JSC „Sierp i Molot” jedno z największych przedsiębiorstw budowy maszyn w mieście Charków i na Ukrainie. Nasza firma od 50 lat zajmuje się produkcją silników do maszyn rolniczych, których znaczna część z powodzeniem funkcjonuje za granicą.
Legendarne kombajny samobieżne SK-3, SK-4,SK-5, „Niva” I " " , ciągniki o wysokiej wydajności T-74, DT-75N, TDT-55, HTZ-120– to tylko kilka przykładów maszyn rolniczych wyposażonych w silniki diesla tej marki SMD. W pierwszym ZSRR W nasze silniki diesla wyposażono 100 kombajnów zbożowych i sieczkarni, a także większość ciągników.
Na końcu Lata 80-te latach zakład został zrekonstruowany i był w stanie wyprodukować zupełnie nowe Ukraina i kraje WNP Silnik rzędowy 6-cylindrowy o mocy 220-280 KM Zmodernizowano także silnik 4-cylindrowy. Jego moc wzrosła do 160-170 KM, podczas gdy poziom techniczny konstrukcji każdej jednostki wzrósł, a unifikacja części i zespołów została zachowana w jak największym stopniu.
Dzisiaj JSC „Sierp i Molot” produkuje około stu różnych modyfikacji rzędowych 4 i 6-cylindrowych silników o mocy od 60 do 280 KM. do maszyn rolniczych i innych maszyn.
Ostatnio silniki zostały zainstalowane w nowych konstrukcjach ciągników z Charkowskiej Fabryki Ciągników - HTZ-120, HTZ-180, , T-156A i inne, a także są stosowane w kombajnach zbożowych produkowanych w Ukraina „Sławutycz” i sieczkarnie samobieżne „Olimp” I „Polesie-250”(Tarnopol).
Równolegle z produkcją silników, JSC „Sierp i Molot” zajmuje się montażem dodatkowym i sprzedażą ciągników DT-75N i. Mamy możliwość modernizacji ciągników T-150(gąsienicowe), zastępując silnik rzędowym silnikiem wysokoprężnym SMD-19T.02/20TA.06 Jednocześnie moc ciągnika nie ulega zmianie, a właściwości ekonomiczne i operacyjne ulegają poprawie.
Silniki wysokoprężne, oprócz ciągników i kombajnów, można dziś instalować na równiarkach samojezdnych, rozściełaczach asfaltu, walcach, dźwigach, spychaczach, dźwigach kolejowych i wózkach ręcznych itp.
Zakład posiada możliwość dostarczania części zamiennych do silników produkowanych w naszym przedsiębiorstwie na zlecenie przedsiębiorstw, przeprowadzania remontów kapitalnych, montażu nowych oraz modernizacji podzespołów i części.
Katalog JSC „LEGAS” Moskwa 1998
Typ Diesla SMD- produkowane masowo silniki rolnicze; są w nie wyposażone wszystkie krajowe kombajny zbożowe i ponad 60% ciągników. Diesle tej marki montowane są także w sieczkarniach i zbiorach kukurydzy, koparkach, dźwigach i innym sprzęcie mobilnym. W związku z tym niezwykle istotne są informacje dotyczące zagadnień użytkowania, konserwacji i napraw, informacje o konstrukcjach silników Diesla i ich producentach.
W 1957 r. Kierownik specjalistycznego biura projektowego silników (GSKBD) został zaprojektowany i wdrożony do produkcji w zakładzie w Charkowie „Młot i sierp” lekki, szybki silnik wysokoprężny SMD-7 48 kW (65 KM) do kombajnu zbożowego SK-3, co było początkiem procesu diesla w przemyśle kombajnowym. Następnie opracowywano i konsekwentnie wprowadzano do masowej produkcji silniki wysokoprężne do ciągników i kombajnów. SMD-12, -14, -14A, -15K, -15KF moc z 55 (75) do 66 kW (90 KM). Zwiększoną moc opracowywanych silników wysokoprężnych zapewniono poprzez zwiększenie pojemności skokowej cylindrów lub zwiększenie prędkości obrotowej wału korbowego. Wszystkie tego typu silniki wysokoprężne miały swobodny wlot powietrza do cylindrów.
Dalsze badania teoretyczne i doświadczalne nad wspomaganiem silników wysokoprężnych ciągników i kombajnów, poprawiających ich efektywność paliwową, przeprowadzono w r GSKBD wyznaczono racjonalny kierunek - wykorzystanie turbiny gazowej do sprężania powietrza do cylindrów. Wraz z pracami nad wyborem optymalnego układu ładowania turbiny gazowej w GSKBD Prowadzono badania mające na celu zwiększenie niezawodności głównych części silników wysokoprężnych.
Pierwszymi krajowymi silnikami wysokoprężnymi do celów rolniczych z doładowaniem turbiny gazowej były kombinowane silniki wysokoprężne SMD-17K, -18K o mocy 77 kW (105 KM), którego produkcję w zakładzie uruchomiono „Młot i sierp” w 1968 1969
Zastosowanie doładowania turbin gazowych jako sposobu na podniesienie poziomu technicznego silników Diesla uznano za kierunek postępowy, dlatego też stworzono go później w GSKBD Diesle miały wymuszony wtrysk powietrza do cylindrów jako element konstrukcyjny.
Silniki wysokoprężne drugiej generacji obejmują 4-cylindrowe rzędowe silniki wysokoprężne i 6-cylindrowy silnik wysokoprężny w kształcie litery V. Po raz pierwszy w inżynierii rolniczej w konstrukcji zastosowano rozwiązanie, w którym skok tłoka jest mniejszy niż jego średnica. Produkcję silników wysokoprężnych tego typu rozpoczęto w Charkowskiej Fabryce Silników Traktorowych ( HZTD) od 1972 r.
Kolejnym etapem rozwoju mocy i poprawy efektywności paliwowej silników wysokoprężnych kombajnów i ciągników był rozwój chłodzenia powietrza doładowującego dostarczanego do cylindrów. Badania przeprowadzone w GSKBD, Charkowski Instytut Inżynierów Transportu i Charkowski Instytut Politechniczny wykazały nieefektywność dalszego rozwoju silników wysokoprężnych z wymuszonym dopływem powietrza ze względu na znaczny wzrost jego temperatury. W konstrukcji zastosowano chłodzenie powietrza dostarczanego do cylindrów, co skutkowało zwiększoną gęstością i zwiększonym ładunkiem powietrza w cylindrze bez istotnego wzrostu napięcia cieplnego.
Pierwsze silniki wysokoprężne z chłodzeniem międzystopniowym (silniki wysokoprężne trzeciej generacji) zostały pobite także przez inne, porównywalne pod względem osiągów z obiecującymi zagranicznymi silnikami wysokoprężnymi tej klasy.
United Engine Corporation (UEC, część Rostec) wprowadziła w ostatnich latach na rynek kilka nowych produktów, w tym obiecujący silnik PD-14, elektrownie dla okrętów rosyjskiej marynarki wojennej, które mają zastąpić ukraińskie, a także nowoczesne silniki do helikopterów. Ponadto firma myśli o stworzeniu krajowego silnika dla SSJ. Zastępca dyrektora generalnego - generalny projektant korporacji Jurij Szmotin w rozmowie z felietonistą RIA Nowosti Aleksiejem Panshinem na pokazie lotniczym MAKS-2019 opowiedział o pracach nad udoskonaleniem PD-14, stworzeniu nowej rodziny silników do samolotów, a także obiecujący silnik i zespół napędowy helikoptera dla Su-57.
- Jurij Nikołajewicz, jakie główne projekty byś wyróżnił?
Dla klastra lotniczego Rostec kluczowymi projektami w zakresie budowy silników są oczywiście PD-14 i PD-35. Istnieją jednak inne, równie ważne projekty. Jest to po pierwsze TV7-117ST-01 dla samolotu Ił-114-300, jest to zunifikowany z nim silnik TV7-117ST dla Ił-112V. Ponadto za pośrednictwem twórcy tych silników, firmy UEC-Klimov, zainicjowaliśmy dwa kolejne projekty. Pierwszym z nich jest silnik VK-650V dla Ka-226. W oparciu o rozwiązania, które zostaną zastosowane w tym silniku, można stworzyć rodzinę elektrowni o mocy od 500 do 700 koni mechanicznych. Drugi projekt to VK-1600V. Jest to silnik bazowy, który będzie montowany na śmigłowcu Ka-62. Silniki te są dziś bardzo poszukiwane w Rosji.
Pracujemy nie tylko nad rodziną silników do helikopterów, transportu wojskowego i lotnictwa cywilnego. Oczywiście znacie całą pracę, która jest dzisiaj wykonywana nad silnikami samolotów bojowych rodziny AL-41, a także nad obiecującym silnikiem. Tematy te są kluczowe i realizowane są zgodnie z ustalonymi terminami.
Ponadto UEC zakończyło prace zlecone przez Ministerstwo Obrony Narodowej w zakresie opracowania podstawowych silników turbinowych dla Marynarki Wojennej Rosji o mocy od 8 tys. KM do 25 tys. KM. Są to silniki z rodziny M70, zarówno dla statków na poduszce powietrznej klasy Żubr i Murena, jak i długo wyczekiwany silnik M90FR dla statków projektów 22350 i 20386. Silniki te umożliwiają tworzenie niemal całej gamy jednostek napędowych dla okręty rosyjskiej marynarki wojennej i odpowiadają potrzebom Ministerstwa Obrony. W tym roku trwają prace nad stworzeniem produkcji naprawczej do silników okrętowych. Serwis posprzedażowy i naprawa silników to bardzo ważny obszar, w którym widzimy perspektywy rozwoju.
