Поиски, идеи,ремя от времени в мире техники вспыхивает идея создания принципиально нового автомобильного мотора — очередного конкурента ставшему классическим поршневому двигателю внутреннего сгорания. Уже не раз внезапно обострялся интерес к паровым машинам, электродвигателям и газовым турбинам. И никогда еще не тратилось столько сил и средств, как сейчас, на поиски мотора, эквивалентного современному автомобильному. Напряженная работа в этом направлении ведется во всех крупнейших американских и европейских автомобильных фирмах. Отчасти это объясняется высокой токсичностью выхлопных газов сегодняшних поршневых двигателей внутреннего сгорания, борьбой с шумом. А в последнее время поиски новых типов автомобильных силовых установок на Западе подхлестываются еще и энергетическим кризисом, напомнившим об ограниченности топливных ресурсов. Наиболее критическое отношение к традиционному автомобильному мотору сложилось в США, где все автомобильные проблемы каждый год усложняются. В этой огромной стране автомобиль стал основным транспортным средством, и общая численность парка приблизилась к 125 миллионам (по данным 1973 года). Именно здесь автомобильному двигателю внутреннего сгорания вынесен приговор кек главному источнику загрязнения атмосферы. С этим согласились и Япония и Европа. Давно уже начались попытки сделать автомобиль «гигиеничнее»: проектируются и внедряются новые системы зажигания, совершенствуются принципы подачи топлива и смесеобразования, применяются бензины, не содержащие свинцовых присадок. Большие средства тратятся на поиски катализатора, при помощи которого можно было бы очищать выхлопные газы от вредных примесей, Перенаселенность крупных городов автомобилями ставит вопрос ио создании компактных, малогабаритных легковых моделей. Однако в каждом отдельном случае возникают попутно новые проблемы, и кардинально решить их можно, как считают некоторые авторитеты, полной «переоценкой ценностей», поисками других источников энергии. Ну, а пока идет поиск во всех направлениях. Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания много раз оставлял позади своих соперников, техническая мысль возвращается к ним, предлагаются и принципиально новые конструкции. Так или иначе на повестке дня стоит вопрос: долго ли просуществуют традиционные поршневые двигатели внутреннего сгорания и какой двигатель заменит их на автомобиле в будущем? Если говорить о реальных соперниках поршня и цилиндра, существующих уже сегодня, то, по мнению многих зарубежных специалистов, большое будущее имеет роторно-поршневой двигатель Ванкеля («За рулем», 1970, № 12). Основное преимущество его — экономия в габарите, что очень важно для конструкции. Легковые машины с роторными двигателями выпускаются с 1967 года в ФРГ. В эксплуатации сейчас находится модель «Ро80» фирмы НСУ (где работал Ф. Ванкель). Готовится к продаже новой модели с таким двигателем и известная кор3. «За рулем» № 5.разработкиВМОТОР:ТРАДИЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫпорация «Дженерал Моторс». Японский роторный автомобиль «Мазда» (вернее, его последний вариант), снабженный термическим реактором для отработавших газов, удовлетворяет американским нормам 1975 года на токсичные выбросы и почти соответствует нормам 1976 года. С. Р. Браун, возглавляющий сбыт автомобилей «Мазда» в западной части США, полагает, что к 1980 году половина новых машин во всем мире будет иметь двигатель Ванкеля. Другого мнения придерживается вице-президент концерна «Крайслер» А. Лефбороу. Он считает, что двигателю Ванкеля присущи неизлечимые недостатки — неустойчивая работа на малых оборотах, непригодность для удовлетворительной совместной работы с автоматической коробкой передач в связи с высокими оборотами двигателя, достигающими 10 000 об/мин, и недостаточная экономичность. А газовые турбины? Опытные образцы автомобильных газотурбинных двигателей («За рулем», 1966, № 8) появились в 50-х годах. К этому времени относятся и испытания советского экспериментального двигателя «Турбо НАМИ-053» мощностью 350 л. с. на автобусе ЗИЛ-127. Одновременно во всем мире проводились работы по улучшению параметров