Автомобильные технологии: двигатели внутреннего сгорания, гибриды, электрокары и водородные авто. Сравнение, преимущества и недостатки различных систем.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Технология автомобилей и грузовиков
Car and truck technology
Существует большое разнообразие силовых установок, доступных или потенциально доступных для автомобилей и других транспортных средств. Варианты включают двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине, дизельном топливе, пропане или природном газе; гибридные автомобили, подключаемые гибриды, автомобили с топливными элементами, работающие на водороде, и полностью электрические автомобили. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания, по всей видимости, имеют преимущество из-за ограниченного запаса хода и высокой стоимости аккумуляторов. Для некоторых вариантов требовалось строительство сети заправочных или зарядных станций. Поскольку ни один из вариантов не имел явного преимущества, автопроизводители развивали различные технологии параллельно. Одним из применяемых подходов было снижение веса транспортных средств.
There are a wide variety of propulsion systems available or potentially available for automobiles and other vehicles. Options included internal combustion engines fueled by petrol, diesel, propane, or natural gas; hybrid vehicles, plug in hybrids, fuel cell vehicles fueled by hydrogen and all electric cars. Fueled vehicles seem to have the advantage due to the limited range and high cost of batteries. Some options required construction of a network of fueling or charging stations. With no compelling advantage for any particular option, car makers pursued parallel development tracks using a variety of options. Reducing the weight of vehicles was one strategy being employed.
Последние события
Использование высоких технологий (таких как электронные блоки управления двигателем) в передовых разработках, ставших результатом значительных инвестиций в научно-исследовательские работы европейскими странами и Японией, казалось, давало им преимущество перед китайскими автопроизводителями и поставщиками деталей, которые, по состоянию на 2013 год, располагали небольшими бюджетами на разработку и не имели возможности производить детали для высокотехнологичных двигателей и силовой установки.
The use of high technology (such as electronic engine control units) in advanced designs resulting from substantial investments in development research by European countries and Japan seemed to give an advantage to them over Chinese automakers and parts suppliers who, as of 2013, had low development budgets and lacked capacity to produce parts for high tech engine and power train designs.
Характеристики
Главной характеристикой автомобильного двигателя (по сравнению со стационарным или морским двигателем) является высокое отношение мощности к массе. Это достигается за счет высокой частоты вращения. Однако автомобильные двигатели иногда модифицируют для использования в морских целях, создавая морской автомобильный двигатель.
The chief characteristic of an automotive engine (compared to a stationary engine or a marine engine) is a high power to weight ratio. This is achieved by using a high rotational speed. However, automotive engines are sometimes modified for marine use, forming a marine automobile engine.
История
В первые годы были опробованы паровые и электродвигатели, но с ограниченным успехом. В 20-м веке двигатель внутреннего сгорания (ДВС) стал доминирующим. В 2015 году ДВС остаётся наиболее широко используемым, но возрождение электромобилей представляется вероятным из-за растущей обеспокоенности выбросами выхлопных газов ДВС. По состоянию на 2017 год большинство автомобилей в Соединенных Штатах работают на бензине. В начале 1900-х годов двигатели внутреннего сгорания столкнулись с конкуренцией со стороны паровых и электродвигателей. Двигатели внутреннего сгорания того времени работали на бензине. Двигатели внутреннего сгорания функционируют на основе принципа движения поршня под давлением, создаваемым взрывом. Этот взрыв заключается в сжигании углеводородов в цилиндре двигателя. Из всех автомобилей, произведенных в то время, лишь около четверти фактически были оснащены двигателями внутреннего сгорания. В течение следующих нескольких лет ДВС стал самым популярным автомобильным двигателем. В XIX веке Рудольф Дизель изобрел новую форму двигателя внутреннего сгорания, основанную на принципе впрыска жидкого топлива в воздух, нагретый исключительно за счет сжатия. Обилие топлива позволило газовым автомобилям быть высокопроизводительными и доступными. Спрос на бензин вырос с 3 миллиардов баррелей в 1919 году до примерно 15 миллиардов в 1929 году. Двигатель внутреннего сгорания работает