Двигатели внутреннего сгорания используются на легковых автомобилях более ста лет. Причем за все время революционных изменений эти моторы так и не претерпели. Тем не менее, у них есть множество врожденных недостатков, от которых инженеры по сей день пытаются избавиться, предлагая подчас весьма неординарные решения. Одни из них остались на стадии экспериментов, другие реализовались на серийных автомобилях. Что же представляют собой наиболее интересные разработки? Цикл Аткинсона Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск – по такому циклу, изобретенному еще в 1876 году немецким инженером Николаусом Отто, работает традиционный четырехтактный двигатель. Тем не менее, уже в 1886 году британский изобретатель Джеймс Аткинсон усовершенствовал эту схему. На первый взгляд, мотор мало изменился. У него тот же порядок тактов, принцип работы и т.д. Но если разобраться, то Аткинсон создал, по сути, совершенно оригинальный тип ДВС. Судите сами: прежде всего двигатель получил специальный коленвал со смещенными точками крепления. Это позволило снизить потери на трении и поднять степень сжатия мотора. Также в двигателе Аткинсона другие фазы газораспределения. Если на обычном ДВС впускной клапан закрывается практически сразу по прохождении поршнем нижней мертвой точки, то в новой схеме такт впуска значительно длиннее – клапан закрывается лишь на полпути поршня к верхней мертвой точке, то есть, когда в цикле Отто уже вовсю идет такт сжатия. Теоретически, благодаря этим доработкам должно было существенно улучшиться наполнение цилиндров, а, следовательно – экономичность и мощностные показатели двигателя. В целом, цикл Аткинсона примерно на 10% эффективнее цикла Отто. Но на серийных автомобилях творение британского инженера долгое время почти не встречалось. Дело в том, что такой мотор способен нормально работать лишь на достаточно высоких оборотах. А на холостых он, наоборот, норовит заглохнуть. То есть, здесь приходится решать проблему наполнения цилиндров на малых оборотах. Для этого пытались использовать механический нагнетатель (кстати, такую схему иногда не совсем верно еще называют «цикл Миллера»), но оказалось, что потери на привод компрессора практически сводят на нет все достоинства мотора Аткинсона. Поэтому, массовых моделей с таким ДВС очень мало. И, пожалуй, самая известная из них – Mazda Xedos 9/Eunos 800, которая выпускалась с 1993 по 2002 год и оснащалась 210-сильным 2,3-литровым V6. Зато цикл Аткинсона очень пригодился автопроизводителям при создании гибридных моделей (вроде Toyota Prius). Ведь на малых скоростях такие машины передвигаются, в основном, на электротяге, а бензиновый двигатель подключается только при разгоне или при больших нагрузках. Эта схема с одной стороны позволяет нивелировать врожденные недостатки мотора Аткинсона, а другой – максимально использовать его положительные качества. Золотниковое газораспределение Традиционный газораспределительный механизм, со всеми клапанами, толкателями, распредвалами и прочими движущимися частями – один из основных источников шума в автомобильном двигателе. Поэтому создатели еще самых первых машин пытались избавиться от громоздкого ГРМ. Пожалуй, наибольшего успеха на этом поприще добился американский инженер Чарльз Найт, который в начале прошлого века изобрел мотор собственной конструкции. Привычных клапанов и их привода в этом двигателе не было – их заменили специальные золотники в виде двух гильз, размещенных между цилиндром и поршнем. С помощью оригинального привода золотники перемещались вверх-вниз и в необходимый момент открывали окна в стенке цилиндра, через которые внутрь поступала свежая горючая смесь, и удалялись в атмосферу выхлопные газы. Моторы с золотниковым газораспределением Найта отличались практически бесшумной по меркам того времени работой. Неудивительно, что вскоре изобретением американца заинтересовались многие автомобильные компании. Правда, из-за высокой сложности изготовления стоили такие моторы немало, поэтому они прижились в основном на престижных моделях, покупатели которых готовы были переплачивать за комфорт. В частности, двигатели Найта тогда использовали такие знаменитые фирмы, как Daimler, Mercedes-Benz или Panhard Levassor. Однако век бесшумных моторов Найта оказался недолог. Уже в 30-х годах прошлого века практически все автопроизводители отказались от таких двигателей. Как показала практика, конструкция оказалась очень ненадежной, да к тому же из-за высокого трения между золотниками и стенками цилиндра (особенно на высоких оборотах) расход топлива и масла оказался очень