Автор: ЭЙДЕЛЬМАН А. Л.

В конце 2003 г. в Москве на территории Центрального научно- исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ), отмечавшего свое 85-летие, прошел 1 -й Международный автомобильный научный форум, в котором приняли участие представители России, стран СНГ и дальнего зарубежья.

стр. 30

Кандидат технических наук А. Л. ЭЙДЕЛЬМАН, заведующий лабораторией испытаний ГНЦ РФ "НАМИ"

Цели и задачи встречи были определены широко: ознакомление ученых и практиков с современными достижениями в области теории, конструирования, расчетно-экспериментальных исследований автотранспортных средств различного назначения, а также материалов и технологий; создание условий, способствующих обмену знаниями и опытом; установление научных и деловых контактов специалистов этой отрасли разных стран. На форуме прозвучало более двух десятков докладов и около двадцати коротких сообщений. Применительно к нашей стране их можно сгруппировать следующим образом: вопросы совершенствования российского автопрома в целом (развитие легкового, грузового транспорта, автобусостроения); пути совершенствования отечественных традиционных и нетрадиционных типов двигателей; разработка альтернативных видов горючего. Наконец, на встрече всесторонне обсуждали проблемы экологии и безопасности создаваемых ныне автомобильных топливных систем, вопросы конструирования отдельных узлов и механизмов машин. С основным докладом выступил генеральный директор НАМИ доктор технических наук А. А. Ипатов. Он прокомментировал многочисленные изменения в "Концепции развития автомобильной промышленности РФ", в частности, напомнил, что с 1 декабря 2002 г. прекращен ввоз в нашу страну автомобилей и автобусов с дизельными двигателями, экологические характеристики которых ниже европейских требований. Подобные транспортные средства не производятся теперь в России. Далее докладчик обстоятельно раскрыл комплекс мер, связанных с утилизацией легковых машин и грузовиков отечественного и зарубежного производства, разъяснил современные требования к повышению качества продукции автомобилестроения.

Ряд выступлений был посвящен анализу развития высоких технологий в отечественной автомобильной промышленности. Так, заместитель генерального директора НАМИ доктор технических наук В. Ф. Кутенев рассказал о ходе создания у нас двигателя с регулируемой степенью сжатия горючей смеси. Это научное направление имеет большие перепек-

стр. 31

Траверсный двигатель "НАМИ".

тивы, поскольку многочисленные расчеты и эксперименты показывают: для бензиновых и дизельных двигателей данное новшество способно обеспечить значительную экономию расхода топлива. Не случайно на Женевском автосалоне 2000 г. показали двигатель SAAB SVC, имевший регулировку степени сжатия в диапазоне 8 - 14 и достигавший до 30% экономии топлива в реальных дорожных условиях. Но ведь еще в 80-х годах XX в. работники НАМИ предложили схему механизма изменения степени сжатия, в котором узел регулирования был вынесен из зоны камеры сгорания и разгружен от газовых сил. Этот двигатель предполагали выполнять в бензиновом и дизельном вариантах. В последнем случае удавалось значительно увеличить давление наддува, за счет чего повышалась мощность мотора. Не изменяя ее, можно снизить рабочий объем (количество цилиндров), при этом увеличится экономия топлива, уменьшится масса всего агрегата и, стало быть, его стоимость.

Ну а в упомянутом выше бензиновом двигателе снижение степени сжатия обеспечивало давление наддува без детонации, способствуя повышению литровой мощности. В итоге достигалось множество сопутствующих положительных эффектов, в том числе снижался расход топлива при режимах больших нагрузок. При малых же экономия наблюдалась при повышении степени сжатия двигателя.

Первый отечественный образец 4-цилиндрового траверсного дизеля Т-01 с регулируемой степенью сжатия в диапазоне 10 - 17 был изготовлен в 1989 г. В ходе стендовых испытаний он безотказно проработал более 1000 ч, что подтвердило его высокую надежность, малый расход горючего. Одновременно специалисты выявили и еще одно существенное его преимущество - положительное влияние регулирования степени сжатия на снижение выбросов токсичных компонентов в отработанных газах (практически в 2 раза).

