусом этих паровых автомобилей является ненадежность, сложность и частые аварии, которые с ними происходили. Время запуска парового автомобиля может занять до 45 минут, что противоречит цели более быстрой транспортировки. К тому времени, когда паровой автомобиль был усовершенствован, сложность производства по сравнению с газовыми автомобилями сделала паровые автомобили нерентабельными. [5]

Паровой двигатель – это устройство, преобразующее тепло в механическое движение. Это обеспечивается применением котлов, создающих пар путем кипячения воды. В начале 1900-х годов Эбнер Добл представил в Соединенных Штатах паровой автомобиль, возможности которого потенциально могли превзойти по эффективности фордовскую модель T. [8] Известно, что пар обеспечивает очень эффективную экономию топлива при использовании источника высокой мощности. Вот почему половина мира почти весь XIX век и почти половину XX века работала на паре. Основным недостатком парового двигателя в автомобилях было то, что операторы должны были иметь полные знания о котлах и паровых двигателях перед началом работы, поскольку пренебрежение оператором им наносило вред самому двигателю. [7]

Электродвигатели

Электромобили казались наиболее жизнеспособным вариантом, подобно паровым автомобилям. Впервые они были изобретены в начале 1800-х годов и стали жизнеспособным средством передвижения примерно в 1890 году, когда Уильям Моррисон создал первый электромобиль, который двигался со скоростью 14 миль в час. Электромобили отличались низким уровнем загрязнения и бесшумной ездой, в отличие от своих бензиновых аналогов. Самым большим недостатком электромобилей был запас хода. Типичный электромобиль может проехать около 20 миль, прежде чем потребуется подзарядка. Производители не могли увеличить количество батарей из-за их громоздкости в то время. Без стимула покупать электромобили бензиновые автомобили были в то время наиболее жизнеспособным вариантом. [5]

В электромобилях используются аккумуляторы для хранения электроэнергии , которая используется для питания электродвигателей . Аккумулятор подает на двигатель мощность переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). Разница между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, какая система необходима для их работы в электромобиле. Двигатель переменного тока , как правило, дешевле, но компоненты, необходимые для его работы в электромобиле, такие как контроллер и инвертор, делают его дороже, чем двигатель постоянного тока. Уникальная особенность электромобилей по сравнению с бензиновыми аналогами: электромобиль проще, чем бензиновый. [9] Электромобиль обходит компоненты бензинового автомобиля, такие как коленчатый вал, что позволяет ему генерировать мощность намного быстрее, чем бензин. Из-за более быстрой передачи мощности электромобиль способен ускоряться быстрее, чем бензиновые автомобили. [10]

В 1970-х годах электромобили вновь появились из-за нефтяного эмбарго ОПЕК 1973 года . Раньше обильный бензин стал основным источником топлива для транспортных средств. Но после дефицита производители снова начали обращать внимание на электромобили. Несмотря на усовершенствованные технологии 1800-х годов, электромобили столкнулись с аналогичными технологическими недостатками, такими как ограниченный пробег и скорость. Они могли двигаться со скоростью только до 45 миль в час и имели дальность действия около 40 миль. [11]

Рекомендации

  1. ^ Кардвелл, Дайан; Краусс, Клиффорд (22 апреля 2013 г.). «Транспортная отрасль намерена расширить использование природного газа». Нью-Йорк Таймс . Проверено 23 апреля 2013 г.
  2. ^ «Движительные системы. Великая гонка трансмиссий. Автопроизводители делают ставки на двигатели автомобилей» . Экономист (печатная ред.). 20 апреля 2013 года . Проверено 19 апреля 2013 г.
  3. ^ ab Камминс-младший, Лайл К. (1976) Ранние микросхемы и автомобильные двигатели. Технические документы SAE. Уилсонвилл: Карно Пресс, 760604, 1976.
  4. ^ Л. Коллиер, Джеймс. (2006) Паровые двигатели. 1-е изд. Тэрритаун: Издательство Cavendish Square, 2006.
  5. ^ abc История электромобиля. (2014). Energy.gov. Получено 28 марта 2017 г. с https://energy.gov/articles/history-electric-car.
  6. ^ Мелози, М. (2004). Автомобиль и окружающая среда в американской истории: использование энергии и двигатель внутреннего сгорания. Autolife.umd.umich.edu. Получено 28 марта 2017 г. с http://www.autolife.umd.umich.edu/Environment/E_Overview/E_Overview3.htm.
  7. ^ abc Чемберс, А. (1902). Справочник Ли по американским автомобилям (1-е изд.). Чикаго: Лэрд и Ли. Получено с https://play.google.com/store/books/details/Alfred_B_Chambers_Lee_s_American_Automobile_Manual?id=_lYF6H7Q0GYC.
  8. ^ Геогхеган, Дж. (2017). Полный вперед. Американская история, (1), 26–31.
  9. ^ Швиттерс, К. (2017). Зарядка переменным и постоянным током – в чем разница – Plug In America. Подключите Америку. Получено 11 апреля 2017 г. с https://pluginamerica.org/ac-versus-dc-charging-what-difference/.
  10. ^ Как работают электромобили с аккумуляторной батареей?. (2017). Союз обеспокоенных ученых. Получено 11 апреля 2017 г. с http://www.ucsusa.org/clean-vehicles/electric-vehicles/how-do-battery-electric-cars-work#.WOqfj_ krK70.
  11. ^ Центр данных по альтернативным видам топлива: как работают полностью электрические автомобили? (2017). Afdc.energy.gov. Получено 9 апреля 2017 г. с http://www.afdc.energy.gov/vehicles/how-do-all-electric-cars-work.