Топ-10 наиболее перспективных автомобильных разработок

Вот какие автомобильные разработки наиболее перспективны для будущего

Это рейтинг достижений, с которыми связывают будущее мирового автомобилестроения. Они появились в результате конкурентной борьбы между производителями, которые стремятся улучшить абсолютно все — от двигателя до мельчайших элементов подвески. Итак, что в скором времени ждет автолюбителей, какими нововведениями их порадуют конструкторы и другие специалисты, работающие над совершенствованием «железных коней»?

Цифровое улучшение амортизаторов

Производитель автомобильного оборудования Tenneco хочет внедрить адаптивное демпфирование для массового производства. Это новая доступная система регулируемых клапанов. Блок DRiV использует соленоиды для управления потоком жидкости через три порта с разными диаметрами. Открытие и закрытие клапанов в разных комбинациях создает восемь различных профилей демпфирования, а быстрое переключение между этими кривыми имитирует работу более дорогих непрерывно регулируемых клапанов, которые являются общими для адаптивных амортизаторов.

Tenneco также снижает потребность в дорогостоящих компьютерах и датчиках движения, устанавливая схемы управления и акселерометры на самом демпфере. Эти устройства получили название DRiV и могут устанавливаться на амортизаторах для любых автомобилей.

Но Tenneco позиционирует их как решение для пикапов, где адаптивное демпфирование поможет эффективно снизить нагрузку при движении по пересеченной местности или транспортировке грузов.

Новая динамика

Благодаря своему первопроходцу Hypercar Mercedes-AMG немецкий бренд ускоряет революцию в сфере топливных технологий. Это двигатель-теплогенератор или MGU-H. Агрегат отличается компактными размерами, работает по принципу электропривода и является одной из самых передовых технологий.

Компрессор и турбина установленные на 1,6-литровый мотор V-6 и разделяются относительно длинным валом. Он удваивается как ротор для MGU-H в турбине Oreo. При этом крутящий момент двигателя не попадает на колеса, но его 107 л.с. уменьшают отставание, вращая турбину, когда энергии индукции самой по себе недостаточно. Эта технология навсегда изменит динамику уличных автомобилей.

Давление и глубина протектора под контролем

В мире, где большинство приборов способны работать в автономном режиме, автомобильные шины не должны оставаться кордом со слоями резины. Информационная система электронной шины Continental eTIS использует датчик, прикрепленный непосредственно к шине для измерения температуры, нагрузки и глубины протектора, а также давления. Как и система контроля моторного масла, eTIS может предупредить водителя о необходимости замены шины. Это сообщение зависит не от пробега, а от фактического состояния резины.

Адаптивная технология фар

Фары, обеспечивающие максимальную видимость водителю и 100-процентную интенсивность дальнего света без ослепления встречных водителей – следующий этап в развитии автомобильной оптики. Эта технология известна как адаптивные управляемые световые линии, а последняя ее версия установлена в Audi A8 2018, которая поступит в продажу этой весной в Европе и появится осенью в США.

Матричные светодиодные фары HD (Audi называет свою систему ADB) используют 32 светодиода, расположенных в два ряда. Выключив отдельные осветительные элементы или затемнив их, можно создать миллионы световых режимов. Габариты позволяют Audi создавать поворотный эффект без движущихся частей и использовать навигационную систему для прогнозирования схемы затемнения, отключения ламп при возникновении препятствий впереди.

Всего несколько автопроизводителей выпускают подобные системы освещения. Но функционеры ассоциаций и законодатели уже ведут работу на тем, чтобы превратить адаптивные фары в эффективное оборудование, которое будет использоваться массово.

Сжатие вместо искры

Кажется, что Mazda выиграла гонку десятилетия в сфере технологий детонации топлива. Японский производитель использует сжатие, похожее на дизельный двигатель, а не на искру. Компания заявляет, что к 2019 году будет продана машина, использующая эту технологию экономии топлива.

