Даунсайзинг: что такое хорошо и что такое плохо?

Даунсайзинг: что такое хорошо и что такое плохо?

01.11.2018 - 14:08 30
Приблизительное время чтения: менее минуты. Интересно, но нет времени читать?

ДВС автомобиля, по сути, является его основным узлом. Все остальные части, из которых состоит машина, занимаются адаптацией передачи потока мощности. Поэтому с двигателя и спрос особый. Сейчас на автопроизводителей столь плотно насели экологи, что возникает вопрос – а выживет ли вообще двигатель внутреннего сгорания?

ДВС, его эффективность в различных режимах, КПД, электронное управление впрыском и зажиганием, снижение токсичности, борьба за выживание на фоне новых правил – эта тема столь неисчерпаема, что даже несколькими статьями приличного объема полностью ее закрыть сложно.

В прошлой статье мы рассказали о самой популярной части последних тенденций в моторостроении, это, конечно, далеко не все, поэтому попробуем взглянуть на проблему глазами именно инженеров, а не маркетологов, тем паче не везде даже сейчас автопроизводители отказались от традиционных ценностей.

Итак, даунсайзинг – самое распространенное явление на современном автомобильном рынке. Все плюсы и минусы понятны: высокая удельная мощность, небольшой расход топлива, неплохие экологические параметры, причем пока даже с запасом. С минусами тоже ясно – высокие нагрузки на основные элементы, низкий срок службы, неремонтопригодность, требовательность к техническому обслуживанию и качеству топлива.

Ну, с качеством российского топлива и уровнем технического обслуживания бороться производителю сложно, тут требуется вмешательство совершенно иных сил, а вот запас прочности и ограниченный ресурс вполне можно оспорить. Ведь чем плох даунсайзинговый мотор – объем и размер маленькие, мощность серьезная, нагрузка на кривошипно-шатунный механизм очень высокая – отсюда быстрый механический износ. Ну, действительно, при объеме в 1,0, 1,2 или 1,4 л такое удельное давление на коротенькие шейки коленвала и малюсенькие поршеньки по олдскульным правилам моторостроения вообще недопустимо. Так что же делать?

дс

Французы из концерна PSA решили проблему с чисто национальным изяществом. Их даунсайзинговые двигатели серии PureTech объемом 1,2 литра вместо привычных четырех цилиндров имеют только три. Плюсы ясны сразу – коренных и шатунных шеек меньше, они длиннее, ну а поршни, соответственно, больше, и все силовые детали кривошипно-шатунного механизма с большим запасом прочности по сравнению с 4-цилиндровым двигателем такого литража. Обычно всех пугают трехцилиндровые конструкции как менее уравновешенные по сравнению с четырехцилиндровыми. Однако и четыре, и восемь цилиндров не панацея – полностью уравновешенными являются лишь рядные и оппозитные «шестерки», при любой другой архитектуре ДВС все равно придется бороться с дополнительными векторами сил или же смириться с повышенной вибрацией. Впрочем, и в стародавние времена, когда о даунсайзинге ничего не слышали, инженеры зачастую использовали нечетное количество цилиндров – вспомнить хоть знаменитую рядную «пятерку» NG от Audi или двигатель «Бэби-Хаммера», также пятицилиндровый. Были и три цилиндра, и два – в общем, если жизнь заставит, сделаешь как попросят. А инерция первого и второго порядков плюс центробежные силы неплохо гасят противовесы и балансирные валы, которые как раз и применяются на PureTech. Ну и подушки под этот мотор также свои, соответственно, с вибрациями французы вопрос закрыли.

Нечестно было бы обойти своим вниманием компанию Mazda. Данного автопроизводителя вряд ли можно отнести к гигантам мирового автопрома, однако компания неизменно идет своим путем, который зачастую оказывается более перспективным, нежели общепринятый. Не будем лезть в далекое будущее и оценивать обещания, а рассмотрим то, что уже было сделано в рамках программы SKYACTIV. По сути, это целая концепция, касающаяся всего, но так как нас интересует лишь ДВС, остановимся на нем. Фирма внесла много изменений конструктивного характера, снижающих внутренние потери на трение, однако главная заслуга компании, по мнению многих, – изменение степени сжатия, как для бензиновых моторов, так и для дизелей. Степень сжатия увеличивает КПД, а в нынешние времена это очень важно. Для бензинового двигателя степень сжатия 14 – практически запредельная величина, особенно для обычных бензинов, однако инженеры фирмы, изучив процесс сгорания, распространение пламени в начале рабочего хода и пульсации давления в процессе работы, выяснили, что детонация возникает вовсе не от самого давления. Так в чем же дело? Такое явление, как инерционность процессов, и вызывает детонацию – пламя из отработавшего цилиндра попадает в выпускной коллектор и поджигает топливовоздушную смесь в следующем цилиндре, естественно, раньше, чем нужно. Дабы этого не происходило, инженеры разработали оригинальный коллектор – каждый цилиндр использует свою трубу для выпуска, а длина сих раздельных труб как раз достаточна для того, чтобы не допустить раннего поджога в соседнем цилиндре.

