أساس السيارة الحديثة هو محرك الاحتراق الداخلي (ICE) ، وعلى الرغم من تطوير مصادر الطاقة البديلة ، يحتفظ ICE التقليدي بتفوقه لأسباب ثقافية واقتصادية واجتماعية. بين عامي 1994 و 2008 ، شهدت محركات السيارات العديد من التغييرات والتحسينات ، والتي أثرت إيجابيا على أدائها الاقتصادي والبيئي. يمكن فهم منطق تطوير محركات الاحتراق الداخلي على أساس الاتجاهات والأنماط العالمية خلال فترة زمنية معينة. منذ بداية التسعينيات في صناعة السيارات ، كانت هناك تغييرات جذرية في التصميم بسبب المواد الجديدة ، والمتطلبات الجديدة للسيارة "العالمية".
crosspost
ساهم التغير في نسبة موديلات الديزل إلى البنزين على مدى 15 عامًا في زيادة استخدام سيارات الديزل في العالم ، على الرغم من أن هذه العملية ليست هي نفسها وتتأثر بشكل رئيسي في أوروبا الغربية ، حيث نما أسطول سيارات الديزل في بعض البلدان من 25٪ إلى 70٪ . للديزل ، الذي يتمتع بكفاءة أعلى في استهلاك الوقود مقارنة بمحركات البنزين ، عيوب معروفة أيضًا: انخفاض الطاقة المحددة ، ومستوى الضوضاء المرتفع نسبيًا ، وصعوبة تقليل انبعاثات العادم ، وارتفاع تكاليف الإنتاج. لذلك ، لا يزال الخيار الأخير بين البنزين ومحرك الديزل لسيارة ركاب مثيراً للجدل. من الممكن أن يؤدي تأثير المعايير والمتطلبات البيئية على الاقتصاد في استهلاك الوقود لمحركات السيارات في السنوات العشر إلى الخمس عشرة القادمة إلى تقارب تقني لمحركات البنزين ومحركات الديزل مع تقليل الفرق في استهلاك الوقود وتكاليف إنتاج هذه الأنواع من المحركات. يتضح هذا من خلال تطوير DaimlerChycler في مفهوم Mersedes Benz F700 بمحرك يقوم بتنفيذ اشتعال ضغط البنزين ، كما هو الحال في محرك ديزل ، مما يجعله أكثر اقتصادا لمحركات الديزل ، بسبب استخدام دورة ديناميكية حرارية أكثر تقدما. يقوم هذا المحرك بتطبيق جميع التقنيات الحديثة لعقد من الزمن: الحقن المباشر ، الشحن التوربيني المتحكم فيه ، معدل الضغط المتغير والتطورات الحديثة الأخرى التي توفر استهلاك وقود بمعدل 5 لتر / 100 كم لسيارة كبيرة نسبيًا. تناولت دراسة تقنية الإشعال الناتجة عن ضغط البنزين العديد من شركات صناعة السيارات ، وهذا يجمع بين تكنولوجيا محركات الديزل والبنزين ويخلق الظروف اللازمة لإنشاء سيارة تعمل بالوقود المتعدد.
على مدار 15 عامًا ، تعززت فلسفة تقليص حجم المحرك في بناء المحرك الحديث ، والذي يقول إنه من الأفضل الحصول على طاقة أكبر من وحدة تخزين أصغر من وحدة أكبر ، لأن هذا يفتح آفاقًا لتقليل كتلة وحدة الطاقة وحجمها ، بالإضافة إلى تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود في الأوضاع تسكع والأحمال الجزئية. بدأ هذا التفكير الحديث في عملية تقليل حجم وعدد اسطوانات المحرك ، والآن أساس محركات السيارات - بدأت محركات الاحتراق الداخلي ذات 4 أسطوانات في تقليل حجم العمل والخضوع للتحديث في اتجاه تقنية "حجم العمل عند الطلب" ، والتي تحول هذه المحركات أساسًا إلى 2- اسطوانة. أصبحت محركات السنوات الأخيرة أكثر تنوعًا في عدد المخططات الموجودة في مقصورة المحرك: دوائر W ، VR ، ودوائر V على شكل زوايا الحدب المختلفة ، بالإضافة إلى محركات مضمّنة مع عدد فردي من الاسطوانات ، لكن لم تظهر جميع هذه المخططات عمومًا على الجزء الأكبر من المخططات ومتنوعة فقط بناء المحرك. لا يزال أساس محرك الاحتراق الداخلي هو تصميم محرك R.