Существует одна оговорка – Skyactiv-X (так Mazda называет этот двигатель) все-таки полагается на искру для управления воспламенением от сжатия. Небольшая доза газа, впрыскиваемого во впускное отверстие в начале такта создает однородную смесь воздух/ топливо по всему цилиндру. Но она слишком обеднена, чтобы воспламениться исключительно при сжатии. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, подключается инжектор и свеча зажигания почти сразу воспламеняет этот богатый топливом карман. Повышение давления, создаваемое тут, затем приводит к сжиганию обедненной смеси во всей камере сгорания.

Mazda использует этот метод при низких и средних нагрузках с соотношением воздух-топливо примерно 30,0:1. Обычные газовые агрегаты используют значительно больше топлива с коэффициентами ниже – 15,0:1. При высоких нагрузках Skyactiv-X работает как обычный двигатель с искровым зажиганием. Оснащенный нагнетателем, 2.0-литровый японский мотор выдает мощность около 190 л.с., а Mazda обещает 30-процентное улучшение топливной эффективности у такого двигателя.

Долой пыль из оксида железа

На торцовочные тормоза Porsche устанавливают обычные железные роторы с 0,004-дюймовым слоем карбида вольфрама. Это делается для предотвращения образования пыли из оксида железа, которая часто покрывает колеса и суппорты мощных автомобилей. Покрытие также дает дискам полированную, блестящую отделку, чтобы помочь оправдать премиумный статус Porsche.

По словам конструкторов известного бренда, сверхсекретная система PSCB значительно сократит тормозной путь автомобиля независимо от скорости и будет эксплуатироваться до 30% дольше. Эта технология дебютирует на Cayenne 2019 года. Системы PSCB будут оснащены белыми суппортами, чтобы показать их чистоту.

Высокое напряжение

По подсчетам экспертов, одна заправка автомобиля бензином в среднем занимает 3 минуты и 33 секунды. EV-драйверы подключаются к быстродействующим станциям постоянного тока в среднем в течение 22 минут и по-прежнему забирают значительно больше времени для зарядки, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

Porsche лидирует в сегменте электроприводов, имея агрегат мощностью 350-кВт. Это более чем вдвое выше по сравнению с установкой Tesla в 120 кВт, имеющейся на Superchargers. Простое увеличение силы тока для поддержки 350-киловаттной станции на современном 400-вольтовом оборудовании потребует громоздких кабелей с жидкостным охлаждением, поэтому Porsche предлагает вместо этого просто удвоить напряжение.

Это требует крупномасштабной переработки практически всей бортовой электроники, но решает проблему применения толстых кабелей. Это также приводит к неожиданному побочному эффекту – устранению около 37 килограмм электропроводки и электроники. Полная зарядка по-прежнему будет занимать минуты, но 450 ампер на 800 вольт могут выдавать 90 киловатт-часов, которых хватит на 360 километров.

Следующий этап развития батарей

Замена жидкого или гелевого электролита литиево-ионной батареи кристаллическим твердым аналогом может удвоить энергоемкость, улучшить долговечность и устранить неполадки, которые могут превратить электромобиль в огненный шар. Такие твердотельные батареи являются наиболее перспективным преемником современных аккумуляторов EV. В то время как большинство экспертов говорят, что технология далека от производства, Toyota утверждает, что она начнет внедрять твердотельные батареи в массовое производство с начала 2020-х годов.

Водяная дисперсия и тепловой предел

По мере того, как автопроизводители повышают эффективность мощных двигателей, они все ближе подходят к тепловым пределам, когда топливо взрывается с катастрофическим выбросом энергии. Система WaterBoost от Bosch охлаждает всасывающий заряд, распыляя мелкий туман воды во впускные отверстия во время высокоскоростного режима езды.

BMW использует нагнетание воды в M4 GTS для увеличения мощности с 444 лошадиных сил до 493, а новейший Porsche 911 GT2 RS выдает 700 л.с. с помощью впрыска воды. Технология также увеличивает эффективность двигателя и снижает вредные выбросы.

