Эволюция ДВС: Больше сил при меньшем объеме

Полтора десятка лет – немалый срок в развитиии автомобильных технологий: некоторые изобретения можно назвать революционными. Но и техника, совершенствовавшаяся постепенно, существенно улучшила наш транспорт. Сегодня мы вспомним, как развивались двигатели внутреннего сгорания.

Полтора десятка лет – немалый срок в развитиии автомобильных технологий: некоторые изобретения можно назвать революционными. Но и техника, совершенствовавшаяся постепенно, существенно улучшила наш транспорт. Сегодня мы вспомним, как развивались двигатели внутреннего сгорания.

Последние пятнадцать лет для ДВС можно назвать прогрессивными. Борьба за мощность, экономичность и экологичность обеспечила этому типу моторов ранее невиданный прорыв. В конструкции самых массовых силовых агрегатов появились сложнейшие узлы, в конце прошлого века доступные только в премиум-классе. В самых популярных классах авто привычные многолит­ражные двигатели все чаще уступают место малообъемным, но мощным и тяговитым моторам. Сегодня не редкость 1,4-литровая «четверка» под капотом престижного внедорожника или 1,0-литровый «движок» в седане С-класса. Двигатели теряют не только рабочий объем, но и цилиндры – 3- и даже 2-цилиндровые моторчики со своими характерными тарахтением и вибрациями совершенствуются и неторопливо, но уверенно покоряют рынки развитых стран.

В нашей стране не все подобные тенденции получили активное развитие, но сколько мы продержимся при почти европейских ценах на топливо? Кстати, о топливе: его качество в Украине все реже служит причиной отказа в поставках той или иной модели силового агрегата. Мы давно эксплуатируем получающие широкое распространение двигатели с непосредственным впрыском, в последние 5-6 лет большинство импортеров завозят в страну самые современные дизели и обеспечивают их европейской гарантией. Однако не все моторостроительные новации минувшего 15-летия попали на конвейер – часть осталась на конструкторских кульманах и под капотами опытных машин, к примеру, ДВС с изменяемой степенью сжатия. Навсегда или до лучших времен – об этом мы обязательно напишем на страницах «Автоцентра», если не в рубрике «Новости», то в нашем следующем юбилейном обзоре.

Революция в моторостроении позволила создать малообъемные, но мощные и экологичные моторы с уникальными характеристиками.

Система впуска

Уже в своих первых номерах «Автоцентр» писал о двигателях с изменяемыми фазами газораспределения – дорогих и потому малораспространенных. И если тогда моментом и временем открытия клапанов могли управлять только такие продвинутые «мотористы», как Honda, BMW и Mitsubishi, то к 2003 году это умели даже неторопливые в новациях американцы из GM. Сегодня системы изменения фаз газораспределения применяются и на массовых автомобилях ведущих производителей: VTEC, VANOS, AVS, CVVT, VVT-i… Еще дальше пошел BMW – с 2001 года некоторые его моторы обходятся без дроссельной заслонки: ее заменяет система Valvetronic, регулирующая высоту подъема клапанов. Бездроссельный вариант подхватили и другие автопроизводители, например, тот же Fiat с его новым двухцилиндровым мотором AirTwin мощностью 85 л. с.

Правильный впуск улучшает экономичность и увеличивает мощность моторов.

Система питания

В 1997 году, в первых номерах «Автоцентра», мы рассказывали о многообещающей серийной новинке – бензиновом двигателе GDI с непосредственным впрыском топлива от Mitsubishi. Послойное смесе­образование и сверхобедненные смеси (40:1) обеспечивали высокие удельную мощность, экономичность и экологичность. К 2000 году и позже такой технологией уже обзавелись Toyota (D-4), Nissan (DI), Peugeot-Citroёn (HPi), BMW (HPi), Mercedes-Benz (CGI), VW (TSI). Однако GDI и его аналоги опередили свое время: в 2007-м даже сама Mitsubishi сократила выпуск этого мотора до одной модели. Но через пару лет двигатели с непосредственным впрыском массово выпускали уже несколько компаний, и сегодня они есть у большинства ведущих производителей. В 2004 г. VW дал новый толчок развитию систем питания и моторных технологий: компания смогла совместить непосредственный впрыск и наддув. Еще более эффективными оказались появившиеся в 2006-м моторы семейства TSI c турбо- и механическим компрессорами, эффективно нагнетающими воздух в цилинд­ры, начиная с холостых оборотов, причем каждый на разных режимах. Совмещение непосредственного впрыска и турбонаддува позволило получать моторы с очень большой удельной мощностью, что послужило точком к созданию малообъемных 3- и 2-цилиндровых моторов. Но не только непосредственный впрыск в паре с турбонаддувом совершили революцию. Параллельно с ними совершенствовались все компоненты системы питания. Росло давление впрыска бензина: если в обычных системах впрыска рабочее давление 3–5 бар, то в 2006 г. VW TSI впрыскивал бензин под давлением 150 бар. Еще в 2003 г. Siemens показал форсунку для системы питания с давлением впрыска бензина 200 бар. Для лучшего смесеобразования конструкторы увеличили число отверстий распылителя инжекторов. Сначала у инжекторов было по одному распылительному отверстию, в 2004 году их стало шесть, а в 2005-м появились форсунки с восемью отверстиями.

