Сотни, а может быть, и тысячи изобретателей в попытке создать самодвижущийся экипаж — автомобиль — испробовали все виды автономных двигателей. Многочисленные эксперименты показали, что наиболее пригодны для него силовые установки, в которых происходит превращение одного вида энергии в другой, в частности тепловые и электрические. На протяжении более чем столетнего развития автомобиля подавляющее распространение получили двигатели, которые преобразуют тепловую энергию сжигаемого топлива в механическую работу. В свою очередь, среди них благодаря компактности, экономичности и малой удельной массе (кг/л. с.) господствующее положение заняли двигатели внутреннего сгорания, сначала поршневые, а за последние годы и роторные. Силовые установки внешнего сгорания, у которых топливо сгорает вне рабочей полости — паровые машины с котлом, двигатели Стирлинга с подогревателем,— уступают по важнейшим показателям двигателям внутреннего сгорания и поэтому не получили распространения в автомобилестроении.

Из широкого круга проблем, связанных с автомобильными двигателями, выделим лишь основные вопросы, определяющие пути их развития, не касаясь особенностей конструкций.

Итак, поршневые двигатели внутреннего сгорания. Сегодня подавляющее большинство их работает по четырехтактному циклу. Значительно реже и преимущественно на легковых автомобилях встречаются двухтактные двигатели — «Вартбург» и «Трабант» (ГДР), «Сирена» (ПНР) и «Сузуки» (Япония).

В двухтактном двигателе по сравнению с четырехтактным при одинаковом числе оборотов вдвое чаще совершаются рабочие ходы, и естественно поэтому ожидать более высокой мощности. Но она не достигается из-за несовершенства рабочего процесса. С этим также связан повышенный расход топлива и потери мощности, что сыграло решающую роль в судьбе двухтактных поршневых двигателей применительно к автомобилям. Эти недостатки приобрели особенное значение в последние годы, когда ощущается дороговизна бензина. Четырехтактные двигатели, хотя и более сложные по конструкции, расходуют по сравнению с двухтактными на 20% меньше топлива и на 50% меньше масла.

Стремление снизить расход топлива расширило сферу применения дизелей. Эти двигатели, работающие с самовоспламенением топлива от сжатия, используют горючее более дешевое, чем бензин, и расходуют его на 25% меньше бензинового двигателя равной мощности.

Распространение дизелей сдерживалось долгое время из-за сложной прецизионной топливной аппаратуры, более массивных основных деталей (обусловлено повышенными нагрузками, которые они испытывают) и, как следствие, более высокой себестоимости и цены (на 3—12%), а также необходимости в квалифицированном обслуживании.

Тем не менее в европейских странах сейчас почти на всех грузовых автомобилях и автобусах, а в США и Японии — на тяжелых грузовиках и автобусах устанавливают такие двигатели. За последние десятилетия заметно возросло количество и легковых моделей с дизелями. Среди них «Альфа-Ромео» и ФИАТ (Италия), «Бьюик», «Кадиллак», «Понтиак» (США), «Пежо» и «Ситроен» (Франция), «Ауди», «Мерседес-Бенц», «Опель», «Фольксваген», «Форд» (ФРГ), «Волво» (Швеция), «Датсун», «Исудзу», «Мицубиси» (Япония) и другие машины. По прогнозам специалистов, доля дизельных машин в мировом выпуске легковых автомобилей вырастет до 10% по сравнению с нынешним уровнем 1,5%.

Дизелизация автомобильного транспорта в широких масштабах дает значительную экономию топлива. Поэтому и в нашей стране развитию производства автомобилей с дизельными двигателями, в первую очередь грузовиков и автобусов, уделяется серьезное внимание. В восьмидесятых годах прошлого столетия увеличили производство дизельных машин предприятия БелАЗ, ЗИЛ, КамАЗ, КрАЗ, ЛАЗ, МАЗ, МоАЗ, УралАЗ и начали выпуск новых моделей с высокоэкономичными дизелями КАЗ и ЛиАЗ.

Что касается создания дизелей для легковых машин, то в этом направлении продолжают работы конструкторские бюро заводов ВАЗ и УАЗ, а также головной институт автомобильной промышленности — НАМИ.

Наряду с возникшей сравнительно недавно необходимостью всемерного повышения топливной экономичности на конструкцию автомобильного двигателя в течение минувшего полувека повлияло и стремление резко уменьшить загрязнение окружающей среды. В результате активизировались поиски новых топлив, конструкций и систем, которые бы или обеспечивали значительно меньше, чем прежде, выбросов в атмосферу вредных продуктов сгорания, или исключали вообще их образование. Эти поиски направлены прежде всего на улучшение показателей бензиновых двигателей, которые устанавливаются на подавляющем большинстве легковых моделей, составляющих 77% всех машин в мировом автомобильном парке.