- Wspomniałeś o silniku VK-650V. Na jakim etapie jest rozwój?
Prace zostały rozpoczęte, są pod kontrolą Rostec i są finansowane. W tym roku zostanie zatwierdzony wstępny projekt techniczny i rozpoczniemy zamawianie części materiałowej. Pierwszy silnik zostanie zmontowany w najbliższej przyszłości. Ustalono wszystkie harmonogramy i wyznaczono terminy.
Nie tak dawno temu szef Rostec Siergiej Chemezow powiedział, że Ansat otrzyma krajowy silnik za cztery lata. Czy to nie jest ten o którym mówisz?
Jeśli do helikoptera wystarczy silnik o mocy 600 lub 700 koni mechanicznych, to oczywiście zaproponujemy nasz silnik VK-650V.
- Co teraz z projektem obiecującego silnika do helikoptera (PDE)?
Ponad rok temu dokonaliśmy rekonfiguracji programu MPE, który został wdrożony jako zestaw działań zapewniających utworzenie nowego zespołu napędowego dla szybkiego śmigłowca opartego na silniku VK-2500. Dziś nazywa się PDV-4000. Pozycjonujemy tę elektrownię jako silnik nowej generacji w klasie mocy 4000-5000 koni mechanicznych. Kwestie terminów są nadal przedmiotem ustaleń z Russian Helicopters. Dla nas jasno skonfigurowaliśmy, że powinien to być silnik nowej generacji, który można zainstalować zarówno na helikopterach, jak i samolotach. Bardzo trudno jest zająć niszę produktową swoim produktem, ale jeszcze trudniej jest utrzymać swoją obecność w tej niszy. PDV-4000 powinien być co najmniej o 10 procent lepszy od swojego poprzednika w tej klasie. W innych obszarach ta sama filozofia. Przykładowo już teraz, po wykonaniu silnika PD-14, kładziemy podwaliny pod stworzenie silnika w tej klasie mocy, który go przewyższy.
Nawiasem mówiąc, o PD-14. Jaka będzie linia obiecujących silników tej rodziny? Czy w SSJ zamiast SaM-146 zostanie zainstalowany słabszy silnik PD?
Jednostka napędowa (PD-14 – red.) została opracowana w ramach programu tworzenia silników o ciągu od 9 do 18 ton. Generator gazu dla wszystkich tych silników można ujednolicić. Jeśli mówimy o mniejszych silnikach, takich jak SaM-146, to przepływ powietrza przez obwód wewnętrzny w takich silnikach powinien być mniejszy niż w generatorze gazu PD-14. Aby stworzyć silnik, który będzie konkurował z SaM-146 pod względem zużycia paliwa, a jednocześnie będzie miał zbliżoną do niego średnicę, potrzebny jest generator gazu mniejszy niż PD-14. Rozumiemy, że rodzina samolotów Suchoj Superjet wymaga silnika, który pod względem osiągów przewyższy SaM-146. Pracujemy nad położeniem podwalin pod stworzenie nowej generacji silników. Jeśli otrzymamy zamówienie od GSS, będziemy gotowi zaprezentować taki silnik w dającej się przewidzieć przyszłości.
- To znaczy, że nie ma jeszcze zamówienia i wykonujesz tę pracę z własnej inicjatywy?
Nie ma podpisanej umowy. W razie potrzeby zostanie stworzony silnik. Ale powtarzam jeszcze raz, pracujemy nad stworzeniem podstaw do stworzenia silnika z rodziny PD tej wielkości.
- Powiedziałeś wcześniej, że kładziesz podwaliny pod ulepszenie PD-14. Co to znaczy?
W planach jest zwiększenie mocy silnika PD-14 poprzez zwiększenie stopnia obejścia wentylatora i opracowanie na jego bazie silnika PD-16 o wyższych osiągach. Ta modyfikacja będzie pożądana w MS-21-400. Naszym celem nie jest opracowywanie dużej liczby różnych silników, ale wykonanie jednego podstawowego, zunifikowanego generatora gazu i opartego na nim silnika, który w przyszłości stanie się powszechny i nie będzie wymagał modyfikacji dla samolotów podobnej klasy, z wyjątkiem adaptacja i modernizacja oprogramowania.
Niedawno Aleksander Inoziemcew stwierdził, że koszt programu PD-35 wynosi około 3 miliardy dolarów. Ile kosztowało stworzenie PD-14?
Nie chcę odpowiadać nawet ogólnikowo, bo liczby te można różnie interpretować. Czy kwota ta powinna uwzględniać ponowne wyposażenie techniczne, tworzenie nowych technologii i tak dalej? Inne gospodarstwa Rostec również wykonały dużą ilość prac nad silnikiem; należy również wziąć pod uwagę ich wkład. Ty i ja wiemy, że koszt zależy od dostępności NTZ, gotowości bazy produkcyjnej, jej trakcji, jej wymiarów. Nie jest to tajemnicą, ale nie będziemy jeszcze podawać liczb. Mogę tylko powiedzieć, że koszt projektu PD-14 jest znacznie niższy niż silników, które powstały za granicą w tej klasie mocy.
- Ile silników dostarczono już do Irkutu?
Zamontowaliśmy już trzy silniki. Dalsze dostawy będą realizowane zgodnie z harmonogramem określonym w umowie.
Teraz o PD-35. Dużo mówi się, że będzie on oferowany dla CR929, że można go zamontować na dwusilnikowej wersji Ił-96, ale to wszystko plany. Do jakiego konkretnego samolotu jest przeznaczony?
Program PD-35 zakłada stworzenie silnika o dużym ciągu z terminem zakończenia prac rozwojowych w 2027 roku. Silnik jest opracowywany do zasilania szerokokadłubowego samolotu dalekiego zasięgu CR929. Jesteśmy na etapie negocjacji ze stroną chińską w sprawie konfiguracji tego programu. Wiele będzie zależeć od prac na samolocie. Oczywiście tym produktem twierdzimy, że wkraczamy w nowy dla siebie segment. Mam nadzieję, że w latach 2020-2021 uda nam się uzgodnić wymagania techniczne dotyczące zastosowania silnika opartego na generatorze gazu, który powstaje w ramach programu PD-35 dla rosyjskiej platformy. Tak, Ił-96 jako platforma może być wyposażony w taki silnik, a dwusilnikowa wersja tego samolotu może znacznie zwiększyć jego oszczędność paliwa.
Silnik SMD to silnik wysokoprężny, dobrze znany pracownikom stacji maszyn i ciągników (MTS), które były szeroko rozpowszechnione w czasach ZSRR. Produkcja tych silników rozpoczęła się w 1958 roku w fabryce w Charkowie „Sierp i młot” (1881). Produkcję seryjną rodziny silników SMD przeznaczonych do agregowania różnego typu maszyn rolniczych (ciągniki, kombajny itp.) zaprzestano w związku z zaprzestaniem działalności przedsiębiorstwa (2003 rok).
Linia tych jednostek napędowych obejmuje:
- Silniki 4-cylindrowe z cylindrami rzędowymi;
- rzędowy 6-cylindrowy;
- Jednostki 6-cylindrowe w kształcie litery V.
Co więcej, każdy silnik SMD ma bardzo wysoką niezawodność. Oparty jest na oryginalnych rozwiązaniach konstrukcyjnych, które nawet jak na współczesne standardy zapewniają wystarczający margines bezpieczeństwa pracy tych silników.
Obecnie jednostki napędowe typu SMD produkowane są w Fabryce Silników w Biełgorodzie (BMZ).
Dane techniczne
| OPCJE | OZNACZAJĄCY |
|---|---|
| Niewolnik. objętość cylindra, l | 9.15 |
| Moc, l. Z. | 160 |
| Prędkość obrotowa wału korbowego, obr./min. nominalna/minimalna (na biegu jałowym)/maksymalna (na biegu jałowym) | 2000/800/2180 |
| Liczba cylindrów | 6 |
| Układ cylindrów | W kształcie litery V, kąt pochylenia 90° |
| Średnica cylindra, mm | 130 |
| Skok tłoka, mm | 115 |
| Stopień sprężania | 15 |
| Kolejność pracy cylindra | 1-4-2-5-3-6 |
| Układ zasilania | Bezpośredni wtrysk paliwa |
| Rodzaj/marka paliwa | Olej napędowy „L”, „DL”, „Z”, „DZ” itp. w zależności od temperatury otoczenia |
| Zużycie paliwa, g/l. Z. godzina (moc znamionowa/robocza) | 175/182 |
| Typ turbosprężarki | TKR-11N-1 |
| System startowy | Rozruch silnika P-350 ze zdalnym rozruchem + rozrusznik elektryczny ST142B |
| Paliwo startowe | Mieszanka benzyny A-72 i oleju silnikowego w stosunku 20:1 |
| System smarowania | Połączone (ciśnienie + natrysk) |
| Rodzaj oleju silnikowego | M-10G, M-10V, M-112V |
| Ilość oleju silnikowego, l | 18 |
| System chłodzenia | Wodne, typu zamkniętego, z wymuszoną wentylacją |
| Zasoby motoryczne, godzina | 10000 |
| Waga (kg | 950...1100 |
Jednostka napędowa została zainstalowana w ciągnikach T-150, T-153, T-157.
Opis
6-cylindrowe silniki wysokoprężne SMD w kształcie litery V reprezentowane są przez szereg modeli SMD-60...SMD-65 oraz mocniejsze SMD-72 i SMD-73. Wszystkie te silniki mają skok tłoka mniejszy niż średnica cylindra (wersja o krótkim skoku).
Jednocześnie w silnikach:
- SMD-60…65 wykorzystuje turbodoładowanie;
- Powietrze doładowujące SMD-72…73 jest dodatkowo chłodzone.
