Модульный двигатель. Устройство модульных двигателей

Модульный двигатель

Пожалуй, сегодня всем ясно, чтомодульные двигатели обеспечивают высокий КПД. А сколько таких цилиндров — три, четыре, шесть — все равно…

Можно заказать кузов любого цвета, если он черный. Вот промышленный подход времен Ford Т. А сто лет спустя с той же меркой подходят к силовым агрегатам: двигатель может быть любым, но обязательно с удельным объемом 500 см3 на цилиндр. Для целых семейств новых моторов этот объем выбирают практически все ведущие автопроизводители, оправдываясь не только соображениями технического и производственного характера, но и стремлением к повышению эффективности производства и экономичности двигателей.

На модульные двигатели ставку делают Volvo, Jaguar -Land Rover, BMW. Инженеры Volvo продвинулись на этом пути дальше других: у бензиновых и дизельных двигателей нового семейства Drive-E (все они четырехцилиндровые, объемом 2 л) множество общих деталей, включая блок цилиндров. Одно семейство закрывает все потребности модельного ряда марки, оно заменило старые пяти-, шести- и восьмицилиндровые агрегаты.

Англичане так далеко пока не пошли, от V6 и V8 не отказались. Однако новые двухлитровые двигатели семейства Ingenium станут ставиться не только на Jaguar ХЕ, но и на другие модели.

Правда, двухлитровый четырехцилиндровый мотор не всегда идеальное решение. Когда гамма слишком широка, одним объемом, само собой, не обойтись, и не только потому, что это противопоказано с точки зрения эффективности. Но при этом от «идеального» удельного объема — поллитра на цилиндр — никто и не подумает отказываться.

Базовый модуль (те самые 500 см3) можно взять за основу и сделать на его базе три конструкции: трех-, четырех-и шестицилиндровую, рабочим объемом, соответственно, 1500, 2000 и 3000 см3. При этом бензиновую и дизельную версии независимо от системы питания и рабочего объема легко будет собирать на одной линии.

Модульный двигатель

ВСЕ РАДИ СЕМЬИ!

Постепенно придется отказаться от сегодняшнего разнообразия. В частности, сказать «прощай» бензиновым атмосферникам объемом 1100, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2200 см3. Сегодняшний императив — упрощение производственной гаммы. Это подразумевает и сокращение числа вариантов рабочего объема, что, правда, ни в коей мере не ограничит выбор в части желаемых значений мощности.

Здесь заслуживает внимания подход Volvo: все двигатели четырехцилиндровые, двухлитровые, но за счет применения той или иной системы наддува модификаций по мощности вполне достаточно. Так, если ставится турбина, мощность доводится до 250 л.с, турбина в паре с нагнетателем обеспечивают уже больше 300 л.с, а две турбины плюс нагнетатель с электроприводом доводят мощность агрегата до Д50 «лошадок».

Такой подход в первую очередь интересен производителям со средними объемами. Колоссы же — GM, Toyota, Volkswagen — ежегодно производят десятки миллионов силовых агрегатов. Они обойдутся менее радикальными решениями.

Все ради кпд

Возможность сборки разных двигателей на одной производственной линии несет в себе множество преимуществ. В первую очередь, постоянные затраты сокращаются, а производство становится более гибким. Это, в свою очередь, позволяет подстраиваться к часто непредсказуемым колебаниям спроса. Какие автомобили продаются лучше -дизельные или бензиновые? Для завода, принявшего новую идеологию, ответ не будет иметь значения. Фактор важный, потому что при загрузке ниже 70% любое моторное производство приносит лишь убытки.

Цилиндры объемом Д50-500 см3 обеспечивают двигателю максимально высокий термодинамический КПД. Именно такие цилиндры позволяли в свое время выпускать атмосферные бензиновые моторы, обеспечивавшие наилучший баланс расхода и характеристик, вроде 1,8-литровых агрегатов Alfa Romeo 70-80-х годов прошлого века. Еще острее проблема встала с введением ограничений по С02: в будущем году средний выброс всех моделей одного производителя будет ограничен 130 г на километр, а в 2021 году — до 95 г/км.

Одна из причин, почему цилиндры объемом порядка 500 см3 считаются идеальными — удачное соотношение площади стенок камеры сгорания и ее объема. С увеличением этого соотношения страдает термодинамика, поскольку тепло, образующееся при сжигании такого дорогого сегодня бензина, бесполезно тратится на нагрев стенок камеры. Обычно это происходит в двигателях с цилиндрами меньшего объема, в том числе очень ярко проявляется в литровых трехцилиндровых моторах, где на каждый цилиндр приходится по 330 см3.

Другой пример: сегодня автопроизводители отказываются от шестицилиндровых моторов объемом 2,0 л, и снова по той же причине — низкий КПД. Однако переход от трех цилиндров к двум (900-1000 см3) ведет к тому, что двигатель начинает работать грубо и в конструкции приходится использовать 6а-лансирный вал и двойной маховик.

Ну а в плане механического КПД полулитровые цилиндры позволяют ограничить потери как на трение, так и насосные потери на впуске и выпуске.

Модульный двигатель

2000 см3 бензин

Выбранные Volvo для бензиновых двигателей семейства Drive-E обозначения Т5 и T6 могут ввести в заблуждение: независимо от цифры цилиндров все равно четыре. Мощный алюминиевый блок достался им от дизелей того же семейства Drive-E. Такое решение позволяет, не думая о проблемах с прочностью, снять с двухлитрового мотора небывалую мощность: 450 «лошадок». Двигатели, уже запущенные в серию, развивают, соответственно, 2Д5 л.с. (модификация с турбиной) и 306 л.с. (турбина и нагнетатель).

Бензин и дизель

Группа Jaguar — Land Rover работает над новым семейством двигателей Ingenium. Переход на модульные двигатели будет осуществляться постепенно: в течение ближайших двух лет ежеквартально будут появляться новые модификации. С конвейера завода в Вест-Мидландз, где развертывается производство, новый двигатель будет сходить каждые 36 секунд. Бензиновые и дизельные версии, все объемом 2000 см3, имеют очень много общего, и в первую очередь алюминиевый блок с тонкостенными чугунными стаканами. Бензиновые моторы будут оснащаться системой непосредственного впрыска и двумя противовращающимися балансирными валами.

Модификаций будет две: одна — 200 л.с. и 280 Нм, другая — 240 л.с. и 340 Нм. Дизели оборудованы вариаторами фаз газораспределения (со стороны выпускного коллектора), задача которых — обеспечить быстрый прогрев катализатора SCR. Дизельных версий тоже будет две — 163 л.с. и 380 Нм или 180 л.с. и 430 Нм.

2000 см3 дизель

Семейство разработанных в Швеции двигателей Drive-E включает несколько четырехцилиндровых дизелей объемом 2,0 л. Они пришли на смену пятицилиндровым 2,4-литровым агрегатам. По характеристикам новые двигатели ближе к «шестерке», но их масса и габариты меньше, плюс они выбрасывают в атмосферу меньше С02. Сегодня дизель производится в двух модификациях: с одной турбиной изменяемой геометрии (180 л.с.) и с двумя турбинами (225 л.с).

Совместно со специалистами своего поставщика -компании Denso — инженеры Volvo разработали систему впрыска Common Rail i-Art: она обеспечивает давление 2500 бар, причем каждая форсунка оборудована датчиком, передающим информацию о фактическом давлении впрыска.