Появление большого числа новых дизельных легковых автомобилей класс "люкс" невольно заставляет искать причину этого интересного явления. Неужели в начале XXI века бензиновый мотор проиграл дизельному и тихо покинет поле битвы, которая велась особо остро последние 20 лет?
Для того, чтобы познакомиться с последними достижениями конструкторов-дизелистов, освежим в памяти основные технические стороны проблемы.
Впервые дизель на легковой автомобиль установила фирма Daimler-Benz в 1936 году, однако до 1970 года количество выпускаемых в мире дизельных легковушек было ничтожно мало (в 1970 году оно составило 100 тыс. или 0,5 % от всего объема мирового производства легковых машин). Причиной тому была их повышенная на 10-12 % цена, которая не окупалась при относительно малых годовых пробегах. Иное дело такси. Там дизели "прижились" в первую очередь.
В результате нефтяного кризиса в семидесятых годах бензин сильно подорожал, и картина радикально изменилась. В 1977 году выпуск легковых дизельных автомобилей составил 500 тысяч, за семь лет увеличившись в 5 раз! Однако свою роль сыграло не только повышение цены на бензин. Ограничение выброса токсичных веществ, введенное в Европе, привело к усложнению бензиновых моторов и повышению их стоимости. Сегодня доля дизельных легковых автомобилей составляет среди продающихся в странах Европы от 10 до 18 %. Такой большой разброс объясняется значительной разницей в цене бензина и дизтоплива, наблюдаемой в государствах континента. Однако, все идет к тому, что их доля значительно возрастет.
Попробуем сравнить дизель с бензиновым мотором. Трудность распыления "солярки" и смесеобразование в короткие промежутки времени заставляет дизель уступить бензиновому по числу развиваемых им оборотов, что ощутимо снижает удельную мощность. Поскольку давление в камере сгорания у дизеля намного выше, он выполняется более прочным и его удельная масса выше. Нельзя не сказать и о том, что дизель шумнее, особенно на холостом ходу, больше подвержен вибрациям, сложнее (из-за аппаратуры впрыска) и требует более высококвалифицированного персонала при техобслуживании, что удорожает ТО.
Привлекателен дизель тем, что благодаря более высокому, чем у бензинового мотора кпд расход топлива дизельного автомобиля меньше на 25-30 %, соответственно у него больше и запас хода после заправки. Очень важно и то, что крутящий момент такого двигателя выше, особенно на низких оборотах. К тому же цена дизельного топлива значительно ниже, а само топливо менее огнеопасно.
Конструкторы дизелей уже давно борются с его недостатками. В дизелях с двухполостными камерами сгорания ценой некоторого ухудшения экономичности удалось снизить шум, вибрации, повысить число оборотов до 5000 в мин. В них топливо впрыскивается и воспламеняется, как правило, в вихревой камере, из которой поток газов быстро устремляется в основную. Для облегчения запуска зимой вихревую камеру снабжают свечой накаливания, однако большие тепловые потери этого типа дизелей ухудшают кпд, в то время как "растянутость" процесса сгорания по времени делает работу мотора более мягкой и тихой.
Дизели с предкамерой активно начали вытесняться дизелями с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания. Тепловые потери у них меньше, они лучше заводятся зимой (без свечи), но из-за быстрого нарастания давления на поршень более шумны в работе. Организация завихрения воздуха во впускном тракте и в зоне над поршнем привела к очень высоким параметрам их экономичности. Этот тип дизеля в настоящее время рассматривается как единственный перспективный, с недостатками которого нужно бороться, используя современные возможности электроники.
В конце столетия появились новые конструкции дизелей с электронным управлением впрыском, топливными насосами высокого давления, впускными коллекторами переменной длины. Все это вместе взятое позволило добиться еще больших побед в борьбе за экономичность.
Последние достижения дизелестроения связаны с организацией снабжения цилиндров более точно отмеренным и в более оптимальное время поданным количеством топлива. Несколько лет назад появились дизели с непосредственным впрыском топлива в общую топливную магистраль (common rail). В ней постоянно с помощью насоса поддерживается очень высокое давление. По сигналу компьютера электронно-управляемая форсунка впрыскивает в каждый цилиндр топливо, учитывая оптимальные параметры по началу впрыска, его продолжительности и количеству подаваемого топлива. В системе common rail давление, вырабатываемое топливным насосом, также постоянно корректируется электроникой. Результат? Экономия топлива - от 10 до 20 %, рост мощности - до 40 %, уменьшение уровня шума - на 10 % при значительном улучшении экологических показателей.
В 1998 году подобный дизель стал устанавливать на автомобили Peugeot и Citroen концерн PSA. Мотор, обозначаемый аббревиатурой HDI (High Pressure Direct Injection) при рабочем объеме 2,0 л развивает мощность 110 л.с. при 4000 об/мин и максимальный крутящий момент - 250 Нм при 1500 об/мин. Давление подачи в 1350 бар через быстродействующие клапана форсунок с электромагнитным приводом позволяет более точно дозировать соотношение топливо/воздух, меняя его при разных режимах работы мотора. Значительно улучшилось смесеобразование, что отразилось в 20% -ом снижении расхода топлива и в 30%-ом сокращении выбросов вредных веществ.
Однако более мягкой работы на своих новых дизелях удалось добиться концерну Fiat, также применившему подобную систему подачи топлива. Причина успеха заключается в переходе сначала на двухфазный впрыск топлива электронной форсункой, а затем и на многофазный в течение всего процесса горения смеси. Это положительно отразилось и на уменьшении токсичности выхлопа, не говоря уже о некотором повышении кпд дизеля. При работе с полной нагрузкой дизели FIAT с многофазовым впрыском показали также значительное повышение значений крутящего момента.
Достигнутые успехи в дизелестроении позволили по-новому оценить дизель в качестве силового агрегата для легковых автомобилей высокого класса. Интерес знакомства с подобными разработками объясняется тем, что появившись на дорогих моделях, все принципиально новое, в дальнейшем, по мере освоения в массовом производстве переходит на более доступные модели.
Итак, BMW. Эта фирма уже устанавливает на седьмую серию свои новые дизели, сразу попавшие в разряд самых мощных, когда-либо применявшихся на легковых автомобилях. V-образный 8-цилиндровый мотор с жестким блоком из серого чугуна имеет систему впрыска common rail, отличаясь применением двух турбокомпрессоров с поворотными направляющими лопаток турбины и двух интеркулеров. Изменением геометрии турбин руководит электроника. При рабочем объеме 3,9 л его мощность 240 л.с. при 4000 об/мин, максимум крутящего момента 500 Нм достигается при 1500 об/мин. Модель 740d с этим дизелем расходует не более 10 литров топлива на 100 км.
Близкие по конструкции дизели вскоре появятся на самых дорогих моделях Audi, VW и Mercedes-Benz. Даже сейчас дизели, установленные на более дешевых моделях, на голову превосходят аналоги, которые устанавливались 10-15 лет назад. Сейчас дизель - это настоящая альтернатива бензиновому двигателю и у флагманских корпораций явно есть виды на будущее дизельных агрегатов.
Огромные затраты, которые понесли концерны (стоимость разработки мотора HDI концерна PSA - 3 млрд евро) - не выброшены на ветер. Мы явно стоим накануне "дизельной революции". Может быть, в самом деле, дизель окажется самым подходящим двигателем для автомобилей XXI века.
23.06.2015
Отправить новый комментарий