Быстродействие пьезофорсунок позволило более точно дозировать топливо и подавать несколько порций за время двух тактов – впуск-сжатие.

Наддув

В «детские» годы «Автоцентра» в любом каталоге можно было найти дюжину моделей с атмосферным дизелем, а наддувный бензиновый агрегат считался прерогативой едва ли не спорткаров. Сегодня наддувные агрегаты стоят во главе прогресса: они творят чудеса, превращая малолитражные моторчики в силовые агрегаты для авто В- и С-класса.
Старую идею объединения двух типов наддува – турбины и приводного компрессора – общедоступной сделал VW в 2006 г. Новый 1,4-литровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском VW TSI получил характеристики на уровне 2,5-литровых «атмосферников», демонстрируя пример экономичности и экологичности. Электронный блок управления, активируя компрессор на «низах» и чуть «выше» и турбину на средних и высоких оборотах, обеспечивает максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. В 2009-м BMW усовершенствовал турбину типа Twin Scroll, добавив к разделенной трубе, подводящей выхлопные газы к лопаткам «горячего» колеса, вторую «улитку». Грядет эра электрокомпрессоров. Так, компания Valeo приобрела одного из разработчиков и изготовителей подобных нагнетателей.

В Twin Scroll-е ротор-турбина эффективнее раскручивается во всем диапазоне оборотов, обеспечивая ровную тягу без турбоямы.

Особая архитектура

С точки зрения компоновки силовых агрегатов за последние 15 лет мало что изменилось. Очень интересны своим высоким уровнем технологий и компактностью многолитровые силовые агрегаты необычных схем – VR6, W8, W12 – все так же остаются достоянием малотиражных моделей и версий. Однако в 2011 г. компания BMW, одна из законодательниц моторостроительной моды, объявила о применении нового принципа конструирования своих моторов. Отныне баварские агрегаты будут «собираться» из унифицированных цилиндров и прочих стандартизированных узлов – как из кубиков: так дешевле. Совершенно оригинальные, мощные и компактные роторные «Ванкели» в 1997 году выпускались лишь «ВАЗом» и Mazda. Но даже «японка» RX-8 образца 2003-го (на фото внизу) не дожила до наших дней. Так и не прописались под капотами серийных авто моторы с изменяемой степенью сжатия типа SVC (2000 г.), FEV Motorentechnik и MCE-5 (2008 г.): высокая отдача (1,6 л – 225 л. с. и 305 Нм), бензиновая всеядность и экономичность так и не перевесили сложностей конструкции. В той же копилке интересных идей остались пока двигатели типа DiesOtto и HCCI, разработанные Mercedes и GM, функционирующие одновременно по принципу дизеля и искрового зажигания. Характеристики их хороши (1,8 л – 238 л. с. и 400 Нм), но затраты на доводку пока непозволительно высоки. Одним словом, ни один из двигателей нестандартной компоновки, которые наблюдал «Автоцентр» в течение своих первых пятнадцати лет, не стал массовым.

Чтобы продлить жизнь двигателю Ванкеля, японцы пытались перевести его на водородное топливо.	Mazda RX-8

Дизелизация

С начала «Автоцентр» писал о дизелях исключительно в рубрике «Подержанные автомобили» – новые машины с такими моторами в Украину практически не завозились из-за некачественного топлива. Однако с середины 2000-х топливо улучшилось, а дизельные авто превратились в динамичные машины. На наших глазах совершенствовалась систе­ма впрыска топлива. В 1997-м появляется управляемая электроникой система Common Rail, в 1998-м – насос-форсунки. Следом за электромагнитными форсунками с 2003-го начинается внедрение быстродействующих пьезоэлектрических. В 2005 г. они успевают впрыскивать до 5 порций топлива за один цикл, 2010 г. – 6 порций, чем смягчают работу дизеля и повышают его эффективность. Форсунки стали оснащаться распылителями со все большим числом отверстий – шесть, затем восемь. Растет и давление топлива: 1350, 1800, 2000, 2500 бар.

Пьезоэлектрические форсунки совершили революцию в дизелестроении, дав шанс этому типу мотора и дальше служить человечеству.	Насос-форсунки «уходят» из-за наличия только однофазного впрыска.

Игорь Широкун
Фото из архива редакции