Доброго времени суток, уважаемые читатели!
Сегодня давайте пофантазируем о том, как мог бы развиваться Автоваз в области силовых установок.
Известно, что мир постепенно переходит на электромобили. И на беспилотники. При этом, одна тенденция часто мешает другой. Есть много интересных исследований и обзоров по этой теме, предлагаю ознакомиться с некоторыми. Вот этим например, в котором есть ссылка на вот этот, или другими.
Суть в том, что, дескать, сейчас автомобили используются неэффективно, неэкологичны, в городах-миллионниках от них вреда не меньше чем пользы, владеть машиной не круто, водить машину - пережиток железного 20 века и т.д. Грустно всё это... Понятно, прогресс не остановить, и времена, когда нельзя будет просто сесть за руль, и нажать на газ, наступят. Пойду заведу своё карбюраторное чудовище. По моему скромному мнению, сначала глобалисты плавно приведут всех к использованию авто по подписке. Затем авто в большинстве своём станут электрическими. А уже затем - беспилотными, причём вообще без руля, без возможности принять управление на себя. На каком-то этапе, запретят мотоциклистов на дорогах.
Не будем сейчас обсуждать здесь - как так, зачем, почему, долбаные глобалисты, да нифига, и так далее, тема черезчур обширная, в другой раз.
Давайте оттолкнёмся от сухих фактов.
- скорее всего, многие из нас доживут до того момента, когда вокруг нас будут одни электрические беспилотники. Будем оптимистами !
- текущая мировая обстановка может сильно замедлить этот процесс, так как людям не до передовых модных авто и подписок на них. Многим в мире поесть бы досыта и детей в школу одеть. А некоторые и чистую воду пить не каждый день могут;
- Сами понимаете, в РФ двигатель внутреннего сгорания будет актуален ещё 30 лет минимум;
- Моё скромное мнение - имеет смысл вначале перевести на электро/водородную тягу общественный транспорт и развить его, привить культуру электровеликов/самокатов, общественного транспорта, развить для этого инфраструктуру (были в Москве? Там общественный транспорт зачастую удобнее и быстрее личного авто);
- Тем временем развить аккумуляторные технологии/технологии топливных ячеек на водороде,чтобы вес авто стал сопоставим с весом авто с обычным двигателем - все как-то забывают, что масса - источник потерь энергии, и уже потом делать все автомобили экологически чистыми. Будут ли они при этом беспилотными - вообще третий вопрос.
- некоторые ведущие концерны отказываются от инвестиций в двигатели внутреннего сгорания, а некоторые продолжают разрабатывать новое поколение моторов на бензине и дизеле.
Как видите, простор для замеры двигателя восьмёрки нынешней продукции Автоваза новым поколением поршневых двигателей, как минимум, есть, и этим стоит сейчас заниматься.
Давайте переходить к сути вопроса. Наверное, материал пока получится всё же больше вводной, обзорный, так как тема слишком обширна для одной статьи. Но всему своё время.
1. Формулируем требования к новым двигателям.
- моё глубокое убеждение - ресурс и ремонтопригодность важны! Как минимум, надёжность нового поколения моторов в их массовых версиях не должна быть хуже нынешних, в заботливых руках выхаживающих по полмиллиона км и более. Также, они должны подлежать капитальному ремонту, либо должна быть прозрачная процедура восстановления деталей в условиях квалифицированного сервиса (гильзовка, например), со стабильным результатом;
- мотор должен быть относительно простым в производстве и сервисе. Для этого (в РФ сейчас уникальные возможности для этого), можно ограничиться эконормами ЕВРО-5 (с возможностью повышения до ЕВРО-6 на экспортных версиях - ну так это и 21182, вроде, можно дотянуть до этого уровня), не применять каких-то супер-технологий вроде цепи ГРМ со стороны КПП, нежных развитых систем вентиляции картера, особых продвинутых способов изготовления деталей (их можно оставить для "заряженных" версий, если до такого дойдёт) и т.п.
- эффективность двигателя, его массовые показатели в целом должны стать заметно лучше, чем у нынешних моторов. За заоблачными характеристиками немецких турбомоторов или степенью сжатия 14:1, как у Мазды, гоняться не стоит - всё равно не догнать, да и у этих моторов нюансов по эксплуатации столько.... (хотя говорят, Skyactiv - моторы достаточно ресурсные и неприхотливые, до первой палёной заправки). Достаточно того, что показатели станут заметно лучше, чем есть сейчас, без заметного ухудшения моментных характеристик.
- Универсальность конструкции, адаптированность к различным применениям - имеется в виду возможность установки продольно и поперечно, единый способ установки в рамках одной платформы, правило "один двигатель может применяться не менее, чем на трёх моделях авто", готовность к мягкогибридным системам и т.п.
2. Обсуждаем основные решения, закладываемые в конструкцию.
- Должен быть разработан "идеальный цилиндр". В сотрудничестве с какой-либо из доступных по геополитическим соображениям инжиниринговых контор, или с одним из институтов вроде НАМИ, необходимо спроектировать основной компонент модульной конструкции, кубик, из которого будут построены разные по отдаче и объёму конфигурации силовых установок. На нём должен быть отработан рабочий процесс, чтобы добиться относительно высоких параметров по наполняемости, смесеобразованию, тепловым режимам деталей, эффективности горения, давлению в КС во время цикла, стойкости к детонации и т.п.
- "Идеальный цилиндр" должен закрывать собой широкий спектр конструкций. На его основе должны быть построены бензиновые атмосферные варианты, с наддувом, дизельные и "заряженные" версии. Да, это будет чуть дороже и чуть менее эффективно в каждом конкретном случае, но сейчас нет возможности разрабатывать отдельно дизельный двигатель, отдельно оборотистый бензиновый, и отдельно ширпотребный 1,6 для "джихад-приоры" нового времени.
