Американская компания Delphi, крупный поставщик автокомпонентов из Мичигана, провела предварительное исследование нового типа бензинового ДВС, в котором впрыск за один цикл осуществляется трижды. Тепловой КПД нового двигателя оказался выше, чем у дизеля.
Дизель сегодняшних легковых автомобилей имеет КПД в 40–5%. Бензиновым двигателям, КПД которых не превышает 30–35%, трудно с ним соревноваться. Правда, дизелю всё сложнее удовлетворять требованиям по выбросам окислов азота и сажи.
Разумеется, модификации бензинового ДВС для использования в них дизельного цикла (и воспламенения сжатием) не редкость, но все они по разным причинам терпели фиаско. То, что сейчас разработали инженеры Delphi Марк Селлхау, Джеймс Синнамон, Кевин Хойер и Гарри Хастед, трудно назвать и обычным бензиновым, и обычным дизельным двигателем. Скорее это гибрид.
Разработка была представлена на Всемирном конгрессе общества инженеров автомобильной промышленности 2012 года (24–26 апреля, Детройт, шт. Мичиган, США).
| В эксперименте использовался одноцилиндровый Ricardo Hydra объёмом 0,5 л. (Здесь и ниже иллюстрации Delphi.) |
Официальное название изобретения таково: «Бензиновый двигатель с воспламенением сжатием и непосредственным впрыском в цилиндры» (GDCI). Описание похоже на дизель, и всё-таки это не он: эксперименты показали, что для наиболее полного сгорания при воспламенении сжатием бензин следует подавать в цилиндр тремя порциями за один цикл. Именно тогда КПД получается максимальным. За основу был выбран серийный одноцилиндровый четырёхклапанный двигатель Hydra объёмом 499 см³ производства британской Ricardo. Экспериментальные замеры проводились при примерно 6 атм и 1 500 об/мин, с использованием различных технологий впрыска, при давлениях на впрыске от низкого до умеренного. Октановое число — 86.
При технологии впрыска тремя порциями за один цикл работы удалось добиться на том же одноцилиндровом двигателе КПД в 46,5% для бензинового цикла при воспламенении сжатием и 43% на чисто дизельном цикле. То есть тепловой КПД бензинового цикла превысил дизельный на 8%! При этом удельный расход топлива (г/кВт•ч) для бензина был на 9,5% меньше. Разумеется, из-за более высокой плотности дизтоплива расход бензина в литрах превысил расход солярки на 4,5% — так ведь и энергии в литре солярки запасено больше, чем в том же количестве бензина. Не говоря уже о том, что сегодня бензин с октановым числом 86 стоит в большинстве случаев даже меньше, чем солярка. Что особенно интересно, выработка углекислого газа на один киловатт-час упала на 14,4%.
Иными словами, новый бензиновый двигатель оказался не просто экономичнее дизельного, но ещё и «зеленее», экологичнее!
| Слева направо: удельный расход топлива по весу, тепловой КПД, удельный расход топлива по объёму и выработка углекислого газа для GDCI и дизеля соответственно. |
Завершив эксперименты с одноцилиндровым мотором, инженеры Delphi провели численное моделирование эффективности их гибридного цикла работы ДВС, сочетающего в себе черты дизельного и классического бензинового, для многоцилиндровых моторов в сравнении с существующим на рынке моделями. Соперники были выбраны достойные: турбодизель Volkswagen Jetta 2.01 (250г/кВт•ч), Daimler 3.5L V6 с распределённым впрыском (247 г/кВт•ч), а также бензиновые экспериментальные двигатели с обычным зажиганием и рециркуляцией охлаждённых выхлопных газов (245 г/кВт•ч). И вот результат: Delphi-двигатель, работающий по GDCI-схеме, показал удельный расход топлива в 210 г/кВт•ч, что на 16% меньше, чем у турбодизеля Volkswagen Jetta!
В специальной работе, посвящённой результатам экспериментов, изобретатели оговариваются, что 1 500 об/мин — не самый нагруженный цикл, и в идеале потребуются дополнительные испытания, чтобы выяснить КПД и удельный расход в других режимах и в самом широком диапазоне оборотов. Но уже сейчас двигатель такого цикла может считаться, по их словам, подходящим для гибридов, в которых есть возможность эксплуатации мотора в наиболее щадящих «генераторных» условиях, при практически постоянных оборотах. Согласитесь, снижение расхода топлива, одновременно с ещё более резким сокращением выхлопов углекислого газа, того стоит.