С дизелями немного сложнее. С одной стороны, повышение степени сжатия – благо, с другой – зло, и каждая школа дизелистов придерживается своего мнения. В «Мазде» пошли по пути уменьшения степени сжатия, обнаружив в процессе испытаний, что при таком раскладе топливо к моменту воспламенения полностью перемешивается с воздухом, так что можно использовать меньшее количество солярки для стабильной работы, да еще и налицо удельное увеличение мощностных характеристик. Следующее поколение моторов серии SKYACTIV обещает быть другим, еще более мощным и экономичным. Но пока эти разработки не пошли в серию, говорить что-то конкретное о них рано.

Компания Mazda, если трезво оценить ее разработки, сделала, пожалуй, больше, чем любой мировой автогигант. Вспомнить хоть серийные моторы Ванкеля, которые, кроме «Мазды», никто до ума так и не довел. А у них мало того, что это получилось, так еще и очень хорошо, РПД японского производства несколько раз присваивали титул «Двигатель года». Последняя разработка – мотор Renesis с RX-8 – исключением не стала и тоже получила сие почетное звание. И вот в 2012 году РПД снимается с производства, несмотря на его выдающиеся мощностные и тяговые характеристики. Кто бы что ни говорил, а роторно-поршневые автомобили Mazda уже давно приобрели статус культовых. Так в чем же дело? Наряду с несомненными плюсами у РПД имеется и парочка минусов, на которые раньше особого внимания не обращали, – расход масла и камера сгорания не самой идеальной формы. В результате выдержать современные драконовские экологические нормы в том виде, в котором он сейчас есть, РПД не в состоянии. А как было хорошо! Три года назад на Токийском автосалоне был показан шоу-кар Mazda RX-Vision. Уже по аббревиатуре понятно, под какой силовой агрегат создавался этот автомобиль. Кроме ожидаемого фурора от восторженной публики, купе посетило и конкурс элегантности на вилле д`Эсте, где также получило высокие оценки. Выход автомобиля обещан к 2020 году, но пока непонятно, удастся ли инженерам фирмы соблюсти новые стандарты «Евро». Но работы ведутся!

Ну, коли пока не до спорта, новая разработка «Мазды», однокамерный атмосферник с горизонтально расположенным валом и модифицированной системой смазки, предназначена исключительно для вращения генератора и подзарядки батарей под схему PHEV. У Mitsubishi генератор крутит рядная «четверка», у «Мазды» под полом багажника теперь будет трудиться однокамерный РПД. Такая компоновка позволит сэкономить много места и уменьшить вес силового агрегата, что ныне крайне важно.

Обойти стороной «дизельный вопрос» было бы просто нечестно, поскольку на настоящий момент, как ни обманывай себя и ни пытайся обмануть других, ничего не выйдет – народ считать умеет. Именно это, кстати, подтверждает опыт развитых стран – пока государство готово списать автолюбителям налоги, те кое-как покупают и гибриды, и PHEV`ы, и электромобили. Стоит отменить налоговые поблажки, и народ пересаживается обратно на машины с ДВС. По статистике, в Европе больше половины автовладельцев предпочитают дизельные машины, и понятно почему. Как ни крути, а КПД у дизельного мотора самый высокий, и никто ничего более интересного пока не придумал. Соответственно, они самые экономичные. Экологи, понятно, не дремлют, но тут уже стоит вопрос ребром. То, что экология для экологов далеко не самоцель, а скорее рычаг давления, похоже, ясно уже всем. Почему считается, что выхлоп гибрида чище, нежели у обычного ДВС? Ах да, содержание вредных веществ измеряется при полностью заряженном аккумуляторе. Почему бы не померить при разряженном, когда ДВС крутит и колеса, и генератор? Не надо быть семи пядей во лбу, дабы понять, что гибридный автомобиль – конструкция далеко не во всех режимах эффективная.

