Гибрид внутреннего сгорания

Полная техническая безграмотность? Не торопитесь с выводами. Как известно, противоположности не только находятся в постоянной борьбе, но и стремятся к единству.

ВЕЧНЫЕ СОПЕРНИКИ

Основные преимущества дизельных двигателей: более высокий КПД и относительная всеядность. Если бензиновым моторам подавай не просто бензин, но еще и определенного сорта, то в некоторые дизели можно было заливать самое разное топливо: солярку, керосин, рапсовое масло... Конечно, со временем этому "безобразию" положили конец: современные моторы такого издевательства не приемлют, а чтобы из выхлопной трубы не вырывались черные клубы дыма, извольте заливать лишь солярку высшей очистки.

Но высокий КПД остался, а по экологии дизель даже начал вырываться вперед. Нынче уже немало моторов выполняет перспективные нормы Евро IV, а вот бензиновые агрегаты в эти рамки укладываются с трудом.

СТЕПЕНЬ СОПРИКОСНОВЕНИЯ

Поршневые конкуренты конструктивно постепенно сближались: степень сжатия бензиновых моторов росла, форсунка переместилась из впускного коллектора в камеру сгорания. А степень сжатия легковых дизелей, напротив, несколько снизили.

В конце 2002 года французский НИИ бензина (Institut Francais du Pеtrol) собрал двигателистов на международный конгресс, посвященный новым процессам внутреннего сгорания. Оказывается, ряд крупных фирм (среди них "Тойота", ФИАТ, "Форд", "Фольксваген", AВЛ) уже вовсю ведет исследования, результатом которых должен стать гибридный "отто-дизель", работающий на... Но об этом чуть позже.

Создание гибрида - вполне логичный шаг. Ведь, с одной стороны, приверженцы бензиновых моторов предлагают в некоторых режимах работы воспламенять смесь от сжатия (метод CAI - Controlled Auto Ignition - контролируемое самовоспламенение), с другой - дизелисты согласились поставить в цилиндры искровые свечи, чтобы поджечь равномерно распределенное по камере сгорания топливо (HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition - дословно: поджигание гомогенного заряда под давлением). Цель одна: в течение ближайшей пятилетки снизить содержание вредных веществ в выхлопе до... почти нулевого уровня. Реальными считают 100-кратное уменьшение выбросов окислов азота и 10-50-кратное - частиц сажи. И это не прожектерство: экспериментальный мотор "Форда" на базе "Зетек-1,7 16V" с системой самовоспламенения уже показал снижение уровня NOX на 99%, а потребления бензина - на 30%!

МИНУС НА МИНУС

Разработчики давно поняли: сжечь топливо без остатка, а значит, без вредных выбросов в выхлопную трубу можно, лишь распределив заряд по камере сгорания равномерно (гомогенно) и так же "равномерно" следует поджечь его сразу во всем объеме. В бензиновых моторах сложно как раз второе, потому-то и пошли на воспламенение от сжатия.

В дизелях трудно равномерно перемешать заряд - на это нужно время. Поэтому топливо стали впрыскивать значительно раньше ВМТ, разбавляя его воздухом еще до форсунки. В результате... потребовалась искровая свеча. Так, по сути, породнились изобретения Отто и Дизеля. Преимущества моторов сложили, недостатки уменьшили.

Исследователи установили: оптимальная степень сжатия - 15:1. Запустить мотор помогают искровые свечи. А смесь готовят в зависимости от режима работы. При малой нагрузке, когда среднее давление в цилиндре не превышает 4 бар, используют гомогенный заряд, наполовину разбавленный выхлопными газами. В интервале от 4 до 7-8 бар следует дополнительный короткий впрыск топлива после ВМТ и в цилиндр возвращается еще больше отработавших газов. Наконец, при большой нагрузке процесс становится типичным для традиционного дизельного двигателя - свечи "отдыхают".

НОВОМУ МОТОРУ - НОВОЕ ТОПЛИВО

На каком серийном автомобиле появится первенец? Если верить публичным заявлениям, ближе всех к цели "Фольксваген" со своим методом CCS (Combined Combustion System - комбинированная система сгорания). Оказалось, правда, что для стабильного образования гомогенного облака горючей смеси, которое бы не воспламенилось раньше времени, нужно... новое топливо. Не бензин и не солярка, а нечто среднее, синтетическое. Топливо должно по возможности лучше испаряться, но не вспыхивать слишком легко. Таким может стать испытанный недавно "Синфьюэл", получаемый из природного газа, или "Санфьюэл" - из биомассы (ЗР, 2003, № 9). Они не содержат серы и ароматических углеводородов - дополнительный плюс для экологии.

Если на автомобилях лет через пять действительно появятся "отто-дизели", стоит ожидать падения цен на нефть и роста - на газ. Не случайно уже сегодня гигант "Шелл" вкладывает миллиарды в строительство "газоперегонных" заводов: ведь получаемое там синтетическое топливо в любом случае не пропадет, а без вреда для атмосферы сгорит в дизельных моторах.

На стенде (фото слева) имитируют смешанный европейский цикл. Преимущества синтетического топлива, тем более двигателя с гомогенным процессом (HCCI), очевидны.

Так горит смесь: а - в обычном дизеле. Яркие всполохи говорят об образовании частиц сажи, а количество окислов азота (см. график) достигает 1200 частей на миллион; б - гомогенный процесс. Нет ни сажи, ни NOX.