Грядет «золотой век» дизеля?

Преодолеть со средней скоростью в 225 км/ч дистанцию в 100 км, затратив на это лишь 2,5 литра топлива. Разогнаться с места до 100 км/ч всего за 6,5 секунды.

Хотя речь идет о действующих сегодня мировых рекордах среди дизельных моделей автомобилей, эти достижения наглядно демонстрируют потенциал современных моторов с воспламенением от сжатия. Тут важно отметить, что устанавливались рекорды силовыми агрегатами, соответствующими стандарту Euro 4 по содержанию в выхлопе вредных веществ, который, собственно, еще не действует и вступит в силу только в 2005 году. Каких высот достигли бы рекордные дизели, будь они избавлены от экологической «узды»?

Спрашивать теперь, почему нынче в Австрии, Бельгии, Италии, Нидерландах, Франции дизельных машин продается больше, чем бензиновых, уже не имеет смысла. Когда дизели одолеют бензиновых конкурентов в Германии, Англии и других странах Западной Европы, — это только вопрос времени. В США и Японии к моторам, работающим на солярке, еще относятся скептически, но и там шутки по поводу скупости покупателей дизелей, готовых ради экономии ездить на тарахтящих и коптящих «тракторах», давно потеряли актуальность. От природы экономичный и долговечный дизель избавился от недостатков, прежде уравновешивающих его достоинства, и это изменило расстановку потребительских приоритетов в его пользу.

Каждому овощу свое время

Нынешний взлет популярности дизелей зиждется на прочном техническом фундаменте, что в корне отличает его от интереса к «соляроедам», который наблюдался, скажем, в конце 1970-х годов. Тогда, например, только Mercedes-Benz выпускал до 170 тысяч дизельных автомобилей в год, что составляло более 40% его производственной программы. Неслыханное дело — дизели появились даже под капотом американских Buick, Oldsmobile и Cadillac. Однако тот временный успех был обусловлен нефтяным кризисом, и, как только обстановка на топливном рынке стабилизировалась, покупатели, которые не смогли простить дизелям тихоходность, шумность и вибрации, тут же отправили их в утиль, переключив свое внимание на бензиновые автомобили.

Да, дизели образца 1980-х расходовали в среднем на 20% меньше топлива, чем бензиновые двигатели такого же рабочего объема. Но когда сравниваешь динамические характеристики, дальше можно ничего не комментировать. Смотрите сами: бензиновый VW Golf II выпуска 1988 года разгонялся до 100 км/ч за 13,8 с и мог ехать с максимальной скоростью 162 км/ч. Этот же Golf, но дизельный проигрывал своему визави в разгоне 5 секунд и в максимальной скорости — 14 км/ч. В обоих случаях речь идет о машинах с 1,6-литровыми силовыми агрегатами.

Проблема заключалась в том, что из двух существующих разновидностей дизелей на легковые автомобили устанавливались моторы с разделенной камерой сгорания (они же предкамерные или вихрекамерные). Дизели другого типа, с неразделенной камерой (или, что одно и то же, с непосредственным впрыском топлива), использовались где угодно: на грузовиках, тракторах, военной технике, но по причине жесткости и шумности работы считались для легковых машин непригодными. Вихрекамерные моторы действительно работают мягче, с минимально возможными вибрациями, однако из-за того, что камера сгорания в таких дизелях имеет большую поверхность, велики и потери энергии на теплообмен. В результате страдают мощность и, кстати, главный дизельный козырь — экономичность, по которой вихрекамерные дизели уступают моторам с непосредственным впрыском топлива 15-20%.

