Как немцы реализовали скрытый потенциал бензиновых моторов

Немецкая компания Mahle создала интересную технологию, позволяющую выжимать из двигателей внутреннего сгорания дополнительную мощность. На протяжении нескольких последних лет она применяется на гоночных болидах Формулы-1. Рассказываем, как это работает.

Впервые технология Jet Ignition фирмы Mahle начала использоваться на болидах Формулы-1 командой Ferrari в 2015 году, а была создана – в далёком 2010-м. Новый впрыск существенно поднял эффективность моторов из Маранелло. Примерно тогда же преимуществами TJI стали пользоваться главные конкуренты Ferrari из заводской команды Mercedes. Мотористы Renault внедрили технологию в 2016 году.

Своим появлением технология Jet Ignition во многом обязана регламенту самой престижной автомобильной гоночной серии планеты. Согласно ему, гоночные машины должны расходовать не более 100 кг топлива за час гонки при максимальном давлении впрыска топлива в 500 бар. Это накладывает серьёзные ограничения на большинство аспектов, способных повысить КПД силовой установки.

По теме

В жёстких условиях формульного регламента основным инструментом повышения отдачи мотора становится улучшение эффективности сгорания топливовоздушной смеси. Это и привело к приходу в автоспорт технологии непрямого впрыска топлива, которая давно и успешно применяется на дизельных моторах.

Технология Turbulent Jet Ignition (турбулентного реактивного зажигания) разработки Mahle позволяет сжигать в моторах чрезвычайно бедную смесь и получать невероятную мощность на выходе. Топливовоздушная смесь получается фантастически однородной и сгорает максимально эффективно: тепловая эффективность достигает неслыханных 47%.

Работает система следующим образом. Перед основной камерой бензинового ДВС находится небольшая предварительная камера, в которую вкручена традиционная свеча зажигания. Примерно 95-97% топлива впрыскивается непосредственно в цилиндр при положении поршня в 60 (плюс-минус) градусов до верхней мёртвой точки. Оставшиеся 3-5% топлива попадают в предварительную камеру, где поджигаются при положении поршня 22 градуса до ВМТ.

В результате поджига смеси в предварительной камере образуются струи раскалённых газов, которые поступают в цилиндр между 12 и 15 градусами перед ВМТ через ряд направленных микроскопических отверстий и поджигают основной объём смеси.

Технология Turbulent Jet Ignition позволяет решить целый ряд вопросов. К примеру, серьёзно экономить топливо. Относительно богатая смесь может подаваться лишь в предварительную камеру. Львиная доля топливовоздушной смеси чрезвычайно бедная, что серьёзно поднимает КПД. Поджиг смеси в основной камере происходит одновременно сразу в нескольких точках плазменными струями, пробивающими смесь насквозь. Благодаря этому обеспечивается равномерность горения и снижение детонации. Воспламенение происходит не в центре цилиндра, как на обычных моторах, а направленно – сверху вниз. Это же способствует более эффективному последующему наполнению камеры. Как результат – большая мощность при максимальной топливной экономичности и экологичности. Невероятно, но факт: при таком зажигании в атмосферу выбрасывается гораздо меньше оксида азота и твёрдых частиц.

Специалисты Mahle разработали два типа впрыска Jet Ignition – "активный" и "пассивный". В активной системе как топливная форсунка, так и свеча выходят в предварительную камеру сгорания. На такте сжатия инжектор впрыскивает примерно 95% топлива во впускной канал, выходящий в основную камеру сгорания, оставшееся топливо направляется в предварительную камеру, где поджигается свечой.

Пассивная система работает немного иначе. В предварительной камере есть только свеча, а топливо попадает туда через отверстия сопел из основной камеры во время такта сжатия. Этот метод обладает даже большей эффективностью и применяется в Формуле-1 (в чемпионате запрещено использование свыше одной топливной форсунки на цилиндр). Обе версии системы вполне применимы на практически любом современном гражданском моторе и сохраняют работоспособность во всём диапазоне работы.

Массовое появление системы Turbulent Jet Ignition на моторах обычных граждан произойдёт в ближайшие годы. Mahle разработала модульную гибридную трансмиссию на базе бензиновых двух- и трёхцилиндровых двигателей. Такие силовые агрегаты будут применяться на любых гражданских автомобилях – от малолитражек сегмента "В" до полноразмерных кроссоверов. Переговоры с автопроизводителями на предмет массового выпуска активно ведутся.