Авторский

И нам уже начало казаться, что прогресс встал на паузу: каждое новое поколение автомобилей отличается от предыдущего разве что дизайном да количеством гаджетов. Где же те времена, когда мы с упоением считали количество клапанов на цилиндр (а доходило до пять штук!) и до хрипоты спорили о преимуществах «Джетроника» перед карбюратором? Но прогресс не остановился — скорее, он ушел из публичного поля, и современный читатель больше интересуется размером экрана в дюймах, чем размером седла клапана ГРМ. И все же кое-какие интересные инновации внедряются в «железо» автомобиля даже сейчас.

Цикл Миллера

Большинство современных бензиновых моторов работают по циклу Отто, описывать который не будут — вы его и так прекрасно знаете: сжатие, сгорание, расширение, выпуск, впуск и снова, снова.

Цикл Миллера — решение довольно изящное. Все знают, что экономичность мотора зависит от степени сжатия рабочего тела, но поднять ее до бесконечности в бензиновом моторе мешает проблема детонации.

На самом деле экономичность зависит больше от степени расширения рабочего тела, ведь именно на такте расширения совершается полезная работа. У цикла Миллера фактическая степень сжатия ниже, чем степень расширения, что, с одной стороны, снижает вероятность детонации, с другой, позволяет повысить экономичность мотора.

Достигается сие поздним закрытие впускного клапана. Грубо говоря, поршень уже пошел вверх, а впускной клапан открыт и рабочее тело утекает из цилиндра обратно во впускной коллектор. Затем клапан закрывается, и цикл происходит по обычному алгоритму.

Минус цикла Миллера — снижение форсировки мотора, ведь мы вынуждены вытеснять часть рабочего тела обратно из цилиндра, снижая коэффициент наполнения. Однако сегодня этот минус нивелирует применение наддува.

Циклом Миллера давно увлекаются азиатские производители, например, Toyota использует его в бензиновых моторах Prius. Этот же цикл реализован в новом моторе Volkswagen EA211 с объемом 1.5 литра и степенью сжатия аж 12.5 единиц (у «Приуса» до 13 единиц). При этом форсировка мотора не пострадала: 130 или 150 л.с. с литра — серьезный результат, тем более, экономичность возросла на 10%.

Ссылка в тему: электрический наддув Audi

Форкамерный впрыск

Когда-то «Формула 1» дала гражданскому автопрому массу идей: здесь начали применять многоклапанные моторы, прямой впрыск топлива, наддув на бензиновых моторах и многие другие инновации, ставшие сейчас обыденностью.

Я уже писал, что современная «Формула 1» поражает прежде всего экономичностью болидов: в режиме полной атаки они тратят не более 44 л/100 км (ограничено регламентом), что вполне сравнимо с расходом топлива обычной гражданской машины в таких же режимах. С той лишь разницей, что обычная машина будет этак в три раза медленнее.

Одна из относительно свежих идей «Формулы 1» — форкамерный впрыск топлива в бензиновых моторах. Удивительно, но в очередной раз новое — это хорошо забытое старое.

Форкамера — это небольшой объем, отделенный от основной камеры сгорания тонкими каналами. Очень давно ее применяли на дизелях, чувствительных к качеству смесеобразования — за счет «реактивного» истечения газов из форкамеры, смесеобразование интенсифицировалось, что позволяло дизелю работать с более низкими коэффициентами избытка воздуха. Впоследствии от форкамер отказались — слишком велики были потери тепла в систему охлаждения.

Но в бензиновых моторах форкамеры не применяли никогда! Для традиционного инженера-двигателиста такая комбинаций близка к абсурду, но в «Формуле 1» решили по-другому.

Впрыск топлива в таком моторе происходит неравномерно: 3% от всей дозы подается в форкамеру, причем смесь в ней оказывается переобогащенной. Там же установлена свеча, которая поджигает смесь и вызывает ее мощное истечение в основную камеру сгорания. Это, с одной стороны, позволяет мотору работать на обедненных смесях (а «Формула 1» сегодня озабочена экономичностью не меньше, чем автопром в целом), а с другой, существенно интенсифицирует процесс сгорания, что снижает склонность мотора к детонации и опять же повышает экономичность.

Не удивлюсь, если следующее поколение двигателей VW будет использовать форкамеры.

Ссылка в тему: убийственная экономичность

Без распредвала

Два вала — коленчатый и распределительный — уже много лет являются атрибутами автомобильного ДВС, однако последнее время активизировались работы по избавлению, по крайней мере, от одного из них — от распредвала (ссылкой поделился Парящий_над_дорогоЙ).

Механизм газораспределения за последние лет пятьдесят претерпел немало изменений, и сегодня даже АвтоВАЗ выпускает моторы с изменяемыми фазами газораспределения. Это позволяет, например, увеличить крутящий момент на «нерасчетных» оборотах, сделать двигатель более тяговитым и не потерять при этом в форсировке.