- Сразу должны быть использованы современные наработки автопрома, минуя промежуточные или чересчур сложные этапы развития. Я имею в виду такие вещи, как электические фазовращатели (быстрее и снимают нагрузку с маслонасоса), электрические помпу и термостат (чуть дороже, зато контролируемый температурный режим и высокая эффективность использования топлива), непосредственный впрыск топлива (лучшая детонационная стойкость, возможность увеличить степень сжатия) с центральной форсункой и т.п.
- Бороться с трением и прожорливостью нужно, но не путём чрезмерного даунсайзинга или тотального уменьшения всех деталей. Тут важно правильно выбрать число цилиндров их объём на конкретном авто, бороться с насосными потерями (быстрые фазовращатели в помощь), применять, где можно, роликовые подшипники и особенно роликовые толкатели ГРМ, хонинговать зеркало цилиндра в оснастке, имитирующей ГБЦ, и т.д.
3. Обсуждение геометрических характеристик "идеального цилиндра".
Давайте напоследок сегодня обсудим ещё один из основных вопросов - на какой геометрии ЦПГ стоит остановиться?
После перебора нескольких вариантов и рассмотрения их на разных моделях авто, пришёл к выводу, что "идеальный цилиндр" может быть достаточно крупным, а именно с диаметром цилиндра 92мм, и ходом поршня 92мм. Объём одного цилиндра получается 611,6 см3.
При этом на совсем маленьких машинках вроде "оки", или на базовых версиях "Гранты/Калины"такой двигатель будет 2-цилиндровым, объёмом 1,22 л, а в основной массе своей - 3 цилиндровым, объёмом 1,83л! Что-то какая-то ерунда, скажете вы! Давайте разберёмся.
Давайте начнём с потерь. Предположим, что наш современный трёхцилиндровый мотор 1,83 литра с фазовращателями, относительно высокой степенью сжатия и прочими ухищрениями прогресса, конкурирует по экономичности на условной Гранте с условным мотором ВАЗ 21127 (на самом деле, такие моторы будут редкостью, только на самых богатых версиях, ибо нефиг).
Рассмотрим теплообмен цилиндра с окружающей средой, для этого сравним основные размеры цилиндров и их поверхности (для простоты считаем, что камера сгорания имеет полусферическую форму, днище поршня тоже считаем):
- у 21127 диаметр 82,0 мм, ход 75,6мм, площадь поверхности одного цилиндра получается 35299 мм2
- у нового мотора диаметр 92, ход 92, площадь поверхности одного цилиндра получается 46508 мм2.
- но у нового мотора-то 3 цилиндра, то есть, суммарная площадь поверхности на новом моторе получается 139524, а у нынешнего - 141197.
Чуете, чем пахнет? Площадь поверхности теплопередачи из рабочей камеры ДВС в окружающую среду у нового, более крупного по кубатуре и характеристикам двигателя, меньше, чем у нынешнего. Значит, потери тепла ниже (вот хороший материал на эту тему) При этом в нём (пока, условно), меньше деталей.
Площадь поверхности зеркал цилиндров, описываемой поршнем, составит 79728 мм2, а у нынешнего - 77860 мм2 - чуть больше, но в целом, то же самое. А что это значит? Что самые значительные потери на трение - поршня о зеркало цилиндра - также практически равны потерям на трения у относительно короткоходной четвёрки 1,6 (это не совсем так, ещё зависит от размеров поршня и силы его давления на стенки, качества смазки, колец и т.п)
Ну и напоследок, сравним поверхности трения в КШМ. Вот ещё один хороший материал на эту тему.
- размер коренных шеек К/В Ваз 21127 - 50х27 мм, их условно 5 шт (для простоты считаем, что шейка со стороны ГРМ такая же), шатунных - 47х29мм, их, конечно, 4 штуки.
- У мотора Mazda-skyactiv-2,5 PY-VPS (PYY1) с ходом поршня аж 101мм (как же он крутится до 6000 оборотов, бедный?) диаметр коренных и шатунных шеек тоже составляет 50мм. Ширину найти не удаётся. Да, мотор-то сильно облегчённый. Давайте предположим, что в нашем моторе не стали облегчать по полной, диаметр шеек будет 53мм (и тех, и тех), ширина 32мм. А число их - в сумме 7 шт.
Считать площади? Понятно и так.... - Получаем, в старом моторе 41118 мм2, в новом 36574 мм2. Конечно, есть ещё скорость вращения всего этого хозяйства (зависит от оборотов мотора и радиуса кривошипа), есть сила давления шатуна и постели на шейку (зависит от массы деталей КШМ, r/s, давления газов,
фазы луныи т.п.), но пропорция понятная.
3-цилиндровый мотор 1,83 литра имеет потери на теплоотдачу из цилиндра и по потерям на трение в КШМ не больше, чем нынешний двигатель ВАЗ-21127 с 4 цилиндрами. И, следовательно, при должной реализации конструкции, может быть даже более экономичным. Так как количество цилиндров меньше, есть шанс, что он также окажется не тяжелее нынешнего мотора (около 117 кг). При этом, нет чрезмерной длинноходности и чего-то архи-сложного. Но это пока. Не будем забывать о балансирных валах, например. Они тоже создают потери, а на 3 цилиндрах, да ещё и таких больших, без одного балансирного вала никак.
Это было первое обоснование таких размеров "идеального цилиндра".
Получается много букв, поэтому продолжим с того же места в следующей статье! Не переключайтесь.
Всем пис! Спасибо за внимание.