Современные автомобильные двигатели: Самые надежные двигатели современных автомобилей

Содержание

Современные двигатели — какие бывают

Двигатели — механизмы, приводящие в движение транспорт или машину. Двигатели работают на топливе (например, двигатели внутреннего сгорания), на ядерной энергии (РИТЭГ), на электричестве (двигатели электромобилей), на водороде, на газу, на дизельном топливе и на многом другом. Тип топлива двигателя определяет его экологичность и другие качества. Двигатели прошли довольно длинную историю, но она еще далеко не окончена. Ученые и инженеры постоянно думают над новым топливом и новыми двигателями, стремясь уместить больше энергии в меньшее количество расходов.

Самое обсуждаемое по теме Современные двигатели

В новом корпоративном письме Илон Маск объявил, что проблемы с производством ракетных двигателей для космического корабля Starship могут привести к банкротству компании SpaceX. Он хотел взять небольшой отпуск на День благодарения (25 ноября), но был вынужден отказаться от своих планов и приехать на производственную линию, чтобы собственноручно помогать рабочим. По его словам, для выхода из катастрофической ситуации на заводе нужно как можно больше рук — в противном случае, планы компании на 2022 год будут неосуществимы. А ведь на начало года запланирован первый полет корабля Starship в космос. Ранее он говорил о неуверенности в том, что корабль достигнет земной орбиты с первого раза, но полет все равно должен осуществиться. Но почему Илон Маск считает, что проблемы с двигателями приведут к банкротству? Неужели нельзя просто сместить сроки?

Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца. Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют. Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.

С тех пор, как Илон Маск ворвался на автомобильный рынок, интерес к электромобилям не утихает который год. Автомобильные концерны тратят миллиарды на разработки в сфере электрификации автомобилей, а общественность зачастую видит в них спасение окружающей среды и восхищается повышенной эффективностью, но действительно ли это так? Является ли электромобиль революцией в автомобильной промышленности и панацеей от нефтепродуктов, или это просто очень красивый маркетинг с харизматичным лидером у руля? Давайте затронем все эти моменты в данной статье.

Ежедневно транспортные средства загрязняют воздух выхлопными газами, которые вредят не только природе, но и здоровью людей. По данным Росприроднадзора, в 2017 году объем выбросов углекислого газа от одних только автомобилей составил более 14,5 миллиона тонн. Чтобы снизить этот показатель, многие страны хотят отказаться от транспорта с двигателями внутреннего сгорания и перейти на электрические аналоги. Примечательно, что новые двигатели необходимо устанавливать не только на автомобили, но и на самолеты и даже на грузовые корабли. В 2018 году в Голландии началось строительство двух электрических «кораблей Тесла».

На сегодняшний день межпланетные полеты (не говоря уже о перемещениях за пределы нашей Солнечной системы) упираются в одну проблему — недостаточная мощность ракетных двигателей. Конечно, непрерывно ведутся работы по улучшению этого компонента ракет. Кто-то даже всерьез занимается вопросом создания ионного двигателя, но дальше всех пошел инженер NASA Дэвид Бернс, который предлагает использовать в качестве двигателя ускоритель частиц.

Прямо сейчас на орбите Земли работает тысяча искусственных спутников, практически каждый из которых передвигается при помощи дорогостоящих ионных двигателей со сроком службы не более трех лет. Если эти двигатели такие дорогие и недолговечные, почему бы ученым не разработать более дешевый и надежный вариант управления спутниками? Многих это удивит, но он уже создан и применен в тестовом спутнике LightSail 2 — он движется вокруг планеты за счет солнечных частиц, которые толкают прикрепленный к спутнику парус. Огромное и блестящее полотно было развернуто 23 июля, и его вполне можно разглядеть с Земли.

Компания Tesla, которая на данный момент является производителем самых известных электрических автомобилей, была основана Илоном Маском в 2003 году. Первым автомобилем компании стал Tesla Roadster, который был выпущен только спустя пять лет после ее основания. На данный момент он уже не продается, но компания разрабатывает его обновленную версию, которая мало того что будет мощнее предыдущей, так еще и обзаведется ракетными двигателями. О грядущей новинки давно не было ничего слышно, но недавно Илон Маск поделился некоторыми подробностями.

С 17 по 23 июня во Франции проходит авиасалон Ле-Бурже, в ходе которого производители самолетов из разных стран демонстрируют свои новые авиационные технологии. В этом году особое внимание уделяется электрическим летательным аппаратам, которые способны перевозить пассажиров на небольшие расстояния с нулевым количеством вредных выбросов в атмосферу. Особенно выделилась израильская компания Eviation, которая представила самый большой в мире полностью электрический самолет Alice с девятью местами для пассажиров.

Производители техники всеми способами пытаются минимизировать загрязнение окружающей среды, поэтому за последние годы, помимо электрокаров, свет увидело множество прототипов гибридных самолетов. Взять, к примеру, летающий автомобиль Terrafugia — благодаря гибридному двигателю, он меньше загрязняет воздух, и вмещает в себя двух людей. В мире есть гибридные самолеты побольше, и одним из них является Ampaire 337 — на днях он совершил свой первый публичный полет и доказал, что практически готов к коммерческому использованию.

С самого рождения космической эпохи мечта о поездке в другую солнечную системы удерживалась в «ракетной узде», которая жестко ограничивает скорость и размеры космического корабля, который мы запускаем в космос. По оценкам ученых, даже при использовании самых мощных ракетных двигателей сегодня потребуется около 50 000 лет, чтобы достичь нашего ближайшего межзвездного соседа — Альфы Центавра. Если люди когда-либо надеются увидеть восход инопланетного солнца, время транзита должно существенно сократиться.

