Характеристики современных двигателей Для современных двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей общего назначения характерны многие элементы, которые еще несколько лет назад были достоянием лишь гоночных двигателей. Основные работы ведутся в направлении повышения удельной мощности двигателей, уменьшения токсичности выхлопных газов, повышения надежности и долговечности. Повышение удельной мощности, надежности и долговечности двигателей способствует увеличению уверенности водителя в процессе управления автомобилем, особенно при маневрировании в сложных ситуациях. Уменьшение токсичности выхлопных газов - основная проблема в странах с высоким уровнем автомобилизации, и от решения ее зависят не только условия, в которых работает водитель, их комфортабельность, но и здоровье, жизнь многих людей. Двигатели внутреннего сгорания насчитывают уже более чем столетнюю историю. Совсем недавно казалось, что они уже достигли совершенства и дальнейших перспектив развития у них уже нет. Но инженеры-двигателисты считают иначе. Системой электронного впрыска топлива сегодня уже никого не удивишь. Разработчики известного японского концерна Mitsubishi предложили вариант «бензинового дизельного» двигателя, в котором топливовоздушная смесь впрыскивается не во впускной коллектор, а непосредственно в камеру сгорания, подобно обычному дизельному двигателю. Разработанный ими двигатель получил название GDI (Gasoline Direct Injection - непосредственный впрыск топлива) и уже нашел себе применение на автомобиле Mitsubishi Carisma. В этом двигателе происходит так называемое послойное смесеобразование. При небольших нагрузках он работает на очень бедных смесях. Для того чтобы поджечь такую смесь, необходимо впрыскивать топливо в конце такта сжатия, при этом поршни специальной формы направляют ее непосредственно к электродам свечей. Экономия топлива в двигателях GDI по сравнению с обычными двигателями достигает 10-15%, но при этом резко повышается температура отработанных газов, а вместе с ней и количество выбрасываемых в атмосферу окислов азота (NOx), что делает необходимым использование дорогого катализатора, который требует использования бензина с минимальным количеством серы, в противном случае он очень быстро выйдет из строя. Интересный двигатель разработан шведской фирмой SAAB, которая хорошо известна своими инновациями в области двигателестроения. Именно она первой освоила серийное производство двигателей с турбонаддувом и четырьмя клапанами на цилиндр. Как ясно из названия двигателя SVC (SAAB Variable Compression), в нем изменяется степень сжатия. Достигается это путем наклона головки блока двигателя на 4° относительно картера, что дает возможность увеличить объем камеры сгорания при том же ходе поршня. Благодаря этому появляется возможность изменить степень сжатия двигателя в диапазоне от 14 :1 до 8 :1. Изменение степени сжатия позволяет существенно увеличить КПД двигателя. Представленный пятицилиндровый образец SVC имел объем всего 1,6 литра, развивая при этом мощность более 200 л. с. При этом по сравнению с обычным двигателем он потребляет топлива на 30% меньше. Но высокий уровень шума при работе, а также другие проблемы сдерживают пока его серийное производство. Фирма BMW всегда славилась своими двигателями. Очень интересный двигатель, названный Valvetronic, она представила на суд общественности в 2001 году. Этот двигатель позволяет изменять фазы газораспределения и степень открытия клапанов. Для изменения степени открытия клапанов в головке блока цилиндров двигателя кроме двух рас-пределительных валов, выполняющих свои обычные функции, добавлен еще один управляющий вал. Поворачиваясь вокруг своей оси, он изменяет положение промежуточного механизма, который воздействует на клапан, изменяя максимальную величину его открытия от 0,25 мм, обеспечивая тем самым легкий запуск и устойчивую работу на холостом ходу и достаточный крутящий момент на небольших скоростях и нагрузках, до 9,4 мм, необходимых для получения максимальной мощности при высоких оборотах. Изменение фаз газораспределения достигается путем использования двух ползунковых вариаторов, установленных непосредственно на впускном и выпускном распределительных валах. Для снижения уровня вибраций 4-цилиндровых двигателей большого объема в картере двигателя были установлены два балансирных вала, приводящихся в движение дополни-тельным цепным приводом от коленчатого вала двигателя. В этих двигателях используется система плавного регулирования длины впускных трубопроводов. Для этого используется вращающийся барабан с электроприводом, позволяющий за 1 секунду изменить длину трубопровода с 231 до 673 миллиметров. До средних оборотов (3500 об/мин) работает длинный канал, а по мере роста оборотов он укорачивается. Все эти конструкторские ухищрения позволяют на низких и средних нагрузках сэкономить до 10% топлива. Уже были испробованы двигатели, в которых отсутствуют традиционные распределительные валы. В них использовано индивидуальное устройство управления клапанами с гидроприводом или электроприводом с помощью соленоидов. С помощью такой системы можно не только четко управлять временем открытия каждого клапана, не только обеспечивать получение максимальной мощности или максимального крутящего момента, очень маленьких и экономичных оборотов холостого хода, но и получения не-которых теоретических возможностей. Например, станет реальным отключать несколько цилиндров полностью или переводить их на малую нагрузку. Созданные эксперимен-тальные агрегаты показали, что электрическое управление клапанами позволяет сэкономить до 20% топлива. Кроме того, конструкция самого двигателя может быть значительно упрощена, так как обычный привод газораспределительного механизма: цепи, ремни, механизм натяжения, шестерни и распределительные валы - становится ненужным. Но несмотря на явные преимущества и кажущуюся простоту электронного привода клапанов, конструкторы столкнулись с некоторыми трудностями. Так, для работы 16-клапанного 4-цилиндрового двигателя требуется мощность около 2 кВт. Да и при использовании 12-вольтовой бортовой сети автомобиля соленоиды получаются большими и тяжелыми. Разработчики считают, что эти проблемы могут быть успешно преодолены переводом бортовой сети автомобиля на напряжение 36 вольт и применением генератора напряжения 42 вольта. Специалисты фирмы Renault считают, что в перспективе потребляемая мощность системы электронного привода клапанов будет снижена до 300 Вт. По их мнению, такая система привода будет применяться уже в 2010 году, когда появится 36-вольтовая бортовая сеть.
