Активно запроваджуються у виробництво нові типи двигунів та джерел енергії:
Електричних двигуниів які працюють на сонячних батареях, паливних елементах, або використовують енергію акумуляторів, конденсаторів;
Інерційних накопичувачів енергії;
Повітряних накопичувачів енергії.
Все більше додатково до двигунів внутрішнього згоряння у трансмісії встановлюються генератори, електродвигуни – генератори, маховичні накопичувачі енергії, які використовують енергію гальмування, що дає можливість покращити експлуатаційні властивості автомобіля.
Поряд з цим на сучасних автомобілях обмежено застосовуються газотурбінні, роторно – поршневі, роторно – лопатні, кульові двигуни, без кривошипно – шатунного механізму.
Джерела енергії зменшують масові показники, металоємність та собівартості виготовлення.
Знижуються експлуатаційні витрати, покращується зручність обслуговування та підвищується надійність і міжремонтний ресурс.
Покращується екологічна безпека роботи двигунів.
Напрями розвитку двигунів:
- Теплових внутрішнього згорання:
Спрямовано передусім на подальше підвищення потужностей шляхом збільшення ступеню форсування, забезпечення більшої надійності за допомогою вдосконалення конструкції, використання нових матеріалів, поліпшення якості виготовлення окремих деталей і вузлів, зниження шуму, вібрації, токсичності випускних газів. Важливим засобом зниження експлуатаційних витрат є заходи по використанню в двигунах дешевших сортів палива, по інтенсифікації процесів сумішоутворення і згорання палива, збільшенню міри використання теплоти випускних газів і води, що охолоджує, впровадженню найбільш ефективних засобів автоматизації. Створення високофорсованих дизелів, систем наддування, подачі палива, організації процесу згорання великих порцій палива в малому об'ємі. Для підвищення надійності при конструюванні усе більшою мірою використовують принципи уніфікації і агрегатування, коли різні двигуни, створені з однотипних модулів (елементів), для зручності монтажу, демонтажу і обслуговування легко розчленовуються на окремі агрегати і блоки. Особлива увага приділяється якості виготовлення деталей і застосуванню в двигкнах нових найміцніших і зносостійких матеріалів. Разом із сталлю, чавуном, кольоровими металами останнім часом усе більше застосування отримують вироби з пластмас і керамічних матеріалів. Пластмаси з включенням армуючих волокнистих матеріалів мають невелику масу і відносно високі якісні характеристики. Простота виготовлення більшості деталей з армованої пластмаси пресуванням, при якому виключається їх механічна і термічна обробка, істотно впливає на зниження вартості двигунів, а із-за невеликої маси пластмасових деталей, що рухаються, зменшуються сили інерції, рівень шуму і вібрації двигунів. Деталі з керамічних матеріалів є особливо перспективними. Вони, як і пластмаси, мають малу масу, вартість і, крім того, високу термостійкість, теплоізолюючі і антикорозійні властивості. Теплові процеси в ДВЗ з деталями з кераміки можуть протікати при вищих температурах і значно менших втратах теплоти. Фірми Японії, США і ФРН вже побудували досвідчені автомобільні двигуни з деталями з пластмас і керамічних матеріалів. Продовжується робота по підвищенню якості цих матеріалів при вигині, ударних і вібраційних навантаженнях.
А). Поршневих - активно продовжується удосконалення механізмів та систем, створюються нові системи (керування, покращення наповнення циліндрів, тощо). На жаль мало уваги приділяється збільшенню ресурсу роботи. Намічається тенденція до створення двигунів разового використання без капітального ремонту.
Б). Роторно-поршневих – ведуться роботи по збільшенню ресурсу роботи та економічності для застосування двигунів (Наприклад: Renesis в автомобілях Mazda RX8, автомобілях- гвинтокрилах М400, тощо).
В). Роторно-лопатних- активно проводяться дослідницькі роботи по використанню двигунів у гібридних легкових автомобілях Росії (Е-мобиль).
