Номер 7, страница 151 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 37. Паровая турбина. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. Вопросы для самопроверки - номер 7, страница 151.

Условие.

7. Каковы направления совершенствования автомобильных двигателей?

Решение.

Повышение топливной экономичности и КПД

Это одно из ключевых направлений, продиктованное как экономическими соображениями, так и экологическими требованиями. Основные методы включают:
Оптимизация процесса сгорания: внедрение систем непосредственного впрыска топлива (GDI для бензиновых двигателей и Common Rail для дизельных), которые позволяют точнее дозировать топливо и формировать оптимальную топливовоздушную смесь.
Изменение фаз газораспределения (VVT) и высоты подъема клапанов: эти системы адаптируют работу двигателя под различные режимы нагрузки, улучшая наполнение цилиндров и очистку от отработавших газов.
Применение турбонаддува и компрессоров: позволяет подавать в цилиндры больше воздуха, что при том же объеме двигателя увеличивает его мощность и крутящий момент. Это лежит в основе концепции "даунсайзинга" — уменьшения рабочего объема двигателя без потери производительности, что ведет к снижению расхода топлива.
Повышение степени сжатия: увеличивает термический КПД двигателя (например, в двигателях, работающих по циклу Аткинсона или Миллера).
Снижение механических потерь: использование масел с низкой вязкостью, применение новых материалов и покрытий с низким коэффициентом трения для поршней, колец и вкладышей.
Гибридизация: использование вспомогательного электромотора, который помогает ДВС в моменты пиковых нагрузок и позволяет рекуперировать энергию при торможении.

Снижение вредных выбросов в атмосферу

Современные экологические стандарты (Евро-6, Евро-7 и их аналоги) заставляют производителей постоянно совершенствовать системы очистки выхлопных газов и оптимизировать работу самого двигателя для уменьшения образования токсичных веществ. Направления работы:
Совершенствование каталитических нейтрализаторов: разработка более эффективных и долговечных катализаторов для окисления CO и CH и восстановления NOx.
Внедрение сажевых фильтров (GPF для бензиновых, DPF для дизельных двигателей): они улавливают твердые частицы (сажу) в выхлопных газах.
Системы рециркуляции отработавших газов (EGR): возвращение части выхлопных газов во впускной коллектор для снижения температуры сгорания и, как следствие, уменьшения образования оксидов азота (NOx).
Системы селективной каталитической нейтрализации (SCR): впрыск водного раствора мочевины (AdBlue) в выхлопную систему дизельных двигателей для химического преобразования NOx в безвредный азот и воду.

Повышение удельной мощности и крутящего момента

Увеличение мощности, снимаемой с единицы рабочего объема, позволяет делать двигатели более компактными и легкими при сохранении высоких динамических характеристик автомобиля. Основные пути:
Форсирование с помощью наддува: широкое применение турбокомпрессоров, в том числе с изменяемой геометрией турбины (VGT), двойных турбин (би-турбо, твин-турбо) и электрических компрессоров для устранения эффекта "турбоямы".
Оптимизация впуска и выпуска: применение впускных коллекторов с изменяемой длиной, настройка выпускных систем для улучшения газообмена на разных оборотах.
Повышение рабочих оборотов: использование более легких и прочных материалов для деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

Снижение массы и габаритов

Уменьшение веса двигателя ("даунсайзинг") напрямую влияет на снижение общего веса автомобиля, что улучшает его управляемость, динамику и топливную экономичность.
Использование легких материалов: замена чугуна на алюминиевые сплавы при изготовлении блоков и головок блока цилиндров, применение пластика и композитов для впускных коллекторов, клапанных крышек и других деталей.
Интеграция компонентов: например, выпускной коллектор может быть интегрирован непосредственно в головку блока цилиндров, что уменьшает количество деталей, вес и ускоряет прогрев катализатора.

Переход к альтернативным источникам энергии

Это глобальный тренд, связанный с истощением запасов ископаемого топлива и ужесточением экологических норм.
Электрификация: создание и совершенствование гибридных силовых установок (от "мягких" гибридов до plug-in гибридов) и полностью электрических силовых установок. Развитие технологий аккумуляторов (увеличение емкости, снижение времени зарядки) и электродвигателей.
Водородные технологии: разработка автомобилей на топливных элементах, где электроэнергия для двигателя вырабатывается в результате химической реакции между водородом и кислородом. Также ведутся исследования по использованию водорода в качестве топлива для ДВС.
Синтетическое и биотопливо: разработка двигателей, способных эффективно работать на топливе, произведенном из возобновляемого сырья (например, биоэтанол, биодизель) или путем синтеза (e-fuels), что делает их углеродно-нейтральными.

Повышение надежности и ресурса

Несмотря на усложнение конструкций, требования к надежности и долговечности двигателей остаются высокими.
Применение новых материалов и покрытий: использование износостойких покрытий на стенках цилиндров (например, плазменное напыление), что снижает трение и износ.
Совершенствование систем смазки и охлаждения: применение управляемых масляных и водяных насосов, которые регулируют свою производительность в зависимости от режима работы двигателя, обеспечивая оптимальный тепловой режим и смазку.
Развитие систем диагностики: бортовые системы диагностики становятся все более "умными", позволяя предсказывать возможные неисправности и своевременно информировать водителя.

Ответ:
Современные направления совершенствования автомобильных двигателей многогранны и включают: повышение топливной экономичности и КПД (за счет даунсайзинга, турбонаддува, прямого впрыска, гибридизации); снижение токсичности выхлопных газов (путем улучшения катализаторов, сажевых фильтров, систем EGR и SCR); увеличение удельной мощности; снижение массы и габаритов (использование легких сплавов и композитов); повышение надежности и ресурса; а также активный переход к альтернативным источникам энергии, таким как электричество (гибриды, электромобили), водород и синтетическое топливо.