Przegrody pomiędzy sąsiednimi cylindrami wraz ze ścianami końcowymi skrzyni korbowej nadają konstrukcji niezbędną sztywność. Każdy blok cylindrów ma specjalne cylindryczne otwory, w które montowane są tuleje cylindrowe wykonane z żeliwa tytanowo-miedzianego.
Rozmieszczenie wszystkich elementów silnika uwzględnia wszystkie zalety, jakie zapewnia układ cylindrów w kształcie litery V. Umieszczenie cylindrów pod kątem 90° umożliwiło umieszczenie turbosprężarki i kolektorów wydechowych w wypukłości pomiędzy nimi. Dodatkowo, dzięki przesunięciu rzędów cylindrów o 36 mm względem siebie, możliwe było zamontowanie dwóch korbowodów przeciwległych cylindrów na jednym czopie korbowym wału korbowego.
Układ części mechanizmu dystrybucji gazu różni się od ogólnie przyjętego. Jego wałek rozrządu jest wspólny dla dwóch rzędów cylindrów i znajduje się pośrodku skrzyni korbowej. Od strony koła zamachowego, na jego końcu znajduje się blok przekładni, w którym znajdują się koła zębate napędzające mechanizm dystrybucji gazu i pompę paliwa.
Podczas pracy silnik zapewnia zgrubne i dokładne czyszczenie oleju napędowego. Oczyszczanie oleju silnikowego odbywa się za pomocą wirówki pełnoprzepływowej.
Jednostka napędowa jest chłodzona wodą. Zimą można zastosować środek przeciw zamarzaniu. Obieg cieczy w zamkniętym układzie chłodzenia odbywa się dzięki odśrodkowej pompie wodnej. W procesie chłodzenia biorą także udział sześciorzędowy grzejnik rurowy i sześciołopatkowy wentylator elektryczny.
Układ chłodzenia silnika SMD 60 zapewnia również termosyfonową cyrkulację płynu chłodzącego wewnątrz płaszcza wodnego silnika rozruchowego. Jednak jest w stanie zapewnić chłodzenie tego ostatniego tylko przez krótki czas. Aby uniknąć przegrzania, czas pracy silnika rozruchowego na biegu jałowym nie powinien przekraczać 3 minut.
Konserwacja
Konserwacja silnika SMD 60 sprowadza się do stałego monitorowania procesu jego pracy i regularnej konserwacji określonej w instrukcji jego eksploatacji. Tylko w przypadku spełnienia tych warunków producent gwarantuje:
- długotrwała i bezawaryjna praca zespołu napędowego;
- utrzymanie charakterystyki mocy przez cały okres użytkowania;
- wysoka wydajność.
Rodzaje konserwacji (MOT) zależą od terminu ich realizacji w zależności od liczby przepracowanych godzin silnika:
- Konserwacja codzienna – co 8…10 godzin pracy silnika.
- TO-1 – po 60 godzinach.
- TO-2 – co 240 mil na godzinę.
- TO-3 – 960 mil na godzinę.
- Konserwacja sezonowa - przed przejściem na okresy wiosenno-letnie i jesienno-zimowe.
Wykaz prac, które należy wykonać dla każdego rodzaju konserwacji, podany jest w instrukcji obsługi silnika. W takim przypadku prace wymagające demontażu zespołu napędowego należy wykonywać wyłącznie w zamkniętych pomieszczeniach.
Awarie
Awarie silników SMD 60 są rzadkie i wynikają z reguły z naruszenia zasad ich eksploatacji technicznej.
| WADA | METODY LECZENIA |
|---|---|
| Uwalnianie oleju ze skrzyni korbowej przez rurę wydechową. | 1. Długotrwała praca silnika na niskich i/lub biegu jałowym. |
| 2. Koksowanie żeliwnych pierścieni uszczelniających na wale wirnika turbosprężarki. | |
| 3. Duża szczelina pomiędzy wałem wirnika a łożyskiem turbosprężarki. | |
| Wyciek oleju silnikowego przez obudowę koła zamachowego. | 1. Zniszczona samozaciskowa uszczelka olejowa. |
| 2. Ucięty O-ring skrzyni biegów. | |
| Brak dopływu oleju do mechanizmu zaworowego. | 1. Tuleja wałka rozrządu obraca się. |
| 2. Zatkane kanały olejowe głowicy cylindrów. | |
| 3. Poluzowanie koła zębatego wałka rozrządu. | |
| Obce uderzenia w silniku: | |
| 1. Głośne, ostre pukanie. | Dysza jest uszkodzona. |
| 2. Pukanie detonujące. | Kąt wtrysku jest nieprawidłowy. |
| 3. Niewyraźny dźwięk pukania. | Uszkodzona prowadnica zaworu; zakleszczenie popychacza; łożyska korbowodu zostały stopione; dolna pokrywa korbowodu jest poluzowana; tuleje wału korbowego są stopione. |
Strojenie
Silniki służące do napędzania maszyn i mechanizmów rolniczych nie podlegają tuningowi. Opracowane dla konkretnych warunków pracy, są z reguły doskonale wyważone i ingerencja w ich konstrukcję nie prowadzi do pozytywnych rezultatów.
Rodziny takich silników producenci prezentują w postaci szerokich linii o różnych poziomach mocy. Jednocześnie są instalowane na niektórych rodzajach specjalnego sprzętu, spośród których konsumenci wybierają te, które w pełni spełniają ich wymagania.
Jakie kryteria uznaje się za kluczowe przy wyborze „najlepszych”? Czy istnieją zasadnicze różnice w podejściu do projektowania na różnych kontynentach? Spróbujmy znaleźć odpowiedzi na te pytania.
EUROPA: W TRYBIE EKONOMICZNYM
Na niedawnej konferencji prasowej w Londynie szef koncernu Peugeot-Citroen Jean-Martin Foltz, dość nieoczekiwanie dla wielu, wypowiedział się na temat samochodów hybrydowych: „Rozejrzyjcie się: w Europie takich samochodów jest mniej niż 1%, podczas gdy udział diesli sięga połowy”. Według Foltza nowoczesny olej napędowy jest znacznie tańszy w produkcji, a jednocześnie jest nie mniej ekonomiczny i przyjazny dla środowiska.
Skończyły się czasy, gdy silniki diesla zostawiały za sobą czarny ślad, dudniły po ulicach i zauważalnie ustępowały w litrach mocy w stosunku do silników benzynowych. Obecnie udział silników wysokoprężnych w Europie wynosi 52% i stale rośnie. Impulsu dodają np. premie ekologiczne w postaci obniżonych podatków, ale przede wszystkim wysokie ceny benzyny.
Przełom na froncie diesli nastąpił pod koniec lat 90., kiedy do produkcji weszły pierwsze silniki z „common Rail” – wspólną szyną paliwową. Od tego czasu ciśnienie w niej stale rośnie. W najnowszych silnikach sięga 1800 atmosfer, ale do niedawna 1300 atmosfer uznawano za wskaźnik wybitny.
Następne w kolejce są układy z podwójnym wzrostem ciśnienia wtrysku. Najpierw pompa pompuje paliwo do zbiornika magazynowego pod ciśnieniem do 1350 atm. Następnie ciśnienie podnosi się do 2200 atm, poniżej którego wchodzi do dysz. Pod tym ciśnieniem paliwo wtryskiwane jest przez otwory o mniejszej średnicy. Poprawia to jakość oprysku i zwiększa dokładność dozowania. Stąd wzrost wydajności i mocy.
Wtrysk pilotujący stosowany jest od kilku lat: pierwsza „partia” paliwa dostaje się do cylindrów nieco wcześniej niż dawka główna, co skutkuje bardziej miękką pracą silnika i czystszymi spalinami.
Oprócz Common Rail istnieje jeszcze jedno rozwiązanie techniczne umożliwiające podniesienie ciśnienia wtrysku do niespotykanej dotąd wysokości. Wtryskiwacze pompowe przeszły z silników samochodów ciężarowych na rzecz silników wysokoprężnych do samochodów osobowych. Szczególnie Volkswagen angażuje się w nie, zapewniając zdrową konkurencję na „ogólnej rampie”.
Jedną z przeszkód na drodze do diesla zawsze było środowisko. Jeśli silniki benzynowe krytykowano za tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory w spalinach, to silniki wysokoprężne krytykowano za związki azotu i cząsteczki sadzy. Wprowadzenie norm Euro IV w zeszłym roku nie było łatwe. Z tlenkami azotu rozprawiono się za pomocą neutralizatora, ale specjalny filtr wyłapuje sadzę. Wytrzymuje do 150 tysięcy km, po czym jest albo wymieniany, albo „kalcynowany”. Na polecenie elektroniki sterującej do cylindra dostarczane są spaliny z układu recyrkulacji oraz duża dawka paliwa. Temperatura spalin wzrasta, a sadza wypala się.
Warto zauważyć, że większość nowych silników wysokoprężnych może pracować na biodieslu: jest on oparty na olejach roślinnych, a nie na produktach naftowych. Paliwo to jest mniej agresywne dla środowiska, dlatego w 2010 roku jego masowy udział w rynku europejskim powinien osiągnąć 30%.
Tymczasem eksperci zauważają wspólny rozwój General Motors i FIAT - jednego z „Silników Roku 2005”. Dzięki elektronice silnik wysokoprężny o małej pojemności skokowej jest w stanie szybko zmieniać parametry wtrysku, a tym samym zapewnia większy moment obrotowy i szybszy rozruch silnika. Szerokie zastosowanie aluminium, co znacznie obniżyło wagę i rozmiar, w połączeniu z wystarczającą mocą 70 KM. i znaczny moment obrotowy wynoszący 170 Nm pozwoliły 1,3-litrowemu silnikowi zdobyć dużą liczbę głosów.
Biorąc pod uwagę wszystkie osiągnięcia na froncie diesli, możemy śmiało powiedzieć, że najbliższa przyszłość Europy leży w tych silnikach. Stają się mocniejsze, cichsze i wygodniejsze w codziennej jeździe. Biorąc pod uwagę obecne ceny ropy, żaden z istniejących typów silników nie jest w stanie ich zastąpić w Starym Świecie.
AZJA: WIĘCEJ MOCY Z LITRA
Głównym osiągnięciem japońskich inżynierów silników w ciągu ostatnich dziesięciu lat jest duża moc w litrach. Wpędzani w wąskie ograniczenia przez przepisy, inżynierom udaje się osiągać doskonałe wyniki na różne sposoby. Uderzającym przykładem są zmienne fazy rozrządu. Pod koniec lat 80-tych japońska Honda z systemem VTEC dokonała prawdziwej rewolucji.
Konieczność różnicowania faz podyktowana jest różnymi trybami jazdy: w mieście najważniejsza jest wydajność i moment obrotowy przy niskich prędkościach, na autostradzie – przy dużych prędkościach. Życzenia kupujących w różnych krajach również się różnią. Wcześniej ustawienia silnika były stałe, ale teraz stało się możliwe ich zmienianie dosłownie w ruchu.
Nowoczesne silniki Hondy są wyposażone w kilka typów VTEC, w tym urządzenie trójstopniowe. Tutaj parametry są regulowane nie tylko przy niskich i wysokich prędkościach, ale także przy średnich prędkościach. W ten sposób można połączyć niekompatybilne: wysoką moc właściwą (do 100 KM/l), zużycie paliwa w trybie 60–70 km/h na poziomie 4 litrów na sto oraz wysoki moment obrotowy w zakresie od 2000 do 6000 obr/min.
W rezultacie Japończycy z powodzeniem wytwarzają dużą moc z bardzo skromnych ilości. Rekordzistą pod względem tego wskaźnika rok z rzędu pozostaje roadster Honda S2000 z wolnossącym 2-litrowym silnikiem o mocy 250 KM. Pomimo tego, że silnik pojawił się w 1999 roku, nadal należy do najlepszych - drugie miejsce wśród konkurentów z 2005 roku o pojemności 1,8–2,0 litra. Drugim niekwestionowanym osiągnięciem Japończyków są instalacje hybrydowe. „Hybrid Synergy Drive” wyprodukowany przez Toyotę nie raz znalazł się w gronie zwycięzców, zdobywając największą liczbę punktów w kategorii „silnik ekonomiczny”. Podane spalanie na poziomie 4,2 l/100 km jak na tak duży samochód jak Toyota Prius jest z pewnością dobre. Moc Synergy Drive sięga 110 KM, a całkowity moment obrotowy instalacji benzynowo-elektrycznej jest znakomity - 478 Nm!
Oprócz efektywności paliwowej podkreślany jest aspekt ekologiczny: emisja węglowodorów i tlenków azotu z silnika jest o 80 i 87,5% niższa niż wymagają tego normy Euro IV dla silników benzynowych i o 96% niższa niż wymagania dla silników Diesla. Tym samym Synergy Drive wpisuje się w najściślejsze ramy na świecie – ZLEV, którego wprowadzenie planowane jest w Kalifornii.
W ostatnich latach pojawił się ciekawy trend: w odniesieniu do hybryd coraz rzadziej mówimy o absolutnych rekordach wydajności. Weźmy Lexusa RX 400h. Samochód ten spala zupełnie normalne 10 litrów w cyklu miejskim. Z jednym zastrzeżeniem – to bardzo mało, biorąc pod uwagę moc silnika głównego wynoszącą 272 KM. i moment obrotowy 288 Nm!
Jeśli japońskim firmom, przede wszystkim Toyocie i Hondzie, uda się obniżyć koszty jednostek, sprzedaż hybryd może w ciągu najbliższych 5–10 lat wzrosnąć o rząd wielkości.
AMERYKA: TANIE I TANIE
Na amerykańskich forach motoryzacyjnych po konkursie „Silnik Roku” nieuchronnie pojawiają się debaty: jak to się dzieje, że wśród zwycięzców nie ma ani jednego silnika naszej konstrukcji! To proste: Amerykanom, pomimo trwającego kryzysu paliwowego, nie udało się zbyt skutecznie oszczędzać benzyny, a o oleju napędowym nawet nie chcą słyszeć! Nie oznacza to jednak, że nie mają się czym chwalić.
Na przykład silniki Chryslera z serii Hemi, które błyszczały w mocnych modelach (w USA tradycyjnie nazywane są „samochodami naftowymi”) już w latach 50-tych. Ich nazwa pochodzi od angielskiego hemispherical – hemispherical. Oczywiście przez pół wieku wiele się zmieniło, ale tak jak poprzednio, nowoczesne samochody Hemi mają półkuliste komory spalania.
Tradycyjnie na czele linii silników stoją jednostki o nieprzyzwoitej pojemności skokowej według standardów europejskich - do 6,1 litra. Po otwarciu prospektu rzuca się w oczy różnica w podejściu do projektowania. „Wiodąca w swojej klasie moc”, „najszybsze przyspieszenie”, „niski poziom hałasu”… o zużyciu paliwa wspomina się mimochodem. Choć oczywiście nie jest on obojętny na inżynierów. Tyle, że priorytety są nieco inne – charakterystyka dynamiczna i… niski koszt urządzenia.
Silniki Hemi nie mają zmiennych faz. Nie są tak wymuszone i nie mogą nawet zbliżyć się do najlepszych japońskich jednostek pod względem mocy w litrach. Używają jednak sprytnego systemu MDS (Multi Displacement System – system kilku tomów). Jak sama nazwa wskazuje, jego znaczenie polega na wyłączeniu czterech z ośmiu cylindrów silnika, gdy nie jest konieczne wykorzystywanie wszystkich 335 „koni” i 500 Nm momentu obrotowego, na przykład w silniku o pojemności 5,7 litra. Wyłączenie zajmuje tylko 40 milisekund. GM korzystał już wcześniej z podobnych systemów i jest to pierwsze doświadczenie Chryslera. Według firmy MDS pozwala zaoszczędzić nawet 20% paliwa, w zależności od stylu jazdy. Bob Lee, wiceprezes działu silników Chryslera, jest bardzo dumny z nowego silnika: „Wyłączanie cylindrów jest eleganckie i proste… korzyściami są niezawodność i niska cena”.
Naturalnie amerykańscy inżynierowie nie ograniczają się do wymiennych cylindrów. Przygotowują też zupełnie inne projekty, na przykład elektrownie na ogniwa paliwowe. Sądząc po pojawianiu się coraz to nowych samochodów koncepcyjnych z właśnie takimi silnikami, ich przyszłość rysuje się w różowych barwach.
Oczywiście zauważyliśmy tylko najbardziej uderzające cechy „narodowej budowy silników”. Współczesny świat jest zbyt mały, aby zasadniczo różne kultury mogły istnieć obok siebie, nie wpływając na siebie. Być może kiedyś wymyślą przepis na idealny „globalny” silnik? Na razie każdy woli iść własną drogą: Europa przygotowuje się do przejścia prawie połowy swojej floty na olej rzepakowy; Ameryka, choć stara się nie dostrzegać zmian zachodzących na świecie, stopniowo odzwyczaja się od żarłocznych mastodontów i rozważa przestawienie infrastruktury całego kraju na paliwo wodorowe; Cóż, Japonia... jak zawsze korzysta z wysokich technologii i oszałamiającej szybkości ich wdrażania w życiu.
DIESEL „PSA-FORD”
W najbliższym czasie rozpocznie się produkcja dwóch nowych silników, opracowanych wspólnie przez koncern Peugeot-Citroen i Forda (inżynier Forda Phil Lake przedstawia je dziennikarzom). Silniki wysokoprężne o pojemności 2,2 litra przeznaczone są do samochodów dostawczych i osobowych. System Common Rail działa teraz pod ciśnieniem 1800 atm. Paliwo wtryskiwane jest do komory spalania poprzez siedem 135-mikronowych otworów we wtryskiwaczach piezoelektrycznych (wcześniej było ich pięć). Obecnie możliwe jest wtryskiwanie paliwa aż do sześciu razy na obrót wału korbowego. Rezultatem jest czystszy wydech, mniejsze zużycie paliwa i zmniejszone wibracje.
Zastosowano dwie kompaktowe turbosprężarki o małej bezwładności. Pierwszy odpowiada wyłącznie za „dolny koniec”, drugi aktywuje się po 2700 obr./min, zapewniając płynną krzywą momentu obrotowego sięgającą 400 Nm przy 1750 obr./min i moc 125 KM. przy 4000 obr./min. Masa silnika została zmniejszona o 12 kg w porównaniu do poprzedniej generacji dzięki nowej architekturze bloku cylindrów.
Rozwój produkcji silników w różnych krajach ma swoją specyfikę, zdeterminowaną różnym poziomem potencjału przemysłowego, stanem zasobów paliw, tradycjami i popytem. Główne kierunki poszukiwań pozostają jednak wspólne. Dzisiejsze wysiłki specjalistów nakierowane są głównie na rozwój i produkcję nowoczesnych, lekkich i kompaktowych, mocnych i ekonomicznych silników, których spaliny zawierałyby minimum substancji toksycznych. Ostatnio znacznie wzrosły wymagania dotyczące poziomu hałasu i wibracji. Jest to pilny imperatyw ekologii.
