1.3 Развитие дизельного двигателестроения.

Столкнувшись в 70-х годах с проблемой загрязнения воздуха, самая автомобильная нация - американцы - принялись искать выход из сложившейся ситуации. И нашла его, разработав нейтрализатор выхлопных газов, который, по крайней мере, снял остроту проблемы.

Именно нейтрализаторам и обязаны глобальным распространением система впрыска топлива, первые образцы которых появились еще в 50-х годах, но до конца 80-х так и не составили конкуренции карбюраторам.

С появлением двигателей, оборудованных впрыском топлива, у нас в стране за ними укрепился эпитет инжекторные, который ведет происхождение от английского глагола to inject - впрыскивать, вдувать. Существительное инжектор можно применять лишь к форсунке, но вряд ли к двигателю в целом.

Система питания HPI разработанная шведскими специалистами совместно с американской фирмой «Камминс». Изюминка скрыта в оригинальном гидравлическом управлении насос-форсунками. В каждой - две секции: одна предназначена для «рабочего» топлива (далее оно направится в камеру сгорания), а от переменного объема другой зависит момент впрыска.

Сколько подать топлива в одну и другую половинку форсунки, определяет электронный блок. Он открывает и закрывает электромагнитные клапаны, дозирующие топливо, - всего их четыре, по паре на каждые три цилиндра. Такова роль электроники, а непосредственно форсункой управляет гидравлика. Она достаточно «сильна», чтобы работать с давлением более 1000 атм, и способна сдвигать начало и окончание впрыска. Это выгодно отличает новинку от «электронных» аналогов. Разработчики достигли компромисса между экологией и мощностью: вредных веществ в отработанных газах не прибавилось, а дополнительные киловатты появились.

На мощных двигателях нередко применяют системы наддува, которые подают в цилиндры воздух под давлением, тем самым, увеличивая его количество и в итоге - мощность мотора. Общие названия этих систем - компрессор, и чаще употребляемый синоним нагнетатель произошло от глаголов сжимать и наполнять. Сегодня большинство фирм используют два основных вида нагнетателей - механические и приводимые в действие отработавшими газами. У каждого свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

«Мерседес», например, уже давно определился с выбором и устанавливает нагнетатели с механическим приводом на бензиновые двигатели, а турбокомпрессоры - на дизельные. Дело в том, что у приводных (жестко связанных с валом двигателя) нагнетателей давление наддува не зависит от оборотов, благодаря чему двигатель быстро реагирует на нажатие педали акселератора. Особенно ценно это качество при разгоне. Также в их активе простота конструкции. Но, естественно, есть и другая сторона медали: расход топлива у моторов, оборудованных нагнетателями с механическим приводом, выше, а КПД ниже, чем у двигателей с турбонаддувом.

Наиболее распространенный вид наддува, широко используемый сегодня в дизелях и в бензиновых моторах, - турбонаддув. Отработавшие газы вращают турбину, а та, в свою очередь, приводит компрессор, нагнетающий свежий воздух.

Выигрыш от турбокомпрессора - значительное улучшение характеристик двигателя за счет побочной энергии. А вот моментального отклика и уж тем более энергичной помощи на малых оборотах от турбокомпрессора ждать бесполезно; в самом общем случае он обеспечивает высокий крутящий момент лишь при оборотах выше средних - в характеристике появляется провал, называемый «турбоямой». (Впрочем, «турбояму» можно устранить; кроме известных методов, передовые фирмы пробуют…. подкрутку турбины специальным высокоскоростным электродвигателем.) Еще один минус - высокие требования к культуре производства и эксплуатации придирчивого турбокомпрессора.

В силу особенностей рабочего процесса дизельные двигатели лучше подходят для оснащения турбонаддувом, нежели бензиновые. Конечно, существуют и другие типы наддува, например с использованием волнового обмена, но сейчас они практически не используются.

Однако при сжатии воздух нагревается, его плотность падает, а значит, масса воздуха, доставленного в цилиндры, уменьшается. А что, если воздух после компрессора охлаждать? Для этого служит устройство, именуемое по-разному: промежуточным охладителем, охладителем наддувочного воздуха или, на импортный манер интеркулером. Это воздухо-воздушный радиатор, где нагретый в компрессоре воздух идет по трубкам и охлаждается потоком воздуха «забортного».

Кстати, охладитель позволяет не только увеличить массу свежего заряда в цилиндрах. Он еще и одно из средств борьбы с окислами азота. Эти вредные соединения образуются в процессе сгорания топлива при высокой температуре, а с помощью охладителя ее удается несколько снизить.

На современных дизельных двигателях улучшения характеристики крутящего момента при повышении экономичности и экологичности помогает достичь турбокомпаунд. Это устройство «подкручивает» коленвал энергией отработавших газов, передавая ее от турбины на маховик с помощью собственной гидротрансмиссии. Турбокомпаунд работает при больших нагрузках двигателя, обеспечивая прирост момента и мощности.

В настоящее время немецкая фирма «Мете» в сотрудничестве с «Сименсом» предложила наддув без насоса, турбины или резонансных камер, позволяющий в первую очередь улучшить тягу двигателя «на низах». Названа она электроимпульсной, ибо родилась благодаря современной электронике и компьютерам.

Во впускном трубопроводе перед каждым цилиндром установлен специальный электромагнитный клапан, управляемый собственным контроллером, который через шину передачи данных связан с основным электронным блоком двигателя. В начале такта впуска клапан плотно закрыт. Незадолго до нижней мертвой точки, когда разрежение в цилиндре максимально, клапан резко открывается. Воздух резко устремляется в цилиндр с огромной скоростью, создавая сверхзвуковую ударную волну. Если бы клапан остался открытым и дальше, часть воздуха вернулась бы во впускной коллектор, но быстродействующая электроника успевает закрыть коллектор. Кроме того ударная волна воздуха лучше перемешивает топливную смесь и снижает склонность мотора к детонации.

Прямой эффект - увеличившийся на 30% крутящий момент в самом неблагоприятном режиме, когда двигатель работает на низких оборотах, а водитель резко прибавляет газ. В новой конструкции нет недостаточно надёжной турбины и вообще никаких вращающихся деталей - только клапан да пара управляющих соленоидов.

Только на примере системы питания мы видим, что двигатели внутреннего сгорания постоянно совершенствуются, достигая все более высоких показателей по мощности, экономичности, увеличению ресурса и что особенно важно в экологичности выхлопных газов.