Мощность вне пределов

Девиз капитана Немо — Mobilis in Mobile, или «Подвижный в подвижном», вполне применим к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), чья работа обеспечивает движение транспортных средств. Когда же мы говорим о современных двигателях, составным частям которых придают дополнительную подвижность, смысл этого девиза становится более глубоким — система в целом получает возможность гибко и точно реагировать на предъявляемые требования.

Вполне возможно, что историки будущего назовут XX век веком упущенных возможностей, поскольку в основном в этот период человечество жило за счет изобретений XIX столетия. Наиболее значительными из них стали двигатели — паровой, электрический и внутреннего сгорания. И даже ядерная силовая установка (инновация нашего времени) является, по сути, лишь паровой машиной, в которой угольная топка заменена реактором.

Если же рассуждать с философских позиций, то и здесь созидательной деятельности в XX веке получилось меньше, чем разрушительной. В качестве примера достаточно сравнить разрывной артиллерийский снаряд, самое эффективное оружие XIX века, с термоядерной бомбой.

На протяжении последних десятилетий эволюция безжалостно отсеяла множество альтернатив традиционному типу двигателя: он остался верен схеме, выкристаллизованной немцем Николаусом Августом Отто в конце XIX столетия. Немцы так и продолжают именовать его Otto Motor, хотя точнее было бы назвать «4-тактный ДВС с возвратно-поступательным движением поршней», имея в виду число перемещений поршня в рамках одного полного цикла.

Первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр, при котором поршень опускается. Второй — сжатие смеси при движении поршня вверх. Третий — воспламенение смеси разрядом электрической свечи и движение поршня вниз под напором расширяющихся продуктов горения (так называемый рабочий ход). Четвертый — выталкивание отработавших газов в атмосферу поднимающимся поршнем.

Принципиальные детали такого мотора — блок и головка цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый вал, газораспределительный механизм и другие — не меняют своего назначения десятилетиями. Означает ли это, что ДВС замер в своем развитии?

Без колебании

Особенность классического ДВС такова, что поршни в его цилиндрах периодически останавливаются и вновь разгоняются. Например, в режиме максимальной мощности (5 000 об/мин) каждый из четырех поршней популярного вездехода ВАЗ-2121 «Нива» 10 тысяч раз в минуту разгоняется до скорости 21,5 м/сек и столько же раз полностью останавливается. Главный удар возникающих при этом сил и моментов принимает на себя кривошипно-шатунный механизм, а через него — блок цилиндров и картер двигателя. С ненужными вибрациями, доставляющими неудобства пассажирам и способными разрушить конструкцию мотора, борются посредством компенсации возникающих сил и моментов. Влияние на уровень вибраций двигателя оказывает расположение кривошипов коленчатого вала, число цилиндров и угол развала между их группами в V-и W-образных схемах, расстояние между соседними цилиндрами в группе. Наиболее уравновешенными являются рядные 6- и 8-цилиндровые, V-образный 12-цилиндровый и оппозитный 6-цилиндровый двигатели. Так, сбалансированность рядной «шестерки», на которой в 1911 году Генри Ройс применил гаситель крутильных колебаний коленчатого вала, позволила представителям компании Rolls-Royce использовать эффектный рекламный ход — на радиатор заведенного автомобиля они устанавливали ребром золотой соверен, и монета не падала.

Авторы моторов

В истории автомобильных двигателей немало громких имен, но Отто, Дизель и Ванкель признаются наиболее значимыми.

В 1893 году Рудольф Дизель изобрел мотор, способный работать на более тяжелых (и дешевых) фракциях перегонки и крекинга нефти. Если в моторе Отто смесь поджигается электрическим разрядом, то в дизеле — от сжатия ее поршнем, иными словами, самовоспламенением. Топливо для такого мотора, солярку, немцы называют Diesel. А топливо для обычного мотора — Benzin. Существует версия, что и название «бензин» происходит от фамилии изобретателя одного из первых самодвижущихся экипажей (1886 год) немца Карла Бенца. В ту пору бензин приобретали в аптеках, поскольку он являлся антисептическим средством.

Феликс Ванкель запатентовал роторно-поршневой тип двигателя в 1934 году. В его корпусе овальной формы движутся не поршни на шатунах, а треугольный, с выпуклыми сторонами ротор. Он описывает внутри корпуса кривую, называемую эпитрохоидой, при этом его вершины, плотно прилегая к стенкам корпуса, образуют 3 отдельные камеры сгорания. В каждой из них последовательно происходит обычный 4-тактный цикл. Из-за отсутствия возвратно-поступательного движения такой мотор почти не вибрирует, а его рабочие обороты значительно выше, чем у поршневого ДВС.

Единственная фирма, выпускающая автомобили с «ванкелем», — японская Mazda. Она довела конструкцию мотора Renesis до совершенства и в награду за упорство в 2003 году удостоилась Гран-при конкурса «Двигатель года». Присвоено оно двухсекционному, то есть с двумя роторами в отдельных корпусах, мотору. К каждому подведено по два впускных и по два выпускных трубопровода. Роторы обслуживают в общей сложности шесть форсунок — четыре во впускных трубопроводах и две непосредственного впрыска. При крошечном рабочем объеме 2x0,654 л двигатель развивает огромную мощность в 250 л. с. при 8 500 об/мин и имеет максимальный крутящий момент 216 Нм при 5 500 об/мин.