Перспективные двигатели. Накануне

Несмотря на относительное затишье на мировом рынке, многочисленные новости со всех концов света показывают: в автомобильной отрасли грядет революция

Несмотря на относительное затишье на мировом рынке, многочисленные новости со всех концов света показывают: в автомобильной отрасли грядет революция.

Похоже, ее основной причиной послужила все возрастающая тревога цивилизованного мира о состоянии окружающей среды, проявляющаяся в постоянном ужесточении экологических стандартов (в Евросоюзе уже реально готовятся к «Евро-5», у нас же и «Евро-2» не переварить).

Задача конструкторов состоит не только в том, чтобы снизить токсичность отработавших газов. Важно снизить удельный расход топлива как такового. Сообщение о том, что в BMW сконструировали... паровоз, месяц назад прозвучало во всех новостях. На деле же немецкие инженеры просто решили использовать во благо теплоту отработавших в ДВС газов. В опытной силовой установке выхлопом греют воду. Образовавшийся пар вращает турбину, помогающую основному двигателю. Стоило ли огород городить? Прирост мощности до 15 л. с. при том же расходе топлива говорит сам за себя.

В последние годы все ведущие производители вплотную занялись гибридами — силовыми установками, включающими в себя двигатель внутреннего сгорания (чаще дизельный), генератор и приводные электромоторы или мотор-генератор и блок аккумуляторов, объединяющий в себе все эти электрические машины. Появились уже серийные автомобили-гибриды.

Логика понятна. Электромотор намного эластичнее, регулирование его оборотов во всем рабочем диапазоне легко осуществить без перемены передаточных чисел (т.е. без коробки передач); двигатель, вращающий генератор, может работать в устойчивых (наиболее эффективных и наименее «токсичных») режимах; при необходимости можно «суммировать» мощности электрического и бензинового (дизельного) двигателей либо обходиться электротягой, питаемой от аккумулятора. Возможностей множество, как и вариантов конструкции.

О перспективности данного направления свидетельствует хотя бы то, что известнейший японский производитель шин (и легкосплавных колес) всерьез занимается конструкцией мотор – колеса, объединяющей шину, колесо и электромотор в единое целое. Нового в этом нет, такие схемы привода использовались даже у нас — на серийных БелАЗах. Другое дело, что в Белоруссии не приходилось всерьез задумываться ни о габаритах, ни о неподрессоренных массах.

Но зеленый свет гибридам может в ближайшие годы смениться на желтый, а то и красный.

Оценив последствия европейского «дизельного переворота», который за счет новых технических решений (турбонаддув, аккумуляторная система впрыска common rail и т.д.), по меньшей мере, выровнял характеристики бензинового и дизельного двигателей, DaimlerChrysler пошел на штурм Америки.

Доля дизельных легковых автомобилей в США пока минимальна. Но рост цен на топливо может серьезно изменить ситуацию. Тем более что новая немецко-американская технология Bluetec обеспечивает токсичность выхлопа на уровне, допустимом во всех 50 штатах, включая Калифорнию.

Собственно, каких-либо серьезных изменений в конструкции самого дизеля Bluetec не требуется. Основное внимание сосредоточено на выхлопе. Система выпуска включает в себя три каталитических конвертора отработавших газов, сажевый фильтр и устройство нейтрализации оксидов азота, которое выбирается исходя из общей концепции автомобиля. В частности, возможно применение хорошо зарекомендовавшей себя в грузовиках технологии SCR (Selective Catalytic Reduction) — выборочной каталитической нейтрализации. В катализатор добавляется аммиак, превращающий оксиды азота в азот (основу воздуха) и воду.

Дебютировавшие на автосалоне в Детройте дизели Bluetec уже названы самыми чистыми двигателями в мире. Есть, правда, у них и одно но: «не любят» серу и «кормятся» только соляркой с низким ее содержанием. В Европе такого топлива хоть пруд пруди. В США малосернистый дизель должен появиться уже осенью. Тогда же начнутся продажи Mercedes Bluetec.

Срочный переход на гибриды, похоже, откладывается, однако специалисты DaimlerChrysler, создав экологичный дизель, продолжают заниматься и топливными элементами, и гибридами. Какое направление возьмет верх, покажет время.

Правда, не исключено, что все перечисленные разработки уйдут в историю, так и не получив массового использования. Наш бывший соотечественник Соломон Лабинов вместе со своими американскими коллегами разработал двигатель внутреннего сгорания, работающий не на нефтяном топливе, а на... металлах.

Идея возникла еще во времена СССР, когда Лабинов руководил проектным институтом в Киеве. Вместо бензина в цилиндры двигателя подавали мелкодисперсный порошок металла. Первые опыты не удались. Окисная пленка на частичках металла, препятствующая его воспламенению, требовала рабочих температур свыше 2000 °С, опасных, а то и разрушительных для деталей двигателя. Несгоревшее топливо плавилось и, застывая, забивало клапаны и систему выпуска.

В США Лабинов возобновил опыты при поддержке Дэвида Бича, специалиста по нанопорошкам. Нанотехника — наука о взаимодействии частиц сверхмалых (близких к атомарным) размеров. Удивительно, но такие порошки по своим свойствам существенно отличаются от мелкодисперсных собратьев, не говоря уж о монолитах. В частности, оксидная пленка почти не влияет на воспламеняемость металлических наночастиц. Температура их сгорания может быть снижена до небывалых 250 °С. Порошки обладают определенной текучестью, что позволяет легко вдувать их в цилиндры сжатым воздухом. Наночастицы сгорают, не переходя в жидкую фазу.

В «металлическом» двигателе система питания объединяется с выхлопом. Бак с подвижной перегородкой изначально заполнен свежим «рабочим» порошком. По мере его использования перегородка сдвигается, с ее обратной стороны собирается отработавший порошок оксидов. После использования топлива бак снимается и отправляется на переработку: под воздействием высокой температуры оксиды разлагаются на металл и кислород. А в самих выхлопных газах не будет ни окиси углерода и азота, ни углеводородов, ни сажи. Сгоревшие же частицы можно собирать в баке с помощью фильтров, а в ряде случаев с железом — и магнитов.

Основная проблема «металлического» двигателя — большой вес топлива, даже при учете его большей энергетической ценности. 33 литра железа дают энергию, эквивалентную 50 литрам солярки или бензина, и хотя занимают в два раза меньший объем, весят почти в три раза больше. И, в отличие от «грязного» нефтяного топлива, убывающего по ходу поездки, «чистое» металлическое постоянно остается «на борту». В соревновании с другим топливом — водородом металлы пока проигрывают. Водородное оборудование тоже весит немало, зато его теплотворная способность в несколько раз выше.

С другой стороны, металлы без проблем хранятся при любой температуре. В водородном двигателе выхлоп состоит из водяных паров, которые, по мнению некоторых климатологов, могут усиливать парниковый эффект в атмосфере.

При восстановлении металлического топлива кислородом также образуется вода, но в стационарных условиях ее легко утилизировать.

По какому пути пойдет развитие автомобильной техники, судить сложно. Помимо чисто технических вопросов, встают и экономические, и организационные. Но обилие новых идей обнадеживает: количество обязательно перерастет в качество. Нас ждут большие перемены.