Что нового в автомобильных двигателях

Двигатели автомобилей: подкапотные тайны 2020-го

К акие двигатели мы увидим у новеньких авто в 2020 году? Моторы на конвейере живут долго — это расхожее мнение. Будет ли оно пересмотрено к ближайшей круглой дате? В этом материале обзор мнений ведущих европейских экспертов в области моторостроения. Поршни-то в моторе останутся, или их заменят медные обмотки ротора и статора? Ну, да, немцы уже поставили перед собой цель вывести на дороги страны к 2020 году ровно миллион электромобилей. Но это ведь только пара процентов всего автопарка!

Гибридный агрегат оставляет меньше места для двигателя внутреннего сгорания и это — одна из причин отказа от «лишних» цилиндров.

Здесь позволю себе сделать маленькое отступление — о перспективах российского моторостроения. Первый мой автомобиль «ИЖ 2125» был носителем «412-го» мотора. По сути это был ухудшенный вариант немецкого мотора, в стужу он не заводился, а летом у него треснула головка блока, после ремонта он воспламенился вместе с автомобилем.

Под капотом моего ИЖика в 1980-м был карбюраторный «412-й» двигатель Уфимского моторостроительного завода. Его поставляли на конвейеры в Ижевск и в Москву.

Отсюда у меня устойчивое мнение, что все немецкое мы можем только испортить. Не удалось нам развить и полученное по лицензии итальянское моторостроение. Двигатели ВАЗа как родились для малолитражек, так похоже для них и умрут. Спецы говорят, что все дело в межцилиндровом расстоянии. Заданное однажды, оно на наших моторах никак не может быть изменено, отсюда и все ограничения по объему и мощности.

Самый «свежий» шестнадцатиклапанный вазовский мотор — уже 20-летней давности и выпускается в мизерных по современным меркам объемах, значит, не имеет перспективы на рынке моторов в миллионах штук.

Были в отечественном автомобилестроении две попытки вырваться из этого замкнутого круга — одна реальная, когда красный директор АЗЛК тов. Коломников даже закупил необходимое оборудование для современного мотора, и одна обманная — закладка камня нового моторного завода на ВАЗе. На базе этих исторических знаний могу с грустью констатировать, что в 2020 году российского национального моторостроения уже не будет. А какое будет?

Вопреки общей тенденции снижения объема двигателя, такие моторы, что красовался на стенде «Феррари» в Женеве 2014-года, всегда будут вызывать уважение.

Инженеры из Маранелло создали абсолютно новый высокотехнологичный силовой агрегат, позволяющий добиться разгона до сотни за рекордные 3,6 секунды. Это модель с самым возбуждающим «саундтреком», который когда-либо производил турбомотор серийного спортивного автомобиля. Благодаря применению двойного турбонаддува, мотор практически лишен провала в зоне низких оборотов. Это гарантирует мгновенный отклик при нажатии педали газа. Восемь цилиндров позволяют плавно использовать кривую изменения крутящего момента в самом широком диапазоне оборотов.
В результате 8-цилиндровый двигатель с двойным турбонаддувом объемом 3855 см3 и прямым впрыском топлива, получил следующие характеристики: максимальная мощность 560 л.с. при 7500 об/мин, а также самые высокие показатели удельной мощности – 145 л.с./л и максимального крутящего момента – 755 Nм. для автомобилей своего класса.

Так что никуда от ДВС покуда не уйти, вот только про него можно будет сказать «мал да удал» – идеология даунсайзинга будет лишь крепнуть. Литров (рабочего объема и расхода топлива) все меньше, сил все больше, а если их будет не хватать, поможет электромотор. По мнению главы Volkswagen Мартина Винтеркорна ближайшее будущее за plug-in гибридами. Если кто не знает, речь о гибридном силовом агрегате, в котором тяговые батареи могут подзаряжаться не только от бортового генератора, но и от розетки в домашнем или служебном гараже.

Такая схема позволяет уже сегодня немного запудрить мозги обывателю, пообещав ему расход топлива всего в пару литров на сотню. Хитрость в том, что эта пара литров будет израсходована лишь на ПЕРВУЮ сотню пробега, т.к., скажем, 60 км авто пробежит на электротяге, а ДВС включится в работу лишь на оставшихся 40 километрах. Но истраченные 2 л дизтоплива маркетологи разделят уже не на 40, а на всю сотню… Кстати, в этом не так уж много вранья: такой же расход может быть и при дальнейшем пробеге, если вы после первой сотни воткнете вилку в розетку и пополните батареи – на то он и plug-in!

Читайте также:  Что может быть от перегрева двигателя ваз 21053

С подачи японцев гибриды подхватили немцы и французы. Это системная конкуренция уже дает свои плоды.

Интересно, что перспективные модели Volkswagen конструируются так, чтобы под капот без серьезных переделок можно было поставить что угодно: бензиновый или дизельный ДВС, гибридный агрегат, электромотор или даже топливные элементы. Все это упакуют в одну из трех модульных платформ MQB, MLB или MSB. С первой – поперечно-модульной – мы уже знакомы. Вторая – продольно-модульная – предназначена, например, для моделей Audi с продольным расположением двигателя, третья – стандартно-модульная – рассчитана для создания заднеприводных авто. Уже появляются в гамме моделей концерна так называемые трехлитровые и трехъевровые машины. Первые (например, Audi A3 TDI ultra) расходуют на сотню не более 3 л топлива, вторые (VW Eco Up) потребуют раскошелиться на такой же пробег не более, чем на 3 евро. Запомните эти термины – в 2020 году они будут на слуху.

Ну, а чем же еще, кроме даунсайзинга, можно повысить эффективность ДВС, разве конструкторы не подошли уже к пределу их совершенства? Но такого предела, как известно, нет, и это не только крылатая фраза. Volvo, например, работает над системой впрыска i-Art, позволяющей измерять реальное количество топлива поступающего в каждый отдельный цилиндр и оптимально его подстраивать.

Когда мотор спрячут в капсулу-термос, капот даже сразу после поездки будет почти холодным

А Mercedes скоро заключит свои двигатели в теплоизолирующие капсулы (как в термос), и это позволит сэкономить до 1,5 л топлива на каждую полную заправку!

Под капотами BMW, Volvo пропишутся трехцилиндровые двигатели, а если вам надо больше, придется обратиться к Mercedes. Бернард Хайль, руководитель двигателистов фирмы, считает, что для достижения приемлемого уровня шума и вибраций, такие двигатели придется снабжать балансирными валами, а это – дополнительное трение и деньги, что сводит преимущества таких моторов к нулю. Но и у «мерседесов» можно будет найти «трешки», если использован гибридный привод, когда требуется выкроить место для электромотора там, где его нет.

Помогут сэкономить топливо и новые коробки передач, которые благодаря все большему количеству ступеней смогут обеспечить двигателю возможность почти всегда работать в самом выгодном режиме. Что же, ждем 10-ступку? Глава ZF Штефан Зоммер успокоил: на девяти передачах решено поставить точку. Дальше дополнительные трение и масса не дают насладиться возможным теоретически выигрышем в эффективности всего силового агрегата. Зато коробку… электрифицируют. Шестерни заднего хода, например, заменят электромотором, так что пятиться будем на электротяге. Прощай, рекорды Гиннеса по гонкам багажником вперед! В системах полного привода широкое распространение также получит замена шестеренок и карданных валов тяговыми электромоторами на задних колесах.

Чем тоньше свеча, тем шире клапан, да и форсунку разместить легче.

В перспективных бензиновых моторах будет расти степень сжатия, тогда как топливная смесь станет беднее. Такую поджечь совсем непросто. Нужна очень мощная искра. Майк Мерке из компании Federal Mogul рассказал, какие инновации появятся в будущих свечах зажигания. Да, к 2020 году традиционные свечи еще останутся, но будут выдерживать не 36 кВ, как сегодня, а все 47! Притом, что диаметр резьбы уменьшится с нынешних 14 до 12 мм. Это позволит увеличить диаметр клапанов, оптимальнее разместить форсунки непосредственного впрыска. Новая керамика SureFire II, на 99% состоящая из оксида алюминия позволит решить задачу. Кстати, отличить такой изолятор можно будет по его блеску – нынешняя юбка вокруг центрального электрода, как известно, матовая.

Читайте также:  Как рассчитать индуктивность двигателя

Новые свечи зажигания не обойдутся без электродов с наплавками из драгметаллов (платины или иридия). Впрочем, изолятор тоже сделают из нового материала.

Электроды, конечно, сплошь обзаведутся наплавками из стойких металлов – платины, иридия. В общем, с дешевыми свечками будущим автовладельцам придется распрощаться.

