Без искры в цилиндрах

ПРОШЛЫЙ ВЕК

Судьба легкового дизеля оказалась непростой. В 1921 году одним из автомобилей, достигших финиша в гонках Париж–Бордо, был экспериментальный «Пежо-156» с двухцилиндровым двухтактным дизелем мощностью 40 л.с. Дистанцию гонки он преодолел со средней скоростью 48 км/ч. Но первой серийной моделью с дизельным мотором стал в 1936 году «Мерседес-Бенц 260D». Его четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2545 см3 развивал 45 л.с. при 3000 об/мин и с трудом разгонял 1600-килограммовый автомобиль до 95 км/ч. Впрочем, в те годы это было вполне приемлемо.

Характеристики дизельного двигателя во многом зависят от совершенства топливной аппаратуры. Именно ее созданием занялись на фирме Роберта Боша в 1922 году. Тридцатого ноября 1927-го компания выполнила первый коммерческий заказ: 1000 топливных насосов высокого давления (ТНВД) модели 4Р8/11 для грузовых и тракторных дизелей. При создании первого ТНВД пригодился богатый опыт производства механизмов для смазки под давлением, задача которых была в сущности схожей – подавать в нужное время строго определенное количество масла.

Первый ТНВД был рядным – он походил на миниатюрную копию двигателя – с числом плунжеров, равным количеству цилиндров. Такая конструкция прожила до 1962 года, пока не потребовался особо компактный и более дешевый насос для мотора «Пежо-404». Агрегат VM4 стал прообразом современных ТНВД распределительного типа. В 1986 году из-за ограничений по токсичности механические регуляторы уступили место электронике, тогда еще громоздкой. Блок управления предкамерным дизелем БМВ-324td был размером с том энциклопедии.

Но настоящая революция свершилась, когда появились легковые моторы с непосредственным впрыском. Потребовались системы впрыска, способные развивать давление более 130 МПа. Проблему чрезмерной жесткости работы решил двухфазный впрыск через форсунки с двумя пружинами (основная и пилотная фазы). Дальнейшее ужесточение экологических норм потребовало увеличить давление впрыска, что помогло серьезно поднять литровую мощность двигателей. Сочетание хорошей динамики с экономичностью (расход топлива на 25–30% ниже, чем у бензиновых моторов), а также уменьшившийся уровень шума позволили сломать устоявшееся представление о дизеле, как двигателе для трактора.

Именно начало 90-х годов стало переломом в сознании. За последние 15 лет доля продаваемых дизельных автомобилей в странах Западной Европы выросла в среднем более чем втрое. Причем в Германии вчетверо, в Испании впятеро, в Италии – аж в семь раз! Покупателей в Великобритании не остановило даже повышение налогов, и сегодня в Соединенном Королевстве из всех продаваемых новых легковушек 40% с дизелями – против 7% в 1990 году.

Бастионами бензиновых моторов в Европе остаются Швеция и Греция. В первой налоги на дизельные автомобили в несколько раз выше, чем на бензиновые, во второй продажа дизельных автомобилей частникам попросту запрещена. Причина лежит на поверхности – парламентарии доверяют не инженерам, а собственным носам. Новым моторам потребуется еще не один год, чтобы сломать и этот стереотип.

ДИЗЕЛЬ-ПОБЕДИТЕЛЬ

Несмотря на серьезные успехи, к середине 90-х годов дизели еще не могли на равных соперничать с бензиновыми моторами в динамике и «удовольствии от езды». Помогли экологические удавки: Евро II нанесло сокрушительный удар по монооксиду (окиси) углерода, где позиции бензиновых двигателей традиционно хуже. В 2000 году нормы Евро III еще больше ограничили содержание в выхлопе СО, попутно потребовав снижения выбросов сажи.

Большинство бензиновых моторов оборудованы впрыском топлива во впускной коллектор и работают при атмосферном давлении на впуске, все современные легковые дизели – с неразделенной камерой сгорания и турбонаддувом. Неудивительно, что мощность, а тем более крутящий момент выше, равно как и КПД. В повседневной эксплуатации преимущества дизелей сводятся к снижению расхода топлива до 30%, уменьшению выбросов СО на 20–25% и улучшению разгона на средних оборотах на 25–30% по сравнению с бензиновыми версиями. Это и привлекает покупателей, несмотря на более высокую стоимость таких машин, хотя разница в ценах между бензином и дизтопливом зачастую не превышает 5%. Ресурс дизельных двигателей выше, чем у бензиновых; правда, для большинства владельцев это не столь актуально.

ДИЗЕЛЬНОЕ БУДУЩЕЕ

Ожидается, что в 2006 году в Европе дизельные автомобили опередят бензиновые по продажам – 51,4% новых машин оснастят моторами с воспламенением от сжатия, причем две трети из них с топливной аппаратурой «Бош». Главенствующей будет система аккумуляторного типа («коммон рейл»), постепенно вытесняющая насос-форсунки. Последние хоть и стали компактнее, но по-прежнему занимают непозволительно много места и нуждаются в специальной конструкции двигателя. Кроме того, система «коммон рейл» точнее управляет топливоподачей, да и преимущество насос-форсунок в максимальном давлении впрыска стремительно тает. Еще лет десять назад оно составляло 55 МПа, три года назад – 45, а сегодня – лишь 30. Уже выпущены серийные моторы, на которых система аккумуляторного типа развивает максимальное давление впрыска 180 МПа. Следующий рубеж – 200 – уже отрабатывается на прототипах, а к 2010 году «Бош» замахивается на 250 МПа. Умнее стали и топливные насосы. Во-первых, они способны регулировать давление подачи от 23 до 200 МПа, подстраиваясь под разные режимы двигателя. Во-вторых, больше не выполняют напрасную работу, когда часть топлива приходится пускать по второму кругу.

Главный подводный камень на пути дизеля – грядущие нормативы Евро V, требующие радикального снижения окислов азота. Для этого придется увеличивать рециркуляцию выхлопных газов в ущерб основным показателям двигателя, ведь накопительные нейтрализаторы способны снизить уровень NОx лишь в 4–5 раз. Официально нормативы Евро V до сих пор не утверждены, дебаты по ним продолжаются. Производители настаивают на ограничении окислов азота на уровне 200 мг/км, что на 25% ниже нынешнего. Тогда можно будет обойтись без дорогостоящей и сложной нейтрализации с использованием дополнительных компонентов, например впрыска водного раствора мочевины (AdBlue).

Надеемся, что законодатели и конструкторы придут к компромиссу. Впрочем, именно ограничения по экологии подталкивают разработчиков совершать маленькие технические революции. И наверняка дизели следующего поколения похвастают не только завидными характеристиками, но и оригинальными ноу-хау. В любом случае, отцу-основателю не пришлось бы стыдиться за своих детей.