Сравнение автомобилей с различными типами двигателей

устройство ДВС

Следует сразу сказать, что паровые и электрические автомобили не выдерживают сравнения с другими типами автомобиля. Весьма низкая экономичность, большой вес и трудности в эксплуатации, связанные со значительным временем приведения установки в готовность, не позволяют широко применять паровые автомобили, и никакие положительные особенности не могут этот тип автомобиля сделать сравнимым с современным бензиновым автомобилем. Электрические автомобили имеют малый запас хода, большой вес двигателей, требуют большого расхода дефицитных материалов и наличия широкой сети зарядных станций. Эти обстоятельства не позволяют и электромобилю стать автомобилем общего назначения.

Остается сравнить обычные и газотурбинные автомобили. Этому вопросу в отечественной и зарубежной литературе уделяется весьма большое внимание. Со времени начала блестящего опыта применения газотурбинных двигателей в авиации в различных статьях не прекращаются высказывания о том, что газотурбинный автомобиль будет способен конкурировать с обычным
автомобилем.

Сейчас серийного выпуска газотурбинных автомобилей нет ни в одной стране, несмотря на более чем пятнадцатилетнюю напряженную работу мощных научно-исследовательских и конструкторских организаций. Проблема экономичности газотурбинного автомобиля еще не решена. Попытки улучшения экономичности влекут за собой потерю преимуществ, присущих газотурбинному автомобилю.

Если говорить о способности газотурбинного двигателя конкурировать с поршневым двигателем на грузовых автомобилях (особенно большегрузных) и автобусах, то следует иметь в виду, что в этих случаях газовую турбину приходится сопоставлять не только с бензиновым, но и с дизельным двигателем, а в этом случае сравнение по экономичности оказывается особенно невыгодным для газовой турбины.

Учитывая сказанное можно констатировать, что для сегодняшнего дня и ближайшего будущего двигатель внутреннего сгорания остается единственным практически выгодным типом автомобильного двигателя. Говорить о замене поршневого двигателя на автомобиле преждевременно. Следует совершенствовать рабочий процесс и конструкцию поршневого двигателя. Этой задаче и подчинен дальнейший анализ развития конструкции автомобильного двигателя.

Естественно, что совершенствуя основной тип автомобильного двигателя, необходимо проводить и поисковые работы по отысканию принципиально новых процессов и схем преобразования тепла топлива в работу движения автомобиля.
Учитывая, что на развитие конструкции двигателя сильное влияние оказывало и оказывает общее развитие автомобильной промышленности, перед рассмотрением путей развития конструкции рассмотрим этапы развития автомобильной промышленности.

Влияние автогонок на конструкцию первых автомобилей

gonki.jpg

При рассмотрении особенностей возникновения автомобильной промышленности следует отметить влияние автомобильных гонок. По идее Жиффара во Франции в 1894 г. были организованы первые в мире автомобильные гонки на дистанцию 126 км по маршруту Париж — Руан и обратно. В этом соревновании приняли участие 102 автомобиля: 38 бензиновых, 29 паровых, 5 электрических, 5, действовавших сжатым воздухом, и 25 различных типов, в том числе и педальные.

Победителями вышли автомобили Панар — Левассор и Пежо, поделившие первый приз. Оба этих бензиновых автомобиля показали пригодность для дальних пробегов. Их средняя скорость превосходила 20 км/час, что почти в два раза превзошло ожидания технической комиссии остановившейся на норме средней скорости 12,5 км/ч. Необходимо подчеркнуть, что организаторы гонок не ставили задачи показать максимальную скорость; необходимо было только доказать безопасность, легкую управляемость и экономичность автомобиля. Весьма характерно, что сразу же выявилась полная непрактичность всех типов автомобилей, кроме бензиновых и паровых. Часть представленных автомобилей оказалась непригодной для установленных условий пробега. Техническая комиссия допустила к соревнованиям только 21 автомобиль, но некоторые из числа допущенных даже не закончили дистанции и застряли в пути. Успех гонок был так велик, что после их завершения заводы не успевали выполнять заказы. Особенно много заказов поступало на завод Панар — Левассор.

Если в 1894 г. состязания автомобилей носили случайный характер, и техническая комиссия неуверенно назначала условия, то с 1895 г. гонки приняли организованный характер и регулярно проводились не менее одного раза в год. Гонки 1895 г. на дистанцию около 1200 км по маршруту Париж — Бордо — Париж привлекли 46 участников. В них участвовали 29 бензиновых автомобилей, 15 паровых и только 2 электрических. Первым на своем двухместном автомобиле пришел Э. Левассор. Но получил он только второй приз, так как по условиям гонок первый приз мог получить только четырехместный автомобиль. Первый приз был присужден автомобилю Пежо, пришедшему на 11 часов позднее автомобиля Панар — Левассор.

На гонках в 1896 г. первый приз получил автомобиль Панар — Левассор. Дистанция гонок была 1720 км, из участвовавших 52 автомобилей 48 было бензиновых и только 4 паровых.
После этих, наиболее важных по техническим результатам гонок, никто уже не сомневался в полной пригодности бензиновых автомобилей для движения по обычным дорогам на дальние дистанции. Спрос на автомобили начал неуклонно возрастать, и автомобильные заводы были обеспечены заказами на выпускаемую ими продукцию.