Автомобильные двигатели конца ХХ века

К концу ХХ века в истории создания автомобильных двигателей внезапно назрела революция. Ее «отцами» стали вовсе не автомобильные инженеры и конструкторы. Конечно, именно их усилия, изобретения и поиски решений стали топливом этого переворота, именно им пришлось искать ответы на новые вопросы. А задавали эти вопросы совсем другие люди – экологи, маркетологи и политики. Ну а забот перепало не только инженерам, занимавшимся непосредственно разработкой двигателей, но и тем, кто создавал материалы, детали и «расходники». Им теперь приходилось учитывать намного больше аспектов и нюансов.

Антон Борисенко

youtube

Нажми и смотри

Резкий старт на «зеленый»

Конечно же, как таковая официальная дата начала новой эпохи в автомобилестроении никем не отмечается, но неофициально считается, что отсчет можно вести от появления в 1970 году в США поправки к Clean Air Act – Закону о чистом воздухе. Именно она диктовала автопроизводителям новые требования: значительно снизить вредные выбросы их продукции. В США это стало радикальной сменой направления развития: там привыкли к многолитровым двигателям, хоть в дни нефтяных кризисов уже имели поводы задуматься об экономичности автомобилей. Новшества были приняты далеко не всеми: наклейки «F**k Fuel Economy» (недвусмысленное указание, куда идти сторонникам экологических перемен) до сих пор можно встретить на внедорожниках и пикапах, причем далеко за пределами Штатов.

Но для автопроизводителей роскошь послать новые законы на несколько англоязычных букв, естественно, была непозволительной. Все объединяющие структуры (о которых мы рассказывали в прошлой части) стали вносить соответствующие коррективы в свои регламенты. Появились – и не только в США, остальные страны первого мира быстро подхватили тенденцию – первые экологические стандарты. Признаться, они были еще достаточно безобидными по сравнению с теми, по которым мы живем сейчас. Экологически вредным выбросам был объявлен настоящий бой – как их составу, так и количеству. И инженеры бросились искать ответы на новые вызовы, а по мере разработки таких ответов начали ставить задачи технологам, материаловедам, химикам, электронщикам.

Примерно два десятилетия удавалось «укладываться» в экологические требования за счет оптимизации конструкции и настроек самих двигателей. Огромную роль сыграло здесь распространение систем впрыска – сначала одноточечного, потом распределенного – позволявших гораздо точнее дозировать подачу топлива. Еще одним важным шагом стали различные возможности изменения фаз газораспределения: кто-то из автопроизводителей упражнялся с переменной длительностью фаз, кто-то – с переменной высотой подъема клапанов.

Постепенно уходили со сцены автомобили, которые можно было чинить «гаечным ключом и отверткой». Высокоточные, миниатюрные и быстродействующие сервоприводы и актуаторы, настройки основных систем при помощи электроники – все это требовало уже профессионального сервиса. И более тонкого подбора качеств смазочных материалов. В середине семидесятых годов началось промышленное производство первых синтетических моторных масел. Однако этот прогресс нельзя назвать стремительным. Ощутимо более дорогая «синтетика» завоевывала рынок осторожными шагами. К примеру, в 1980-х уже были достаточно распространены компромиссные полусинтетические масла с улучшенными качествами, но с более-менее традиционной рецептурой: к обычной минеральной основе добавлялся пакет синтетических присадок. А «полностью синтетика» считалась продуктом элитным, флагманом в линейках самых авторитетных производителей масел.

Полезные, но капризные – каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр

Настоящий взлет «синтетики» начался после того, как был достигнут предел механической оптимизации двигателей, а экологические стандарты продолжали становиться все строже и жестче.

Первым новым шагом стало появление систем дополнительной очистки выхлопных газов – каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров (для дизельных двигателей). Каталитические нейтрализаторы, как можно догадаться из названия, обеспечивают химическую реакцию разложения вредных составляющих выхлопа. Первым требованием, которое было «выставлено» этим новым на тот момент узлом, стал отказ от этилированного бензина. В состав нейтрализатора входит ряд драгоценных металлов, и с присутствующим в этилированном бензине свинцом они, мягко говоря, «не дружили». Здесь нужно напомнить, что «этилированный» – это упрощенный термин, а полное название присадки, которая использовалась для повышения октанового числа топлива – «тетраэтилсвинец». Так становится понятнее, при чем тут свинец. Повышение октанового числа многие годы позволяло увеличивать степень сжатия в двигателе, добиваться большей мощности. Теперь приходилось достигать тех же результатов – но уже без тетраэтилсвинца. Но не нужно сожалений: уж больно вредная это штука и для человека тоже.

Да и к остальным составляющим выхлопа пришлось присмотреться повнимательнее – в том числе и к продуктам сгорания моторного масла. В принципе, угар обусловлен самой конструкцией двигателя. Однако минимизировать его целесообразно и с экологической точки зрения, и в техническом плане. Инженеры стремились добиться минимальных зазоров и максимальной точности исполнения всех деталей: это делало и двигатель эффективнее, и расход масла ниже. Со своей стороны, разработчики моторных масел стремились создавать продукцию, как можно более устойчивую к угару и способную формировать прочную пленку минимальной толщины.