Проветривание

Изменение пути воздуха, а не настройка форм, с которыми он взаимодействует, является приближающейся границей предельных возможностей в активной аэродинамике. Хотя несколько автомобилей в настоящее время используют этот трюк, Lamborghini Huracán Performante делает это наиболее элегантно.

Втягивание воздуха в стойки, поддерживающие заднее крыло автомобиля, а затем выброс его через вентиляционные отверстия, встроенные в нижнюю часть полого крыла, уменьшает сопротивление и прижимную силу. Когда требуется увеличить последнее, воздушный поток в стойке блокируется, что позволяет крылу функционировать традиционно. Кроме того, внутреннее его пространство разделено на две части, так что появляется возможность создавать большую прижимную силу с одной стороны, помогая Lambo Junior плавно входить в повороты.

Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания. По большому счету, существует только две серьезных претензии к ДВС — прожорливость и вредный выхлоп. Запасы нефти не безграничны, а автомобили являются одними из основных ее потребителей. Выхлопные газы отравляют природу и людей и, накапливаясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Парниковый эффект приводит к изменению климата и далее к другим экологическим бедам. Но не будем отвлекаться.С обоими недостатками конструкторы и инженеры за последние десятилетия научились весьма эффективно бороться, доказав, что у ДВС есть еще неиспользованные резервы для развития и совершенствования.

Снижение расхода топлива

Существенное снижения расхода топлива было достигнуто благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым шагом стал переход от карбюраторных двигателей к впрысковым. Современные системы впрыска обеспечивают подачу топлива в цилиндры под высоким давлением, в результате чего происходит его тонкое распыление и хорошее смешивание с воздухом. В ходе такта сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания точно дозированными порциями до 5-7 раз. Использование наддува, увеличение числа клапанов, повышение степени сжатия также позволили более полно сжигать рабочую смесь. Оптимизация формы камеры сгорания, днища поршней, применение систем с регулируемыми фазами газораспределения способствовали улучшению процессов смесеобразования. В результате двигатель может работать на более бедных смесях, экономя топливо и снижая выброс вредных веществ.

Широко применяется в современных автомобилях система старт-стоп, дающая заметную экономию топлива в городском режиме движения. Эта система автоматически выключает двигатель при остановке автомобиля. Запуск производится при нажатии на педаль сцепления (в автомобилях с механической коробкой передач) или при отпускании педали тормоза (в автомобилях с автоматической коробкой).

Система рекуперации энергии торможения, впервые появившаяся на гибридных автомобилях, постепенно перекочевала и на обычные. Кинетическая энергия замедляющегося автомобиля, которая раньше растрачивалась на нагрев деталей тормозной системы, сейчас преобразуется в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Расход топлива снижается до 3%.

Важным обстоятельством является то, что улучшение технических характеристик двигателей происходит при неуклонном снижении их объема. Например, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, признанный лучшим двигателем 2010 года, при объеме 1390 куб.см развивает мощность до 178 л.с. То есть, с каждого литра снимается 127 л.с.! Удельный расход топлива за прошедшие 20-30 лет был снижен почти в два раза. А раз снижается потребление топлива, соответственно снижается и выброс вредных веществ, да и запасы нефти можно растянуть на больший срок.

Очистка выхлопных газов

Все вышеперечисленные меры снижают вредные выбросы, так сказать косвенно, за счет улучшения технических характеристик. Но есть ряд систем, назначение которых – непосредственно уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах.

Прежде всего это, конечно же, каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, вступают в химическую реакцию с веществами, нанесенными на его соты. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвредные составляющие.

Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность. Она предназначена для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого ускорения, когда двигатель работает на обогащенной смеси. Принцип работы системы состоит в перенаправлении части выхлопных газов обратно в цилиндры. Это вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

При работе двигателя не все выхлопные газы попадают в выпускную систему. Часть их прорывается в картер. Для предотвращения попадания в атмосферу используется система вентиляции картера. Пары бензина так же, как и выхлопные газы, содержат вредные для человека вещества. Поэтому на автомобилях устанавливается система поглощения паров бензина.