Za granicą zauważa się, że nawet przy intensywnych poszukiwaniach i badaniach prowadzących do powstania nowych typów silników, często bardzo nietypowych, tłokowe silniki spalinowe pozostaną głównym typem silników transportowych zarówno w XX, jak i na początku XXI wieku. Pomimo swojej solidnej historii jako silników spalinowych (silnik benzynowy niedawno obchodził swoje stulecie), inżynieria nieustannie znajduje coś nowego, a nawet powraca do zapomnianych starych.
Jak zmniejszyć tarcie
Poszukiwanie sposobów zwiększenia sprawności mechanicznej doprowadziło przede wszystkim do chęci zminimalizowania powierzchni trących, zmniejszenia zużycia energii do napędzania mechanizmów pomocniczych oraz stosowania olejów smarowych o niskiej lepkości i określonych dodatków.Wiele wiodących firm opracowujących i produkujących silniki do pojazdów bada możliwość poprawy jakości wewnętrznych powierzchni cylindrów i zmniejszenia masy ruchomych części. To ostatnie prowadzi do zmniejszenia sił bezwładności, co umożliwia zmniejszenie średnicy czopów wału korbowego, a co za tym idzie, zmniejszenie strat tarcia w łożyskach ślizgowych.
Podejmowane są próby zmniejszenia tarcia w parze cylinder-tłok. Na przykład proponuje się produkcję tłoków z obszarami tarcia wystającymi ponad powierzchnię prowadnicy tłoka o 25 mikronów. Dwie takie platformy wykonano po przeciwnych stronach średnicy pod dolnym pierścieniem tłokowym i jedna w dolnej części płaszcza symetrycznie do płaszczyzny obrotu korbowodu. Całkowita powierzchnia tarcia tłoka o ścianki cylindra jest zmniejszona o 40-70% (w zależności od długości płaszcza tłoka) w porównaniu do tłoków o konwencjonalnej konstrukcji. Aby stworzyć lepsze warunki smarowania hydrodynamicznego oraz zachować stabilny klin olejowy pomiędzy powierzchniami trącymi, krawędzie tych płytek stykowych zostały ścięte pod kątem 1°.
Badania laboratoryjne wykazały, że w silnikach benzynowych i wysokoprężnych z tak zmodyfikowanymi tłokami straty tarcia zmniejszają się o 7-11%, oszczędności paliwa przy pracy przy pełnym obciążeniu osiągają o 0,7-1,5%, a moc efektywna wzrasta o 1,5-2% .
Ważne jest nie tylko zmniejszenie strat tarcia, ale także zwiększenie niezawodności par trących. Nowoczesna technologia otwiera szerokie możliwości: powłoki odporne na zużycie i korozję, termomechaniczna obróbka powierzchni, natryskiwanie plazmowe sproszkowanych twardych stopów i wiele więcej.
Materiały przyszłości
Przyszłość budowy silników coraz częściej wiąże się z wykorzystaniem stopów lekkich, materiałów kompozytowych, tworzyw sztucznych oraz ceramiki.Tym samym w ubiegłym roku produkcja silników firm zachodnich z blokami cylindrów wykonanymi ze stopów aluminium osiągnęła 50% całkowitej produkcji, a głowicami cylindrów ze stopów lekkich - 75%. Prawie wszystkie szybkoobrotowe silniki o małej i średniej pojemności są wyposażone w tłoki wykonane ze stopów aluminium.
Japońskie firmy samochodowe stosują głowice blokowe wykonane ze stopu aluminiowo-tytanowego w silnikach produkowanych masowo.
W USA trwają prace nad produkcją bloków metodą tłoczenia ze stali niskowęglowej o grubości zaledwie 2,3 mm. Obniża to koszty produkcji i zapewnia oszczędność masy w porównaniu do bloku żeliwnego (waga bloku ze stali tłoczonej nie przekracza masy bloku odlanego ze stopu aluminium). Dla części silników pracujących w warunkach dużych różnic temperatur prowadzone są eksperymenty ze wzmacnianiem stopów aluminium włóknami boru.
W Niemczech rozpoczęły się prace nad stworzeniem części silnika z materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknami (głównie korbowodów i sworzni tłokowych). Podczas wstępnych testów korbowody wytrzymały 10 milionów cykli ściskania i rozciągania bez zniszczenia. Te korbowody są o 54% lżejsze niż konwencjonalne korbowody stalowe. Są one obecnie testowane w rzeczywistych warunkach pracy silnika.
Dwie amerykańskie firmy w ramach wspólnego programu „silnika z tworzywa sztucznego” opracowały 4-cylindrowy silnik o pojemności 2,3 litra, który ma dwa wałki rozrządu i szesnastozaworową głowicę cylindrów (4 zawory na cylinder). Blok cylindrów i głowica, tłoki (z powłoką żaroodporną), korbowody, części dystrybucji gazu i miska wykonane są z włóknistego tworzywa sztucznego. Umożliwiło to zmniejszenie ciężaru właściwego silnika z 2,25 do 0,70 kg/kW, a poziom hałasu zmniejszył się o 30%.
Silnik generuje moc efektywną 240 kW i waży 76,4 kg (w wersji wyścigowej). Podobny silnik wykonany ze stali i żeliwa waży 159 kg. Łączny udział części z tworzyw sztucznych wynosi 63%.
W tym „plastikowym” silniku zastosowano standardowy układ smarowania i tradycyjny układ chłodzenia wodą. Największa część – blok cylindrów – została wykonana z materiału kompozytowego (żywica epoksydowa z włóknem grafitowym). W silniku szeroko zastosowano wysokiej jakości termoplastyczny Torlon, który pod względem składu chemicznego jest podobny do poliamidu. Szacuje się, że powszechne zastosowanie tego tworzywa termoplastycznego mogłoby rozpocząć się w ciągu 10 lat.
Co potrafi ceramika
Nowoczesne silniki benzynowe i wysokoprężne przekształcają zaledwie jedną trzecią energii uzyskanej ze spalania paliwa w energię mechaniczną. Reszta trafia do wymiany ciepła i jest tracona wraz ze spalinami. Zwiększenie sprawności cieplnej silnika, jego efektywności paliwowej oraz ograniczenie emisji substancji toksycznych do atmosfery możliwe jest poprzez podniesienie temperatury procesu w komorze spalania. Wymaga to części, które są w stanie wytrzymać wyższe temperatury. Takim prawdziwie „rewolucyjnym” materiałem do silników okazała się ceramika.Nie ma jednak zgody co do celowości jego powszechnego stosowania. Nie udało się dotychczas osiągnąć doskonałości właściwości strukturalnych tych materiałów. Ceny materiałów ceramicznych są wysokie. Technologia ich obróbki, obejmująca np. szlifowanie diamentem, jest złożona i kosztowna. Obróbka części ceramicznych jest trudna ze względu na ich wrażliwość na wady wewnętrzne. Części ceramiczne nie ulegają zniszczeniu stopniowo, ale natychmiast i całkowicie. Nie oznacza to jednak, że należy rezygnować z ceramiki. Nowy materiał jest bardzo ciekawy i obiecujący: pozwala podnieść temperaturę pracy silników spalinowych z 700° do 1100°C i stworzyć silnik wysokoprężny o sprawności cieplnej na poziomie ≈48% (przypomnijmy, że dla konwencjonalnego silnika wysokoprężnego jest to wynosi ≈36%).
Na przykład w USA zaprojektowano, wyprodukowano i przetestowano 6-cylindrowy silnik wysokoprężny bez tradycyjnego układu chłodzenia, z wieloma częściami pokrytymi odporną na wysoką temperaturę powłoką z tlenku cyrkonu. Silnik o mocy 170 kW i pojemności skokowej 14 litrów został zamontowany na ciężarówce o masie 4,5 tony. Na dystansie 10 000 km wykazywał średnie jednostkowe zużycie paliwa o 30–50% mniejsze niż w konwencjonalnych samochodach tej klasy.
Większym optymizmem są firmy japońskie, które prowadzą najwięcej badań nad materiałami ceramicznymi i wydały już ok. 60 mln dolarów w ciągu 10 lat eksperymentów. Zakłada się, że „stałe” części ceramiczne do silników Diesla zostaną wprowadzone do masowej produkcji począwszy od tego roku, a cała gama części ceramicznych – do 1990 r. Udział materiałów ceramicznych w częściach silników będzie wynosić od 5 do 30% do 2000 r. .
Ceramika zawsze była i pozostanie delikatna. Chodzi o to, aby zastosować najnowsze procesy technologiczne, aby zwiększyć jego wytrzymałość i trwałość do wartości zapewniających osiągi silników. Według naukowców główne sukcesy w zastosowaniu ceramiki o wysokiej wytrzymałości zostaną osiągnięte nie po pojawieniu się nowych materiałów, ale wraz z opracowaniem i wdrożeniem nowych, postępowych technik technologicznych i metod formowania materiałów o określonych właściwościach.
Opracowane powłoki ceramiczne komory spalania i części łożysk mogą stanowić ważny krok w kierunku stworzenia „monolitycznych” części wykonanych w całości z ceramiki. Jednym z najbardziej obiecujących obszarów w tworzeniu wysokowydajnych materiałów ceramicznych jest wykorzystanie laserów do formowania cząstek materiału o tej samej wielkości (proszki do formierstwa o cząstkach o różnej wielkości gwałtownie zmniejszają właściwości wytrzymałościowe części ceramicznych). Pomyślne rozwiązanie wszystkich problemów „ceramicznych” będzie miało znaczący wpływ na ekonomikę budowy silników. Koszt silników spalinowych można obniżyć nie tylko ze względu na tańsze surowce i koszty produkcji, ale także ze względu na prostszą konstrukcję silników. Odmowa stosowania chłodnic (lodówek), pomp wodnych, ich napędów i płaszcza wodnego bloku cylindrów znacznie zmniejszy masę i wymiary silników.