Из технических новшеств надо назвать турбонаддув, системы впрыска топлива, форкамерно-факельное зажигание горючей смеси.

Установка турбонаддува объединяет в одном узле миниатюрную газовую турбину, использующую энергию отработавших газов, и соединенный с ней центробежный нагнетатель, который подает в цилиндры горючую смесь под избыточным давлением (0,7—1,6 кгс/см²)- В результате на 25—40% возрастает мощность двигателя при неизменном расходе топлива. Иными словами, его затраты на единицу мощности становятся меньше. Турбонаддув сегодня применяется на легковых автомобилях, например, «Ауди», «Бьюик», «Волво», СААБ, «Тойота», «Форд».

Способствует увеличению мощности (от 7 до 20%) и снижению токсичности отработавших газов система впрыска топлива, хотя она дороже и сложнее традиционного карбюратора. Ее можно встретить на двигателях легковых автомобилей почти всех марок. Среди них — пионер применения такой системы «Мерседес-Бенц», а также «Линкольн», «Лянча», «Опель», «Ровер», «Ситроен», «Феррари», «Ягуар» и другие.

Представляет большой интерес разработанный советским ученым Л. Гуссаком принцип форкамерно-факельного зажигания рабочей смеси. В основе его лежит воспламенение поступающей в цилиндр обедненной рабочей смеси факелом пламени, который выбрасывается из форкамеры, где сгорает смесь нормального состава. В результате сгорание становится более полным, снижается на 10—18% расход топлива, а также уменьшается содержание вредных веществ в отработавших газах. Практическое воплощение это новшество получило на опытных грузовиках ГАЗ, которые испытывались еще в 1960—1961 годах. Его последний вариант, построенный на основе процесса лавинной активации горения (ЛАГ-процесс), нашел применение на двигателях автомобилей «Волга» модели ГАЗ-3102. Идею форкамерно-факельного зажигания реализовала и японская фирма «Хонда» на некоторых своих легковых моделях.

Хорошие перспективы с точки зрения экономии запасов нефти и снижения загрязнения окружающей среды имеет газовое топливо. Таковым может служить выделяющийся при добыче нефти и пока не полностью используемый попутный газ, пропано-бутановая смесь, получаемая при нефтепереработке, природный газ (метан), а также древесный генераторный газ — продукт сухой перегонки дерева. Все эти виды углеводородного топлива дешевле жидкого, получаемого из нефти.

Газо-воздушная смесь сгорает в цилиндрах двигателя более полно, чем бензино-воздушная, и при этом образуется меньше вредных веществ, в частности окиси углероде.

В тридцатые годы прошлого века за рубежом и у нас в стране были распространены монтируемые на автомобилях газогенераторы — аппараты для газификации древесных чурок. Эти установки для получения генераторного газа были тяжелыми и капризными в эксплуатации. Сейчас от них отказались, и газ получают в стационарных условиях. Запас газа в сжиженном или сжатом состоянии находится на автомобиле в специальных баллонах (такие машины выпускались в СССР: ЗИЛ-138, ГАЗ-52-07 и другие). Газовое топливо требует не радикального пересмотра всей конструкции двигателя, а лишь его дооборудования специальной аппаратурой. Это обстоятельство позволяет упростить массовый переход на такой вид горючего.

ЗИЛ-138

В то же время для заправки перевозимых на машине баллонов нужны специальные газонаполнительные станции, сеть которых должна быть столь же густой, как и сеть бензоколонок. А это вопрос капиталовложений и времени на их реализацию. Наиболее перспективное газовое топливо — водород. Продукты его сгорания не содержат окиси углерода, углеводородов, а доля окиси азота в них значительно меньше, чем в выбросах бензинового двигателя. Как горючее водород имеет то преимущество, что запасы его неисчерпаемы. Однако смесь водорода с воздухом легко взрывается. Поэтому, учитывая возможность утечек газа, перевозка его на машине опасна. Решение проблемы — в использовании гидридов: веществ, способных при охлаждении поглощать водород, а при нагревании — выделять. Гидридные баки, подогреваемые отработавшими газами, уже испытывались на опытных образцах машин. В этом направлении ведутся эксперименты учеными и инженерами ряда стран, в том числе и отечественными.

Развитие автомобильных двигателей внутреннего сгорания, как показывает практика, идет не революционным, а эволюционным путем. Пока поршневой четырехтактный двигатель, работающий либо с принудительным воспламенением смеси (бензино-воздушной или газо-воздушной), либо с воспламенением от сжатия (дизель), имеет господствующее распространение. Расширяется сфера применения дизелей, постоянно идет внедрение новых технических решений. Однако конструкция силовой установки, применяемой на автомобилях, за последнее столетие принципиально не изменилась. Вместе с тем во многих странах, в том числе в России, ведутся настойчивые эксперименты и поиски новых типов двигателей — нетрадиционных. Им будет посвящена одна из следующих статей.