لقد تغير نظام الوقود أيضا الكثير. لقد مر عصر أنظمة المكربن والمحركات ذات الحقن المركزي ، ويتم استبداله بالحقن الموزع والحقن المباشر. في مطلع هذا القرن ، بدأت جولة جديدة جديدة من تطوير أنظمة حقن الوقود ، استنادًا إلى استخدام دوائر إلكترونية جديدة بشكل أساسي للحقن المباشر للوقود ، كما أن استخدامها يتزايد ، على الرغم من التعقيد ونوعية الوقود المطلوبة لهذه المحركات. لا تزال معظم ICEs ذات التصميم العصري تستخدم الحقن الموزع ، والذي سيستمر تحسينه ، مما يحسن تنظيم تكوين الدوامة عند المدخل وجودة تحلل الوقود ، حيث توجد إمكانيات كبيرة في هذا الصدد مع مراعاة تطور التقنيات.
تطور نظام تزويد وقود الديزل أيضًا مؤخرًا. بالنسبة للديزل ، فإن العامل الأكثر أهمية في تحديد أداء عملية العمل هو مخطط تشكيل الخليط المستخدم. بدأ استخدام محركات الديزل في السيارات بهياكل ما قبل الحجرة ودوائر الغرفة (غرف الاحتراق المنفصلة). ومع ذلك ، نظرًا لوجود عدد من أوجه القصور الأساسية في أنظمة الخلط هذه ، فضلاً عن التطور في مجال محركات الديزل مع غرف غير مقسمة ، فقد كان هناك ميل في السنوات الأخيرة إلى استخدام الحقن المباشر للوقود. تأثر تطوير الحقن المباشر بتطوير نظام إمداد الوقود بالسكك الحديدية المشتركة ، والذي سمح بتوسيع نطاق التعديلات ونماذج محركات الديزل. يرتبط التطوير الإضافي لنظام السكك الحديدية المشتركة بزيادة في ضغط الوقود في قضيب الوقود (180 ... 200 ميجا باسكال) ، وتحسين عملية حقن الوقود ، وتقليل الضوضاء وسمية غازات العادم.
تحت تأثير تهديد نضوب الموارد النفطية وتشديد المعايير البيئية لمحركات الاحتراق الداخلي ، فإن غالبية شركات صناعة السيارات في تطوير نماذج جديدة تضع أولوية على كفاءة الوقود العالية والود البيئي. تحتل مؤشرات الطاقة الآن المركز الثالث في قائمة الأولويات (باستثناء النماذج الرياضية فقط). هذا هو السبب في أن قوة السيارات الجماهيرية لا تنمو كما كانت قبل بداية التسعينيات. تُظهر التغييرات التي طرأت على نظام توزيع الغاز في السنوات الأخيرة أن نظام 4 صمامات أصبح معيارًا للسيارات بسبب مزاياه الواضحة ، وأن أنظمة 3 و 5 صمامات تظل استثناءً نادرًا للقاعدة ، كما أن عدد السيارات التي تستخدم محركات التعزيز يزداد أيضًا. أساس الضغط الحديث هو الشحن التوربيني في أشكال مختلفة وكذلك مع الضغط الميكانيكي. تجدر الإشارة إلى أن جميع المحركات التي تعمل بالحقن الموزع للبنزين تقريبًا قامت بضبط خطوط أنابيب السحب التي توفر ضغطًا ديناميكيًا بالغاز. في الوقت نفسه ، يتم استخدام خطوط الأنابيب ذات الأشكال الهندسية المتغيرة على نطاق واسع ، مما يجعل من الممكن تحقيق أفضل الإعدادات في ظروف التشغيل المختلفة. كان استخدام الشحن التوربيني واضحًا بشكل خاص على محركات الديزل ، ومع تطور تقنية التعزيز ، بدأ استخدام مبردات الهواء المشحونة (المبردات) لزيادة الكفاءة. الآن أصبح استخدام المبردات الداخلية هو القاعدة لمعظم المحركات فائقة الشحن.