НА ОДНОМ ГОРШКЕ

Если в 2020 году ваш автомобиль поедет на одном-двух цилиндрах, благодарите профессора Плёйса.

Такую перспективу – езды на одном цилиндре! – открыл перед нами д-р Петер Плёйс, исполнительный директор компании Schaeffler. Но не пугайтесь, в «инвалидную коляску» ваш будущий автомобиль станет превращаться лишь временами, когда тяги и одного цилиндра окажется достаточно. Помогут ему в этом системы полностью регулируемого привода клапанов наподобие существующего уже нынче в двигателях FIAT Multi Air. Такой привод позволяет легко отключать «лишние» цилиндры, экономя топливо. Новое заключается в том, что отключать «горшки» станут не только на «шестерках» и «восьмерках» (еще вопрос, останутся ли они вообще в массовых авто), но и в четырех- и даже трехцилиндровых моторах! Кроме того, системы Multi Air (как раз Schaeffler и является их разработчиком и изготовителем) позволяют легко реализовать более эффективные термодинамические циклы Миллера и Аткинсона.

Еще один выигрыш систем полного управления клапанами заключается в возможности избавиться от дроссельной заслонки, вносящей заметный вклад в потери при всасывании.

Надо сказать, что будущим ремонтникам не будет скучно: аналогичные по результату своей работы системы управления клапанами сильно отличаются по конструкции. Так что Multi Air совсем не похож на Valvetronic BMW, Variocam Porsche или подвижные кулачки VW.

Смазка ремня ГРМ позволит сделать его совсем узким, даже компактнее цепи!

Пока остаются, пусть и становящиеся невероятно сложными кулачковые валы, их приходится вращать. По соображениям компоновки от некогда распространенного шестеренчатого привода ГРМ давно отказались, еще на «копейке» был уже цепной привод, а сейчас идет постоянная борьба между цепью и зубчатым ремнем. Последний традиционно считается менее надежным, на форумах пугают страшилками о последствиях его обрыва, сервисные книжки предписывают регулярную профилактическую замену ремней через каждые 40 – 60 – 80 тыс. километров (возможно, опасаются наводнивших рынок подделок — они, действительно, рвутся только так).

Но откроем страшную тайну: в требованиях автопроизводителей к поставщикам ремней записан срок службы от 200 до 350 тысяч километров! Так что, предписания замены либо банальная перестраховка, либо желание поддержать продажи запчастей. А между тем, цепь, хоть и не рвется, зато вытягивается, нарушая точность работы всего ГРМ, что приводит к росту расхода топлива, вредных выбросов и падению мощности. А вот ремни, рассказывает Херманн Шульте, руководитель команды разработчиков компании ContiTech Power Transmission Group, стабильны и почти бесшумны.

В тестах ремень вытянулся после пробега 240 000 км всего на 0,1%, впятеро меньше цепи! Новейшие материалы позволяют опустить ремень в… масло, сделав его одновременно более узким, что выбивает почву из под аргументов сторонников цепного привода, что он-де более компактный. Кроме того, новейшим ремням не страшны и загрязнения моторного масла, тогда как частицы сажи в нем губительны для цепи. В 2020 году ширину ремня ГРМ удастся уменьшить до… 10 мм!

Всё больше в создании современных моторов участвуют производители компонентов, и здесь на первый план выходят известные марки — «Бош», «Континенталь» и др. с миллионными объемами производства и гарантией качества.

Выводы для рядового покупателя: В ближайшее десятилетие обновление моторного парка пойдет заметно быстрее. Выживут производства, способные собирать моторы многими сотнями тысяч из деталей с гарантированным но ограниченным пробегом. К 2020 году нам надо научиться перед ремонтом двигателя хорошенько думать и считать, может быть дешевле будет купить новый автомобиль.

Источник

Новые технологии двигателей

Новые технологии направлены на то, чтобы сделать двигатели внутреннего сгорания более эффективными. В предыдущие годы они стали повсеместными, а в будущем станут «умными». К сожалению, пока они не обладают высоким КПД и неэкономичны. Но пользуясь последними достижениями в области материалов и электроники, вполне возможно исправить эти недостатки.

Читайте также:  Двухобмоточный двигатель схема подключения

Мазда Skyactiv-G

Автомобильный концерн Мазда часто предлагает интересные инновационные решения. Один из вопросов, которыми он решил заняться ─ экономия топлива. Компания разработала новые двигатели Skyactiv-G. Уже планируются к выпуску малолитражные автомобили Mazda 2, оснащенные ими. Они обладают высочайшей степенью сжатия, за счет чего и повышается топливная экономичность. По версии разработчиков, средний расход бензина будет составлять примерно 3 литра на сотню километров.