Co więcej, możliwe będzie porzucenie zwykłych smarów. Możliwe jest, że nowe smary będą stałe lub nawet gazowe i będą mogły być stosowane w wysokich temperaturach.
Co to jest turbodoładowanie i jak to się dzieje?
Ogólnym kierunkiem rozwoju wszystkich tłokowych silników spalinowych (benzyna, olej napędowy, tłok obrotowy itp.) jest powszechne stosowanie doładowania.Od dawna znane jest doładowanie jako skuteczny sposób na zwiększenie mocy w litrach. Po raz pierwszy pojawił się w lotnictwie w latach dwudziestych XX wieku, następnie w samochodach wyścigowych. Były to turbosprężarki rotacyjne z napędem mechanicznym (najczęściej stosowaną sprężarką była typu „Rute” z dwoma dwu- lub trzyłopatkowymi wirnikami). Następnie przeszli na silniki ciężarówek. Ten typ doładowania jest stosowany od kilkudziesięciu lat w konstrukcji silników okrętowych zarówno krajowych, jak i zagranicznych. W ostatnich latach zaczęto stosować sprężarki doładowujące z napędem turbiny gazowej – turbosprężarki (TC); Dlatego obecnie w produkowanych masowo silnikach samochodowych o małej i średniej pojemności skokowej jako jednostkę doładowującą stosuje się wyłącznie TC. Jego powszechne zastosowanie ułatwił stosunkowo niski koszt, łatwość produkcji, zwartość i wysoka wydajność silnika. TC jest szczególnie wygodny w silnikach łodzi, ciągników i jednostek stacjonarnych pracujących przez długi czas ze stałą prędkością wału silnika.
Wprowadzenie doładowania i jednoczesne zmniejszenie pojemności skokowej silnika pozwala na usunięcie wymaganej mocy przy większym otwarciu przepustnicy, dzięki czemu silnik przez znaczną część czasu pracuje w zakresie trybów odpowiadających najniższemu jednostkowemu zużyciu paliwa. Rezerwę mocy dla trybów przyspieszania i wymuszonego zapewnia doładowanie.
Na co pomaga boost? Poprawia się przygotowanie wsadu do spalania, ponieważ świeży wsad ma zwiększoną gęstość; wzrasta prędkość masowa na wejściu do cylindra, poprawiają się parametry ładunku paliwa przed zapłonem. Zwiększa to szybkość spalania masy oraz zwiększa maksymalne ciśnienie i temperaturę roboczą.
Zdecydowana większość silników na świecie jest produkowana do samochodów poruszających się w reżimie częstych przyspieszań i zwalniań (szczególnie w miastach), dlatego firmy produkujące silniki i komponenty paliwowe rozpoczęły badania nad nowymi (lub zapomnianymi starymi, ale przy użyciu nowych materiałów) typy superchargerów. Wyjaśnia to fakt, że promieniowo-osiowy TC, składający się z turbiny gazowej napędzanej spalinami i doładowania (oba koła są zawieszone na tej samej osi), ma podstawowe wady: bezwładność i zależność zasilania na energię gazów spalinowych (EG). To właśnie bezwładność wyjaśnia opóźnienie w osiągnięciu maksymalnego momentu obrotowego i maksymalnej mocy w stosunku do prędkości obrotowej silnika. Problem można rozwiązać albo tworząc dodatkowe urządzenia sterujące, albo powracając do sprężarek napędzanych mechanicznie.
Na przykład w Japonii opracowano układ wtrysku paliwa o zmiennej geometrii dysz dla silnika o pojemności skokowej 2 litrów. Nowa jednostka poprawia właściwości dynamiczne silnika, zwiększa moment obrotowy o 12% i skraca czas osiągnięcia maksymalnego ciśnienia doładowania. Średnica wlotu dyszy jest zmieniana za pomocą elektronicznie sterowanej klapy w zależności od przepływu powietrza wlotowego. Przepływ powietrza wejściowego TC jest wprost proporcjonalny do przepływu wylotowego gazów spalinowych; Zatem zmiana wejścia zwiększa wydajność zespołu turbiny przy niskich i wysokich prędkościach.
Doładowania napędzane mechanicznie mają mniejszą bezwładność i zapewniają wzrost momentu obrotowego synchronicznie z prędkością obrotową silnika. Wadami doładowań napędowych są ich znaczna masa i wymiary, a także niższa wydajność w porównaniu do podobnych TC oraz podwyższony poziom hałasu. Doładowania napędzane mechanicznie wymagają produkcji o dużej precyzji; Aby uzyskać wysokie ciśnienie doładowania przy dużej wydajności doładowania, konieczne jest wewnętrzne chłodzenie wirników. Ich koszt jest wyższy niż koszt najlepszego współtwórcy.
Trwają prace nad dmuchawami rotacyjnymi łopatkowymi z napędem pasowym i regulowanym przekrojem wlotowym; Badana jest możliwość zastosowania sprężarek odśrodkowych z napędem mechanicznym poprzez bezstopniowy wariator w celu dopasowania ich osiągów do charakterystyki silnika.
Jedną z nowych i bardzo obiecujących konstrukcji są wymienniki falowo-ciśnieniowe (WPE) typu „Kompreks”, które wykorzystują zarówno napęd turbiny gazowej, jak i mechaniczny. Do napędzania jednostki zużywa się około 1,0% mocy silnika. Doładowanie za pomocą VOD znacznie zwiększa moc silnika w strefie trybu pracy. Przykładowo dla 4-cylindrowego silnika spalinowego o pojemności roboczej 1,7 litra zastosowanie Kompreksu VOD zwiększyło moc do wartości odpowiadającej mocy silnika spalinowego o pojemności 2,5 litra. W silniku Saurer o mocy 232 kW wzrost mocy wynosił 50%, a momentu obrotowego 30-50%.
Zastosowanie doładowań (dowolnego typu) wymagało opracowania chłodnic powietrza, zwanych także intercoolerami, ponieważ powietrze jest podgrzewane podczas sprężania. Chłodnice zwiększają wydajność i moc silnika poprzez zwiększenie gęstości powietrza wchodzącego do komór spalania. Temperatura powietrza na wylocie sięga 120°C, natomiast temperatura powietrza na wlocie do kolektora ssącego powinna mieścić się w przedziale 38-60°C. Optymalna temperatura dla silników wysokoprężnych wynosi około 50°C. Jeśli powietrze doładowujące zostanie schłodzone do niższej temperatury, to pomimo wzrostu gęstości ładunku moc spadnie, ponieważ proces spalania ulegnie pogorszeniu. Precyzyjna kontrola temperatury powietrza pośredniego zwiększa moc o 10%.
Obecnie doskonalenie procesów pracy w celu zwiększenia sprawności silników spalinowych i zmniejszenia toksyczności spalin następuje głównie poprzez zastosowanie zubożały mieszanki paliwowo-powietrzne, czyli mieszanki o obniżonej zawartości benzyny. W najnowszych eksperymentalnych konstrukcjach silników spalinowych umożliwiło to zmniejszenie zużycia paliwa o 25-28%.
Jak wiadomo, do spalenia 1 kg benzyny potrzeba 15 kg powietrza. Zatem normalna mieszanka paliwowo-powietrzna ma skład 15:1. Skład mieszaniny charakteryzuje się zazwyczaj współczynnikiem nadmiaru powietrza a. czyli stosunek ilości powietrza przypadającej na 1 kg paliwa w danej mieszance do teoretycznie niezbędnej do całkowitego spalenia tej porcji paliwa. Dla normalnej mieszaniny α=1,0; α>1 - odpowiada mieszance ubogiej i ubogiej; α
Przeszkodą w stosowaniu ubogich mieszanek, a także w dalszym zwiększaniu prędkości obrotowej wału korbowego, jest znaczne wydłużenie czasu spalania ładunku wchodzącego do cylindra. Wiadomo np., że przy α=1,67 czas spalania jest 5 razy dłuższy niż przy α=1,00. Wreszcie przy pewnych krytycznych wartościach zapłon mieszanki ubogiej w normalnych warunkach przepływu laminarnego (uporządkowanego, bez mieszania warstw) staje się całkowicie niemożliwy.
Aby ominąć tę przeszkodę, konieczne było opracowanie specjalnych urządzeń i systemów zapewniających aktywne mieszanie mieszaniny - turbulizacja, czyli przekształcenie jego przepływu laminarnego w turbulentny (wirowy) oraz tzw. rozkład ładunku warstwa po warstwie.
Istotą warstwowego rozkładu ładunku w komorze spalania (CC) jest to, że dopływająca porcja mieszanki zostaje podzielona na warstwy o różnych wartościach α – wzbogacone i jeszcze bardziej zubożone. Wzbogacona część ładunku w momencie zapłonu świecy zapłonowej znajduje się na jej elektrodach. Łatwo się zapala i zapewnia szybki zapłon reszty ubogiej mieszanki.
Sposoby usprawnienia procesów pracy
Tak zwany „efekt zgniatania” stał się skutecznym sposobem turbulizowania przepływu mieszaniny. W momencie wprowadzenia ładunku tworzy się silny wir osiowy, a następnie promieniowo skierowane przepływy, które dobrze mieszają mieszaninę pod koniec procesu spalania.Początkowe wersje takich urządzeń miały znaczną wadę - zmniejszały podaż mieszaniny roboczej o 20%. W wyniku szeroko zakrojonych prac eksperymentalnych udało się zmniejszyć spadek natężenia przepływu do 10%, co uważa się za całkiem akceptowalne i kompensuje się wzrostem wydajności procesu głównego.
