ТЕХНИКАТермодинамикаПОЛЕЗНОЕ ДЕЙСТВИЕБорьба за экономию и экологию породила новое поколение необычных двигателей.Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ. Михаил ГЗОВСКИЙОт чего зависит КПД двигателя? Все многочисленные составляющие перечислять не будем, остановимся на двух. Для начала определимся со степенью сжатия. Вроде бы ясно: нужно, чтобы она была максимально высокой (см. график) и чтобы при этом ни при каких обстоятельствах не возникала жесткая детонация. На режиме максимальной мощности и близких к нему при заданной форме камеры сгорания ничего изменить нельзя. Другое дело при частичной нагрузке, когда дроссель бензинового двигателя прикрыт. Здесь возникает интересная ситуация: смеси в цилиндр попадает меньше и давление в нем в конце такта сжатия оказывается вдвое-втрое ниже, чем под нагрузкой! Мотор работает так, будто степень сжатия в 2-3 раза ниже номинальной. Соответственно, заметно снижается КПД... 8 = 14:1 мотор меньшего объема 1,4 л. И тут их поджидает разочарование: двигатель не вписывается в гамму моделей по динамическим характеристикам ик тому же не удовлетворяет технологов по компоновочным соображениям. Но вот, наконец, фирма решает продемонстрировать очередной, наиболее близкий к жизненным реалиям прототип. О серьезных намерениях можно судить хотя бы по месту дебюта: на одном из наиболее престижных европейских салонов - Женевском. Ключевое отличие саабовской конструкции (ее назвали SVC) от классического современного двигателя внутреннего сгорания - в возможности изменять положение верхней части двигателя по отношению к нижней. Верхняя состоит из головки блока сЗависимость КПД от степени сжатия8 =8:1Схема работы механизма наклона при разной степени сжатия.ПОДВИЖНАЯ КРЫША Зависимость КПД двигателя от степени сжатия стала очевидна еще на заре автомобилизации, и с тех пор в мире было запатентовано немало изобретений, связанных с этим явлением. Теперь этот ряд пополнит разработка фирмы СААБ - мотор с изменяемой степенью сжатия. Первые попытки сконструировать двигатель такого типа СААБ предпринимал еще в начале 80-х годов, но только спустя десять лет накопленный опыт был перенесен с бумаги на металл. В конце 90-го года дело, наконец, дошло до пуска реально действующего образца. Первый опыт с двухлитровым агрегатом доказал жизнеспособность концепции. Заручившись поддержкой немецкой фирмы "FEV Мотортехник" из Аахена, шведские специалисты спустя пять лет создаютинтегрированными в нее цилиндрами. (Это решение известно далеко не первый год. Не зря ведь говорят, что все новое - хорошо забытое старое. Такие моторы появились еще в начале века, а позже встречались на гоноч-425/гооо зр ДЛЯных "мерседесах" и "феррари".) Нижняя "половина" двигателя - картер коленчатого вала; соединены части шарнирно, а герметичность зазора между ними обеспечивает уплотнитель, гофрированный резиновый чехол. По экономическим соображениям большинство деталей позаимствовали от серийных моторов - коленчатый вал с шатунами, поршни. Даже схема расположения клапанов - их четыре на каждый цилиндр - унаследована от обычных саабовских моторов. Попробуем разобраться, как же действует прототип. В зависимости от условий и нагрузки головка цилиндров изменяет угол наклона по отношению к картеру в пределах 4°. Гидравлический привод поворачивает эксцентриковый вал механизма наклона, соединенный с головкой дополнительными шатунами. Поскольку ход поршня остается прежним, меняется объем камеры сгорания и, соответственно, степень сжатия. При малой нагрузке она составляет 14:1, а с ее ростом плавно понижается до 8:1 ив действие вступает механический нагнетатель. Самая "интеллектуальная" часть работы - определить оптимальную для конкретного режима степень сжатия. Эту функцию выполняет электронная система управления двигателем "СААБ-Трионик", которая опирается на информацию о нагруженности двигателя, скорости вращения коленчатого вала и даже качестве топлива. Она же решает,когда стоит задействовать нагнетатель. Насколько эффективна схема двигателя СААБ SVC? Судите сами: пятицилиндровый мотор объемом всего 1,6 л развивает мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм при давлении наддува 2,8 атм. Но даже не это главное: по сравнению с близким по параметрам коллегой традиционной конструкции он экономит до 30% топлива! Специалисты полагают, что им потребуется несколько лет, чтобы довести мотор, что называется, "до кондиции". Концепция шведов, как и любая новая идея, не лишена подводных камней. Например, изменяемая степень сжатия предполагает применение нагнетателя высокого давления. Кроме того, приходится иметь дело только с двигателями малого объема, которые работают с высокой удельной нагрузкой, иначе достичь 30-процентной топливной экономичности будет практически невозможно.Теперь перейдем к скорости сгорания. Конечно, она зависит от состава смеси,мени в цилиндре и наличии равномерного качества распыления (испарения) и типа топлива. Но если форсунка с тончайшими каналатемпературного поля без зон локального ми работает при давлении 2000 атм, когда приходится учитывать сжимаемость перегрева. Так родилась необычная идея: не только жидкости, но и металла, может показаться, что резервы исчерпаны. А ведь нужно-то впрыскивать топливо не в пустую камеру немного: чтобы поле температур в цилиндре при сгорании было как можно более сгорания, а в заполненную трехмерной проравномерным, а топливо сгорало максимально полно и при этом возможно быстрее, постранственной структурой, которая обладаскольку догорание на такте расширения неэффективно. Еще условие: желательно избетеплоемкостью и теплопроводнола бы стью, жать возникновения зон с температурами выше 2000С - здесь диссоциируют молекулы сравнимыми с существующими для твердого тела. Но, позвольте, а как тогда HjO и С02. отбирая энергию и снижая КПД Но и низкой температура быть не может будет двигаться поршень? Да как и раньше, снизится давление в цилиндре и опять-таки КПД Ловушка? Не совсем. ведь эта "решетка" разместится над ним в углублении головки блока цилиндров. Теперь осталось "лишь" подобрать подходящую "пену", которая ГУБКА В ЦИЛИНДРЕ СХЕМА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ДУРСТА и ВЕЧЛАСА бы выдерживала температуру поОсновная дилемма дизеля, рядка 1500°С и имела открытые которую еще никто не решил, ячейки размером не менее трех это противоречие между снимиллиметров. Таким материалом жением выброса сажи и окиоказался карбид кремния. "Губку" слов азота: улучшая один из из него вклеили в камеру сгорапараметров, неизбежно ухудния экспериментального дизельшаем другой. Конечно, частичного двигателя. (Заметим в скобно выручает каталитический ках, что на долю самого материанейтрализатор, но это вещь дола пришлось всего 10% объема рогая, да к тому же со временем забивается частицами сажи, повышает сопротивление на выпуске... В общем, дизелестроителям позарез нужен был свежий взгляд на проблему. Его-то блестяще продемонстрировали профессор из университета в Эрлангене под Нюрнбергом Франц Дурст и польский инженер Мирослав Вечлас. В результате более чем десятилетних исследований процесса сгорания они поняли: ключ к решению кроется в увеличении на порядок скорости распространения фронта плаЗР 5/2000 43