Все вышеперечисленные системы универсальны, то есть используются как на бензиновых моторах, так и на дизельных. Однако выхлопные газы дизеля отличаются повышенной концентрацией оксидов азота и сажи. Поэтому в выпускной системе дизелей дополнительно устанавливается сажевый фильтр. В некоторых конструкциях может использоваться система SCR (Selective catalytic reduction) или, в вольном русском переводе, впрыск мочевины. Принцип работы: водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопную систему перед катализатором. В результате химической реакции почти половина высокотоксичных оксидов азота превращается в обычный безвредный азот.

К слову говоря, успехи в совершенствовании дизельных моторов впечатляют. Не будем далеко ходить за примерами. Взгляните на таблицу: в ней представлены победители двух самых престижных мировых наград World Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года в мире) и Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года).

Видите? В одном конкурсе четыре раза побеждали дизели, в другом – дважды.

Перспективы ДВС

Суммируя сказанное можно утверждать, что в ближайшие десятилетия мы будем сосуществовать с двигателями внутреннего сгорания. Для этого есть весомые технические и экономические причины. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы.

Рост продаж «зеленых» автомобилей во многом стимулирован правительственной поддержкой. Как только государство свертывает программу скидок на экологичные автомобили, спрос на них стремительно падает.

Многочисленные попытки создать достойную альтернативу ДВС пока не увенчались успехом. Если же даже принципиально новый двигатель вскоре появится, то для его внедрения в серийное производство понадобятся громадные капиталовложения и длительный промежуток времени.

Что выбрать: бензин или дизель?

Этот вопрос вызывает нескончаемые споры в среде автомобилистов. В помощь им специалисты Bosch разработали наглядную схему, демонстрирующую преимущества обеих типов ДВС и условия, при которых тот или иной из них предпочтительнее.

Дизельный автомобиль потребляет до 25% меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду, зато бензиновый имеет меньшую стоимость, его страхование и эксплуатация обходятся дешевле. Однако если годовой пробег превышает 15000 километров, покупать дизель выгоднее.

Выбор подходящего типа двигателя зависит также от класса автомобиля. Современные бензиновые силовые агрегаты весьма эффективны в компактных автомобилях, а нынешние дизеля позволяют достигать низкого расхода топлива и дают удовольствие от вождения в больших универсалах. Бензиновые моторы обеспечивают завидную приемистость и динамику «горячим» спортивным автомобилям, а высокий крутящий момент дизелей как нельзя кстати подходит большим внедорожникам.

ДВС или электричество. Какие двигатели будут работать в машинах будущего?

Многие страны Европы и мира декларируют постепенный отказ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Так, премьер-министр Дании Ларс Лекке Расмуссен в октябре 2018 года заявил, что к 2030 году в стране планируется ввести ограничения на продажу новых автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями. А уже к 2050 году Дания собирается полностью вывести транспорт с ДВС из эксплуатации. Франция, Швеция, Норвегия придерживаются тех же позиций и рассматривают вопрос о поэтапном отказе от привычных сейчас моторов к 2040 году. В Великобритании вообще запланирован отказ от ДВС к 2032 году. На фоне этих громких заявлений прагматики ставят вопрос: а на чем будет ездить человечество? Несмотря на многие преимущества электромотора, пока нет ни одной компании, которая бы получала прибыль от производства электрокаров. Слишком короткие пробеги на одной зарядке, чувствительность к низким температурам и высокая зависимость от сложной инфраструктуры ставят под вопрос их массовую эксплуатацию. Гибридные установки с функцией подзарядки, конечно, могут эксплуатироваться более широко и заменить машины с ДВС, но у владельцев таких транспортных средств рано или поздно встает вопрос: а зачем переплачивать за дополнительный электромотор, если он используется лишь в 5% от времени поездки? На этом фоне очень обнадеживающе звучит признание технического директора Volkswagen AG Маттиаса Рабе: что хоронить ДВС пока рано. Потенциал их усовершенствования еще не исчерпан.

