Что нас движет: современный мотор как сложный продукт высоких технологий

Немецкие машинки

И сами двигатели внутреннего сгорания, и большинство устройств, улучшающих их характеристики, были изобретены в конце XIX - первой половине ХХ века, еще до Второй мировой войны. В этом смысле можно сказать, что современный автопром эксплуатирует старые разработки. Хотя, как показала практика, их широкое внедрение в серийное производство стало возможным только на основе недорогих электронных систем управления.

И сами двигатели внутреннего сгорания, и большинство устройств, улучшающих их характеристики, были изобретены в конце XIX - первой половине ХХ века, еще до Второй мировой войны

Изобретателем двигателя внутреннего сгорания считается Николаус Август Отто (1832 - 1891), хотя многие инженеры-современники и оспаривали его первенство. Но, во всяком случае, именно он впервые предложил использовать электрическое зажигание. Фактически Рудольф Кристиан Карл Дизель (1858 - 1913) модернизировал изобретение своего соотечественника, полностью отказавшись от системы зажигания - топливо в двигателе, названном его именем, воспламеняется в результате сжатия.

Именно эти два мотора прошли долгий путь от первых автомобилей и аэропланов до современных машин, стали легкими и компактными, получили «обвес» в виде умной электроники и других систем, о которых пойдет речь в этой статье. Почему так произошло? По всей видимости, потому, что эти изобретения оказались в нужный момент и в нужном месте. Мировая промышленность была ориентирована именно на них. И в практическое применение появившихся позже всевозможных альтернативных двигателей - роторных, винтовых и т. д. - никто серьезных инвестиций не вкладывал.

Может, и зря - конструкция послевоенных двигателей была более простой и надежной, в них использовалось меньше сложных механических деталей. Так или иначе, но двигатели внутреннего сгорания давно «подпирает» главный конкурент - электродвигатель, который им удалось обойти только благодаря двум мировым войнам, поэтому сегодня вряд ли кто-то всерьез решится на серьезные инвестиции в заведомо тупиковый проект.

Экологические требования

Многие футурологи ХХ века полагали, что ужесточение экологических требований если и не остановит технический прогресс, то станет для него серьезным тормозом. На практике оказалось с точностью до наоборот: если бы в 1988 году не ввели постепенно ужесточающийся стандарт Евро, то мы до сих пор, быть может, использовали бы тяжелые чугунные карбюраторные двигатели с избыточным впрыском топливной смеси, которые сжигали 20 литров топлива на 100 км пробега.

Если бы в 1988 году не ввели постепенно ужесточающийся стандарт Евро, то мы до сих пор, быть может, использовали бы тяжелые чугунные карбюраторные двигатели с избыточным впрыском топливной смеси

Действительно, самый простой способ уменьшить вредные выхлопы - меньше жечь топлива. Этот вывод лежал буквально на поверхности, и именно по этому пути пошли мировые автопроизводители, подгоняя технические решения по модернизации двигателей под результат.

Особенно он заметен в последние 10-15 лет: двигатели стали легче и компактнее. Потребление в 6-7 литров на 100 км пробега (а то и меньше) уже никого не удивляет, причем не только у «малолитражек», но и у полноразмерных кроссоверов.

Напомним, что в странах ЕС сегодня действует экологический стандарт Евро-6, введенный в действие в 2015 году и близкий по своим параметрам к американскому стандарту EPA10 и японскому Post NLT. В России в уходящем 2016 году был введен только стандарт Евро 5. Но поскольку большинство автомобилей у нас производятся с однотипными для Европы, Америки и Азии двигателями, отложенный переход на Евро-6 касается, скорее, качества топлива.

Инъекция вместо карбюратора

Предки современного инжекторного бензинового двигателя (название происходит от английского Fuel Injection System - система впрыска топлива) работали в авиации с 1930-х годов. Надо сказать, из авиации пришло большинство современных автомобильных систем - от круиз-контроля (в авиации - автопилот) до ABS. Но, в отличие от того же автопилота, о них вспомнили только в 1980-е годы - в их развитии произошел полувековой перерыв: реактивная авиация в системах непосредственного впрыска не нуждалась.

Предки современного инжекторного бензинового двигателя работали в авиации с 1930-х годов. Надо сказать, из авиации пришло большинство современных автомобильных систем - от круиз-контроля до ABS

А первыми серийными авиамоторами непосредственного впрыска были V-образный 12-цилиндровый Daimler-Benz DB 601 и звездообразный 9-цилиндровый BMW 132. От карбюраторных двигателей их отличало (и отличает), собственно, отсутствие карбюратора. С той лишь разницей, что в авиации в ту пору образования бензиново-воздушной смеси (необходимое весовое соотношение составляет 1:14,7) добивались с помощью высокоточной механики. А сейчас все находится под контролем и регулированием электронных систем, получающих сигнал обратной связи от датчиков, измеряющих состав выхлопа.