Электронный клапан

Данный двухтактный двигатель разработан корпорацией Grail Engine Technologies. Он выполнен из простых деталей, изготовленных методом отливки.

  • изготовлен в соответствии с экологическими стандартами;
  • потребляя от трех до четырех литров на «сотню» выдает 200 л.с.;
  • возможна установка на гибридные автомобили.

Лазеры

Новые технологии в двигателях внутреннего сгорания стали возможны с появлением лазеров. Стандартные свечи имеют серьезную проблему. Она заключается в необходимости сильной искры, но в таком случае идет быстрый износ электродов. Решить этот вопрос можно, если применять лазеры для воспламенения топлива. Они имеют преимущество, так как позволяют задавать важные параметры: угол зажигания и мощность.

Учеными разработаны керамические лазеры d 9 мм. Они подойдут для подавляющего большинства моторов.

Pinnacle

Одной из перспективных разработок являются двигатели Pinnacle.В них поршни располагаются противоположно относительно друг друга, находясь в одном цилиндре. Между ними и воспламеняется топливо. Подобное их расположение значительно экономит энергию и увеличивает эффективность двигателя. При этом стоимость силового агрегата достаточно низкая.

Эти двигатели принципиально отличаются от распространенных оппозитных моделей, использующихся повсеместно.

Это двухтактный двигатель с изменяемой геометрией и площадью поршня. Он легок и компактен, а его КПД составляет 45%.

Изобретатель Iris Тимбер Дик придумал концепцию с шестью поршнями, полезная площадь которых в три раза больше, чем в стандартной паре. Каждый поршень представляет собой стальной, изогнутый лепесток.

  • поступление воздуха через камеру сгорания;
  • смыкание лепестков к середине камеры и сжимание воздуха;
  • раздвижение поршней и поворот валов;
  • впрыскивание топлива и зажигание;
  • открытие выпускных клапанов.

Разделение радиатором

Особенность инновации в том, что используется разделение мотора радиатором на две части. Впуск и сжатие топлива осуществляется в холодных цилиндрах, а сгорание и выхлоп газов – в горячих. При таком функционировании агрегата получается экономия около 40%. Ученые все еще дорабатывают и совершенствуют данную систему, чтобы добиться еще большей экономии (до 50%).

Scuderi

Это двигатель разделенного цикла Air-Hybrid разработан американской компанией Scuderi Group. Он более экономичен, если сравнивать с обычными аналогами. Сотрудники компании рассчитывают, что их изобретение станет настоящим прорывом. Они уже получили на него патент. Для наиболее рационального использования энергии он разделяет 4 стандартных поршневых цилиндра на рабочие и вспомогательные. Это делается для того, чтобы разумно использовать энергию, которую они будут вырабатывать. Механизм функционирования основан на соединении двух цилиндров при помощи специального канала. Далее происходит впрыскивание сжатого воздуха во второй цилиндр с последующим воспламенением топливовоздушной смеси и выхлопом.

Экомотор

Компания Eco Motors International переработала конструкцию двигателя внутреннего сгорания, применив творческий подход. Он получился двухтактный, с элегантной и простой конструкцией. Пара модулей (по четыре поршня в каждом) соединены муфтой и имеют электронное управление.

Турбокомпресс утилизирует энергию выхлопных газов и участвует в выработке электроэнергии.

  • легкость;
  • низкий расход топлива;
  • небольшие производственные затраты;
  • масштабируемость (при добавлении нескольких модулей двигатель малолитражного автомобиля превращается в мотор для грузовика).

Работа двигателя возможна на бензине, дизеле, этаноле.

Роторные двигатели

Американские ученые разрабатывают еще одну интересную инновацию автомобильного мотора. Его ресурс будет более высокий, чем у обычных моделей. Механизм действия:

  1. Получение энергии под воздействием взрывных волн.
  2. Вращение ротора, прохождение топлива по каналам.
  3. Образование ударной волны.
  4. Воспламенение и выхлоп отработанных газов.

Ученые в 2018 году продолжают искать новые технологии для производства экономичных и экологичных моделей двигателей внутреннего сгорания. Многие проекты еще находятся на стадии разработок и ждут финансирования.

Источник