تحاول إمكانات ICE للفترة من التسعينيات إلى عصرنا التوسع بشكل أساسي من خلال زيادة الكفاءة في الأحمال الخاملة والجزئية ، والتي تشكل الجزء الأكبر من الوقت باستخدام سيارة حديثة. إن نظام التحكم في توقيت الصمامات الذي ينظم مرحلتي الفتح والإغلاق لصمامات السحب والعادم باستخدام محولات الطور المثبتة على أعمدة الكامات قد وجد تطبيقًا واسعًا. كانت الموديلات الأولى من مبدلات الطور هيدروليكية بشكل أساسي ، ونظمت تشغيل صمامات السحب ، ولكن أحدث الموديلات هي بالفعل كهربائية ، مما يزيد من السرعة والكفاءة ، كما أنها تنظم كلاً من صمامات السحب والعادم. كان عيب التحكم في الطور باستخدام مفاتيح الطور المثبتة على عمود الكامات تغييرًا تدريجيًا في توقيت الصمام ، والذي كان بمثابة سبب لتطوير أنظمة للتحكم في توقيت الصمام المتغير باستمرار. أول نظام من هذا النوع كان BMW Valvetronic ، الذي كان يتحكم في المراحل من خلال التنظيم المستمر للتغير في ارتفاع صمامات السحب (بفضل هذا النظام ، كانت هذه هي المرة الأولى لإنشاء ICE من البنزين دون خنق!). قريبا ، تم إتقان تقنيات مماثلة من قبل نيسان (VVEL) وتويوتا (Valvematic). ولكن تم تقديم التطوير الأكثر تقدمًا بواسطة FIAT تحت اسم MultiAir. يستخدم نظام MultiAir عمود الحدبات واحد لصمامات المدخل والمخرج ، ويتم إجراء مدخل الكاميرات من خلال نظام هيدروليكي كهربائي خاص يسمح لك بالتحكم في مدخل كل صمام على حدة. مكّن تطوير تقنيات توزيع الغاز من تطوير أفكار لحجم المحرك المعياري ، والتي ظهرت لأول مرة على السيارات ذات الحجم الكبير وعدد الاسطوانات - أعطى هذا النظام وفورات في الوقود عن طريق تعطيل جزء من الأسطوانات من التشغيل عند التحميل الجزئي ، والآن أصبح من الممكن استخدام هذه التكنولوجيا على محركات ذات حجم صغير و عدد الاسطوانات.
أصبحت محركات السيارات الحديثة الآن أكثر كمالا بفضل المواد الجديدة في صناعتها وحساب أعمق ودراسة العمليات التي تحدث في محرك الاحتراق الداخلي ، مما أدى إلى تقليل خسائر الاحتكاك وخسارة المضخة داخل المحرك. إن إدخال مبدأ تغيير قوة وحدات القيادة في المحرك ، حسب الحاجة ، مكّن من تقليل تكاليف الطاقة في قيادة مضخة الزيت ومضخة ماء محرك الاحتراق الداخلي ، وكذلك إيقاف تشغيل المولد أثناء التسارع وتشغيله عند الكبح ، حسب الإمكانية والحاجة لذلك.
يمكن اعتبار الفترة من بداية التسعينيات إلى أيامنا بحق فترة الانتقال من الهياكل الميكانيكية المعقدة للتعايش بين مختلف التقنيات إلى كهربة جميع الوحدات المساعدة الممكنة في سيارة لتحقيق أكبر كفاءة في استخدام الطاقة.
ملاحظة: إذا كنت تصف لفترة وجيزة جوهر كل ما هو موضح أعلاه ، فهذا يعني أن عدد التقنيات التي أدخلت لأول مرة منذ 90s لم تزيد من قدرات السيارة في بعض الأحيان ، ولكن سمح فقط لتحقيق عدد من الأهداف المتوسطة. كان الانتقال اللاحق إلى إدخال المكونات الكهربائية في ICEs هو الذي أعطى نتيجة أفضل نوعيًا ، دون تعقيد التصميم ، مع تحقيق نفس الأهداف مثل الأنظمة الميكانيكية المائية الهوائية في ICEs.