газотурбинного двигателя и, в частности, его топливной экономичности. Сегодня он переживает новый этап развития, включающий решение проблем промышленного производства и создания моделей газотурбинных автомобилей и тракторов. Один из первых таких автомобилей — наш 120-тонный БелАЗ-549В, который проходит опытную эксплуатацию в горнодобывающей промышленности. Уже сейчас ясны достоинства газотурбинного двигателя. Он отличается компактностью, малым весом, идеальной уравновешенностью, может работать на дешевом топливе и удобен в эксплуатации. Но главное — малая токсичность продуктов сгорания. Однако дальнейшие работы по улучшению мощностных и экономических показателей (повышение температуры газов перед турбиной) связаны с увеличением количества окислов азота в отработавших газах. Одним из недостатков газовой турбины считают и применение дорогостоящих конструкционных материалов. По данным концерна «Крайслер», уже есть конструкции камер сгорания, которые снижают содержание окислов азота в газотурбинном двигателе до норм 1976 года. Таким образом, он может стать серьезным конкурентом для поршневых и роторно-поршневых двигателей. Тем не менее появление серийного легкового газотурбинного автомобиля ожидается не раньше 1978 года, из-за его недостаточно высокой экономичности. Зарубежные фирмы работают над созданием автомобильных силовых установок ис двигателем внешнего сгорания — «стирлингом» («За рулем», 1966, № 10). Сейчас уже значительно упрощена его конструкция; рычажно-шарнирный параллелограммный механизм заменен обычным кривошипно-шатунным. Исследование двигателя внешнего сгорания ведется, в частности, МВТУ имени Баумана. В «стирлинге» особенно ценно то, что он выделяет в продуктах сгорания очень мало токсичных компонентов, может работать на любом топливе и имеет теоретический к. п. д. 0,70. Исследования, проведенные голландской фирмой «Филлипс», показали, что на практике можно получить к. п. д. равный 0,50. Это значительно больше, чем у самых лучших газовых турбин (0,28), бензиновых двигателей (0,30) и дизелей (0,40). По мнению фирмы «Форд», двигатель Стирлинга в принципе может соответствовать самым высоким требованиям стандартов токсичности. Другие фирмы считают, что возможность окончательной оценки тут преждевременна из-за нерешенных технических проблем. В последние годы возродился интерес к паровым автомобилям. Наибольшего успеха в создании автомобильной паросиловой установки, работающей по так называемому циклу Ренкина, на сегодня удалось добиться конструктору авиационных приборов и устройств американцу Уильяму Лиру. В качестве рабочего тела в его установке вместо воды применяется фтороуглеродная жидкость. Двигатель Лира выделяет ничтожное количество вредных веществ и бесшумен. В СССР еще в 50-е годы конструкторы создали паровые автомобили НАМИ-012 с одной и НАМИ-018 с двумя ведущими осями. Эти машины работали на вывозе леса, используя в качестве топлива древесные отходы — так называемые швырковые дрова. Тогда вопросы борьбы с токсичностью не стояли на повестке дня, и работы над паровыми автомобилями не получили дальнейшего развития. Сегодняшние успехи в исследованиях высокотемпературного пара помогут, вероятно, приблизить к. п. д. парового двигателя,— который сейчас составляет всего 0,20,— к показателям двигателя внутреннего сгорания. Конечно, здесь паровой двигатель значительно уступает «стирлингу», но зато он хорошо изучен в применении на автомобиле и благодаря этому преимуществу может пойти в производство раньше, чем двигатель внешнего сгорания. Специалисты называют 1980 год. Считается, что в отношении традиционных параметров — стоимости, топливной экономичности, динамики и эксплуатационной надежности — наш сегодняшний автомобильный мотор доведен до совершенства. Новый подход к нему — с точки зрения токсичности — отразился в возрождении интереса к электромобилю («За рулем», 1972, № 12). На примере 13 Поиски,хотя бы двух американских фирм — «Дженерал Моторс» и «Крайслер» — можно судить о том, как распределяется интерес к моторам разных типов. Первая из них одновременно проектирует газовые турбины и электромобиль, заплатив 