Модульний двигун
Мабуть, сьогодні всім ясно, що модульні двигуни забезпечують високий ККД. А скільки таких циліндрів – три, чотири, шість – все одно…
Можна замовити кузов будь-якого кольору, якщо він чорний. Ось промисловий підхід часів Ford Т. А через сто років з тією ж міркою підходять до силових агрегатів: двигун може бути будь-яким, але обов'язково з питомим об'ємом 500 см3 на циліндр. Для цілих сімейств нових моторів цей обсяг вибирають практично всі провідні автовиробники, виправдовуючись як міркуваннями технічного і виробничого характеру, а й прагненням до підвищення ефективності виробництва та економічності двигунів.
На модульні двигуни ставку роблять Volvo, Jaguar-Land Rover, BMW. Інженери Volvo просунулися на цьому шляху далі за інші: у бензинових і дизельних двигунів нового сімейства Drive-E (всі вони чотирициліндрові, об'ємом 2 л) безліч загальних деталей, включаючи блок циліндрів. Одна родина закриває всі потреби модельного ряду марки, вона замінила старі п'яти-, шести- та восьмициліндрові агрегати.
Англійці так далеко поки не пішли, від V6 та V8 не відмовилися. Однак нові дволітрові двигуни сімейства Ingenium ставитимуться не тільки на Jaguar ХЕ, а й на інші моделі.
Правда, дволітровий чотирициліндровий двигун не завжди ідеальне рішення. Коли гама надто широка, одним об'ємом, само собою, не обійтись, і не лише тому, що це протипоказано з точки зору ефективності. Але при цьому від «ідеального» питомого об'єму – півлітра на циліндр – ніхто й не подумає відмовлятися.
Базовий модуль (ті самі 500 см3) можна взяти за основу і зробити на його базі три конструкції: три-, чотири- та шестициліндрову, робочимобсягом, відповідно, 1500, 2000 та 3000 см3. При цьому бензинову та дизельну версії незалежно від системи живлення та робочого об'єму легко буде збирати на одній лінії.
ВСІ РАДІ СІМ'Ї!
Поступово доведеться відмовитись від сьогоднішнього розмаїття. Зокрема, сказати «прощай» бензиновим атмосферникам обсягом 1100, 1400, 1600, 1800, 2000 та 2200 см3. Сьогоднішній імператив – спрощення виробничої гами. Це передбачає і скорочення кількості варіантів робочого обсягу, що, щоправда, жодною мірою не обмежить вибір у частині бажаних значень потужності.
Тут заслуговує на увагу підхід Volvo: всі двигуни чотирициліндрові, дволітрові, але за рахунок застосування тієї чи іншої системи наддуву модифікацій за потужністю цілком достатньо. Так, якщо ставиться турбіна, потужність доводиться до 250 к.с., турбіна в парі з нагнітачем забезпечують вже більше 300 к.с., а дві турбіни плюс нагнітач з електроприводом доводять потужність агрегату до Д50 «конячок».
Такий підхід насамперед цікавий виробникам із середніми обсягами. Колосси ж - GM, Toyota, Volkswagen - щорічно виробляють десятки мільйонів силових агрегатів. Вони обійдуться менш радикальними рішеннями.
Все заради ккд
Можливість збирання різних двигунів на одній виробничій лінії несе в собі безліч переваг. Насамперед, постійні витрати скорочуються, а виробництво стає гнучкішим. Це, у свою чергу, дозволяє підлаштовуватись до часто непередбачуваних коливань попиту. Які автомобілі продаються краще - дизельні чи бензинові? Для заводу, який прийняв нову ідеологію, відповідь не матиме значення. Чинник важливий, тому що при завантаженні нижче 70% будь-яке моторне виробництво завдає лише збитків.
