Топливосберегающие технологии для бензиновых двигателей

Читая о гибридных, электрических и автомобилях на альтернативном топливе, легко подумать, что время бензинового двигателя вышло. Когда вы видите автомобиль, работающий на водороде или который подключается к электрической розетке, бензиновый двигатель внутреннего сгорания может показаться совершенно устаревшим.

Но факт остается фактом, что подавляющее большинство автомобилей проданных в мире, работает на бензиновых двигателях. Доминирование бензиновых двигателей на автомобильном рынке будет сохраняться и в обозримом будущем. Производители автомобилей используют бензиновые двигатели по многим причинам. Люди привыкли к ним, есть огромная инфраструктура, которая их поддерживает и они устраивают своих владельцев.

Нельзя сказать, что бензиновые двигатели не имеют недостатков. Они загрязняют окружающую среду и они зависят от бензина, что особенно становится заметным во время очередного повышения цен на топливо. Хотя двигатель в вашей машине имеет много общего с двигателями,  использовавшихся на ранних автомобилях, технологические инновации в новых моторах позволили автопроизводителям свести на нет некоторые проблемы, связанные с ранними бензиновыми ДВС. Улучшение эффективности использования топлива и снижение уровня выбросов дают возможность сберечь природу и уменьшить расходы на бензин.

Глядя на некоторых новые технологии, которые в состоянии увеличить пробег всего на несколько сотен метров на литр, может показаться, что это не так много, но имейте в виду, что с учетом всех миллионов автомобилей на дорогах, приводимых в движение с помощью бензиновых двигателей, даже незначительные изменения дают большой результат. В настоящее время количество электрических и гибридных автомобилей составляет лишь около 2% машин на дороге. Сделав остальные 98% эффективнее, можно сэкономить деньги, снизить зависимость от добычи нефти и сократить загрязнения, сохраняя автомобиль доступным и привлекательным для большинства покупателей.

1. Технология VVT

Один путь создателя более экономичного бензинового двигателя, это технология VVT (фазорегуляция), заключающаяся в переменном времени поднятия клапанов. Чтобы понять, как это работает, вам необходимо базовое понимание о двигателе внутреннего сгорания.

В двигателе клапаны открываются и закрываются, чтобы контролировать, как топливо-воздушная смесь поступает и как затем выхлопные газы выходят из камеры сгорания. В большинстве бензиновых двигателей, клапана открываются одинаковое количество времени и на одинаковое расстояние, независимо от того, насколько тяжело работает двигатель. Мощность двигателя зависит от того, как быстро вращается его коленчатый вал. Это вращение происходит от движения поршней в цилиндрах двигателя. Чем быстрее они движутся, тем больше оборотов и большую мощность развивает двигатель, но и растет нагрузка на него.

Представьте себе, что вы быстро бежите. Вы нуждаетесь в большом количестве топлива, в виде калорий, получаемых из пищи и вдыхаете, а затем выдыхаете много воздуха широко открытым ртом. Двигатель автомобиля работает с высокой нагрузкой точно так же, только использует бензин как топливо вместо калорий. Когда же вы просто топчетесь на месте, вам нужно не так много калорий и воздуха, как при беге и можно спокойно дышать носом. Так же и вашему двигателю. Если клапаны двигателя открыты одинаковое количество времени и очень широко, независимо от того, насколько тяжело нагружен мотор, некоторое количество топлива будет потрачено даром. Это потому, что двигатель получает большее, чем нужно, количество топлива и воздуха при движении накатом, зато может ощутить нехватку топливо-воздушной смеси при движении с большой нагрузкой.

Варьируя время и расстояние, на которое открываются клапаны, двигатель получает достаточное количества топлива и воздуха для задачи, которую он выполняет. В самом деле, технология VVT может сделать бензиновый двигатель — около 5% более экономичным.

 

2. Технология отключения цилиндров

Отключение цилиндров использует тот же принцип, что и VVT: двигателю требуется разное количество топлива для различных типов нагрузки.

Например, V-8 двигатель имеет восемь цилиндров. Всякий раз, когда двигатель включен, все эти восемь цилиндров работают, сжигая топливо и воздух. Большинство спортивных автомобилей, грузовиков и внедорожников используют V-8 двигатели потому, что, как правило, чем больше цилиндров у двигателя, тем он мощнее. Однако такие моторы зачастую не работают в полную силу.

В этом случае можно применить деактивацию цилиндров. Она отключает ряд цилиндров двигателя, когда они не нужны. Это означает, что, когда автомобиль или грузовик движется на постоянной скорости и не ускоряется, какие-то цилиндры не используются, чем экономят топливо. Технология отключения цилиндров начала использоваться на моторах V-8 легковых и грузовых автомобилей в последние несколько лет, но некоторые автопроизводители начинают применять ее и в своих шестицилиндровых двигателях. Подсчитано, что деактивация цилиндров позволяет повысить КПД двигателя на 7,5%.

 

3. Комбинация высокой степени сжатия с прямым впрыском

Еще один способ  улучшить экономичность бензиновых двигателей — изменить способ попадания топлива в камеру сгорания. Бензиновый двигатель использует искру, чтобы поджечь топливо и воздух в камере сгорания. Но, исследователи обнаружили, что путем нагрева и давления на топливо до того, как оно впрыскивается в камеры сгорания, они могут воспламенить топливо без искры, по принципу работы дизельного двигателя. Этот процесс помогает топливо-воздушной смеси сгорать чище и более эффективно, сокращая количество топлива.

Обычный бензиновый двигатель имеет степень сжатия около 10 к 1 (чуть больше или чуть меньше). Однако, новый двигатель от Mazda (который сейчас продается в Японии) использует эту новую технологию и имеет степень сжатия 14 : 1. Mazda Demio с таким двигателем в состоянии преодолеть 29,8 километров на одном литре.

Главная проблема повышение степени сжатия заключается в том, что топливо может воспламениться преждевременно, являясь причиной того, что известно как детонация. Чтобы этого избежать, применяют непосредственный впрыск топливо-воздушной смеси непосредственно в цилиндр (как правило, воздух и топливо смешиваются непосредственно перед впускным клапаном). Это позволяет снизить температуру двигателя вниз и снижает детонацию. Непосредственный впрыск топлива, может увеличить эффективность двигателя на 12%.

 

4. Использование турбокомпрессоров на двигателях с малым объемом

Может показаться странной сама идея о том, что можно использовать турбокомпрессоры в качестве способа увеличения экономии топлива. В конце концов, турбокомпрессоры, как правило, связаны с высокопроизводительными машинами – для которых экономия топлива не самое главное.

Турбокомпрессоры приводятся в действие отработанными газами из двигателя. Они позволяют сжать воздух, входящий в цилиндр, что обеспечивает высокий коэффициент сжатия (как при прямом впрыске топлива), и, следовательно, более эффективное сгорание топлива.

С помощью турбонагнетателя двигатель генерирует больше мощности и двигатель меньшего объема, благодаря им, выполняет такую же работу, как двигатель объемом побольше. Это может экономить топливо. В 2011 году, Ford добавил турбированный V-6 двигатель в свою линейку двигателей для пикапов F-150. Двигатели Ford EcoBoost доказывают, что вы не должны ставить мотор V-8 в пикап. Пикап F-150 с двигателем EcoBoost развивает мощность в 365 лошадиных сил и может перевезти до 5126 килограммов. Для сравнения, базовый двигатель V-8 на F-150 развивает 360 — 380 лошадиных сил при меньшем крутящем моменте. EcoBoost проходит 6,8/9,4 километров на литре в режиме трасса/город, в то время как базовый V-8 проходит 6.4/8.9 километров на литр трасса/город.

 

Использование «Эко-режима»

Расход топлива напрямую зависит от темпа разгона автомобиля. Чем более плавное его ускорение – тем выше экономия топлива.

Автомобильные компании находят способы, чтобы обучить водителей ездить более экономично, позволяя им знать, когда они эффективно управляют подачей топлива, а когда — нет. Например, Kia Forte или Honda Odyssey имеют зеленые огни на приборной панели, которые показывают, когда они движутся эффективно. И они не единственные — несколько автопроизводителей создали схожие «показатели эффективности». Производители надеются, что водители будут воспринимать это, как своего рода игру и снизят расход топлива.

«Эко-режимы» особенно распространены на гибридных автомобилях. В большинстве автомобилей, «эко-режим» активируется путем нажатия кнопки. В результате автоматические коробки передач изменяют свои параметры переключения передач для поддержания двигателя, работающего при более низких оборотах. Поскольку двигатель не работает в тяжелых условиях, то и не тратит много топлива. Хотя «эко-режим» снижает динамику, зато определенно может помочь вам использовать меньше бензина.