На настоящий момент двигатели на тяжелом топливе укладываются в нормы токсичности, если не последует очередной виток ужесточения. Конструкция дизеля теперь практически полностью исчерпала возможности по дальнейшей модификации и уменьшению количества вредных выбросов. Давление в топливной рампе повышать далее смысла не имеет, отверстия в форсунках и так тоньше человеческого волоса, среднее эффективное давление подобралось к максимуму. Так что же еще можно улучшить? Пока существующие катализаторы и фильтры вопрос закрывают, но стоит чуть ужесточить нормы, и дизель окажется вне закона. Впрочем, если нельзя улучшить мотор, дорабатывают другие узлы. Недавно были разработаны новые катализаторы ASDS, которые уже вовсю применяются в развитых странах, так что небольшой запас по нормам токсичности для ДВС на тяжелом топливе пока есть. Автопроизводители и легковой, и коммерческой техники выжидают. У многих в запасе уже есть разработки полностью электрических авто, так что, если гром грянет уже завтра, жизнь не остановится. А пока в серию продолжают идти классические дизельные автомобили.

дс2

А что же с бензиновыми моторами? Есть ли у них хоть какая-то перспектива в дальнейшем? Существуют ли возможности доработки, увеличения КПД и снижения уровня токсичности? Если бы компания Nissan не выпустила в серию кроссовер Infiniti QX50, то на сей вопрос можно было бы ответить скорее «нет», нежели «да». Однако запуском в серию двухлитрового турбомотора Infiniti VC-T с изменяемой степенью сжатия японцы, возможно, открыли новую эру модификаций и усовершенствований. Самое интересное, что данная идея будоражила умы разработчиков очень и очень давно, недаром все патенты по данной тематике закрыты пятидесятыми годами прошлого века. Но патент – это не двигатель. Леонардо да Винчи тоже изобрел вертолет еще в начале XVI века, а толку? Изготовить такой механизм при существующем уровне технологий в эпоху Возрождения не получилось. Так и здесь. Попытки были, но все они закончились неудачами.

Так чем же так притягательна данная идея? Изменение степени сжатия в процессе работы, в зависимости от совокупности ряда факторов – оборотов, нагрузки, содержания топлива в горючей смеси, – позволило бы получить оптимальные условия и полное сгорание при любом режиме работы и прилично поднять КПД. Теоретически такая система позволяет в два раза уменьшить объем мотора при полном сохранении тяговых характеристик. Одной из первых мотор с изменяемой степенью сжатия произвела на свет немецкая компания FEV Motortechnik. При объеме в 1,8 л двигатель развивал 218 л.с. и 300 Н.м., а степень сжатия в процессе работы менялась от 8 до 16. Изменением объема заведовали эксцентриковые муфты, в которых были расположены коренные шейки коленвала. Испытания продолжались почти три года, но в серию мотор не пошел.

В свое время в Saab решили разделить блок на две части, а головку блока цилиндров опускать/поднимать, когда понадобится. Для данной цели служил электропривод, приподнимающий верхнюю часть блока на угол до четырех градусов. С противоположной стороны верхняя и нижняя части соединялась шарниром. Самым слабым местом здесь оказался резиновый кожух, который соединял обе половинки блока. Так что мотор опять не пошел в серию. Отметились и французы из MCE-5 Development S.A. с разрезным шатуном, электроприводами и внедрением в систему смазки через набор специальных клапанов. В общем, получилось сложно и не очень надежно. В результате фирма Peugeot, для которой и велись разработки, отказалась от новинки, и деятельность по данному проекту свернули.

И вот теперь компания Infiniti предложила свой вариант видения событий, выпустив двигатель, в котором степень сжатия меняется от 8 до 14. Механизм изменения объема траверсный – верхняя и нижняя шейки шатуна могут менять расположение относительно друг друга. Мощность данного силового агрегата – 270 л.с., и он на 27% экономичнее других моторов компании. На новый двигатель у японцев планов громадье, однако должно пройти время, агрегат должен себя хорошо зарекомендовать, а «детские болячки», если вдруг таковые обнаружатся, необходимо ликвидировать.

В общем, подводя итог вышесказанному, хочется, чтобы экологи боролись действительно за экологию, а не за политику и не за свой карман, а то последнее время среди автопроизводителей наблюдается некоторая нервозность, обусловленная давлением извне. Природу отравляет выхлоп не только автомобилей, но и морских судов, и железнодорожного транспорта, и теплоэлектростанций, и много чего еще. Рубить сплеча – самое последнее дело, тем более с точки зрения логики не до конца понятно, почему на роль козла отпущения назначен именно автомобильный транспорт. Может быть, оставить его в покое и заняться более перспективными направлениями по защите окружающей среды?


Посмотрите похожие материалы: