Автомобили с ДВС и гибриды: история, настоящее, будущее

[Touring]

Как пример влияния кузова и трансмисии, с одним и тем же по конструкции мотором, на 90 км/ч равномерного движения.

Volvo S60 2.0T 7-DCT FWD
--------------------
СdA = 0.27x2.22 = 0.60 м2
Mасса с водителем = 1,800 кг
Шины с Crr = 8.5 кг/т
--------------------
225Н аэро-компонента + 155Н компонента качения + 50Н трение в подшипниках и тормозной системе + 40Н потери в коробке и дифференциале = 470Н x 25 м/с = 11.8 кВт нужно на равномерное движение + 0.5-1.5 кВт HVAC и остальные потребители = 12.3-13.3 кВт требуемая мощность.

Volvo S60 2.0T 8-AT PHEV e-Axle AWD
--------------------
СdA = 0.27x2.22 = 0.60 м2
Mасса с водителем = 2,130 кг
Шины с Crr = 8.5 кг/т
--------------------
225Н аэро-компонента + 180Н компонента качения + 50Н трение в подшипниках и тормозной системе + 65Н потери в коробке и дифференциале = 520Н x 25 м/с = 13.0 кВт нужно на равномерное движение + 0.5-1.5 кВт HVAC и остальные потребители = 13.5-14.5 кВт требуемая мощность.

Volvo ХС90 2.0T 8-AT Haldex AWD
--------------------
СdA = 0.33x2.78 = 0.92 м2
Mасса с водителем = 2,100 кг
Шины с Crr = 8.5 кг/т
--------------------
350Н аэро-компонента + 180Н компонента качения + 50Н трение в подшипниках и тормозной системе + 70Н потери в коробке муфте и дифференциалах = 650Н x 25 м/с = 16.3 кВт нужно на равномерное движение + 0.5-1.5 кВт HVAC и остальные потребители = 16.8-17.8 кВт требуемая мощность.

Volvo ХС90 2.0T 8-AT PHEV e-Axle AWD
--------------------
СdA = 0.33x2.78 = 0.92 м2
Mасса с водителем = 2,320 кг
Шины с Crr = 8.5 кг/т
--------------------
350Н аэро-компонента + 200Н компонента качения + 50Н трение в подшипниках и тормозной системе + 70Н потери в коробке и дифференциалах = 670Н x 25 м/с = 16.8 кВт нужно на равномерное движение + 0.5-1.5 кВт HVAC и остальные потребители = 17.2-18.2 кВт требуемая мощность.

 

[Ту-155]

Volvo S60

Действительно у S60 Cd. равен 0.27? Как-то маловато

 

[Touring]

5,3 л. на турбо-Вольво - извините, не поверю. Если только под горку.

Вольвовские турбомоторы 90-х и нынешние совсем разные.

Сам по себе газовый турбокомпрессор не приводит к снижению тепловой эффективности (повышению удельного расхода топлива BSFC), наоборот, он использует "бесплатную" энергию выхлопных газов чтобы улучшить наполнение воздухом в тех режимах где атмосферный двигатель полагается только на оптимизацию впускного тракта. Поэтому можно сделать цилиндр наддувного мотора более узким чем в атмосферном варианте, и снизить тепловые потери через стенки камеры сгорания, и снизить величину насосных потерь.

Другое дело что в 90-х и начале 00-х турбомоторы делали под повышенную пиковую отдачу, а это сразу же больший диаметр подшипников коленвала, отсюда более высокие мехпотери, это форсунки охлаждения поршней с высокой пропускной способностью, отсюда большие затраты энергии на прокачку масла. У них была установлена пониженная степень сжатия, чтобы на пиковом значении наддува, традиционном впрыске в каналы и обычном топливе с АЗС они не детонировали, из-за чего на небольших нагрузках происходило снижение тепловой эффективности и повышение удельного расхода топлива по отношению к атмосферным вариантам.