Сажевый фильтр отдаленно напоминает нейтрализатор, однако его задача – не химическая, а физическая фильтрация микрочастиц сажи. Необходимо предусмотреть, чтобы этой самой сажи было как можно меньше изначально. Именно здесь (помимо, собственно, качества дизтоплива) важную роль играет масло. Дело в том, что так называемое «щелочное число» моторного масла – важнейший показатель его важных и полезных моющих качеств. Но! Чем больше щелочное число, тем выше и зольность масла, а значит, способствование тому самому загрязнению фильтра. Стоит отметить, что сажевые фильтры (как и каталитические нейтрализаторы) – штука недешевая. То есть надо щелочное число снижать? А как же тогда моющие средства? Найти верный для самых современных двигателей баланс в рецептуре оказалось возможным с появлением синтетических моторных масел. Причем и здесь есть немало тонкостей. Например, возможность работы с современными системами очистки выхлопа дизельных двигателей оговаривается отдельно. Масло может великолепно подходить для «бензина», но для «дизеля» при этом – нет. Если двигатели не относятся к самым последним поколениям или работают с меньшими удельными нагрузками, то они могут работать и на полусинтетическом, и на минеральном масле хорошего качества. А вот сложные современные конструкции требуют новейших разработок нефтехимиков – «синтетики».

Обратите внимание: каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр на пути к «позеленению» автомобильных двигателей сыграли огромную роль, но при этом… собственно деталью или частью двигателя-то не являются. Это элементы выпускного тракта. Тем временем и с самими двигателями за последние два-три десятилетия произошли принципиальные трансформации.

От чугунных – к «одноразовым»

На пути к экономичности и экологичности двигателей их разработчики использовали и новые материалы. Ведь еще один из ресурсов улучшения этих показателей – снижение потерь внутри самого двигателя. К примеру, облегчение многих деталей. Двигатели даже самых массовых автомобилей становились достаточно высокооборотистыми, и масса деталей напрямую влияла на инерцию и связанные с ней потери и возможности поломки. В индустрию автомобильных двигателей стали приходить легкие сплавы.

Уже достаточно длинную историю имеют головки блоков цилиндров из алюминия. Да и в блоках цилиндров «крылатый металл» стал понемногу теснить старый добрый, но очень уж тяжелый чугун. Первые, датирующиеся еще серединой прошлого века варианты алюминиевых блоков имели «мокрые» (находящиеся в рубашке охлаждения) чугунные гильзы цилиндров. Подобная конструкция закрепилась в индустрии на много лет, но имела меньшую жесткость, посредственно противостояла угару масла из-за деформации гильз, а также изрядно боялась даже краткосрочного перегрева. Под требования новой эпохи она не попадала.

В семидесятых годах японцы из Honda предложили вариант с гильзами все из того же чугуна, но установленными «всухую» (грубо говоря, залитыми или запрессованными). Решение прижилось и за последнюю четверть ХХ века вошло в арсенал многих автопроизводителей. Оно позволяло и сохранить ремонтопригодность двигателя с расточкой и заменой поршней на ремонтный размер, и существенно снизить его массу. Но здесь немаловажную роль играет разница в коэффициентах теплового расширения в парах «гильза – блок» и «гильза – поршень». Возможность отрыва гильзы от блока минимизируется на конструктивном уровне, а вот повышение расхода масла на угар (а следовательно, и уменьшение чистоты выхлопа) по мере роста пробега растет. Тоже та еще дилемма в условиях новых требований.

Затем была предложена (и не собственно автомобильным брендом, а знаменитым производителем комплектующих для двигателей немецкой компанией Mahle) идея полностью алюминиевого блока. Вернее, выведена на уровень современных решений, поскольку первые пробы состоялись еще в годах этак пятидесятых. В этом случае вопросы коэффициентов теплового расширения успешно обходились, и даже стало возможным добиться минимальных зазоров между цилиндром и поршнем (а это опять же снижение угара масла). Но необходимо было преодолеть проблему мягкости самого алюминия. Решений тут оказалось множество, но суть их сводится к особым качествам как «зеркала» цилиндра (особое литье, напыление никеля и карбида кремния, «протравка»), так и поршневых колец (хромированных или, наоборот, выполняемых из фосфатированного чугуна). В итоге требуемых качеств добиться удалось. Кстати, и здесь очень велика оказалась роль масла, ведь нагрузки увеличились, а толщину масляной пленки необходимо обеспечивать значительно меньшую. И большую прочность, чтобы гарантированно избегать «сухих пятен». Составителям рецептов синтетических присадок скучать явно не приходилось.

Подобные технологии получили доступ в самый высший свет: «большая немецкая тройка» первой использовала их для своих наиболее мощных флагманских двигателей. Что уж говорить о других брендах. Вот только одна беда: алюминиевые блоки практически неремонтопригодны. Износ или, не дай бог, задиры – и все… Конечно, во многих случаях можно найти решение (и у инженеров такие решения и технологии есть), но «многие» это далеко не «массовые». В определенном смысле автомобильные двигатели взяли курс на «одноразовость», но таковы уж веяния и тенденции на современном рынке: как когда-то раньше пришло время отказываться от ремонта «гаечным ключом и отверткой».

