Турбину — каждому цилиндру. Что спасёт чахнущие моторы от окончательного даунсайзинга?

Уменьшением рабочего объёма двигателей внутреннего сгорания, который стал главным трендом развития автопрома последних 10 лет, мы обязаны далеко не заботам об экологии, а американскому стандарту «CAFE».

Он предписывает производителям определённые нормы по расходу топлива. Стандарт взялся не с потолка и не вчера. Его впервые ввели ещё в 70-х, когда арабские страны отказались поставлять нефть Штатам. С тех пор нормативы стандарта постоянно модернизируются. Сейчас они составляют для легковых авто 4,3 литра на 100 км в смешанном цикле. Есть несколько способов добиться такого расхода топлива. Самый простой и дешёвый — уменьшать рабочий объём цилиндров. С некоторыми оговорками по этому пути пошли все производители автомобилей.

Даунсайзинг привёл к тому, что всё чаще под капотом наиболее популярных машин оказываются малокубатурные двигатели, тотальную слабость которых до некоторой степени компенсируют турбонаддувом. Пример литрового турбо-двигателя Ford известен почти всем. Главная особенность таких моторов — вялый разгон на старте и хороший подхват после преодоления турбоямы. Комфорта и динамики у них немного.

Автопроизводители ищут пути решения этой проблемы. Кто-то экспериментирует с несколькими параллельными турбинами, кто-то делает ставку на изменяемую геометрию турбокомпрессора, есть варианты с элекротурбинами.

Бывший инженер компании Ford Джим Кларки, отвечавший в своё время за разработку 6-и, 8-и и 12-цилиндровых двигателей, выдвигает в качестве альтернативы свою идею — турбировать отдельно каждый цилиндр. На впуск каждого цилиндра устанавливает отдельная дроссельная заслонка с двумя портами. Блок дроссельных заслонок монтируется рядом с головкой блока цилиндров. «Обычно в моторах между дроссельной заслонкой и впускными клапанами располагается впускной коллектор, объём которого примерно равен рабочему объёму двигателя. На заполнение коллектора воздухом уходит некоторое время после открытия газа», — объясняет Кларки. Его решение позволяет воздуху заполнять цилиндры двигателя гораздо быстрее, как следствие на максимальный крутящий момент мотор тоже выходит раньше. Турбояма сокращается. «Чем ближе вы располагаете турбину к выпускному коллектору, тем больше энергии выхлопных газов достигает турбины». Именно так Кларки и планирует сделать: мини-турбины (на 20% меньше в размере стандартных турбин) крепятся максимально близко к выпускным клапанам трёхцилиндрового мотора.

Есть и нюансы с точки зрения производства. Во-первых, три турбины и шесть дросселей для одного 3-цилиндрового мотора, дороже в производстве чем одна турбина и один блок дроссельной заслонки. Во-вторых, для реализации схемы Кларки потребуется перепроектировать выпускной и впускной коллекторы, что тоже не дёшево. По расчётам Кларки его решение будет стоить на 50% дороже, чем нынешние стандартные турбо-киты. Зато они решат проблему с недобором мощности в диапазоне низких и средних оборотов.

В 80-х годах компания BMW комплектовала свои модели M6 двигателями с индивидуальными дроссельными заслонками для каждого цилиндра, что обеспечивало очень быстрый отклик мотора на педаль газа. Именно этими моторами вдохновлялся Кларки.

Источник