В 10-е годы появились жёсткие требования снижать расход и выбросы, поэтому внедрили непосредственный бензиновый впрыск в цилиндры, он позволил отодвинуть предел детонации и за счёт этого повысить степень сжатия при использовании того же топлива, что несколько подняло тепловую эффективность и снизило удельный расход. Переход с 5 цилиндров на 4 у Вольво позволил снизить количество подшипников коленвала и распредвалов, и через это снизить мехпотери, и снизить расход топлива ещё немного. Тогда же были внедрены меры по снижению паразитных нагрузок, отключаемые и многорежимные насосы, и многоконтурные системы охлаждения, позволившие более точно устанавливать тепловой режим, и за счёт этого снизить расход топлива и далее.

Так получилось бензиновое вольвовское VEP семейство унифицированных наддувных четвёрок 2.0, в трёх вариантах отдачи:

- HP с комбинацией газового турбокомпрессора и приводного нагнетателя (степень сжатия 10.3:1 / 228-235 кВт),
- MP с газовым турбокомпрессором (степень сжатия 10.8:1 / 184 кВт),
- LP с газовым турбокомпрессором (степень сжатия 10.8:1 / 140 кВт).

 

[Touring]

К 2020-му из-за регулятивного давления в Вольво переработали эти моторы, назвав результат Gen3.

К числу их ключевых особенностей относятся интегрированный в головку выпускной коллектор, охладитель наддувочного воздуха с водяным охлаждением (WCAC), встроенный в него, более короткие воздушные каналы с пониженным падением давления в системе наддува, высоко установленный турбокомпрессор, и система впрыска на рабочее давление топлива до 450 Бар, а также 48-Вольтовая MHEV гибридизация с ременным интегрированным стартер-генератором (B-ISG) на 12 кВт.

Меры по снижению внутреннего трения включают в себя непосредственный привод топливного насоса высокого давления от коленчатого вала, а также использование распредвалов с шариковыми подшипниками, и клапанных толкателей с роликами. Для снижения шумов и вибраций (NVH) блок цилиндров, выполненный по технологии литья под высоким давлением, стал шире, в него были интегрированы отдельные кронштейны, присутствовавшие у двигателей предыдущего поколения.

Основных варианта два:

- HP с комбинацией газового турбокомпрессора и приводного нагнетателя (степень сжатия 9:1 / 220 кВт),
- MP с газовым турбокомпрессором (степень сжатия 10.5:1 / 184 кВт).

Благодаря проведённой оптимизации двигатели Gen3 MP и HP обеспечивают работу с λ=1 как в статическом, так и в динамическом режиме.

 

[Touring]

Был разработан и в 2021-м году запущен в производство третий вариант, оптимизированный по расходу топлива:

- LP с газовым турбокомпрессором переменной геометрии VGT и газораспределением Миллера (степень сжатия 12:1 / 145 кВт).

Этот новый LP имеет степень сжатия увеличенную до 12:1 и работает с λ=1 и без обогащения смеси уже во всем рабочем диапазоне, включая режим высокой отдачи. Внутреннее трение по отношению к Gen3 MP и HP ещё более снижено, за счет использования непрерывно регулируемого масляного насоса. Основой для его разработки у Вольво послужил вариант MP, основные цели, повышение тепловой эффективности и снижение расхода топлива, в первую очередь за счет внедрения газораспределения Миллера, с оптимизацией процессов сгорания и газообмена, а также получение той же характеристики отклика, такого же роста крутящего момента, как и у MP.

Фактически, это аналог отдельной "эко" версии мотора EA888 у Фольксвагена, на 132/140 кВт пиковой отдачи, названной Evo3В, тоже с газораспределением Миллера, названным там циклом Будака. BSFC карта этого наддувного вольвовского Gen3 LP мотора и представлена на приведённом мною выше графике.

 

[Touring]

Действительно у S60 Cd. равен 0.27? Как-то маловато

Они приводят такой, и это более-менее реалистично для хорошо аэро-оптимизированного седана с ДВС, его радиаторами, и соответственно с его cooling drag (уровень Opel Calibra конца 80-х который "продували" очень тщательно, в версии с базовым мотором 2.0 на 85 кВт и поэтому с минимальным cooling drag). Я не верю в независимо подтверждаемые значения ниже 0.26 для машин с ДВС, они похожи на игры отделов маркетинга, для современных оптимизированных реалистичен диапазон 0.28-0.30.