Технологии экономичных двигателей
Повышение экономичности современных двигателей внутреннего сгорания дается ценой их усложнения. За последний десяток лет конструкторские бюро автомобильных концернов проделали титанический труд, в результате которого ДВС стали не только меньше потреблять топлива, но и соответственно меньше выбрасывать продуктов его сгорания. При этом речь не идет о снижение мощности, но о более рациональном использовании энергии топлива. В наиболее популярных классах машин двигатели с большим объемом уступают место малолитражным. Уже не в диковинку увидеть под капотом внедорожника четырехцилиндровый двигатель объемом 1,4 литра, хотя совсем недавно этим можно было рассмешить все автомобильное общество. Примерно такую же реакцию вызвало бы заявление, что под капотом седана С-класса расположится 2-цилиндровые мотор.
Однако в России пока не наблюдается тенденция ярко выраженной экономии на топливе, и это несмотря на то, что цены на него уже вплотную приблизились к европейским. Люди предпочитают меньше ездить, а на малолитражные новшества смотрят пока скептически. Только все это уже проходили в Европе, и, как показала жизнь, явные выгоды рано или поздно покоряют даже самых заскорузлых скептиков и консерваторов.
Какие технические новинки появились в последние годы и что уже воплощено в жизнь?
Управлять моментом времени открытия клапанов научились лет пятнадцать назад. Подобные системы были опробованы на двигателях Honda, BMW и Mitsubishi, а позже и GM. Уже сегодня изменение фаз газораспределения внедрено в серийное производство целого ряда производителей.
В 2001 году BMW выпустил бездроссельные моторы, в которых подача топливной смеси регулируется не традиционной заслонкой, а посредством изменения высоты подъема клапанов. Идея оправдала себя и не могла остаться незамеченной. Теперь моторы без дроссельной заслонки выпускают и другие концерны, в частности FIAT (2-цилиндровый двигатель AirTwin, мощностью 85 л.с.).
В конце прошлого века Mitsubishi разработал революционно новый бензиновый двигатель GDI, в котором осуществлялось послойное смесеобразование и использовались сверхобедненные смеси в пропорции 40:1. Данные инновации существенно улучшили мощностные характеристики, получаемые от литража, а также повысили экологичность двигателя. Эти технологии уже к 2000 году оперативно подхватили такие производители, как Toyota (D-4), Peugeot-Citroёn (HPi), Nissan (01), VW (TSI), BMW (HPi), Mercedes-Benz(CGI). Сегодня данную разработку использует большинство ведущих мировых автопроизводителей.
Весомый вклад в улучшение ДВС в 2004 году внес немецкий концерн VW, когда представил собственную разработку совмещения непосредственного впрыска с наддувом. Через два года появились еще более совершеннее моторы TSI с турбированным и механическим компрессорами, благодаря которым решалась проблема равномерного нагнетания воздуха на всем диапазоне оборотов. Технология совмещения непосредственного впрыска и наддува позволила значительно повысить удельную мощность ДВС. Это и послужило сигналом для уменьшения объема двигателя в т.ч. и за счет сокращения числа цилиндров.
Параллельно с усовершенствованием совмещенных систем улучшались и другие их компоненты. Так, давление впрыска бензина в TSI достигло отметки 150 бар, тогда как обычное рабочее давление в традиционных двигателях находится в пределах 3-5 бар.
Компания Siemens в 2003 году представила форсунку с рабочим давлением 200 бар. В 2004 году число отверстий инжекторов увеличилось с одного до шести, а на следующий год появились инжекторы с восемью отверстиями. Напомним, что число отверстий в форсунках определяет качество смесеобразования.
В 2006 году VW сделал свою идею объединения непосредственного впрыска и наддува общедоступной. Мощностные характеристики двигателей, получивших эту технологию, улучшились едва ли не вдвое. Если быть точным, то 1,4-литровый двигатель TSI стал таким же как 2,5-литровый атмосферник, но при этом более экономичный и экологичный.
В 2009 году BMW усовершенствует турбину Twin Scroll, добавив вторую «улитку» к подающей выхлопные газы разделенной трубе. В Twin Scroll-е ротор-турбина эффективнее раскручивается на всем диапазоне оборотов, исключая провал в т.н. турбояму.
Примерно, с середины нулевых годов в развитых странах произошло качественное улучшение дизельного топлива, к которому подтолкнула эволюция дизелей, вступавшая с конца 90-ых в активную фазу. Так, в 1997 появилась электронная система впрыска Common Rail, а следом за ней и насос-форсунки. В 2003 были предложены еще более эффективные и быстродействующие пьезоэлектрические форсунки. В 2005 они уже впрыскивают до пяти порций топлива за один цикл, сделав работу дизеля более мягкой. В 2010 скорость впрыска повысится до 6 раз в цикл, а давлении топлива вырастет до 2500 бар.
Помимо удачно внедренных новшеств эволюция ДВС в последние десятилетия знает и немало тупиковых ветвей. Однако некоторые из них время от времени пытаются продолжить. В частности конструкторам не дает покоя роторный двигатель Ванкеля. Если бы не сложность его конструкции, этот всеядный мотор мог бы потеснить все остальные типы ДВС.