В 2001 - 2002 гг. по заказу концерна "Даймлер Крайслер" (Германия) были изготовлены четыре двигателя марки VE111.1 на основе серийного мотора М111 с искровым зажиганием, имевшем траверсный мотор конструкции НАМИ. Данные двигатели показали хорошую работоспособность при высоких нагрузках: один экземпляр в исследовательском центре города Штутгарта успешно выдержал тест на безотказность в течение 1000 ч. При снижении степени сжатия удалось повысить максимальный крутящий момент на 30%. В ходе его дальнейшей работы по 13-ступенчатому циклу было зафиксировано значительное сокращение в нем расхода топлива по сравнению с базовым мотором такой же номинальной мощности, но с кривошипно-шатунным механизмом.

В дальнейшем нами была предложена новая концепция двигателя, в котором обеспечивается регулирование не только степени сжатия, но и рабочего объема цилиндров. Траверсный мотор НАМИ позволяет почти на 40% плавно увеличивать его рабочий объем (ход поршня) с уменьшением степени сжатия в 2 раза. При этом регулирование его рабочего объема важнее для показателей силового агрегата, чем степени сжатия. Дело в том, что большой объем нужен для движения автомобиля с максимальной скоростью, но на практике этот режим не превы-

стр. 32

Сравнительная оценка влияния альтернативных видов топлива на экологические показатели автомобильного двигателя с принудительным воспламенением: 1 - бензин; 2 - бензин + продукты его конверсии; 3 - бензин + Н ₂ ; 4 - сжиженный нефтяной газ; 5 - сжатый природный газ; 6 - метанол; 7 - метанол + Н ₂ ; 8 - синтез - газ Н ₂ + СО; 9 - водород Н ₂ .

шает 10% времени всей езды. Вот почему в крупном городе машине требуется двигатель с малым рабочим объемом.

Дальнейшее развитие исследований в нашем институте предполагает создание моторов с регулированием и степени сжатия, и рабочего объема. Так, когда требуется большая мощность, он будет эквивалентен 6-цилиндровому двигателю; при небольшой - 4-цилиндровому и даже 3-цилиндровому. Именно при таком раскладе можно ожидать снижения расхода топлива на 30 - 40%.

Обстоятельный обзор изысканий, выполненных НАМИ совместно с некоторыми институтами РАН, сделал доктор технических наук В. Ф. Каменев. Он остановился на применении водорода в качестве энергетического средства для машин. Очевидное преимущество этого газа - неисчерпаемость в природе и возможность получения из возобновляемых сырьевых источников. Н ₂ обладает чрезвычайно высокой энергоемкостью (почти в 3 раза больше, чем у традиционных нефтяных топлив), уникальными кинетическими характеристиками. Кроме того, продукты его сгорания практически не содержат вредные компоненты (оксида и диоксида углерода, углеводорода и альдегидов). Результаты испытаний подтвердили: даже при смешанном питании двигателя водородом и бензином выбросы оксида углерода снижаются в 10 раз, отходы несгоревших углеводородов - в 2 - 3, окислов азота - в 2 раза. Экономичность автомобиля на бензоводородном топливе в сравнении с работой только на бензине выше в среднем на 17%.

Вместе с тем ряд физико-химических свойств этого нового топлива ставит серьезные проблемы, без решения которых невозможно осуществить перевод на него автотранспорт. Речь идет об уменьшении эффективной мощности двигателя при подаче водорода в газообразном виде, ибо в нем крайне низка плотность. Кроме того, возникают так называемые обратные вспышки в двигателе на режимах нагрузок, близких к максимальным, наконец, повышается взрывоопасность в случае утечек газа и хрупкость металла вследствие диффузии водорода в его поверхность.

Все это привело сотрудников НАМИ к созданию двигателей, функционирующих на смесях водорода с оксидом или диоксидом углерода, получаемых непосредственно на борту автомобиля путем каталитического разложения метанола с утилизацией тепла, отводимого охлаждающей жидкостью и отработавшими газами. Это важно, ибо традиционные топливные ресурсы нефтяного происхождения в природе истощаются, а получение водорода из метанола обеспечивается на нашей планете благодаря большим запасам угля низкого качества, до сих пор не востребованных промышленностью.

В заключение отметим: тема водородной энергетики вызвала у участников московского форума большой интерес. Многие высказали пожелание продолжить ее обсуждение на следующей международной встрече специалистов, посвященной экологической безопасности автомобиля на всем жизненном цикле.

Permanent link to this publication: