Лучший в гонках
Но сначала Этторе Бугатти использовал на своих автомобилях двигатель с двумя клапанами на цилиндр 1,3 л/15 л.с. Лишь после войны в 1919 году была сделана новая версия Type 13. Она отличалась увеличенным до 1,4 литра объемом и четырьмя клапанами на цилиндр, также с приводом от одного распредвала в головке. Мощность выросла вдвое – с 15 л.с. на модели 1910 года до 30. Позже объем двигателя увеличили и мощность достигала 50 л.с.
Новая версия пользовалась неплохим спросом для спортивной модели – с 1920 до 1926 года включительно было выпущено 2006 16-клапанных Bugatti Type 13 и его модификаций разной длины и с разными кузовами – Type 15, Type 17 и Type 22. Так что Бугатти в то время действительно выпустил больше всех автомобилей с 16-клапанными двигателями. Но все же он не был первым.
Многоклапанные двигатели применялись и другим производителями – но в основном на гоночных автомобилях или настолько редких и дорогих гражданских моделях, которые сегодня мы отнесли бы к суперкарам: несколько моделей Bentley, Stutz или, например, Duesenberg SSJ 1935 года c 400-сильным двигателем объемом 6,9 литров и максимальной скоростью более 200 км/ч. Объемы их производства измерялись в штуках.
Ближе к народу
Первый относительно доступный и пригодный к повседневному использованию автомобиль с 16-клапанным двигателем появился в 1973 году. Это был Triumph Dolomite Sprint, одноклассник BMW 2002. За восемь лет до 1980 года включительно было сделано почти 23 тысячи этих четырехдверных седанов. Мощность 127 л. с. позволял ему разгоняться до 100 км/ч за 8,4 секунды.
В восьмидесятые эта технология стала применяться все чаще – но и в то время это было поводом для гордости, достойным упоминания в названии модификации. Например, у Ferrari модернизированный d 1982 году Mondial получил название Quattrovalvole («четырехклапанный»), при этом мощность двигателя выросла с 214 до 240 л.с. В обозначении Mercedes-Benz 190E 2.3-16 последнее число как раз указывает на количество клапанов.
Кроме четырех клапанов на цилиндр применяли схемы с тремя или пятью. Три клапана на цилиндр было у Bugatti Type 41 Royale.
А вот у кей-кaра Mitsubishi Minica в 1989 году двигатель всего 3 цилиндра и 548 куб.см, но 5 клапанов и турбонаддув обеспечили ему мощность 64 л.с.! Yamaha поставляла двигатели с пятью клапанами на цилиндр для Toyota.
Наддув
Патенты на воздух
Отдачу двигателя можно повысить, если подавать в цилиндры больше топлива. Но для его сгорания необходимо и больше воздуха. Это было ясно еще пионерам автомобилестроения, и Готтлиб Даймлер запатентовал принцип наддува двигателя внутреннего сгорания ещё в 1885 году, но не реализовал его.
Луи Рено, основатель и руководитель известной французской компании внес немалый вклад в формирование современного автомобиля – он придумал коробку передач с прямой передачей, привод колес через карданный вал, гидравлические амортизаторы и барабанные тормоза. Эти решения очень быстро распространились в отрасли. В декабре 1902 года Рено подал заявку на патент на повышения давления воздуха на впуске в цилиндры четырехтактного двигателя компрессором, и получил его 28 марта 1903 года. В его патенте был насос не такой конструкции, как у Даймлера. Патент действовал в течение 15 лет, но производство автомобилей с наддувом Renault так и не начала.
Главное – скорость
Первый автомобильный двигатель с нагнетателем построили по другую сторону Атлантики – американский инженер Ли Чедвик в 1908 году благодаря увеличению мощности двигателя и легкому алюминиевому кузову на построенном им автомобиле сумел достичь скорость 107 миль в час, это 172 км/ч!
Автомобили Чедвика были дорогими, 6500 долларов, и компрессор был опцией стоимостью в 350 долларов. Для сравнения: в конце 1908 года началось производство Ford T, и его цена начиналась с 825 долларов.
Европейцы ответили только в 1922 году, когда несколько спортивных Mercedes получили компрессор американской компании Roots и это увеличило мощность двигателей с 25 до 40 л.с. (1,6 л), а 1,5-литрового и 2,6-литрового – с 40 до 65 л.с. Причем компрессоры у них надо было включать вручную на особенно сложных участках вроде подъемов – он заметно увеличивал расход топлива. Видимо, именно два режима работы объясняют усложненное обозначение моделей. В те годы оно в Европе обычно состояло из значения налоговой и реальной мощности, а на компрессорных Mercedes появилось третье число, указывающее на мощность с работающим компрессором: первые три модели назывались 6/25/40, 6/40/65 и 10/40/65.
После объединения Daimler и Benz в 1926 году для обозначения моделей стали применять объем двигателя, а не их мощность. Если двигатель имел версию с наддувом, на это указывала буква K, означающей Kompressor. Такие были у нескольких моделей Mercedes-Benz до Второй мировой войны.
Механический наддув ставили в то время на многие спортивные модели Fiat, Lancia, Bentley, Cord и других марок.