Opracowano specjalne urządzenie do formowania wirów „Sekon”, które wytwarza w cylindrze silnika dwa przeciwnie skierowane wiry osiowe. Pożądany efekt zapewniają wieloprofilowe występy o dość skomplikowanym kształcie wykonane na gnieździe zaworu dolotowego. Zastosowanie tego urządzenia w silniku motocykla Suzuki zmniejsza zużycie paliwa o 6,5-14,0% przy wyjątkowo nieznacznym spadku mocy.
W nowoczesnych silnikach spalinowych coraz częściej stosuje się różne możliwości organizacji (na końcu suwu sprężania) promieniowego ruchu przepływu mieszanki w kierunku osi cylindra. Odbywa się to poprzez utworzenie pewnego rodzaju powierzchni wyporowych na dnie tłoka i na głowicy cylindra, czyli w obszarze komory spalania (CC). Najbardziej zaawansowanym jest system May Fairball, stosowany w silnikach Jaguara 5,3L o stopniu sprężania 11,5. Przy częściowych obciążeniach silnik ten pracuje stabilnie już przy wartościach do 1,5 ze względu na to, że przepływ mieszanki po wejściu przez zawór dolotowy jest skręcony, sprężany ruchem wirowym, a podczas sprężania najbogatsza jej część z tego koncentruje się na świecy zapłonowej.
Do zapłonu ubogich mieszanek wymagane są szczególnie niezawodne i mocne układy zapłonowe. W szczególności stosują instalację dwóch świec zapłonowych na cylinder, specjalne świece zapłonowe z dłuższym i mocniejszym wyładowaniem.
Firma Bosch (Niemcy) opracowała całkowicie nową konstrukcję świecy zapłonowej z wbudowaną komorą wirową. Zasada jego działania polega na tym, że w samej świecy zapłonowej znajduje się niewielka wnęka - komora, w której zapala się specjalnie przygotowana część ładunku wchodzącego do cylindra. Cztery styczne kanały w korpusie świecy zapłonowej zapewniają intensywne turbulencje tej części ładunku i wyrzucają (w wyniku działania sił odśrodkowych) jego najbardziej wzbogaconą warstwę do elektrod świecy zapłonowej. Po zapłonie pochodnie o szerokim płomieniu są wyrzucane z komory świecy zapłonowej do cylindra przez te same styczne i środkowe kanały osiowe, natychmiast pokrywając dużą objętość głównego ładunku.
Dalsze poszukiwania nowych sposobów usprawnienia procesów pracy doprowadziły do powstania silników rozkład ładunku warstwa po warstwie(czasami używany jest termin „silnik spalinowy z ładunkiem warstwowym”). Takie silniki mogą pracować na benzynie niskooktanowej, są ekonomicznie porównywalne z silnikami wysokoprężnymi i charakteryzują się niską emisją substancji toksycznych; można je wyprodukować na podstawie wyprodukowanych modeli.
Największy postęp w tym kierunku poczynili Ford (USA), który stworzył silnik PROCO (od słów Programmed Combustion – programowane spalanie) oraz Honda (Japonia).
Silnik PROKO o stopniu sprężania 11 wyróżnia się tym, że wykorzystuje system wtrysk bezpośredni benzynę do komory spalania za pomocą dyszy. Paliwo dostarczane jest przez specjalną pompę. Nie ma gaźnika. Powietrze dostaje się osobno i bezpośrednio do cylindra przez kolektor dolotowy, który na wlocie ma przepustnicę, oraz zawory dolotowe. Zarówno skład jakościowy (alfa), jak i ilość mieszanki powstającej w cylindrze są regulowane automatycznie (w zależności od obciążenia i położenia pedału gazu). Całą pracą układu zasilania i zapłonu (z instalacją dwóch świec zapłonowych na każdy cylinder) steruje jednostka elektroniczna zgodnie ze specjalnym programem.
Dzięki specjalnemu kształtowi tłoka z komorą w dnie i kanałem wlotowym turbulizującym przepływ, zapewnione jest dobre tworzenie mieszanki, rozprowadzanie mieszanki warstwa po warstwie i jej całkowite spalenie. Wadą tej konstrukcji jest złożoność zastosowanego wyposażenia silnika, a zwłaszcza wtryskiwaczy, które wymagają wyjątkowej precyzji wykonania.
System CVCC (CVCC – Compound Vortex Controlled Combustion – kontrolowany proces spalania wirowego) jest już stosowany w produkowanych silnikach Hondy.
Najważniejszą cechą tego niezwykle ciekawego silnika Honda KVKK, którego konstrukcja jest chroniona ponad 230 patentami, jest to, że wykorzystuje on tzw. Zapłon palnika w komorze wstępnej. Zasadniczo jest to jedyny produkowany masowo silnik benzynowy, który działa na tej samej zasadzie działania, co silniki wysokoprężne.
Komora spalania podzielona jest na dwie części, główną (89% całkowitej objętości) i mniejszą (11%) - samą komorę wstępną lub komorę wstępną, w której zainstalowana jest świeca zapłonowa. W komorze wstępnej, intensywnie podgrzewanej spalinami, nagrzewa się i zapala „ładunek pilotujący” – specjalnie przygotowaną wzbogaconą część mieszanki paliwowo-powietrznej. Jednocześnie znana nam już koncepcja „stratyfikacji” - podziału mieszaniny na wzbogaconą i zubożoną, nabrała w projekcie KVKK zupełnie innej formy. Wzbogacona „zapłonowa” część ładunku nie jest uwalniana w cylindrze silnika, ale od samego początku przygotowane osobno. Tworzenie mieszanki odbywa się w specjalnym trójkomorowym gaźniku, którego jedna mała komora zasila komorę wstępną bogatą mieszanką, a dwie duże dostarczają ubogą mieszankę do głównych cylindrów.
Obecnie powszechnie znany jest tzw. proces „KVKK”. W ciągu ponad 25 lat prac nad jego udoskonaleniem silniki przeszły szereg modernizacji, które pozwoliły na zwiększenie stopnia sprężania z 9 do 11 na benzynie o tej samej liczbie oktanowej i zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa o 7% . Wartość średnia wynosi α=1,3, co odpowiada granicy efektywnego wyczerpania mieszaniny roboczej.
Regulacja stopnia sprężania i rozrządu zaworowego
W ostatnim czasie zidentyfikowano kolejny ciekawy kierunek prac nad poprawą parametrów użytkowych silników spalinowych.Teoretycznie od dawna wiadomo, że stałe stopnie sprężania i rozrząd zaworowy, dobrane dla jednego (nominalnego) trybu pracy, przy zmianie obciążenia okazują się nieoptymalne. Teraz możliwa stała się regulacja zarówno stopnia sprężania podczas pracy silnika – Volkswagenwerk AG podąża w tym kierunku – jak i rozrządu zaworowego – prace te wykonuje Ford Europe.
Oczekuje się, że silnik spalinowy Volkswagena o zmiennym stopniu sprężania będzie charakteryzował się zwiększoną sprawnością cieplną, zwłaszcza przy częściowych obciążeniach. Jego sprawność przy częściowym obciążeniu jest o 12% wyższa niż w przypadku silnika konwencjonalnego, co wynika z faktu, że znaczny wzrost stopnia sprężania umożliwia pracę na bardzo ubogich mieszankach.
Objętość komory spalania zmienia się za pomocą dodatkowego „tłoka”, wewnątrz którego znajduje się świeca zapłonowa. Przy pełnym obciążeniu „tłok” pomocniczy znajduje się w najwyższym położeniu, a stopień sprężania wynosi 9,5. Podczas pracy przy zmniejszonych obciążeniach „tłok” jest obniżany, objętość komory spalania zmniejsza się, a stopień sprężania odpowiednio wzrasta do 15,0. Układ zapłonowy silnika spalinowego sterowany jest komputerowo.
Konstrukcja większości konwencjonalnych silników spalinowych wykorzystuje pojedynczy wałek rozrządu do napędzania zaworów dolotowego i wydechowego. Jednocześnie wykluczona jest możliwość oddzielnej regulacji rozrządu zaworowego w zależności od prędkości lub trybu obciążenia, tak jak ma to miejsce w przypadku rozrządu zapłonu i zasilania paliwem.
Dlatego do tej pory projektanci zmuszeni byli do podejmowania pewnego rodzaju kompromisowych decyzji pomiędzy zadowalającymi wskaźnikami dla górnej i dolnej granicy zakresu prędkości lub obciążenia.
Specjaliści Ford Europe rozwiązali problem stosując dwa oddzielne wałki rozrządu (jeden do napędzania zaworów dolotowych, drugi do napędzania zaworów wydechowych), które mogą obracać się jeden względem drugiego podczas pracy silnika. Wały są sterowane przez układ elektroniczny Forda EKK-IV, zaprogramowany pod kątem optymalnego rozrządu zaworowego dla każdych warunków obciążenia.
Mechanizm regulacji stopnia zachodzenia zaworów składa się z centralnego koła zębatego śrubowego napędzanego przez wał pośredni z wału korbowego oraz dwóch kół zębatych śrubowych, które mogą poruszać się po wielowypustach wzdłuż osi wałków rozrządu. Ten ruch osiowy powoduje zmianę ich położenia kątowego względem siebie i wału korbowego. Ruch osiowy zapewniają sprzęgła zębate i przekładnia napędzana silnikiem elektrycznym. Całkowita zmiana nałożenia zaworów z 10 na 90° następuje w ciągu zaledwie 0,25 s.
