Перспективы развития автомобильного двигателестроения (zip 1.6 Mb) (стр. 2 из 6)

Но «коммон рейл» позволяет достичь максимум 135 МПа, тогда как топливные насосы высокого давления (ТНВД)-до175 МПа. А ведь чем выше давление, тем большей тонкости распыла топлива можно добиться – во благо рабочему процессу и, естественно, мощностным, экономическим и экологическим показателям. Поэтому среди дизелистов нашлись «отщепенцы», которые не пошли по «общему пути» (именно так переводится «коммон рейл»). Концерн «Фольксваген» первым начал серийное производство легковых дизелей с насос-форсунками. С ними давление впрыска смогли увеличить до 205 МПа – и возможно, поднимут выше. Насос-форсунки, кроме всего прочего, позволят в перспективе реализовать впрыск с учетом особенностей работы каждого цилиндра. Такой мотор приходит на смену весьма экономичному 1,9 TDI (81 кВт/110 л.с.), который не смог, однако, уложиться в нормы Евро III. Новый мотор еще мощнее и экономичнее: 85 кВт/115 л.с., его крутящий момент больше на 50 Н×м. Средний расход топлива у «Фольксвагена-Пассат 1,9 TDI» с таким двигателем 5,3 л/100 км – неплохо для большого и тяжелого автомобиля, способного развивать скорость 200 км/ч.

Современные дизели оказались настолько совершенными, что сумели завоевать место даже под капотом автомобилей высшего класса. БМВ и «Ауди» уже выпускают такие машины с новейшими шестицилиндровыми турбодизелями. Их скоростные и динамические характеристики еще десяток лет назад «не снились» тогдашним бензиновым моделям. В этом году на представительские машины немецких фирм установят «восьмерки» – с ними навсегда исчезнет разница в динамике между бензиновыми и дизельными машинами, а почти двукратная разница в расходе топлива останется.

Издавна привыкли, что дизель сильно шумит – система «коммон рейл» снизила уровень шума, а для большего комфорта пассажиров легковые дизели ныне помещают в капсулу из шумопоглощающих материалов. Кроме того, на некоторых двигателях крышки всех коренных подшипников коленчатого вала выполнены как единая деталь, тем самым увеличили жесткость нижней части блока – как результат, снизили шум и вибрацию.

Но и этого мало! Уравновешивающие валы в конструкции моторов не новость, но теперь их стали чаще применять на рядных «четверках» – до сих пор считалось, что здесь без них можно обойтись: неуравновешенными силами инерции второго порядка попросту пренебрегали.

Первый французский легковой дизель с непосредственным впрыском и «коммон рейл» (Евро III).

Тех, кто не слишком любит проводить досуг в техцентре, порадует, что двигатели стали, по существу, необслуживаемыми – так велики интервалы между сменами масла. Их достигли благодаря применению современных конструкционных материалов и покрытий и, конечно, высококачественных масел.

Самый мощный из выпускаемых легковой дизель БМВ (ЕвроIII): система «коммон рейл», два регулируемых турбокомпрессора, промежуточное охлаждение, 3901см³; 170 кВт/ 230 л.с.; 500 Н×м при 1800 об/мин.

Пробег 25-40 тыс. км без замены масла становится реальностью, и даже дизельные моторы, традиционно более требовательные к смазке, переваливают 20-тысячный рубеж обслуживания. Так что при благоприятных условиях наведываться в сервис придется не часто.

Каковы дальнейшие перспективы? Двигатели с непосредственным впрыском, как дизельные, так и бензиновые, продолжат захват новых территорий. С дизельными моторами все более-менее ясно – предкамерные моторы сдают позиции, а вот двигателям с впрыском бензина в цилиндр потребуется еще доказать свою «состоятельность», чтобы потеснить под капотом привычные конструкции. Но активность ведущих фирм на этом направлении позволяет надеяться, что новое время не за горами.

Отечественная промышленность тоже сделала пусть запоздалый, но большой шаг вперед. Сейчас в России серийно выпускают два двигателя с четырехклапанными головками цилиндров, гидротолкателями клапанов и распределенным впрыском топлива: ЗМЗ-406 и ВАЗ-2112. Малыми сериями в Барнауле делают первый в стране легковой дизель для автомобилей ВАЗ. Правда, по конструкторским решениям он весьма архаичен. Зато в Нижнем Новгороде пытаются освоить производство, а пока собирают из импортных деталей дизельный двигатель «Штайр» очень оригинальной конструкции: с непосредственным впрыском, насос-форсунками и головкой цилиндров, выполненной заодно с блоком. Над легковым дизелем работает и заволжский завод. Так что движение есть, пусть и в глубоком арьергарде мировой техники.

А теперь подробнее рассмотрим некоторые новинки, заслуживающие большого внимания и наиболее перспективные разработки инженеров в области развития автомобильных двигателей внутреннего сгорания…

Система «коммон рейл».

Дизельному двигателю уже 100 лет, но именно в наше время развитие его конструкции пошло необычайно быстрыми темпами. Знаменитейшие фирмы представляют новинку за новинкой, сулят небывалые ранее результаты. Здесь речь пойдет о новой системе впрыска «коммон рейл», устанавливаемой на дизельные двигатели.

Нынешние дизельные двигатели гораздо совершеннее тех, что были 10-15 лет назад: большинство из них снабжены турбонаддувом с промежуточным охлаждением воздуха, а литровая мощность многих перевалила за 37 кВт/л (50 л.с./л). В конце 70-х это считалось совсем неплохим показателем для «атмосферных» бензиновых двигателей. Динамические качества автомобилей с такими дизелями, равно как и максимальная их скорость, вполне на высоте. Так что те, кто по-прежнему считает дизель маломощным, трясучим и вонючим, заблуждаются, особенно если учесть, что в начале этого десятилетия грянула новая революция в конструкции моторов с воспламенением от сжатия.

Непосредственный впрыск топлива перевернул все существовавшие представления о возможностях дизельных двигателей и сделал реальной их прямо-таки невероятную экономичность в сочетании с отличной динамикой. Судите сами: большой, солидный «Ауди-А6» снаряженной массой около 1,5 т. с механической шестиступенчатой коробкой передач расходовал в среднем менее 7 л. дизельного топлива на 100 км, разгоняясь до 100 км/ч менее чем за 10 с. и развивая на автобане более 200 км/ч. При движении с умеренной скоростью его «аппетит» укладывался в 4 л/100 км. Совсем недавно такие показатели казались просто фантастическими.

Прототип серийного четырёхцилиндрового дизельного двигателя «Тойота» рабочим объёмом

2 л с двумя верхними распределительными валами и турбокомпрессором.

Путь легковых дизельных двигателей к непосредственному впрыску (по-другому, дизели с неразделенной камерой сгорания) оказался отнюдь не простым. Сам по себе дизель с непосредственным впрыском далеко не новинка. Абсолютное большинство «больших» дизелей сделано именно так. Но процесс, легко достижимый в моторах с максимальной частотой вращения коленчатого вала, не превышающей 2500 об/мин, крайне сложно организовать в достигающих вдвое больших оборотов. И хотя конструкторы немало потрудились над этим, результаты пока оставляют желать лучшего.

Двигатели с неразделенной камерой сгорания действительно экономичнее своих предкамерных и вихрекамерных собратьев примерно на 20%, но шума и вибраций у них заметно больше. Для легкового автомобиля эти показатели могут оказаться более важными. Поэтому не случайно многие фирмы наряду со сверхэкономичными дизелями непосредственного впрыска по-прежнему выпускают и предкамерные, и вихрекамерные. Только «Ауди» и «Ровер» (кроме «Ленд-Ровера») полностью перешли на моторы с неразделенной камерой сгорания. «Мерседес», отдавая им должное, продолжает совершенствовать предкамерные дизели с четырьмя клапанами на цилиндр. «Пежо» и «Рено» тоже не торопятся снимать с производства свои предкамерные. ФИАТ даже выпускает новые, а БМВ попросту делает вид, что лучший легковой дизель всех времен и народов – их рядная вихрекамерная «шестерка» с турбонаддувом. Что это – здоровый консерватизм или техническое отставание?

Как же можно улучшить плавность, экономичность, экологические показатели дизеля без потери мощности? Тем же способом, как в свое время это сделали на бензиновых моторах, когда карбюратор заменила управляемая электроникой система впрыска топлива. Одна беда – создать электрически управляемую форсунку по образцу той, что используется в бензиновых двигателях, сегодня технологически невозможно: дизельная форсунка установлена прямо в цилиндре, где температура газов достигает 2000°, а давление в топливной системе может в сто и более раз превышать атмосферное. Система «коммон рейл» (Соттоп Rаi1), что в дословном переводе означает «общий путь», «общая магистраль», как раз и призвана решить эту задачу.

До сих пор роль управляющей электроники в легковых дизельных двигателях сводилась к управлению топливным насосом, давлением наддува, стартовой процедурой и регулированием холостого хода. Давление в системе практически постоянно, топливный насос высокого давления (ТНВД) варьирует лишь количество топлива, что подается в цилиндр за один ход, а бездумная форсунка открывается под действием ударной волны в топливе (жидкость практически несжимаема) и закрывается под действием пружины.