Убей двигатель – спаси планету?

Кажется, в автомобильной промышленности началась эпоха охоты на ведьм, а главным источником проблем и неурожая на этот раз оказался двигатель внутреннего сгорания. Тот самый ДВС, который верой и правдой служил нам больше ста лет. Двигателям отрезают цилиндры, затыкают рот турбинами и уменьшают их до размеров пылесоса, а вскоре обещают расквитаться с ними окончательно. Но что с ними не так?

Почему ДВС до сих пор не нашли альтернативы?

Двигателю внутреннего сгорания за последнюю сотню лет было предложено множество альтернатив. Паровые моторы и электромобили на заре автомобилизма не смогли предложить такую же простоту и удобство использования. Другие идеи рождались на энтузиазме компаний производителей и инвесторов-мечтателей – вроде роторно-лопастного мотора, который собирались ставить на ё-мобиль, или оппозитного агрегата со встречными поршнями (в него десятки миллионов долларов вложил даже Билл Гейтс), но в итоге оказались слишком эксцентричными и нежизнеспособными.

В конечном итоге, задача любого силового агрегата – преобразование энергии (не важно, тепловой или электрической) в механическую работу, но ни один тип двигателя пока так и не смог сделать это лучше по совокупности качеств. Газотурбинные и роторные двигатели имели больше всего шансов подвинуть поршневой мотор с его пьедестала, но оказались лучше не по общему балансу качеств, а лишь в определенных областях.

Но почему постоянно уменьшается объем? Где 5-литровые моторы? Где романтика?

Как и в живописи, в конструировании двигателей есть свои законы совершенства. Правильный объем цилиндра должен быть не меньше 200 и не более 600 кубических сантиметров, а идеальных характеристик, в теории, можно добиться с объемом цилиндра в пол-литра. Вот почему все свежие моторы V6 делают объемом три литра, а новые V8 – 4.0.

Если делать объем цилиндра сильно больше, то эффективно сжечь топливо будет сложнее, как и добиться одинаковой работы каждого цилиндра.

Зато большой литраж позволяет буквально залить мотор бензином и получить ну очень много мощности – грубое и простое решение, которое во все времена любили американцы. Внутри маленькой камеры сгорания, напротив, много топлива не сожжешь – отдача невелика, а неидеальное соотношение объема и площади стенок цилиндра, через которые бестолково рассеивается тепло, приводит к низкой термической эффективности.

Ну ладно, с многолитровыми толстяками все понятно. Но куда деваются V8, V10, V12?

Работу стройного оркестра из 12 цилиндров куда проще сделать гладкой и сбалансированной, чем настроить квартет из четырех бубнящих по очереди поршней. Поэтому V12 так любят ставить в представительские машины – помните все эти истории с монетами, которые стоят ребром на работающем моторе, и часами, тикающими громче двигателя?

В спортивных моторах 12 маленьких поршней будут легче, чем 8 больших, поэтому такая компоновка, в теории, позволяет добиться более высоких оборотов.

Впрочем, главное достоинство спортивных двигателей V12 сегодня – это не столько отдача (ведь ее можно добиться и более простыми способами), сколько фантастический звук и механическое обаяние. Проблема в том, что многоцилиндровые моторы теряют слишком много энергии на трение. Ведь каждый дополнительный цилиндр – это дополнительные поршни, шатуны, клапаны, подшипники... И литры масла, которым все это нужно смазывать.

Пока престижный шильдик на моторе важнее расхода топлива, это работает, а когда государство требует от тебя уложиться в строгие нормы экологии… В общем, Volkswagen Passat с W8 мы больше не увидим. Никогда.

А что с атмосферниками? Ведь турбомоторы даже не звучат!

Представьте, себе кэшбек на карту после покупок в магазине – легкие деньги, которые вы не зарабатывали, на которые не тратили свои силы и энергию. Турбонаддув – примерно из той же оперы. С инженерной точки зрения это целый комплекс технических и экономических сложностей: турбина дорого стоит, ее – в идеале – надо расположить как можно ближе к камере сгорания, одна ее половина «холодная», а вторая раскалена и выделяет очень много тепла, нагревая все вокруг...

Но преимущество турбонаддува перекрывает все недостатки – он поднимает мощность мотора, не отнимая у него лишних лошадиных сил. То есть, дополнительная энергия вам достается практически даром. Никакой романтики – только трезвый рациональный расчет. Могут ли от этого удержаться инженеры?

Ладно турбина, но все двигатели постепенно становятся похожи друг на друга, как близнецы-братья!

Перед каждым инженером стоит целый комплекс факторов, которые он вынужден учитывать при проектировании: от планируемой стоимости автомобиля до его прямого назначения. Но есть и чисто инженерные причины, которые постепенно убивают привычные в прошлом технические решения. Любой инженер знает, что оппозитник обойдется дороже в производстве и обслуживании, что 12-цилиндровый рядный мотор просто не влезет под капот небольшой машины, что компрессор забирает мощность у мотора, а турбина – нет, и что двигатели V4 фантастически компактны, но плохо сбалансированы: четыре попеременно работающих «горшка» раскачивают мотор в разные стороны, как молодожены кровать в гостиничном номере.

Поэтому не стоит удивляться, что современные моторы, находясь на пике своего исторического и механического развития, становятся все более похожими друг на друга и постепенно приходят к единому знаменателю – все чаще, к рядному четырехцилиндровому турбодвигателю. Он дешев, экономичен, относительно прост в обслуживании и при этом компактен и неплохо сбалансирован. Звучит, конечно, чаще всего ужасно, но об этом инженеры и маркетологи вспоминают в последнюю очередь.

А чем так провинился дизель, что на него спустили всех собак?

Перед выборами в Германии считалось, что главной темой дебатов станут беженцы и… дизельные двигатели. Представьте себе, какое значение придается этой проблеме! А ведь казалось бы – чем меньше сжигаешь топлива, тем меньше углекислого газа и прочих продуктов горения попадает в атмосферу? Но с дизелем все сложнее. Работая на обедненной смеси, дизель выбрасывает больше оксидов азота, а также крупные частицы химических соединений, которые вызывают у людей проблемы со здоровьем, аллергии и раковые заболевания.

Топливная смесь в бензиновых моторах лучше сбалансирована, а частицы в выхлопных газах таких двигателей настолько микроскопические, что не представляют особой опасности, поэтому очистить такой выхлоп до приемлемых значений гораздо проще. Вы же замечали, что большинство современных гибридов тоже работают на бензине – с двигателем на солярке такая связка получается слишком дорогой в производстве.

Впрочем, окончательно убьет дизель не бензиновый мотор, а аккумулятор – когда он сможет хранить достаточное количество энергии. А пока же с заправленным под пробку баком не поспорит никакая Tesla.