Г). Газотурбінних- проводяться роботи по застосуванню малогабаритних газотурбінних двигунів на гібрідних легкових автомобілях та автобусах Європи (Автобуси Швеції, легкові автомобілі Ягуар С-Х75 Великобританії з двома двигунами потужністю по 70 квт., тощо);
- Що працюють на паливі:
А). Легкому (бензин, бензол, гас, спирт тощо)- зменшуються робочі об’єми та витрати палива у двигунів, які працюють на природньому легкому паливі; Двигуни починають використовуватися разом електродвигунами, що використовують енергію акумуляторів або конденсаторів.
Б). Важкому (дизельному, соляровому маслі, мазуті, тощо)- зменшуються робочі об’єми та витрати палива у двигунів, які працюють на природному важкому паливі; Використовується все більше біопаливо. Двигуни починають використовуватися разом електродвигунами, що використовують енергію акумуляторів або конденсаторів.
В). Змішаному (газово-бензинові суміші, суміші рідкого та газового палива) - підвищення вартості легкого та важкого палива привело до збільшення кількості транспортних засобів, що працюють на змішаному паливі;
Г). Газу - підвищення вартості легкого та важкого палива також привело до збільшення кількості транспортних засобів, що працюють на газу;
- З робочим циклом:
А). Чотиритактним – у зв’язку з кращою економічністю, ніж у двотактних особливих змін, за виключенням подальшого покращення економічності, не спостерігається, можливе збільшення кількості двигунів за рахунок застосування двигунів без кривошипно-шатунних механізмів (роторно-лопатних, кульових, тощо);
Б). Двотактним - теж особливих змін не спостерігається, можливе застосування двотактного двигуна внутрішнього згоряння без кривошатунно-шатунного механізму на транспортних засобах малої маси.
- З запалюванням пальної суміші:
А). Примусовим (іскровим, розжаренням) - двигуни удосконалюються за рахунок впровадження електронних систем запалювання, лазерних свічок та застосуванням комбінованого запалювання (від іскри свічок та самозайманням);
Б). Самозайманням від стискання - можливе збільшення кількості двигунів за рахунок використання комбінованого запалювання двигнів, що працюють на легкому паливі.
-З сумішоутворенням:
А). Зовнішнім (карбюраторні, газові, з впорскуванням легкого палива у впускний колектор) - кількість двигунів значно зменшується за рахунок припинення випуску карбюраторів та зменшенням кількості двигунів з впорскуванням палива у впускний колектор та під свічки;
Б). Внутрішнім (дизельні, із впорскуванням легкого палива у циліндр, газотурбінні) - прослідковується тенденція збільшення двигунів з внутрішнім сумішоутворенням за рахунок збільшення кількоості двигунів з впорскуванням легкого палива безпосередньо в циліндр та запровадженням до використання на деяких конструкціях автомобілів газотурбінних двигунів;
В). Змішаним (газодизельні) - проводяться роботи по впровадженню у звязку зі збільшенням ціни на важке паливо.
- З використанням при наповненні циліндрів:
А). Наддуву або без - покращення показників роботи двигуна значною мірою визначається застосуванням наддуву, що вимагає його застосування у багатьох сучасних конструкціях двигунів внутрішнього згоряння. Наддування повітря застосовується за рахунок енергії відпрацьованих газів, електронагнітачів, інерційного наддування, тощо і з використанням електронних систем керування;
Б). Рециркуляції відпрацьованих газів або без - вимоги з екології по зменшенню викидів оксидів азоту заставляє впроваджувати у конструкцію двигунів елементів, які направляють частини відпрацьованих та охолоджених газів назустріч впускним потокам повітря (Наприклад: V8 TDI CR Audi); Разом з тим застосування системи рециркуляції відпрацьованих газів забруднює камеру згоряння і потребує додаткового обслуговування.