Przeprowadzone przez firmę eksperymenty wykazały, że możliwość zmiany stopnia zachodzenia zaworów podczas pracy silnika spalinowego zapewnia oszczędność paliwa w silnikach średniej mocy do 5%, a w silnikach dużej mocy - do 10%. Dodatkowo udało się obniżyć minimalną stałą prędkość obrotową biegu jałowego do 500 obr/min, podczas gdy dla konwencjonalnych silników spalinowych wartość ta nie jest niższa niż 800 obr/min. Zapewnia to dodatkowe oszczędności podczas pracy silnika spalinowego.
Zwiększenie liczby zaworów
Ostatnie lata to pojawienie się, głównie na rynkach Japonii i Europy Zachodniej, seryjnych silników z głowicami trzy- i czterozaworowymi (takie głowice, notabene, stosowane są w samochodach wyścigowych od 1912 roku). „Rekordy” ustanawiają japońskie firmy: Yamaha produkuje pięciozaworowy (trzy dolotowe, dwa wydechowe) czterocylindrowy silnik i opracował silnik sześciozaworowy, a Suzuki przygotowało produkcję silnika ośmiozaworowego.Co spowodowało ten wzrost liczby zaworów w porównaniu do zwykłych (jeden wlot i jeden wydech)?
Podczas pracy na maksymalnej prędkości - przy maksymalnej prędkości obrotowej wału korbowego - silnik zaczyna „siekać” - cylinder nie ma czasu na całkowite napełnienie mieszanką paliwowo-powietrzną. Ograniczającym ogniwem przewodu staje się obszar przepływu zaworu wlotowego. Zwiększanie średnicy tego zaworu i jego skoku przy małych wymiarach komory spalania utrudniają trudności konstrukcyjne. Jedynym skutecznym sposobem jest zwiększenie liczby zaworów.
Stosowanie i upowszechnianie tej metody od dawna utrudniane są względami czysto ekonomicznymi. Ponieważ liczba części mechanizmu dystrybucji gazu wzrosła kilkakrotnie, odpowiednio wzrosła złożoność prac regulacyjnych, masa silnika i jego koszt. Sukcesy współczesnej technologii, które dzięki zastosowaniu narzędzi automatyzacji umożliwiły obniżenie całkowitych kosztów produkcji coraz bardziej skomplikowanych silników spalinowych, umożliwiły wdrożenie znanej od dawna metody. Niemniej jednak powszechne stosowanie najbardziej skomplikowanych projektów jest mało prawdopodobne. Obecnie powszechne są tylko trójzaworowe silniki spalinowe: 15 modeli takich silników jest produkowanych masowo za granicą.
Dlaczego w masowo produkowanych silnikach spalinowych zastosowali konstrukcję trzyzaworową zamiast czterozaworowej? Odpowiedź jest prosta. Obwód trójzaworowy napędzany jest jednym wałkiem rozrządu, natomiast obwód czterozaworowy wymaga montażu dwóch wałków rozrządu.
Na marginesie zauważamy, że w silnikach wielozaworowych ważne stają się różne układy automatyczna regulacja parametry systemu dystrybucji gazu. W szczególności coraz częściej stosuje się urządzenia do automatycznej kompensacji wielkości szczelin, które zmieniają się, gdy zawory nagrzewają się podczas pracy silnika. Istnieją systemy dystrybucji gazu z popychaczami hydraulicznymi lub ze zmiennym luzem w napędzie zaworów, prowadzącym do zmiany wysokości roboczej skoku zaworu i odpowiednio do regulacji rozrządu zaworowego; znane są systemy automatycznego wyłączania części cylindrów przy małych obciążeniach.
Projektując nowoczesne silniki spalinowe, obwody wielozaworowe są uważane za ważny element konstrukcyjny poprawiający proces spalania, zwiększający właściwości przeciwstukowe i zmniejszający toksyczność gazów spalinowych.
Szeroka unifikacja, automatyzacja projektowania i produkcji silników spalinowych
Zagraniczni eksperci uważają, że nie tylko teraz, ale także w przyszłości, do roku 2000, większość produkowanych silników spalinowych będą stanowić silniki benzynowe mały objętość robocza. W związku z pomyślnymi pracami nad poprawą wydajności takich silników, spadło zainteresowanie dieslem we flocie samochodów osobowych. Udało się obniżyć średnie jednostkowe zużycie benzyny z 312 do 245 g/kWh, co odpowiada wzrostowi sprawności efektywnej z 28 do 35%.Na całym świecie wzrasta wykorzystanie najnowszych, postępowych technologii, zapewniających znacznie większą niż dotychczas precyzję wykonania części. Wprowadza się zasadę rozwoju „rodzin” benzynowych silników spalinowych z wysokim stopniem unifikacji części, który od dawna jest stosowany w przemyśle diesla. Przykładem jest w szczególności stworzenie przez Volkswagena serii silników spalinowych o mocy efektywnej 29, 40 i 55 kW, która składa się z 220 znormalizowanych części, w tym m.in. skrzyni korbowej z różnymi elementami mocującymi głowice cylindrów.
Głównym kierunkiem organizacji produkcji na dużą skalę nowych generacji silników spalinowych jest wprowadzenie zautomatyzowane linie produkcyjne produkcja części i montaż silników.
Przykładem nowoczesnego silnika spalinowego przeznaczonego do zautomatyzowanej produkcji jest silnik Fire-1000, stworzony wspólnie przez Fiata (Włochy) i Peugeota (Francja) przy powszechnym wykorzystaniu komputerów. To właśnie zastosowanie komputerów pozwoliło znacznie odciążyć, uprościć i ulepszyć konstrukcję silnika, uwzględniając w jak największym stopniu wymagania technologii wykorzystującej roboty. Podczas opracowywania Fire-1000 stworzono i przetestowano 120 prototypów, różniących się konstrukcją, liczbą cylindrów i zastosowanymi procesami roboczymi.
Objętość robocza nowego silnika wynosi 999 cm3. Moc - 33 kW przy prędkości wału korbowego 5000 obr./min. Masa - 69,3 kg, co odpowiada konkretnemu wskaźnikowi 2,1 kg/kW. Masę silnika zmniejszono poprzez zmniejszenie wysokości bloku cylindrów i grubości ścianek z 6 do 4 mm, zwężenie mostków międzycylindrowych oraz znaczne odciążenie głównych przegród łożyskowych. Płaszcz chłodzący zakrywa tylko górną część cylindrów. Blok nie ma żeberek, a ściany boczne dopasowują się do konturu cylindrów, zmniejszając objętość chłodziwa. Blok cylindrów waży zaledwie 18 kg. Wiadomo, że jego komora spalania, która ma płaski owalny kształt, nie jest nawet poddawana obróbce, ponieważ stosuje się zautomatyzowany proces bardzo precyzyjnego odlewania. Pompa wody umieszczona w piastie bloku oraz wałek rozrządu napędzane są paskiem zębatym. Wewnętrzna pompa oleju przekładniowego znajduje się w bloku i napędzana jest przez wał korbowy. Rozdzielacz bezdotykowego tranzystorowego układu zapłonowego jest zainstalowany na końcu wałka rozrządu.
Przy przebiegu do 100 tys. km silnik nie wymaga żadnej konserwacji.
Wniosek
Zdaniem czołowych zagranicznych ekspertów, w najbliższej przyszłości nie należy spodziewać się powszechnego stosowania silników spalinowych, które są zasadniczo nowe pod względem konstrukcji i zasady działania.Głównymi kierunkami rozwoju najpopularniejszych benzynowych silników spalinowych o małej i średniej pojemności skokowej w przyszłości pozostaje dalszy wzrost sprawności mechanicznej i wskaźników ekonomicznych oraz zmniejszenie toksyczności spalin. Kontynuowane będą poszukiwania nowych materiałów i technologii, rozwój systemów doładowania oraz nowych procesów operacyjnych. Prace badawcze we wszystkich tych obszarach prowadzone są przy coraz powszechniejszym wykorzystaniu komputerów i programów kompilowanych z danych uzyskanych w eksperymentach.
W ciągu ostatnich 20 lat rozwój benzynowych silników spalinowych pozwolił już osiągnąć średnią redukcję jednostkowego zużycia paliwa o ponad 20%, przy jednoczesnym spełnieniu coraz bardziej rygorystycznych norm emisji. Znaleziono sposoby na zorganizowanie bardziej wydajnego, niskotoksycznego procesu spalania przy podwyższonym stopniu sprężania i zastosowaniu ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej. Wprowadzono pewne udoskonalenia w konstrukcjach seryjnych silników spalinowych o zwykłej konstrukcji, a także w coraz bardziej rozpowszechnionych i lepiej przystosowanych silnikach spalinowych z głowicami trzy- i czterozaworowymi.
Aby rozszerzyć zakres wysokiej jakości kontroli spalania i zmniejszyć straty w wymianie gazowej, opracowano różne schematy wyłączania jednego cylindra (lub grup cylindrów) w celu zmniejszenia objętości roboczej przy częściowych obciążeniach. Ten sam pomysł realizowany jest w produkowanych masowo silnikach spalinowych o zmniejszonej pojemności skokowej i kompensacji wskaźników mocy przy pełnym obciążeniu poprzez wprowadzenie doładowania.
Na poziomie badań eksperymentalnych rozpatrzono możliwości regulacji stopnia sprężania i rozrządu zaworowego podczas pracy silnika spalinowego.
W celu uproszczenia technologii, zmniejszenia masy, zmniejszenia obciążeń mechanicznych i cieplnych, poziomu hałasu i wibracji, trwają prace nad wykorzystaniem materiałów kompozytowych na bazie tworzyw sztucznych. Znacząca poprawa właściwości fizykochemicznych materiałów ceramicznych umożliwiła także ich zastosowanie w konstrukcjach rzeczywistych silników spalinowych.
