Например, инженеры Mazda создали бензиновый (Skyactiv-G) и дизельный (Skyactiv-D) моторы, степень сжатия у которых одинакова и равна 14:1. Как же им это удалось?
Skyactiv-G от Мазды
Идея повышения степени сжатия бензинового ДВС состоит в снижении средней температуры цикла. Чем ниже температура горючей смеси, тем сильнее ее можно сжать без возникновения детонации. Для этого, прежде всего, изменили систему выпуска, применив настроенные каналы по схеме 4-2-1. При этом выхлопные газы, не мешая друг другу, поочередно выбрасываются в атмосферу. Это улучшает продувку цилиндров, так как количество газов, попадающих в них, уменьшается. Соответственно, газы не повышают температуру горючей смеси. Снижение доли ОГ с 8 до 4% позволяет повысить степень сжатия на три единицы. А непосредственное распыливание бензина в цилиндре, охлаждая воздух, делает возможным увеличить сжатие еще на единицу. Помогают улучшить газообмен система изменения фаз на впускном и выпускном распредвалах. Для меньшего нагрева камер сгорания уменьшили диаметр цилиндров, одновременно увеличив ход поршня. Все эти меры в совокупности привели к повышению крутящего момента на низких оборотах. Японцы называют такой подход downspeeding в противоположность распространенному сейчас downsizing. Экономия топлива и снижение вредных выбросов достигается за счет того, что такой мотор работает на оборотах в среднем на 15% ниже, чем обычный. Японцы утверждают, что их атмосферный Skyactiv-G объемом два литра по экономичности превосходит 1,4-литровый турбомотор.
Skyactiv-D от Мазды
В отношении дизелей маздовцы считают, что в обычных турбированных моторах высокие давление и температура не позволяют впрыскиваемому топливу равномерно перемешаться с воздухом. В результате неполного сгорания в ОГ повышается содержание оксидов азота и сажи. В моторе Skyactiv-D степень сжатия снижена, и топливо впрыскивается намного раньше. Поэтому оно успевает полностью сгореть, что позволяет уложиться в Евро-6 без дорогостоящих приспособлений для нейтрализации NOх. Есть и еще два существенных преимущества. Во-первых, так как впрыск и воспламенение происходят гораздо раньше, то фаза расширения, а вместе с ней и КПД мотора увеличиваются. Во-вторых, расширяется рабочий диапазон – до 5200 об/мин.
Двигатель имеет два последовательных турбокомпрессора, создающих давление наддува 1,4 атм. Уверенный запуск при низких температурах призвана обеспечить система изменения фаз газораспределения. На выпускном распредвале установлены специальные «прогревочные» кулачки. Во время такта впуска выпускные клапаны приоткрываются, чтобы часть ОГ попала обратно в цилиндр, подогревая смесь. После прогрева система переключает клапана на обычные кулачки. Общий вес мотора снижен на 10%. А крутящий момент и экономичность снижены на 20% по сравнению с прежним «хитом» Мазды MZR-CD 2.2.
А над чем собираются работать японцы дальше? Теперь в их планах создание бензинового двигателя с воспламенением от сжатия!
BMW — моторы из кубиков
Признанный лидер двигателестроения BMW решил собирать моторы по модульному принципу. Немецкие специалисты пришли к выводу, что исходя из таких критериев как КПД, тепловой баланс, механические и насосные потери, идеальный рабочий объем одного цилиндра должен составлять пол-литра. А идеальная камера сгорания должна содержать расположенную по центру форсунку непосредственного впрыска, свечу и четыре клапана. Имея «идеальный» цилиндр, двигатели можно строить, как из кубиков. Отличаться они будут только турбонаддувом. В трехцилиндровом будет одна турбина, в четырехцилиндровом – двухпоточная, а в шестицилиндровом – битурбо. Унифицированы будут цепной привод распредвалов, системы изменения фаз газораспределения и ходы клапанов.
Но это еще не все. Инженеры рассчитали, что в равных по объему турбированных бензиновых и дизельных моторах можно использовать одни и те же алюминиевый блок цилиндров, поддон картера, коленвал, шатуны, масляный насос, привод ГРМ и навесное оборудование.
Таким образом, легко регулировать объемы выпуска двигателей в зависимости от спроса, а на одной производственной линии можно выпускать до четырех их моделей. Главными направлениями дальнейшего развития в BMW считают экологичность и экономичность.