В). Охолодження повітря або без – підвищення потужності двигунів за рахунок збільшення маси пальної суміші, що поступає в циліндри під час охолодження цієї суміші, на сьогодні використовують у значній кількості двигунів (Наприклад: V8 TDI CR Audi).
-За стисканням пальної суміші: постійним та змінним - останнім часом активно проводяться роботи по застосуванню двигунів зі змінним ступенем стискання, що дає змогу використовувати у одному двигуні різні сорти палива та зменшити шкідливі викиди в атмосферу (Наприклад двигун МСЕ-5 автомобіля Peugeut-407); Зміна ступеня стискання пальної суміші потребує ускладнення конструкції, що в значній мірі гальмує швидке впровадження цієї інновації у конструкцію двигуна. В сучасних конструкціях двигунів прослідковується тенденція збільшення ступеня стискання паливної суміші;
-За кількістю та розташуванням циліндрів: особливих змін не спостерігається. Разом з тим багатоциліндрові двигуни дозволяють зрівноважено та рівномірно обертатись колінчастому валу з меншим за масою маховиком. Застосування багатоциліндрових двигунів дозволяє дещо зменшити обертові маси кривошипно-шатунного механізму та збільшити оберти і потужність двигуна у порівнянні з одноциліндровим.
А). однорядні (з похилим, вертикальним, горизонтальним розташуванням);
Б). дворядні (V-подібні, опозитні);
В). трирядні і більше (W-подібні, зіркоподібні).
-За конструкцією, кількістю та напрямом руху колінчастих валів: З одним, двома, трьома колінчастими валами, або без колінчастих валів та з рухом валів по або проти годинникової стрілки - останнім часом знаходять застосування роторно-лопатні, кульові та інші двигуни без кривошипно-шатунного механізму у конструкціях легкових автомобілів та транспортних засобах з малою масою;
-З швидкохідністю:
А). Тихохідних з середньою швидкістю поршня С < 8м/с.
Б). Швидкохідних з середньою швидкістю поршня С >8м/с.
-З регулюванням потужності: якісним, кількісним, змішаним - все більше використовується електронна система керування.
-З охолодженням:
А). Рідинним - продовжуватиме використовуватись, як основна система охолоджування з застосуванням електронних систем керування;
Б). Повітряним – буде продовжувати застосовуватися на невеликій кількості двигунів.
-За робочим об’ємом- у гібридних автомобілях продовжується тенденція зменшення робочих об’ємів двигунів;
-За способом створення обертового руху маховика та швидкістю;
-За способом впорскування бензину: постійне, одноразове, пошарове.
-За способом керування: автоматичне або механічне.
-Теплових зовнішнього згорання: Двигуни Стірлінга, паротурбінні, парові- практично не використовуються в автомобілебудуванні.
Рис. . Двигун зовнішнього згоряння з використанням пару
- Електродвигунів, у електромеханічних та електричних трансмісіях, що працюють за рахунок енергії: А). Генератора- з потужністю перетворення механічної енергії в електричну 2-4 квт., до 30 квт., більше 30 квт., та повним перетворенням механічної енергії у електричну, активно втілюються у конструкції більшості сучасних електромеханічних та електричних трансмісій гібрідних конструкцій автомобілів. На сьогоднішцьому етапі розвитку автомобілебудування велика собівартість виготовлення акумуляторів дала поштовх бурхливому розвивитку конструкції електромеханічних трансмісій гібрідних автомобілів з генераторами потужністю до 30 квт. і більше.
Рис.. Перетворювачі енергії легкового автомобіля з електромеханічною трансмісією
Напрями розвитку акумуляторних батарей.
Окрім використання свинцевих кислотних, лужних акумуляторів, на автомобілях починають застосовуватися літій-іонні з великими емностями та ресурсом роботи.
Вимоги
Велика ємність при малих габаритах.
Довговічність.
Низька собівартість та технологічність виготовлення.
Великий коефіцієнт корисної дії.
Швидке накопичення електричної енергії.
Простота обслуговування.