Эпоха даунсайзинга – взлет

Даунсайзинг – термин, родившийся вовсе не в автомобильной промышленности, а в экономике. Можете убедиться в этом сами, хотя бы почитав «Википедию»: «автомобильного» смысла там не предусмотрено, а авторство приписывается Стивену Роучу, экономисту из банка Morgan Stanley. Но если начало XXI века когда-то нужно будет описать в истории автомобилестроения единственным словом, то это слово будет именно «даунсайзинг». В «автомобильном» смысле оно означает снижение рабочего объема двигателя, как минимум без уменьшения мощности. А лучше – с увеличением.

Все стратегически необходимые для этого «блюда» ингредиенты существовали. Упомянутый в прошлом нашем рассказе турбонаддув значительно повышал мощность. Различные решения давно позволяли играть с изменением фаз газораспределения, а системы впрыска сделали шаг от распределенного (с использованием впускного коллектора) до непосредственного (то есть прямого – через форсунку в цилиндр, как на дизелях). Новые материалы открывали возможность создавать легкие и компактные блоки.

Тем не менее двигатель, который считается основоположником даунсайзинга, не был таким уж революционным. Конструкторы Audi сумели форсировать до 240 л. с. уже отлично зарекомендовавший себя 1,8-литровый силовой агрегат, появившийся еще в конце 1990-х годов. Это была серьезная заявка, если учесть что удельная (из расчета на литр рабочего объема) мощность атмосферных двигателей тогда была где-то на уровне 70–80 л. с. Honda, например, откровенно гордилась тем, что смогла создать атмосферные двигатели (для Civic 1.6 VTEC VTi или спортивной S2000), которые имели удельную мощность «как у турбированных» – 100 л. с./л.

В полной мере курс на даунсайзинг был взят в конце первого десятилетия нового века. Одними из пионеров этого процесса стали VW и Ford, затем один за другим стали присоединяться и остальные производители. В стороне оставались немногие. Снижение объема для компактных автомобилей до 1–1,4 л, среднеразмерных – до 1,6–2 л, даже представительского класса – до 2–2,4 л сопровождалось неизменным непосредственным впрыском и турбинами – одной, двумя, а порой и тремя. Турбины части были ориентированы на разные диапазоны оборотов. К примеру, одна – поменьше и полегче в раскрутке – отвечала за низкие обороты, а более крупная вторая – за высокие. Так удавалось преодолевать извечную проблему «турбоямы» (кстати, такая схема уже тоже была знакома по турбодизельным двигателям). Иногда попадались сочетания механического нагнетателя («компрессора») и турбины.

Покупатели (особенно те, кто привык к автомобилям повыше классом) язвили по поводу «пачек сока с турбиной» под капотом. А информация о двигателях, ранее считавшаяся главной при рассказе об автомобиле, уходила все глубже и глубже в недра буклетов и пресс-релизов, уступая первые страницы мультимедиа, возможностям связи, системам помощи водителю и прочим опциям комфорта. Началась тотальная перекройка сознания потребителя. Зато экологические показатели улучшались, строгие нормативы выполнялись даже с учетом того, что гайки закручивались потихоньку все туже и туже.

Одновременно законодательные нормы «развлекались» не только с бензиновыми, но и с дизельными двигателями, имеющими на современном этапе наиболее высокий коэффициент полезного действия среди всех ДВС и набиравшими (как минимум в Европе) все большую популярность. Если КПД около 35–36% – достижение для наиболее передовых бензиновых двигателей в серийном автомобилестроении, то для дизеля подобное значение можно назвать плохоньким. Тут речь идет о 40–45%, а с применением таких же наворотов (современный впрыск, турбонаддув) КПД может достигать и даже превышать 50%! Казалось бы, стоит только радоваться: вот же двигатель, бесспорно лидирующий по топливной эффективности! Но не тут-то было…

Помните, говоря о сажевых фильтрах, мы упомянули, что они обеспечивают «физическую» очистку выхлопа? Но есть и «химическая» сторона. Основная борьба развернулась с оксидом азота (NO_x), признанным виновником всяческих кислотных дождей, смога и прочей канцерогенной дряни. С внедрением в конце первого десятилетия XXI века норм «Евро-5», а тем более «Евро-6» (начали действовать с 2014–2015 годов) – на сцену вышли системы SCR (Selective catalytic reduction – избирательное каталитическое уменьшение). «Уменьшение» происходит за счет разделения этого самого оксида азота собственно на азот и воду – безвредные составляющие. А происходит такая реакция с участием химической мочевины. Подобная технология применялась для грузовых дизельных двигателей несколько раньше (думается, про жидкость AdBlue слышали многие – так вот это та самая мочевина и есть), теперь наступил этап внедрения ее и в массовые легковые дизели. Впрочем, несмотря на все старания техников, усилия «зеленых» оказались успешнее: во многих европейских странах эффективные, тяговитые и экономичные дизельные двигатели стали лютыми врагами. Их запрет, к примеру, к использованию в ряде городов и к установке на новые продаваемые автомобили кое-где закреплен на законодательном уровне.

Необходимо упомянуть, что по большому счету процесс даунсайзинга с технической точки зрения является обычным форсированием (пусть и технически навороченным, с самыми современными технологиями). С учетом же того, до каких удельных мощностей автомобилестроение добралось даже в массовых сегментах, «даунсайзинговые» двигатели вполне можно назвать высокофорсированными. И тут полезно вспомнить одну истину, которая инженерам и автоспортсменам известна испокон веков: чем выше форсировка – тем ниже моторесурс.