50 миллионов долларов за лицензию на двигатель Ванкеля. «Крайслер» занимается конструкцией газовой турбины. В наши дни, когда кажется, что вот-вот будет создано нечто равноценное традиционному мотору, электромобиль порой выдается чуть ли не за панацею от всех бед: и бесшумен, и нетоксичен, и безопасен. Каковы его перспективы? Проблеме создания электромобилей большое внимание уделяется во многих странах, в том числе в СССР («За рулем», 1973, № 6). Еще в 1935 году велись разработки на базе ГАЗ-АА и ЗИС-5. В 1958 году хорошие результаты были получены при опытной эксплуатации электромобилей НАМИ-750 и НАМИ-751 и электробуса ЛАЗ-НАМИ. Все электромобили сейчас оснащены свинцовыми и железоникелевыми аккумуляторами, которые почти не токсичны, если не учитывать выделения водорода и испарения серной кислоты. Однако низкие удельные энергетические показатели, значительный вес и габариты нынешних аккумуляторов, а также ограниченные запасы свинца препятствуют распространению электромобилей. Серебряно-цинковые батареи удовлетворяют условиям как по мощности, так и по энергоемкости, но мало служат {всего 200 циклов) и требуют 2,5 кг серебра на 1 квт-час, что делает их дорогими. Другие типы батарей работают при высоких температурах и находятся в стадии лабораторных исследований. Электромобили потребуют создания сети подстанций для зарядки аккумуляторов. Но это не все. Придется снова решать и вопросы о загрязнении атмосферы, уже тепловыми электростанциями. А в США суммарная мощность двигателей всех 125 миллионов автомобилей просто превосходит суммарную мощность электростанций. Становится очевидным, что замена двигателей внутреннего сгорания на всех автомобилях аккумуляторами неосуществима, пока не будет достаточно дешевой энергии атомных электростанций. Наиболее перспективным и экономичным источником электроэнергии является топливный элемент (.«За рулем», 1971, № 12). Это специальный тип батареи, в которой происходит непосредственное превращение химической энергии топлива в электрическую. Однако на сегодня использование топливных элементов для электротяги тоже еще неосуществимо. Они очень тяжелы, сложны и дороги (для их электродов в большинстве случаев используется платина). Таким образом, состояние техники не позволяет в настоящее время создать экономически приемлемый электромобиль, кроме как для специального использования с ограниченным пробегом. Американский комитет по электромобилям, например, сделал вывод, что в ближайшие десять лет двигатели внутреннего сгорания не будут заменены ими. Другое направление в развитии автомобильной техники — комбинированные силовые установки, состоящие из двига14идеи,разработкигие заводы выведены за пределы жи ­ лых районов. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 29 декабря 1972 г. «Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов» предусматривает, в частности, дальнейшее расширение работ по снижению токсичности отработавших газов и созданию малотоксичных автомобильных двигателей. С целью уменьшить «загазованность» городов во многих государствах введены нормы на содержание основных токсичных компонентов в отработавших газах автомобилей. Они стали определяющим требованием, предъявляемым к автомобильному двигателю. В связи с этим в США сейчас двигатели легковых автомобилей даже дефорсируются. Одним из способов снижения токсичности отработавших газов; повышения моторесурса двигателей и уменьшения эксплуатационных расходов может стать замена жидкого топлива газообразным. В СССР еще до войны появились первые ЗИСы с красными баллонами под кузовом. Пока газобаллонные автомобили, работающие на пропанбутане, применяются в ограниченных масштабах. Однако намечена организация крупносерийного их выпуска. Автозавод имени Лихачева к 1976 году должен дать 15 тысяч газобаллонных грузовиков ЗИЛ-138. Горьковский автозавод будет выпускать газобаллонные ГАЗ-53-07. В Москве в течение 1974—1976 гг. намечено перевести на газ 35 тысяч автомобилей, включая «волги»-такси, автобусы. Эффективным «антитоксичным» средством являются каталитические нейтрализаторы. В этом качестве в настоящее время используется платина для