за счет расширения газа, образующегося при сгорании углеводородного топлива. Если говорить подробнее, то ДВС использует тепло, выделяемое при сгорании впрыскиваемого углеводородного топлива, для создания механического движения. В начале 1900-х годов древесный спирт был популярным топливом для французских и немецких автомобилей, но из-за введения правительством высоких налогов на его производство, цена древесного спирта превысила цену бензина. Пар известен своей высокой топливной экономичностью и мощностью. Именно поэтому почти на протяжении всего XIX века и почти половины XX века половина мира работала на паровой энергии. Главным недостатком парового двигателя в автомобилях было то, что операторы должны были обладать полными знаниями о котлах и паровых двигателях перед эксплуатацией, поскольку пренебрежение ими могло привести к повреждению двигателя. Электрический автомобиль обходится без компонентов бензинового автомобиля, таких как коленчатый вал, что позволяет ему генерировать энергию гораздо быстрее, чем бензиновый. Благодаря более быстрой передаче энергии, электромобиль может разгоняться быстрее, чем бензиновые автомобили. В 1970-х годах электромобиль вновь появился в связи с нефтяным эмбарго ОПЕК 1973 года. Ранее, когда бензин был в изобилии, он являлся основным источником топлива для автомобилей. Но после возникновения дефицита производители вновь обратили внимание на электромобили. Несмотря на усовершенствованные технологии по сравнению с 1800-ми годами, электромобили столкнулись с теми же технологическими недостатками, такими как ограниченный запас хода и скорость. Они могли развивать скорость до 45 миль в час и имели запас хода около 40 миль.
In the early years, steam engines and electric motors were tried, but with limited success. In the 20th century, the internal combustion engine (ICE), became dominant. In 2015, the internal combustion engine remains the most widely used but a resurgence of electricity seems likely because of increasing concern about ic engine exhaust gas emissions. As of 2017, the majority of the cars in the United States are gasoline powered. In the early 1900s, the internal combustion engines faced competition from steam engines and electric motors. The internal combustion engines of the time were powered by gasoline. Internal combustion engines function with the concept of a piston being pushed by the pressure of a certain explosion. This explosion is burning the hydrocarbon within the cylinder of an engine. Out of all the cars manufactured during the time, only around one fourth are actually considered internal combustion. Within the next couple of years, the internal combustion engine came out to become the most popular automotive engine. Sometime within the 19th century, Rudolf Diesel invented a new form of internal combustion power, using a concept of injecting liquid fuel into air heated solely by compression. The abundance of fuel propelled gas automobiles to be highly capable and affordable. The demand of gasoline rose from 3 billion barrels in 1919 to around 15 billion in 1929. An internal combustion engine is powered by the expansion of gas which is created by the combustion of hydrocarbon gases fuels. To elaborate, an internal combustion used the heat of a combustion created by the injected hydrocarbon fuel to create mechanical motion. At the time of the early 1900s, wood alcohol was a popular fuel for French and German automobiles, but as governments imposed large taxes on the production, the price of wood alcohol rose above that of gasoline. Steam has been known to have very efficient fuel economy with a high power source. That is why half the world was powered by steam for almost the entirety of the 19th century and almost half the 20th century. The main drawback of the steam engine in automobiles was that operators were required to have full knowledge of boilers and steam engines before operating, as it was detrimental to the engine itself if the operator neglected it. The electric vehicle bypasses the gasoline car components such as the crankshaft which allows it to generate power much faster than gasoline. Because of the faster transfer of power, the electric vehicle is able to accelerate faster than gasoline cars. In the 1970s, the electric vehicle made its reappearance because of the 1973 OPEC Oil Embargo. Previously, the abundant gasoline had become the prime source of fuel for vehicles. But after the shortage, manufacturers began looking towards electric vehicles again. Despite the improved technology from the 1800s, the electric vehicles faced similar technological flaws such as limited mileage and speed. They could only travel up to 45 miles per hour and had a range of approximately 40 miles.