Двигатель внутреннего сгорания в будущем: актуальные задачи по развитию

Введение (постановка задачи и актуальность). Новые нормы по экологической безопасности транспортных средств, которые планируется ввести в странах Европейского Союза (ЕС) с 2025–2026 гг., предполагают агрессивные сценарии предельных значений выбросов вредных веществ в сочетании с новыми условиями испытаний в реальной эксплуатации. Для традиционной силовой линии с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), являющегося на сегодня основным источником энергии для автомобильной техники, новая экологическая концепция ставит амбициозные задачи: высокая эффективность (КПД более 50%), ультранизкий расход топлива и ультранизкие выбросы (СО₂, NO_x, PM).

Цель исследования – провести анализ перспективных требований к колёсным транспортным средствам по топливной экономичности и экологической безопасности, сформировать основные направления развития ДВС для выполнения этих требований.

Методология и методы. Аналитический метод исследования: анализ рынка коммерческих двигателей, проектов мировых программ по ужесточению требований экологической безопасности колёсных транспортных средств, исследование работ по основным направлениям развития ДВС. Результаты. Проанализированы перспективные требования к ДВС, сформирована концепция развития, предложены облик перспективного ДВС и системы нейтрализации отработавших газов (СНОГ).

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при формировании требований и основных направлений научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ при создании новых поколений ДВС.

1. Правила ООН № 49. Единообразные предписания, касающиеся подлежащих принятию мер по ограничению выбросов загрязняющих газообразных веществ и взвешенных частиц двигателями с воспламенением от сжатия и двигателями с принудительным зажиганием, предназначенными для использования на транспортных средствах: поправки серии 06 ООН. URL: https://unece.org/transport/vehicleregulations-wp29/standards/addenda-1958-agreementregulations-41-60 (дата обращения: 15.09.2021).

2. Рабочая программа по автомобильной и мобильной промышленности 2020–2021. URL: https://circabc.europa.eu/sd/a/59e6efc8-e9f4-4459-bd13-738bc40a5ba1/WP%20of%20automotive%20unit%202020-2021-%20Final%20version%20-%20External(0).pdf (дата обращения: 15.09.2021).

3. Мастепанов А.М. Россия на пути к углеродной нейтральности // Энергетическая политика. URL: https://energypolicy.ru/rossiya-na-puti-k-uglerodnojnejtralnost/energoperehod/2021/18/13 (дата обращения: 25.01.2022).

4. Shaping the future of transportation. Volvo Group Capital Markets Day, 2020. URL: https://www.volvogroup.com/content/dam/volvo/volvo-group/markets/global/en-en/investors/reports-and-presentations/presentations-and-events/volvo-group-capital-marketsday-2020-presentation.pdf (дата обращения: 13.10.2021).

5. SuperTruck II 2020 program update / Diesel Net [Электронный ресурс]. URL: https://dieselnet.com/news/2020/07supertruck.php (дата обращения: 25.12.2020).

6. Wang Z., Shuai S., Li Z., Yu W. A review of energy loss reduction technologies for internal combustion engines to improve brake thermal efficiency // Energies. – 2021. – No. 14, 6656. URL: https://doi.org/10.3390/en14206656 (дата обращения: 25.12.2021).

7. Кулешов А.С. Развитие методов расчёта и оптимизация рабочих процессов ДВС: дисс. … д-ра техн. наук. – М., 2011. – 235 с.

8. Путинцев С.В. Механические потери в поршневых двигателях / Учебное пособие по дисциплине «Специальные главы конструирования и САПР». – М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 288 с.

9. Mihara Y. Research trend of friction loss reduction in internal combustion engines // Tribology Online 2017. URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/trol/12/3/12_82/_article (дата обращения: 25.12.2021).

10. Making LNG road transport greener // En:former 2019-06-24. URL: https://www.en-former.com/en/lng-road-transport-greenhouse-gas-emissions (дата обращения: 25.01.2022).

11. Азаров В.К. Разработка комплексной методики исследований и оценки экологической безопасности и энергоэффективности автомобилей: дисс. … канд. техн. наук. – М., 2014. – 137 с.

12. Шабанов В.А., Кондратьев Д.В., Соломин В.А., Ванин В.К. К вопросу снижения выбросов оксидов азота дизельными двигателями внутреннего сгорания // Труды НАМИ. – 2020. – № 1 (280). – С. 78–87.