дизелей и палладий для бензиновых двигателей. Пока нейтрализаторы имеют весьма ограниченное применение — на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемых в трудновентилируемых местах: карьерах, шахтах, закрытых помещениях. Для массового же использования нужны эффективные, дешевые нейтрализаторы с катализаторами. Пока их нет. Переход к массовому производству автомобильных двигателей новых типов связан, как видим, с решением целого комплекса технических и организационных вопросов и большими капиталовложениями. Если оценивать реально все технические и экономические стороны перехода к новому типу двигателя, то станет ясно, что он означает коренную перестройку всего автомобильного двигателестроения. На это можно решиться лишь при самых веских аргументах в пользу нового мотора. В любом случае такая перестройка не должна вызвать прекращения производства автомобилей. Нужен и достаточный опыт эксплуатации новых двигателей. Учитывая все эти обстоятельства, советские специалисты считают, что, несмотря на ожидающееся примерно в 1980 году появление серийных двигателей новых типов,, традиционные, но несколько усовершенствованные поршневые моторы внутреннего сгорания останутся основным типом автомобильных двигателей на ближайшие пятнадцать — двадцать лет.теля внутреннего сгорания, работающего на генератор, и аккумуляторных батарей. В этом случае стабилизация процесса выработки энергии позволяет установить двигатель меньшей мощности и отрегулировать его на минимум токсичности. Такой электромобиль был создан советскими учеными в 1969 году на базе обычного «рафика» и испытывался в Москве. Аналогичные установки разрабатывались за рубежом. Однако реализация этих проектов была отложена до новых конструкций. Гибридная установка с аккумулятором энергии в виде маховика, позволяющего легковому автомобилю двигаться по городу с выключенным двигателем, также не может быть реализована в настоящее времяиз-за сложности и громоздкости. Сенсационное сообщение австралийской прессы о нетоксичности орбитального двигателя Сейрича («За рулем», 1973, № 8) оказалось чересчур поспешным, так как он не работал под нагрузкой и развалился при 4000 об/мин. По мнению экспертов, этот двигатель слишком сложен и обладает одновременно недостатками как поршневого (распределительный механизм), так и роторного (необычная геометрия и трудности уплотнения). Сам изобретатель оценивает его шансы как 50 к 50. Несмотря на казалось бы обнадеживающие результаты в создании автомобильных силовых установок новых типов, маловероятно, чтобы их массовый выпуск начался раньше 1980 года. Симптоматично, что, когда Генри Форда II спросили, какой двигатель по его мнению будет основным в автомобильной промышленности 80-х годов, он ответил, что претендент еще неизвестен. Наряду с разработкой новых типов продолжается совершенствование существующих поршневых двигателей внутреннего сгорания. Немного истории. В конце 30-х годов советские ученые А. С. Соколик, А. Н. Воинов и Л. А. Гуссак предложили форкамерно-факельное зажигание, которое дает возможность значительно расширить пределы эффективного использования бедных смесей на частичных нагрузках при сохранении высоких мощностных и экономических показателей на полных нагрузках. После войны были спроектированы форкамерно-факельные двигатели ГАЗ-52 («За рулем», 1961, № 12), опытный образец верхнеклапанного двигателя с размерами ЗИЛ-120 и некоторые другие. Идея форкамернофакельного зажигания с целью снижения токсичности отработавших газов остается актуальной ив настоящее время. Большие надежды возлагаются на карбюраторный двигатель с так называемым послойным сгоранием рабочей смеси («За рулем», 1974, № 2), в котором богатая и бедная смеси находятся в разных зонах камеры сгорания. СССР является первой страной в мире, ограничившей применение этилированного бензина. Это одна из ощутимых мер борьбы с токсичностью, помимо разработки новых типов двигателей. При проектировании и реконструкции городов в нашей стране осуществляется рациональная планировка с учетом зеленых насаждений. Ограничено строительство предприятий в черте города. МноГ. ЛИБЕФОРТ, инженер