Все выше и выше
Вскоре наддув стали применять на авиационных двигателях – в 1926 году началось серийно производство наддувной версии 14-цилиндрового Armstrong Siddeley Jaguar IV – компрессор увеличил его мощность с 385 до 420 л.с. на высоте воздух разреженный, и задача обеспечения нужным количеством воздуха для самолетов стала особенно ощутимой. При этом среди поставщиков авиационных двигателей было очень много знакомых для автомобилистов названий, в том числе уже упомянутых выше: авиамоторы делали Daimler-Benz, Renault, Isotta Fraschini, BMW, Lincoln и многие другие. И многие поршневые авиадвигатели тридцатых-сороковых годов были оснащены именно механическим компрессором. Хотя турбонаддув был бы эффективнее, он был еще слишком дорог и менее надежен, поэтому авиапроизводители чаще выбирали компрессоры с приводом.
Вторая мировая дала мощный толчок развитию моторостроения во многих странах мира. Однако послевоенное восстановления потребовало слишком много усилий и это затормозило перенос технологий с военной техники на гражданскую.
После 1945 года механический наддув редко применялся на легковых автомобилях, и под капоты с трехлучевой звездой он вернулся только в 1995 году. Самым популярным видом наддува в автомобильных двигателях к тому времени стал турбонаддув.
Использовать теряемое
Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания имеют высокую температуру и вместе с ними в буквальном смысле в воздух уходит довольно много энергии.
Можно ли использовать ее для наддува свежего воздуха?
Можно, решил швейцарец Альфред Бюхи. Газы должны вращать привод нагнетателя, который станет закачивать воздух в двигатель. Он запатентовал принцип турбонаддува в 1905 году в Германии и в 1911 году в США. В 1909 Бюхи пришел работать в компанию Sulzer, и через шесть лет построил первый экспериментальный двигатель с турбонагнетателем.
Первое практическое применение турбонаддув нашел не на автомобиле. В 1923 году в Германии были заложены морские суда «Пруссия» и «Ганзейский город Данциг», каждое из них получило по два 10-цилиндровых дизеля MAN c турбокомпрессором. Наддув увеличивал мощность двигателей почти вдвое, с 3400 до 6400 л.с.! Оба судна спустили на воду в 1926 году. К тому времени Бюхи уже организовал собственную компанию, и не без его участия появился первый серийный грузовик турбонаддувом швейцарской фирмы Saurer. При этом для установки турбонагнетателя был выбран дизель – у бензиновых двигателей температура отработавших газов гораздо выше, и турбина для них требовала более термоустойчивых сплавов. Это обстоятельство сдерживало и применение турбонаддува на авиационных двигателях, которые за редкими исключением были бензиновыми. Но все же турбонаддув нашел применение и на них.
Первые серийные
Несмотря на привлекательность идеи использовать теряющуюся с отработавшими газами энергию на легковых автомобилях турбонаддув не применяли – в то время были и другие средства повышения мощности.
Первыми серийными легковыми автомобилями с турбонаддувом стали представленные в 1962 году Oldsmobile Jetfire c V8 объемом 3,5 л, который благодаря турбокомпрессор Garrett развивал 215 л.с. вместо 185 у атмосферной версии, и Chevrolet Corvair Monza Spyder с оппозитной «шестеркой» воздушного охлаждения 2,3 л/150 л.с. Однако в США развития это направление не получило.
Как известно журналу Auto3N, в Европе турбонаддув стали внедрять в семидесятые – сначала BMW в 1973 году выпустила турбоверсию модели 2002, потом в 1974 году был представлен Porsche 911 Turbo, продажи которого начались в 1975, за ними последовал SAAB 99 Turbo в 1978. Mercedes-Benz 300 SD в 1978 году стал первым серийным легковым автомобилем с турбодизелем.
Параллельно турбонаддув пришел и в «Формулу 1» это – ранее он применялся в других видах автоспорта, но в «королевских гонках» впервые появился в 1977 году. Болид Renault F1 RS01 имел двигатель V6 объемом всего 1,5 л – правила того времени ограничивали объем атмосферных двигателей примерно тремя литрами, а при использовании нагнетателей предел был вдвое ниже. Естественно, этот двигатель имел четыре клапана на цилиндр, и его мощность превышала 500 л.с. Однако новая технология не сразу доказала свои преимущества – в первое время не все этапы удавалось закончить из-за поломок. Однако вскоре дело наладилось, и турбонаддув стал практически обязательным для всех двигателей «Формулы 1».
Турбонаддув оказался идеальным напарником для дизеля: он помогает повысить литровую мощность двигателей, и при этом отработавшие газы дизеля имеют меньшую температуру, что снижает требования к турбокомпрессорам. В результате слово «турбодизель» к концу XX века утеряло смысл, потому что дизели без турбонаддува по крайней мере для легковых автомобилей почти перестали выпускать.
Современные требования по экологии стимулируют автопроизводителей уменьшать рабочий объем двигателей, и все больше двигателей имеют турбонаддув. Система, некогда считавшаяся необходимой для гоночных моделей, стала практически нормой для всех.
В сентябре 2021 года Daimler отметил столетие премьеры своих первых серийных моделей с наддувом. Они были представлены на автомобильной выставке IAA в Берлине с 23 сентября до 2 октября 1921 года. Правда, их производство началось только в 1923-м, а в течение 1922 года их спортивные версии принимали участие в гонках.
автор – Валений Чусов, специально для Auto3N
Читайте по теме – Долгий путь под капот
Автор публикации