значительным. Поэтому позади автомобилей с такими моторами всегда вился характерный сизый дымок от сгорающей смазки. Тем не менее, в наши дни то и дело появляются сообщения о различных опытных вариантах бесклапанных двигателей, так что не исключено, что в будущем мы еще увидим такие моторы на серийных машинах. Бензодизель Мы привыкли, что в последнее время на легковых автомобилях используются в основном два типа двигателей – бензиновые и дизельные. Но вскоре, возможно, этого разделения не будет. Ведь многие автопроизводители сегодня работают над созданием универсального мотора, который совместит в себе высокую мощность бензиновых силовых агрегатов с хорошей тяговитостью и экономичностью дизелей. В принципе, первый шаг в этом направлении уже сделан. Современные бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива уже могут похвастать достаточно высокой степенью сжатия на уровне 13-14 единиц (у дизелей – 17-19), да и работают они практически так же, как моторы с воспламенением от сжатия. Разве что рабочую смесь по-прежнему приходится искусственно поджигать свечой. На экспериментальных моделях степень сжатия достигает 15-16 единиц. Правда, этого все равно недостаточно для самовоспламенения смеси в ряде случаев. Поэтому при запуске двигателя, а также при высоких нагрузках топливо все равно поджигается от искры. Однако при равномерном движении свеча отключается, и мотор переходит на «дизельный» режим работы, потребляя минимум топлива. Причем процесс сгорания постоянно контролируется электроникой, которая в зависимости от внешних условий вносит поправки в работу двигателя. По словам разработчиков, подобный двигатель очень экономичен и дружелюбен к окружающей среде. Впрочем, говорить о перспективах таких моторах на серийных моделях пока рано, ведь все преимущества такой системы могут свестись на нет ее высокой стоимостью. Переменная степень сжатия Этот параметр специалисты считают одним из главных в двигателе. Ведь чем выше степень сжатия, тем больше мощность, КПД мотора и лучше его экономичность. Поэтому, чем современнее становились ДВС, тем больше у них становилась степень сжатия. Но в последнее время такая тенденция практически прекратилась. Дело в том, что бесконечно увеличивать этот параметр тоже нельзя, иначе в цилиндрах будет происходить взрывное, неконтролируемое сгорания рабочей смеси. Иными словами – детонация, которая может привести даже к разрушению мотора. Причем особенно чувствительны к увеличению степени сжатия моторы с наддувом. Ведь у них нагрузка на детали больше, они сильнее нагреваются и риск появления детонации соответственно выше. Так что степень сжатия приходится снижать. При этом соответственно падает и эффективность двигателя. Таким образом, в идеальном случае степень сжатия должна плавно меняться в зависимости от режима работы и нагрузки на мотор. Об этом задумались еще в середине прошлого века. Появилось множество проектов весьма оригинальных конструкций, у которых, по сути, была одна общая черта – сложность, дороговизна и как следствие, непригодность к серийному производству. Пожалуй, наибольшего прогресса в создании двигателей с переменной степенью сжатия добилась шведская компания Saab. В 2000 году она представила рядный пятицилиндровый мотор SVC (Saab Variable Compression), который при рабочем объеме всего 1.6 л выдавал 225 л.с.(!) Даже не сегодняшний день это фантастический показатель. Этот двигатель по горизонтали разделен на две части, шарнирно соединенных друг с другом. В нижней части находятся коленвал, шатуны и поршни, а верхняя объединяет в едином моноблоке цилиндры и их головки. Специальный гидропривод может слегка наклонять моноблок, варьируя степень сжатия от 14 единиц на холостых оборотах, до 8 на высоких, когда в работу включается приводной компрессор. Такая конструкция оказалась эффективной, но очень дорогой, поэтому вскоре после премьеры проект SVC закрыли до лучших времен. А сегодня и само существование шведской компании сегодня под большим вопросом... По мнению специалистов, более жизнеспособной выглядит другая схема. Такой двигатель практически не отличим от обычного, за исключением оригинального кривошипно-шатунного механизма. Коленвал здесь связан с поршнем через коромысло. Оно в свою очередь закреплено на специальном валу, который может поворачиваться с помощью электро- или гидропривода. При наклоне коромысла меняется и положение поршня в цилиндре, а значит и степень сжатия. Преимущества такой компоновки в относительно простоте – теоретически ее можно создать на основе практически любого мотора. http://rus-auto.net/articles/a.18.html