В 1900 г. во Франции было выпущено почти 3000 автомобилей; в отношении совершенства конструкции эти машины стояли на первом месте в мире. По числу выпускаемых автомобилей Англия в 1907 г. обогнала Францию, а в 1908 г. на первое место вышли США. На 1 января 1956 г. мировой автомобильный парк достиг 100 миллионов автомобилей, преимущественно бензиновых; паровые, электрические, дизельные и газовые автомобили составили лишь ничтожную часть.
На 1 января 1961 г. мировой автомобильный парк составил 126,3 млн. легковых, грузовых автомобилей и автобусов.

Особенности современных электромобилей

Электромобиль EVi-1 (1990)
Электромобиль EVi-1 (1990)

Современные электромобили характеризуются примерно такими параметрами. Вес аккумуляторных батарей составляет 45—50 кг на 1 квт-час запасенной энергии, в то время как в обычном автомобиле на 1 квт-час требуется всего 0,75 кг бензина. Отношение веса полезного груза к весу автомобиля составляет около 30%. Применение щелочных аккумуляторов, вместо свинцовых, не решает проблемы широкого использования электромобилей. Хотя чувствительность к тряске устраняется и число циклов возрастает в три с лишним раза, остается высокий вес и недостаточная емкость аккумуляторных батарей, ограничивающих скорость движения и запас хода автомобиля.

Таким образом, область применения электромобилей ограничивается низкой скоростью, малой длиной пробега без зарядки батарей и малой долговечностью аккумуляторов. Но при наличии дешевой электроэнергии мощных электростанций, электромобили вполне рентабельны и удобны для внутризаводского транспорта, в качестве грузовых автомобилей средней грузоподъемности для развозки товаров, коммунальных и почтовых автомобилей.

При создании аккумуляторных батарей большой емкости при малом весе электромобили смогут найти широкое применение в качестве такси и автобусов и решить важную проблему устранения отработавших газов из атмосферы больших городов. Попутно будет снижен городской шум. Кроме того, возможно будет достигнута экономия жидкого топлива в случае использования для городского безрельсового и беспроводного транспорта энергии мощных электростанций.

Для перевозок на небольшие расстояния электромобили применяются как в России, так и за рубежом, особенно электромобили небольших размеров для внутризаводского транспорта. Другим примером использования электромобилей является выпущенная в 1951 г. Львовским заводом партия электромобилей для Ленинградского почтамта.

Если в настоящее время применение электромобилей весьма ограничено, то перспективы на будущее для таких автомобилей, по-видимому, отрадны. Во многих странах ведутся работы по преобразованию тепловой энергии топлива в электрическую в термоэлементах без машин. В случае успешного решения этого вопроса роль электромобилей неизмеримо возрастет.

Электрические автомобили

Электробус И. В. Романова
Электробус И. В. Романова

Изобретение свинцовых аккумуляторов к началу 60-х годов XIX в. открыло возможность использования электроэнергии в качестве источника мощности на автомобиле. Вначале эти аккумуляторы были громоздки, не совершенны и отличались недостаточной емкостью, поэтому первые попытки конструкторов электрических автомобилей не могли дать положительных результатов.

В 80-х годах XIX в. появляются электрические автомобили, правда, еще малосовершенной конструкции. К моменту первых автомобильных гонок 1894 г. электрические автомобили настолько совершенствуются, что даже принимают участие в гонках (из 102 принимавших участие в соревнованиях 5 было электрических автомобилей). На гонках 1895 г. было два электромобиля, но большая дистанция — 1200 км явилась для них непреодолимым препятствием. Хотя на гонках сразу выявились недостатки электрических автомобилей — низкая мощность двигателей и малый запас хода,— все же некоторое время постройка таких автомобилей продолжалась. В 90-х годах XIX в. выпускались электромобили Жанто, Даррак и др. Продолжалась постройка и выпуск электромобилей и в XX веке; особенно поддерживали их производство крупные электротехнические фирмы.
Необходимо упомянуть о талантливом русском конструкторе электрических автомобилей И. В. Романове, создавшем в конце XIX в. несколько типов электромобилей. Особой заслугой Романова является создание легких аккумуляторов. Несмотря на существенные недостатки, электромобили строятся и в настоящее время, но они не могут конкурировать с бензиновыми и дизельными автомобилями.

Преимуществами электромобилей являются отсутствие отработавших газов, бесшумность, простота ухода, легкость управления, простота и надежность трансмиссии и др. Главнейшие недостатки — большой вес аккумуляторных батарей (до 40% собственного веса), низкая мощность и малый запас хода (обычно менее 100 км). Эти недостатки сильно ограничивают область применения электромобилей. Электромобили со свинцовыми аккумуляторами, кроме того, пригодны только для очень хороших дорог, так как пластины не выдерживают тряски и быстро разрушаются (батареи обычно выдерживают не более 200 циклов).