Дело в том, что ни одна система не способна работать идеально - особенно если речь идет о массовом производстве, а не об уникальных изделиях (к которым все же относились авиамоторы 1930-х). Может изменяться вязкость масла, происходить загрязнение и последующая очистка. К примеру, первые японские авиационные двигатели непосредственного впрыска необходимо было промывать после каждого вылета. Для сравнения: многие современные двигатели могут штатно работать на разных бензинах, к примеру - на АИ-92 и АИ-95 или на АИ-95 и АИ-98. Без системы электронной регулировки это было бы просто невозможно.

Почему же пришлось отказаться от карбюраторных двигателей? А как раз из-за невозможности их точной регулировки с помощью электроники. Собственно говоря, карбюратор настраивался так, чтобы максимально использовать кислород из бензиново-воздушной смеси. Достигалось это простым и эффективным способом: бензина впрыскивалось чуть больше нормы. Соответственно, выхлопы были насыщены не только продуктами горения, но и недогоревшим топливом. И если на трассе это было еще терпимо, то в условиях города создавало высокую концентрацию вредных веществ. С помощью современных инжекторных систем эту проблему удалось если не полностью изжить, то хотя бы минимизировать.

Турбина - для чего она нужна?

Одним из способов повышения мощности двигателя - и бензинового, и дизеля - является установка на него турбонаддува. Принцип его работы прост: это две крыльчатки на одном валу, изолированные друг от друга. Одна приводится в движение выхлопными газами двигателя, вторая нагнетает в этот двигатель воздух. Чем больше воздуха попадает в цилиндры двигателя, тем больше можно создать в них горючей смеси.

Подобное устройство позволяет повысить мощность примерно на 20% - это очень существенно. Ну и, разумеется, дополнительно снизить массу и объем двигателя. Однако тут есть и свои нюансы. Так, про «эффект турбоямы» ОК-Информ уже писал. С ним пытались в свое время бороться путем усложнения системы - делали турбину с изменяемой геометрией, ставили ей «в помощь» механическую турбину или компрессор. Инженеры компании Volvo применяли для этой цели небольшой баллон со сжатым воздухом. А их коллеги из Volkswagen пошли вообще по другому пути, установив на Passat механический нагнетатель (G60), который приводится в движение не выхлопными газами, а приводным ремнем.

Но опять-таки все решила электроника - оказалось, что с турбоямой проще всего бороться не усложняя конструкцию турбины, а написав новое программное обеспечение для системы управления двигателем. Та же система управляет и клапаном давления - когда мотор работает на высоких оборотах, он сбрасывает избыточные газы из турбины, чтобы двигатель не пошел в разнос из-за нагнетания излишнего воздуха в клапаны.

Срок службы сократился

Чудес в этом не самом лучшем из миров, как известно, не бывает, и за форсирование двигателя мы расплачиваемся снижением сроков его эксплуатации и ремонтопригодностью. Давно прошли времена, когда старый двигатель из «убитой» машины можно было переставить в новую - и он продолжал «таскать» ее как ни в чем не бывало. Да, в современных двигателях применяют высокопрочные стали, а алюминиевым и чугунным частям стараются придать особую «противоаварийную» геометрию.

И, конечно, необходимо вовремя проходить все плановые ТО - это тоже продлит срок службы вашего двигателя. Ведь любое дополнительное устройство снижает надежность - так, любая частица мусора (например, крошечный кусок прокладки), вылетевшая из двигателя с выхлопными газами, может вывести из строя тот же турбонаддув, просто разбив его лопасти.

Кроме того, у современных двигателей бывают и неизвестные ранее проблемы, связанные как раз с их «обвесом» дополнительными устройствами. Напомним, что система регенерации угольного фильтра может снижать вязкость масла, что приводит к быстрому износу цилиндров.

Стоит ли брать б/у

Специалисты напоминают: вряд ли современный мотор, даже самый надежный, сможет пережить свой автомобиль - не для этого он был спроектирован. Поэтому они рекомендуют с осторожностью подходить к т. н. «контрактным», то есть - восстановленным двигателям.

По большому счету, автомобиль может стать донором, только если с ним случится какая-то серьезная авария - после разборки. Но что делать - если бы позволяла экономическая ситуация, все бы покупали исключительно новые «автомобили своей мечты». Увы, жизнь всегда вносит свои коррективы.

Конечно, чисто теоретически до сих пор существуют высококачественные немецкие двигатели, которые эксплуатировались аккуратными немцами на эталонных немецких дорогах. И такой двигатель, восстановленный лицензированными польскими фирмами, может оказаться «почти таким же, как новый - только дешевле». Тем не менее всегда надо помнить, что при покупке такого двигателя всегда остается элемент везения. Впрочем, что говорить - владение автомобилем в России почти всегда напоминает лотерею. Если не русскую рулетку.