Эпоха даунсайзинга – начало конца

Куда ведет дорога, вымощенная благими намерениями, известно. Нет ничего плохого в борьбе за чистоту воздуха, в сохранении природы и охране здоровья. Пока эта борьба не становится лозунгом, а действо – кампанейщиной. Вот и даунсайзинг как мера обеспечить соответствие все более строгим нормам панацеей не стал.

Звоночки начали звенеть, когда один за другим автопроизводители стали попадаться на искажении данных о расходе топлива и внешних выбросах: в реальной жизни они сильно отличались от заявленных. Появился ехидный термин, характеризующий такие автомобили и по-русски значащий примерно «сделанный для прохождения тестов». Международные организации бросились разрабатывать новые методики замеров. Примерно в это же время зазвучали и заявления о том, что «мочевинные» системы дизелей достаточно капризны (например, намного слабее защищены от морозов). То есть и здесь логичный предел был достигнут. Что, кстати, стало одной из причин уже упомянутой выше «вoйны против дизелей».

Была и еще одна проблема. Литровая мощность современного мотора банальной маленькой легковушки привела бы в трепет самого отчаянного гоночного моториста 60– 70-х годов прошлого века. 120 л. с. на литр объема бензинового двигателя – таким показателем нынче не удивишь. А ведь еще на рубеже ХХ и XXI веков это был показатель хорошего гоночного автомобиля. Нагрузки, к примеру, на коленчатый вал возросли на треть или даже наполовину. То есть ускорился и износ деталей относительно прежних, значительно менее нагруженных двигателей. Во-первых, такая ситуация потребовала дополнительных усилий все от тех же производителей масел: передовые компании стали учитывать особенности работы двигателя на разных этапах эксплуатации. В каждой линейке масел появились продукты для совсем новых двигателей (с пробегом до 50–80 тыс. км), двигателей, находящихся на пике формы (80–150 тыс. км), и для двигателей в преклонном возрасте, с пробегом более 150–200 тыс. и значительным износом.

А во-вторых, стало окончательно понятно, что развитие в данном направлении фактически приблизилось к техническим пределам. И дело даже не только в том, что клиентам вряд ли бы понравилось, что двигатель их автомобиля конструктивно способен проработать, допустим, всего 150 тыс. км (то есть около пяти лет средней эксплуатации). В конце концов, в мире все больше людей, предпочитающих менять автомобиль, «как только кончилась гарантия». Оказалось, что после определенной границы уменьшения объема выбросы вредных веществ переставали снижаться, а начинали, наоборот, расти. Разработанные же за это время новые методики, позволяющие оценить расход топлива и уровень вредных выбросов, перестали быть теоретическими, что перекрыло лазейки для возможной «игры с цифрами».

Показательно, что о закате даунсайзинга заговорили представители Volkswagen, давшего этой эре старт. И не «анонимный источник», а лично глава концерна Герберт Дисс. Именно он объявил в 2017 году на презентации нового поколения знаменитого Golf о том, что время уменьшения рабочих объемов прошло. Дисс даже предложил новый (по аналогии заимствованный из того же раздела экономики) термин – «райтсайзинг». То есть оптимальный, сбалансированный рабочий объем, что называется, без фанатизма.

Даунсайзинговые моторы продолжают оставаться в программе многих автопроизводителей, но не самые «радикальные», а те, у которых баланс качеств и моторесурса соблюден. «Фанатизм» действительно закончился – дальнейшее снижение литража прекратилось. А маленьким турбированным двигателям все чаще доверяют новые функции – работу в составе гибридной силовой установки. Кстати, и сам термин «райтсайзинг» в итоге так и не прижился, уйдя на задний план. Теперь мысли инженеров и разработчиков все чаще стали обращаться к «гибридам» самых разных схем, а затем и к электромобилям. Но это уже повод для отдельного рассказа.

Лавирование между струй

Если в эпоху, когда автомобильные инженеры еще не были ограничены в своем творчестве законодательными нормами, подобрать необходимую каждому двигателю рецептуру моторного масла уже было интересной и сложной задачей, то по мере усиления экологических требований подобная работа и вовсе стала сродни искусству. Баланс качеств стал еще тоньше, а количество факторов, которые необходимо учитывать, увеличилось кратно. Находить ответы на весь комплекс вопросов нефтехимикам становится все сложнее… и интереснее. «Панацею» – идеальное масло «на все случаи жизни» – создать невозможно. Производители стали выпускать специальные линейки, близкие в основе, но немного отличающиеся по сумме качеств, что позволяет наиболее точно учитывать нюансы. Вот, к примеру, новейшая линейка Synthetic бренда G-Energy. Начать стоит с того, что создана она на собственной основе G-Base Synthetic. Что уже является показателем серьезности подхода: собственные базовые масла способны разработать далеко не все производители. Работа с рецептурами G-Energy ведется не только в российских, но и в итальянских лабораториях компании «Газпромнефть – смазочные материалы» (именно ей принадлежит бренд). Членство компании в Технической ассоциации европейских производителей масел ATIEL позволяет сотрудничать и обмениваться опытом и с автопроизводителями, и с зарубежными коллегами, понимать перспективы развития отрасли на несколько лет вперед, регулярно проводить самое разнообразное тестирование в лучших независимых лабораториях Европы. Все это способствует не только повышению качества продукции, но и своевременному (а порой и упреждающему) реагированию на развитие рынка.

На основе G-Base Synthetic и появляются уже специализированные конечные продукты: для этого компания создает наборы присадок. Задача современных подразделений R&D (Research & Development) – сделать так, чтобы продукт появился на рынке своевременно, имея подтверждение качества, пройдя самые тщательные тестирования. В итоге удается добиться соответствия самым современным законодательным требованиям и обеспечить максимальное удобство для клиента. Главное, верно выбрать конкретный вид продукта.