Но не случайно выше упоминался 1988 год. Именно тогда дизель с непосредственным впрыском наконец-то стал принадлежностью легковых автомобилей. Первыми взяли новую технику на вооружение Audi и Fiat. Чтобы иметь представление, что дал непосредственный впрыск, к примеру, Audi 80, сравним между собой версии 1,9TD и 1,9TDI. Со старым вихрекамерным мотором модель разгонялась до 100 км/ч за 17,5 с, максимальная скорость составляла 162 км/ч, а средний расход топлива — 6,2 л/100 км. Для версии 1,9TDI эти же показатели равны: 14,1 с; 174 км/ч; 5,0 л. Вот и вся арифметика.

Common rail или насос-форсунки?

Нельзя сказать, что все производители приняли «непосредственный» дизель на ура. Многие продолжали совершенствовать вихрекамерные конструкции, хотя чем дальше, тем очевиднее становилось, что свой резерв по экономичности и динамическим характеристикам они, увы, исчерпали. Однако непосредственный впрыск предъявляет совсем другие требования к величине давления, под которым он осуществляется. Именно давление впрыска в дизелях с неразделенными камерами сгорания является ключевым параметром, определяющим качество распыливания топлива, от которого, в свою очередь, зависит эффективность работы дизеля. И тут показали свою несостоятельность использовавшиеся прежде распределительные топливные насосы, неспособные точно управлять впрыском, когда его давление превышает 150 МПа. Причем проблема оказалась не столько в насосах, сколько в самой компоновке традиционной системы питания дизеля, где слабыми звеньями стали длинные топливопроводы, связывающие насос с форсунками. Вроде бы мелочь, но перед ней спасовало даже электронное управление топливоподачей, пришедшее на смену механическому.

Период неопределенности длился примерно до 1997 года, пока не появились бензиновые двигатели с прямым впрыском. Они продемонстрировали экономичность, свойственную прежде вихрекамерным дизелям. После такого «подвоха» со стороны бензиновых конкурентов вслед за первопроходцами к дизелям с непосредственным впрыском повернулись лицом все остальные автомобильные компании, заинтересованные в дальнейшем развитии дизельных машин.

Наиболее последовательную техническую политику на дизельном фронте в период до 1997 года проводил Fiat, что в конце концов привело итальянцев к разработке системы топливоподачи аккумуляторного типа, получившей название Common rail. Первой моделью с этой системой стала Alfa Romeo 156JTD. В отличие от традиционных схем, в Common rail насос закачивает топливо сначала в общий резервуар-аккумулятор, а уж оттуда оно по коротким трубкам распределяется по форсункам всех цилиндров. Кроме того, поскольку давление топлива в аккумулирующем резервуаре не зависит от нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала, Common rail способен обеспечить высокое давление впрыска даже на самых низких оборотах двигателя.

Правда, сначала и Common rail не смог похвастать большими величинами давления впрыска, которое не превышало 135 МПа. Позднее давление удалось поднять до 160 МПа, но на этом дело пока застопорилось. Тем не менее даже первое поколение Common rail обеспечило дальнейшее снижение расхода топлива и улучшение динамики по сравнению с выпускавшимися до этого дизелями, а по шумам и вибрациям моторы с воспламенением от сжатия наконец-то вплотную приблизились к уровню двигателей с искровым зажиганием. В частности, дизель упомянутой Alfa Romeo 156JTD улучшил показатели динамики автомобиля на 12% при одновременном снижении расхода топлива на 15% по сравнению с предшественником.

Другой пионер непосредственного впрыска — концерн Volkswagen — пошел своей дорогой. В поле зрения немецких инженеров попали насос-форсунки, применявшиеся на моторах грузовиков и представляющие собой мини-насосы, которыми оснащается каждый цилиндр дизеля по отдельности. Здесь проблемы с длинными топливопроводами по причине отсутствия оных и вовсе неведомы. Высокое давление создается в очень малом объеме, а электронное управление позволяет прекращать подачу топлива быстро и четко, что также исключительно важно для полного и чистого сгорания. Но главное, насос-форсунки развивают давление свыше 200 МПа, и в этом плане с ними не могут конкурировать ни распределительные ТНВД, ни Common rail. Впрочем, такое давление — это пока лишь задел на будущее, а сегодня системы с насос-форсунками решающего преимущества над Common rail не имеют. К тому же характеристики насос-форсунок сполна компенсируются сложностью их устройства, сама насос-форсунка — довольно громоздкий узел, и это затрудняет организацию на двигателе многоклапанного газораспределения.