Однако любой подобный механизм меняет фазы лишь в определенных пределах, и умы изобретателей не покидает идея создания мотора, в котором клапаны могли бы управляться по совершенно произвольному алгоритму. Одно из последних изобретений Qoros Qamfree — это пневматический привод клапанов, который позволяет поднимать их в любое время и на любую величину.

Естественно, что подобный механизм открывает колоссальные возможности для двигателистов. С одной стороны, удастся оптимизировать кривую крутящего момента, ведь фазы газораспределения будут оптимальны на любой частоте. С другой, есть возможность избавиться от дроссельной заслонки (в чем преуспела, например, BMW): не все знают, но у бензинового мотора на частичных нагрузках именно дроссель является одним из основных «прожигателей» топлива, ведь на прокачивание воздуха через дросселированный канал тратится большая энергия. Наконец, можно будет отключать часть цилиндров на режимах частичных нагрузок.

Проблема одна: система сложна и уязвима. Ведь «железный» распредвал — это надежно, и даже в случае выхода из строя механизма регулировки фаз газораспределения обычно есть возможность продолжить движение.

Бензин или дизель? Бензодизель!

История повторяется — это верно. Но есть еще одна поговорка: противоположности встречаются. Бензиновые и дизельные моторы больше века шли параллельными курсами, но скоро могут дать жизнь новому типу мотора, который является и тем, и другим одновременно.

Собственно, их сближение идет не первый год: наддув, прямой впрыск и отсутствие дросселя на бензиновых моторах уже сделал их чем-то похожим на дизеля, а описанные выше цикл Миллера и форкамерный впрыск открывают возможности по увеличению степени сжатия до почти дизельных величин.

"Скаэктив" от Mazda - это не столько революционные изобретения, сколько тщательная шлифовка традиционного цикла ДВС

Больше других в этом направлении преуспела Mazda, двигатели семейства Skyactiv у которой уже сейчас имеют степень сжатия 14 единиц — насколько мне известно, для массовых моторов это рекорд. Следующий шаг — это бензиновый мотор с «дизельной» степенью сжатия 18 единиц, что достигается за счет особого типа сгорания, которое инициируется не свечой, а химическими радикалами, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла. Грубо говоря, это почти дизельный цикл с самовоспламенением топливовоздушной смеси!

Как я вижу, ДВС ближайшего будущего — это бензиновый мотор, который не имеет дроссельной заслонки, зато имеет наддув и прямой впрыск топлива. Система зажигания используется в нем только для пуска и работы на полных нагрузках, а в остальное время топливо сгорает за счет самовоспламенения. Его степень сжатия немыслима по сегодняшним меркам — 16-20 единиц.

Спрашивается, зачем городить огород, ведь сегодня есть первоклассные дизели, почти не уступающие бензиновым моторам с точки зрения динамики? Просто «бензодизель» сулит еще лучшее соотношение предельной мощности к экономичности, которое сегодня недостижимо даже для дизелей.

Гидравлический 4WD

Меня немало удивила заметка «Авторевю» о том, что Renault испытывает в России полноприводные Logan и Sandero, причем для привода задних колес используется не традиционный вал+муфта, а... гидрообъемная передача.

Проще говоря, где-то в передней части автомобиля размещен объемный насос, который создает давление рабочей жидкости. Через систему патрубков жидкость поступает к заднему дифференциалу, который приводит во вращение гидромотор.

Я ни разу не слышал о применении подобного полного привода на легковых автомобилях, и если честно, не вполне понимаю резонов Renault, так что интрига сохраняется.

Главный плюс гидропривода — гибкость конструкции, что позволяет устанавливать его на модели, изначально не предназначенные для полного привода (например, с полузависимой задней подвеской). Теоретически такой привод может быть компактнее, дешевле и легче, чем обычные раздатки/муфты/валы. С другой стороны, эффективность его вызывает сомнения: большие потери в гидравлическом контуре вряд ли позволят задействовать его постоянно, тем более на маломощных автомобилях. Если же речь о системе, включаемой по требованию, возникают сомнения в ее «внедорожных» талантах, ведь активироваться такой привод будет гораздо ленивее, чем «железный».

К слову, более перспективной мне кажется система, в которой задние колеса подключаются электромотором, тем более, сегодня автопром в принципе идет по пути гибридизации.

Ссылка в тему: привод 3WD

Вместо резюме

Одно жаль: все простые решения уже найдены и внедрены. Все инновации, о которых шла речь, подразумевают усложнение конструкции. И сегодня, когда производители борются за каждый цент себестоимости, это нередко выходит боком. Ведь из трех характеристик — эффективно, надежно, недорого — можно выбрать только две.