Мы уже говорили, что на повышение нагрузок в двигателе при необходимости обеспечить значительно более тонкую, чем в прежние годы, масляную пленку производители ответили появлением масел более низкой вязкости. Если на уровне минерального масла было обычным соответствие стандартам SAE 15W-40 (о том, что означают эти индексы вязкости, мы рассказывали в прошлый раз), а «полусинтетика» позволила понизить «холодную» вязкость и чаще соответствовала SAE 10W-40, то для полноценной «синтетики» нормой стали показатели 5W-30 и 0W-30. То есть масло стало намного более текучим, а повышенным нагрузкам противостоят различные решения. У G-Energy это фирменная технология ACF (Adaptive Components Formula): именно она позволяет усиливать необходимые свойства синтетических масел в наиболее сложных режимах и «горячих» и нагруженных точках. Но это далеко не все ноу-хау.

К примеру, масло G-Energy Synthetic Long Life 10W-40 вышло в нишу, где обычно царили «полусинтетические» продукты. И намного превзошло их. Синтетическая основа обеспечивает в пять раз более высокую стойкость к окислению, а запас по испаряемости (помните, мы говорили про угар?) превышает среднерыночные показатели на величину до 32% в тестах по стандарту NOACK. Методика измерения испаряемости масел названа в честь предложившего ее в 1936 году немецкого химика Курта Ноака, в настоящее время «тест Селби – Ноака» стандартизирован. Упрощенно говоря (на самом деле процедуры несколько сложнее и процедур этих несколько), проба масла в течение часа выдерживается в специальном приборе при температуре 250 °С. Чем ниже процент испарения, тем выше стабильность масла к угару.

Выше мы рассказывали о моющих качествах и обеспечивающем их показателе «щелочное число» – так вот у Synthetic Long Life 10W-40 запас по этому показателю может быть выше «среднего по рынку» на величину до 64%(!). В сумме это дает возможность такому маслу идеально «удовлетворить» самый современный двигатель, имеющий солидный пробег. Да, износы в двигателе (допустим, при пробеге в 100 тыс. км) уже начались, но свой срок службы благодаря правильному маслу такой мотор продлит и отработает честно.

Но тут же мы вспоминаем другой нюанс… Помните разговор о сажевых фильтрах и системах многоступенчатой очистки выхлопа? Ведь там как раз высокое щелочное число было характеристикой нежелательной. Есть ответ и на этот вопрос – это масло G-Energy Synthetic Super Start 5W-30. Оно изготавливается малозольным, то есть не повредит никакой, даже самой современной и тонкой системе очистки. Плюс учтены и другие экологические нюансы – «чистый» запуск двигателя (в том числе и «холодный старт»), короткие расстояния пробега и их недобрый спутник – неполный прогрев двигателя. Учтены особенности работы систем «старт – стоп» – еще одного относительно нового экологического решения, обеспечивающее выключение двигателя при коротких (допустим, на светофоре) остановках. В таких сложных условиях масло Synthetic Super Start к тому же обладает высокой кинематической вязкостью, очень устойчиво к угару (запас в тестах NOACK – 15%). То есть подобный продукт максимально подходит даже самым современным дизельным силовым агрегатам, а заодно еще и позволяет экономить благодаря снижению потребности в доливке.

Масло G-Energy Synthetic Active представлено в двух вариантах вязкости – 5W-30 и 5W-40, что позволяет более тонко учитывать особенности мощных и высокооборотистых двигателей, в том числе и имеющих турбонаддув. Оно готово противостоять наиболее высоким температурам и нагрузкам, позволяя максимально защитить двигатель даже при самом спортивном стиле вождения. Здесь во главу угла поставлена именно прочность смазочной пленки под большими нагрузками. А о том, что различные «сухие пятна» и задиры – самый страшный враг современного двигателя, мы тоже говорили в этой статье.

Масло G-Energy Synthetic Far East 5W-30 учитывает не только технические особенности «дальневосточных» (японских и корейских) двигателей, но и особенности их настроек, связанные с разными тонкостями требований для местных производителей. Да, несмотря на общую строгость «в принципе» в разных регионах мира действуют свои нюансы (пожалуй, наиболее известны своеобразные «калифорнийские требования», самые строгие в США), и автопроизводители их учитывают. А следовательно, соответствующие рецептуры должны иметь для таких двигателей и производители масел. Уже не говоря о том, что все эти синтетические масла относятся к самому современному энергосберегающему классу.

Такая гибкость и поиск оптимальных рецептур – неотъемлемая составляющая современной нефтехимии, и «синтетика» открыла возможности подобных исследований в полной мере. Практически на все запросы современного двигателестроения производители моторных масел нашли свои ответы. Поиск наиболее удачных решений для будущих автомобилей продолжается.

Различия между современными и старыми автомобильными двигателями

Автомобильные двигатели прошли долгий путь с момента их появления, но что изменилось, если вообще изменилось?

MaxPixel

Задумывались ли вы, в чем разница между старыми и новыми автомобильными двигателями внутреннего сгорания? Как оказалось, довольно много.

Несмотря на то, что основная концепция осталась относительно неизменной, современные автомобили со временем претерпели ряд усовершенствований. Здесь мы сосредоточимся на 4 наиболее интересных примерах.

В чем разница между старыми и новыми автомобилями?