Недостаточное сгорание топлива

Главной причиной, по которой крупные автоконцерны переходят к гибридным установкам, являются экологические требования по выбросам диоксида углерода (CO₂). Еще в 2018 году должен был вступить в силу стандарт, по которому все выпускаемые автомобили не должны в среднем превышать значения выбросов в 95 гр/км. Пока технологический уровень не позволил достигнуть приемлемых результатов, и новый стандарт отложен до 2021 года с перспективой продления моратория до 2025 года. А к 2030 году средние показатели выбросов СО₂ должны снизиться до 66 гр. Достигнуть заявленного значения можно только при периодическом выключении мотора и использовании электродвигателя.

Однако дополнительный мотор — это всегда увеличение веса и снижение динамических характеристик. Кроме того, согласно анализу эксплуатации гибридных машин, их владельцы редко ездят на электричестве. Почти всегда бензиновый мотор находится в работе, а электрический двигатель необходим лишь для сертификации, чтобы на стендах помогать машинам показывать заявленные в экологических стандартах показатели.

По словам Маттиаса Рабе, сейчас есть возможность обеспечить требования по выбросам CO₂ и без довеска в виде дополнительного электродвигателя. Правда, для этого потребуется существенно переработать конструкцию двигателя внутреннего сгорания и разработать новые сорта синтетического топлива. Что это за технологии?

Авиационные технологии

Вредные выбросы появляются в выхлопе в результате неполного сгорания топлива. Сейчас в современных моторах смесь сгорает только на 75%, а ее остатки выбрасываются в систему выпуска и догорают в катализаторе, в результате чего пары газа проходят через сложные преобразования. Чтобы сократить количество вредных веществ, необходимо обеспечить качественное сгорание смеси с увеличением КПД мотора.

Такая технология у немцев уже есть. Называется она Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC), то есть «встречные поршни, встречные цилиндры». Взята она из недавнего прошлого авиации. К примеру, в немецких «Юнкерсах» применялись двигатели со встречными поршнями, которые обеспечивали лучшее заполнение камер сгорания и газоотвод, чем у обычных четырехтактных моторов.

В итоге сгорание топлива улучшается. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, а в моторе с технологией OPOC — турбонаддув. Для лучшей работы на низких оборотах разогнать турбину помогает внешний электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию.

При этом мотор OPOC состоит из модулей, из которых можно собирать многоцилиндровые агрегаты, комбинируя блоки и соединяя их электромагнитными муфтами. Для экономии топлива один или несколько модулей можно отключать.

Синтетическое топливо

Помогать мотору будет и новое синтетическое топливо. Еще в 2015 году Volkswagen Group запустила тестовое производство синтетического бензина e-benzin с октановым числом 100, причем в нем нет ни серы, ни бензола, что делает его сгорание менее токсичным. Это топливо может обеспечить более экологичный выхлоп.

Разрабатывается и новая система впрыска. Для образования топливовоздушного облака с предельно низкой плотностью в состав смеси могут вводиться горячие отработанные газы. Если при прямом впрыске топливо распыляется в виде аэрозоля, то теперь оно превращается в туман мельчайших капелек. Когда поршень сжимает смесь до определенного объема, происходит подрыв. В результате доля сгоревшего топлива вырастает до 95% в сравнении с 75% в циклах Отто и Дизеля.

В общем, такая конструкция силового агрегата еще позволит жить двигателям внутреннего сгорания. Тем более что предложенная схема уже доказала свою эффективность во время военного использования.

Источник http://1gai.ru/publ/520111-top-10-naibolee-perspektivnyh-avtomobilnyh-razrabotok.html

Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Источник http://aif.ru/auto/about/dvs_ili_elektrichestvo_kakie_dvigateli_budut_rabotat_v_mashinah_budushchego