Циліндри об'ємом Д50-500 см3забезпечують двигуну максимально високий термодинамічний ККД. Саме такі циліндри дозволяли свого часу випускати атмосферні бензинові мотори, що забезпечували найкращий баланс витрати та характеристик, на зразок 1,8-літрових агрегатів Alfa Romeo 70-80-х років минулого століття. Ще гостріше проблема постала із запровадженням обмежень по С02: наступного року середній викид всіх моделей одного виробника буде обмежений 130 г на кілометр, а 2021 року — до 95 г/км.
Одна з причин, чому циліндри об'ємом близько 500 см3 вважаються ідеальними - вдале співвідношення площі стін камери згоряння та її об'єму. Зі збільшенням цього співвідношення страждає термодинаміка, оскільки тепло, що утворюється при спалюванні такого дорогого бензину, марно витрачається на нагрівання стінок камери. Зазвичай це відбувається в двигунах з циліндрами меншого об'єму, у тому числі дуже яскраво проявляється в літрових трициліндрових двигунах, де на кожен циліндр припадає по 330 см3.
Інший приклад: сьогодні автовиробники відмовляються від шестициліндрових моторів об'ємом 2,0 л, і знову з тієї ж причини низький ККД. Однак перехід від трьох циліндрів до двох (900-1000 см3) веде до того, що двигун починає працювати грубо і в конструкції доводиться використовувати 6а-лансірний вал і подвійний маховик.
Ну а в плані механічного ККД півлітрові циліндри дозволяють обмежити втрати як на тертя, так і насосні втрати на впуску та випуску.
2000 см3 бензин
Вибрані Volvo для бензинових двигунів сімейства Drive-E позначення Т5 і T6 можуть ввести в оману: незалежно від цифри циліндрів однаково чотири. Потужний алюмінієвий блок дістався ним від дизелів того самого сімейства Drive-E. Таке рішення дозволяє, не думаючи про проблеми з міцністю, зняти здволітрового двигуна небувалу потужність: 450 «конячок». Двигуни, вже запущені в серію, розвивають відповідно 2Д5 л.с. (модифікація з турбіною) та 306 л.с. (турбіна та нагнітач).
Бензин та дизель
Група Jaguar - Land Rover працює над новим сімейством двигунів Ingenium. Перехід на модульні двигуни здійснюватиметься поступово: протягом найближчих двох років щокварталу з'являтимуться нові модифікації. З конвеєра заводу у Вест-Мідландз, де розгортається виробництво, новий двигун сходитиме кожні 36 секунд. Бензинові та дизельні версії, всі об'ємом 2000 см3, мають дуже багато спільного, і в першу чергу алюмінієвий блок із тонкостінними чавунними склянками. Бензинові мотори будуть оснащуватися системою безпосереднього впорскування і двома балансирними валами, що противертаються.
Модифікацій буде дві: одна – 200 к.с. і 280 Нм, інша - 240 л.с. та 340 Нм. Дизелі обладнані варіаторами фаз газорозподілу (з боку випускного колектора), завдання яких – забезпечити швидке прогрівання каталізатора SCR. Дизельних версій теж буде дві – 163 к.с. та 380 Нм або 180 л.с. та 430 Нм.
2000 см3 дизель
Сімейство розроблених у Швеції двигунів Drive-E включає кілька чотирициліндрових дизелів об'ємом 2,0 л. Вони прийшли на зміну п'ятициліндровим 2,4-літровим агрегатам. За характеристиками нові двигуни ближче до «шістки», але їхня маса і габарити менші, плюс вони викидають в атмосферу менше С02. Сьогодні дизель виробляється у двох модифікаціях: з однією турбіною змінної геометрії (180 л.с.) та з двома турбінами (225 л.с).
Спільно з фахівцями свого постачальника - компанії Denso - інженери Volvo розробили систему упорскування Common Rail i-Art: вона забезпечує тиск 2500 бар, причому кожна форсункаобладнана датчиком, що передає інформацію про фактичний тиск упорскування.