Двигатели нового поколения

Чтобы «сердце» автомобиля было более экономичным, а выхлопные газы стали чище, не обязательно заново изобретать велосипед. Как оказывается, двигатель внутреннего сгорания еще можно коренным образом изменить. 10 лет назад Калифорнийский центр воздушных ресурсов издал указ о том, что автопроизводители должны либо начать выпуск автомобилей с нулевым выхлопом, либо вообще прекратить их продажу на территории штата. Тем самым двигателю внутреннего сгорания чуть не сыграли похоронный марш. Выпуск электродвигателей казался единственной возможностью следовать этому указу, однако потребители очень скептически отнеслись к идее электромобилей. Учитывая это, автопроизводители пошли по пути создания нового поколения более экономичных двигателей внутреннего сгорания. Разработчики постарались добиться, чтобы выхлопы у выпускаемых ими машин с двигателем внутреннего сгорания были частично-нулевыми. У некоторых из них системы выхлопного контроля настолько эффективны, что выхлоп двигателя чище, чем загрязненный воздух самих мегаполисов.

Некоторые результаты новой технологии производства и дизайна двигателей уже применяются на практике. В этом году на рынке представлена новая модель СА 2001 Sentra. Она относится к группе особо чистых машин, которые «частично» приравнены к автомобилям с электрическим двигателем. Концерн «Хонда» недавно представил модель Accord, двигатель которой на 90% чище, чем того требуют от легковых машин современные правила.

Двигатель внутреннего сгорания еще рано списывать на свалку. «Я не испытываю страха, что двигатель внутреннего сгорания отомрет», — считает Фриц Индра, директор службы комплексного исследования двигателей компании «Дженерал Моторз» («General Motors»). Сейчас уже используются двигатели, альтернативные обычным бензиновому и дизельному, включая гибрид дизельно-электрического и полностью электрического двигателей.

Однако как решить вечную проблему экономии топлива? Один из самых оптимальных вариантов – переход на дизельные двигатели. Они экономичны в плане потребления топлива, к тому же дизельное топливо стоит значительно дешевле бензина. При этом новые дизельные двигатели сильно изменились: они стали легче и намного тише. Около 30% всех новых автомобилей, проданных в Европе на сегодняшний день, имеют такие двигатели.

До недавнего времени большинство малых дизелей впрыскивали топливо в небольшую камеру, соединенную с цилиндрической головкой. Новые же двигатели подают топливо непосредственно в камеру внутреннего сгорания, что делает использование топлива на 20% более эффективным. Система усовершенствована путем впрыскивания топлива на этапах, управляемых электронным способом.

Прямая подача применяется также и в бензиновых двигателях, чтобы увеличить степень горения топливно-воздушной смеси с малым количеством топлива и большим объемом воздуха. Многие из таких двигателей уже вышли на рынки Японии и Европы.

Некоторые компании нашли свои оригинальные решения в разработке новых двигателей. Например, на серии «Зеленый монстр» – крупнейшие спортивные фургоны, имеющие на сегодняшний день самую низкую степень экономии топлива, – поставили новый, более экономичный турбодизельный двигатель General Motors. Он позволяет сэкономить топлива на 20% больше, чем обычный.

Сейчас ведутся активные разработки новых технологий двигателей и их дизайна. До недавних пор большинство основных действующих элементов двигателя были более или менее блокированы стальной оболочкой – цилиндры надежно скреплены вместе, клапаны, приводимые в действие кулачковым механизмом, сцеплены с коленвалом. Регулирование зажигания и степень сжатия оставались неизменными, что было продиктовано исходным дизайном двигателя. Прогресс требует сделать эти функции одновременно гибкими и управляемыми.

К примеру, в некоторых двигателях уже используется комплексная механическая переменная система эксцентриков для изменения регулирования момента зажигания. Новый метод предполагает к тому же и полную замену механического распредвала. Совсем недавно был представлен двигатель для тяжелого грузовика с гидравлическим обслуживанием клапанов. После окончания испытания он может быть запущен в производство как первый двигатель без распредвала.

Однако при использовании такого типа двигателей возникает существенная проблема: выход клапанов из строя во время толчка при открывании. Поэтому основная задача разработчиков — дать возможность клапанам закрываться мягко и в то же время быстро.

Компания «Сааб» взялась разрешить еще более сложную задачу – изменить сжатие во время работы двигателя. Компания продемонстрировала экспериментальный двигатель, в котором был осуществлен наклон всего блока цилиндров. Это позволяет двигателю работать при малых нагрузках с высокой степенью сжатия и низким расходом топлива, в то время как высокая мощность достигается путем наддува и низкого сжатия. Таким образом, при необходимости двигатель малых размеров способен функционировать как большой двигатель.

(А. Мансуров, «Человек и наука», ноябрь, 2001)