«ДАИМЛЕР-ШТАЛЬРАДВАГЕН» (Германия). Один из первых (1889 г.) автомобилей, на котором стоял четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания. Эта машина из музея фирмы «Даймлер-Бенц» экспонировалась весной 1973 года в Москве. Рабочий объем двигателя — 970 см³. Мощность — 1,65 л. с. (1,2 кВт) при 920 об/мин. Длина машины — 2,5 м. Число мест — 2. Масса в снаряженном состоянии — 0,3 т. Скорость — 18 км/час.

«РЕНО-9GTL» (Франция). На традиционном европейском конкурсе «Автомобиль года» он получил первое место в 1982 году. Машина оснащена четырехтактным двигателем внутреннего сгорания. Сегодня этот тип двигателя наиболее популярен. Рабочий объем двигателя — 1397 см³. Мощность — 60 л. с. (43 кВт) при 5250 об/мин. Длина машины — 4,06 м. Число мест — 5. Масса в снаряженном состоянии — 0,84 т. Скорость — 150 км/ч.

ГАЗ-42 (СССР). Горючим для двигателя этого грузовика (модель 1939 г.) служил газ, получавшийся перегонкой древесных чурок. Газогенератор находился непосредственно на машине. Рабочий объем двигателя — 3285 см³. Мощность — 30 л. с. (21 кВт) при 2400 об/мин. Длина машины — 5,33 м. Масса в снаряженном состоянии — 2,05 т. Грузоподъемность — 1,2 т. Скорость — 50 км/ч.

ГАЗ-52-07 (СССР).. Запас сжиженного газа, служащего для питания двигателя, находится в цилиндрическом баллоне, размещенном слева под грузовой платформой. Рабочий объем двигателя — 3485 см³. Мощность — 70 л. с. (50 кВт) при 3200 об/мин. Длина машины — 5,71 м Масса в снаряженном состоянии — 2,69 т. Грузоподъемность — 2,5 т. Скорость — 70 км/ч.

ГАЗ-3102 (СССР). Эта машина снабжена двигателем с форкамерно-факельным зажиганием. Рабочий объем двигателя — 2445 см³. Мощность — 105 л. с. (77 кВт) при 4500 об/мин. Длина машины — 4,6 м. Число мест — 5—6. Масса в снаряженном состоянии — 1,35 т. Скорость — 150 км/ч.

«СУЗУКИ-ФРОНТЕ-ЧЕРВО» (Япония). Легковая модель с двухтактным двигателем внутреннего сгорания. Трехцилиндровый двигатель установлен сзади и имеет водяное охлаждение. Рабочий объем двигателя — 539 см³. Мощность — 28 л. с. (21 кВт) при 5000 об/мин. Длина машины — 3,0 м. Число мест — 2. Масса в снаряженном состоянии — 0,55 т. Скорость — 120 км/ч.

«БЕНЦ-5КЗ» (Германия). Первый в мире серийный автомобиль с дизелем. Опытная партия из 100 таких грузовиков была выпущена в 1923 году. Дизель «Бенц-ОВ2» — преднамерного типа. Рабочий объем двигателя — 8830 см³. Мощность — 50 л. с. (37 кВт) при 1000 об/мин. Масса машины в снаряженном состоянии — 4,4 т. Грузоподъемность — 5 т. Скорость — 30 км/ч.

КАМАЗ-5511 (СССР). Одна из грузовых моделей, выпускаемых Камским автомобильным заводом. Рабочий объем двигателя — 10 850 см³. Мощность — 210 л.с. (154 кВт) при 2100 об/мин. Длина — 7,14 м. Грузоподъемность — 10 т. Масса машины в снаряженном состоянии — 9 т. Скорость — 80 км/ч.

«СААБ-900-ТУРБО» (Швеция). Пример легкового автомобиля с турбонагнетателем, который позволил поднять мощность на 23%. Рабочий объем двигателя — 1985 см³. Мощность — 145 л. с. (106 кВт) при 5000 об/мии. Длина машины — 4,74 м. Число мест — 5. Масса машины в снаряженном состоянии — 1,22 т. Скорость — 195 км/ч.

«МЕРСЕДЕС-БЕНЦ-300SD» (ФРГ). Современный легковой автомобиль с дизелем. Рабочий объем двигателя — 2998 см³. Мощность — 122 л. с. (90 кВт) при 4350 об/мин. Длина машины — 5,14 м. Число мест — 5. Масса в снаряженном состоянии — 1,71 т. Скорость — 165 км/ч.