Основные принципы самых первых автомобилей используются и сегодня. Одно из основных отличий заключается в том, что современные автомобили разрабатывались в результате стремления повысить мощность двигателей и, в конечном счете, их топливную экономичность.

Источник: Nick Vidal-Hall/Flickr

Частично это было вызвано рыночным давлением со стороны потребителей, а также более крупными рыночными факторами, такими как цена на нефть с течением времени, а также государственной налоговой политикой и другими регуляторными факторами.

Но прежде чем мы углубимся в детали, было бы полезно изучить, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания, по сути, берет источник топлива, например бензин, смешивает его с воздухом, сжимает и воспламеняет. Это вызывает серию небольших взрывов (отсюда и термин «двигатель внутреннего сгорания»), которые, в свою очередь, приводят в движение набор поршней вверх и вниз.

Эти поршни прикреплены к коленчатому валу, который преобразует возвратно-поступательное линейное движение поршней во вращательное движение за счет поворота коленчатого вала. Затем коленчатый вал передает это движение через трансмиссию, которая передает мощность на колеса автомобиля.

Интересно, что преобразование возвратно-поступательной силы во вращательную не является чем-то новым. Очень ранний паровой двигатель был изобретен Героем Александрийским в I веке нашей эры (на фото ниже).

Эолипил, ранняя паровая машина Героя Александрии. Источник: Evangelos Papadopoulos/Research Gate

Это устройство использовало пар для вращения небольшой металлической сферы, прикрепленной к оси, выпуская пар через пару угловых сопел или выпускных отверстий на противоположных сторонах сферы. Хотя Герой никогда не развивал его дальше этого, это было интересное раннее применение паровой технологии.

Некоторые другие базовые концепции автомобильных двигателей, такие как коленчатый вал, также являются очень старыми концепциями. Некоторые данные свидетельствуют о том, что некоторые из первых примеров могли возникнуть во времена династии Хань в Китае.

Современные автомобили более эффективны, чем старые автомобили

Сжигание топлива, такого как бензин, не особенно эффективно. Из всей потенциальной химической энергии в нем только около 12-30% преобразуется в мощность, реально приводящую в движение автомобиль. Остальное теряется из-за холостого хода, других паразитных потерь, тепла и трения.

Самый популярный

Чтобы помочь в борьбе с этим, современные двигатели прошли долгий путь, чтобы выжать из топлива как можно больше энергии. Технология прямого впрыска, например, не смешивает топливо и воздух перед поступлением в цилиндр, как в старых двигателях.

Скорее всего, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, что обеспечивает 12% повышение эффективности использования топлива.

Источник: Edmund Vermeule/Flickr

Еще одним интересным усовершенствованием автомобильных двигателей является разработка турбонагнетателей. Эти устройства используют выхлопные газы для питания турбины, которая нагнетает дополнительный воздух (то есть больше кислорода) в цилиндры, чтобы повысить эффективность до 25% (хотя улучшения обычно намного скромнее).

Однако бывают случаи, когда турбонагнетатели могут быть хуже, чем обычные атмосферные двигатели.

Изменение фаз газораспределения и отключение цилиндров еще больше повышают эффективность, позволяя двигателю использовать столько топлива, сколько ему действительно нужно.

Новые автомобильные двигатели мощнее

Хотя некоторые могут так думать, в среднем современные двигатели не только более эффективны, но и относительно мощнее.

Шевроле Малибу 2013 года выпуска. Источник: IFCAR/Wikimedia Commons

Например, автомобиль Chevrolet Malibu 1983 года выпуска имел 3,8-литровый двигатель V-6 , который мог выдавать 110 лошадиных сил . Для сравнения, версия 2005 года имела 2,2-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 144 лошадиных силы.

Двигатели современных автомобилей намного меньше, чем у старых автомобилей

Этот привод, без каламбура, для повышения эффективности двигателей также со временем уменьшился в размерах. Это не совпадение. Производители автомобилей поняли, что не нужно делать что-то больше, чтобы сделать его мощнее. Все, что вам нужно сделать, это заставить объект работать умнее.

Те же самые технологии, которые сделали двигатели более эффективными, привели к уменьшению их размеров. Отличным примером являются грузовики Ford F-серии. В 2011 году у F-150 было две версии; 3,5-литровый двигатель V-6 мощностью 365 лошадиных сил, и 5,0-литровый двигатель V-8 мощностью 360 лошадиных сил .

Однако следует отметить, что в той же серии также был 6,2-литровый V-8 , который развивал 411 лошадиных сил р. Но, условно говоря, меньший V-6 сравним по мощности с обоими V-8, хотя он значительно меньше.

Источник: Джордж Томас/Flickr

Также интересно отметить, что современные автомобили в целом часто считаются тяжелее, чем их старые аналоги. Однако, учитывая, что они также больше и несут больше оборудования для обеспечения безопасности, средний вес большинства моделей на самом деле увеличился ненамного. Что изменилось, так это повышение эффективности использования топлива, безопасности, выбросов и удобства.

Современные двигатели более надежны

Современные двигатели также являются результатом постепенной замены механических частей электронными. Это связано с тем, что электрические детали в среднем менее подвержены износу, чем механические.

Такие детали, как насосы, все чаще заменяются на электронные, а не на механические предки. Это помогло снизить потребность в замене деталей в течение всего срока службы автомобильного двигателя.

Более электронные современные двигатели также требуют менее частых настроек по сравнению со старыми двигателями.

Другие ключевые компоненты двигателя, такие как карбюраторы, также были переработаны с помощью электроники.

Карбюраторы заменены на дроссельные заслонки и электронные системы впрыска топлива. Другие детали, такие как распределители и крышки, были заменены независимыми катушками зажигания, управляемыми ЭБУ.

Кроме того, датчики более-менее все отслеживают. Однако это стремление к большей сложности могло сделать новые автомобили менее безопасными.

Современный двигатель BMW 320d. Источник: Энди/Эндрю Фогг/Flickr

На базовом уровне современные и старые автомобильные двигатели работают по одним и тем же принципам, однако ясно, что современные двигатели со временем претерпели значительные изменения.

Главным двигателем была гонка за эффективностью, а не за мощностью. Хороший набор побочных эффектов привел к тому, что современные двигатели стали относительно более мощными и, как правило, меньшими.

Это частично благодаря замене старых механических аналоговых деталей электронными аналогами.

В целом современные автомобильные двигатели более эффективны, меньше по размеру, относительно мощнее, умнее и менее подвержены износу. С другой стороны, ремонт и обслуживание теперь требуют больше навыков и времени.

Но стоит ли платить повышение сложности за повышение эффективности? Мы позволим вам решить.

For You

культура

Morningstar построила метавселенную, когда Марку Цукербергу было два года. Он не видит никакой разницы в своей версии и той, которую сейчас строит Мета.

Амея Палеха | 03.08.2022

наукаКраткий справочник по поиску инопланетян

Грант Каррин| 31.07.2022

наука Спутники Starlink Илона Маска получили улучшения «невидимости». Что говорят астрономы?

Крис Янг| 10.08.2022

Еще новости

инновации
Самый большой в мире авиадвигатель готов к испытаниям

Кристофер Макфадден| 23. 12.2022

наука
«Недостающее звено»: ученые, возможно, только что нашли источник всех сложных форм жизни

Лукия Пападопулос| 25.12.2022

инновации
Мрачное будущее: возможна ли Третья мировая война?

Мэтью С. Уильямс| 14.07.2022

5 отличий современных автомобильных двигателей от старых

Главная / В журнале / 5 отличий современных автомобильных двигателей от старых

Независимый

19 октября 2017 г.
В журнале, НОВОСТИ, ТЕХНИЧЕСКИЕ НОВОСТИ

2 комментария

Современные двигатели работают умнее

В старом двигателе V-8 работали все восемь цилиндров, независимо от того, работала машина на холостом ходу или ускорялась. Все они получили одинаковое количество топлива, несмотря ни на что.

В современных двигателях используются технологии, которые делают их работу более разумной. Деактивация цилиндров позволяет отключать некоторые цилиндры двигателя, когда они не нужны, и «просыпаться», когда требуется больше мощности. Это означает, что двигатель использует только то топливо, которое ему необходимо, и прилагает усилия, необходимые для выполнения текущей работы.

Изменяемая синхронизация и подъем клапанов — еще одна технология, которая помогает современным двигателям работать эффективнее. В старых системах клапаны открываются на одно и то же время и на одно и то же расстояние независимо от того, насколько интенсивно работает двигатель. Это тратит топливо. Благодаря регулируемым фазам газораспределения и подъему отверстия клапанов оптимизированы для типа работы, которую выполняет двигатель. Это помогает двигателю потреблять меньше топлива и работать эффективнее.

Современные двигатели меньше

Поскольку современные двигатели развивают большую мощность, чем старые, можно ожидать, что они будут больше. Но в то время как мощность двигателя увеличилась, объем двигателя уменьшился. Автопроизводители поняли, что вам не нужно делать двигатель больше, чтобы удовлетворить потребности потребителей. Вам просто нужно заставить двигатель работать умнее.

Современные двигатели стали более мощными

Сейчас людей больше волнует экономия топлива, чем когда автомобили были новыми, но их также больше волнует мощность двигателя, потому что современные автомобили намного тяжелее. Таким образом, современные двигатели более мощные, чем их предшественники, даже по сравнению с двигателями, которым всего несколько лет.

Современные двигатели более эффективны

Двигатель вашего обычного бензинового автомобиля не так уж и эффективен. Современные двигатели имеют ряд технологий, позволяющих сделать их более эффективными. Например, технология прямого впрыска, которая смешивает топливо и воздух перед их подачей в цилиндр, может повысить КПД двигателя на 12 процентов. Турбокомпрессоры, которые используют сжатый воздух из выхлопной системы автомобиля, сжимают воздух, используемый в цикле сгорания, что приводит к более эффективному сгоранию. Изменяемые фазы газораспределения и деактивация цилиндров — это технологии, которые позволяют двигателю использовать только то топливо, которое ему необходимо, повышая эффективность.

У современных двигателей есть партнеры

В современных двигателях используется множество технологий, которые помогают потреблять меньше топлива при большей мощности, чем старые двигатели, но у них есть еще одна вещь, которой у старых двигателей просто не было: партнеры.

Современные автомобильные двигатели — это не только сложные технологические достижения, они сочетаются с другими высокотехнологичными компонентами, которые помогают им лучше выполнять свою работу. Раньше четырех- или пятиступенчатая коробка передач была самой современной, но современные двигатели работают в паре с семи- и даже восьмиступенчатыми коробками передач. Чем больше скоростей у трансмиссии, тем лучше она может сочетаться с мощностью двигателя, что делает работу всей трансмиссии более эффективной.