Так за какой же из систем будущее? Фирма Bosch, поставляющая топливную аппаратуру различным автомобильным компаниям, полагает, что к 2007 году Common rail завоюет до 65% рынка, насос-форсунки займут на нем 20%, а доля распределительных топливных насосов сократится до 15%. Косвенно этот прогноз подтверждается тем, что сегодня кроме Fiat за Common rail проголосовали также BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel, PSA и еще ряд компаний, а солидарность с VW проявил только Rover.

Экологические препоны

Когда в 1998 году концерн PSA обнародовал результаты работ по созданию дизеля HDI (с непосредственным впрыском и Common rail), сюрпризом оказалось то, что этот мотор оснастили фильтром-накопителем сажи. Вообще говоря, это был даже не фильтр, а довольно сложная система, получившая, кстати, и соответствующее название — Particle Filter System. Так задолго до времени «Ч» был дан зеленый свет устройствам, призванным обеспечить дизелям благополучное существование на рынке после 2005 года, когда уровень содержания сажи в их выхлопе должен будет снизиться практически в 3,5 раза по сравнению с экологическими нормами, действовавшими на момент появления моторов HDI.

Работает PF-фильтр следующим образом. Сначала в нем накапливается сажа. Затем сажа сжигается, для чего требуется поднять температуру выхлопных газов. Это достигается за счет изменения алгоритма впрыска, подачи в цилиндры дополнительного топлива и одновременного добавления специальной присадки, служащей катализатором сгорания сажи. Не все производители согласились с решением, предложенным PSA, и подготовили собственные, но в любом случае без усложнения конструкции и экономических потерь оказалось невозможно втиснуть дизели в новые экологические рамки.

Чем все это аукнется

Можно не сомневаться, что в Беларуси по меньшей мере еще лет пять будут преобладать дизели устаревшей конструкции — предкамерные и вихрекамерные. Но рано или поздно им придется уступить место современным моторам. Собственно, уже и сегодня машины с шильдами TDI, HDI не редкость на наших дорогах. Однако дизели — это не только преимущества по расходу топлива и умеренной цене на него. Это еще и проблемы, например, с зимним запуском. Почему-то именно моторы HDI первыми среди прочих дизелей напоминают автовладельцам о наступлении морозов. Привередливость к качеству топлива? Само собой, и в этой связи уместно вспомнить не только о запуске, но и о том, как это качество влияет на надежность. По стоимости на рынке запчастей у деталей дизельной топливной аппаратуры никогда не было конкурентов, однако старые вихрекамерные дизели по крайней мере неприхотливы к солярке. Управляемые электроникой «коммон рэйлы» или насос-форсунки вкупе с противосажевыми фильтрами предъявляют к топливу совсем другие требования. Какие суммы понадобятся для устранения неисправностей на этих моторах, остается только догадываться. Подобное, впрочем, в полной мере относится и к современным бензиновым двигателям. Поэтому придется, видимо, рассматривать вероятность, с которой дизели и бензомоторы будут преподносить неприятные сюрпризы, как равную. Следовательно, со знаком «плюс» или «минус» отразятся последствия дизельного бума, накрывшего сегодня Западную Европу, на белорусском рынке, будет зависеть от того, смогут ли преимущества, обещаемые дизелями нового поколения, перевесить издержки, связанные с их эксплуатацией в наших условиях.

Сергей ВОЛКОВ

Автобизнес — Weekly

Метки: Bosch Common Rail HDI Particle Filter System PF-фильтр TDI насос-форсунки ТНВД

Похожие

Яндекс.Метрика