zarubin
Тула
Иосиф
Был(-а) на сайте 6 часов назад

Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии


07.03.2021 [13:03],

Если раньше сложно было назвать самого продвинутого производителя мотоциклов, то сегодня сомнений нет — это Kawasaki. Почему я так считаю? Так из-за спортбайков серии H2. Подумайте только: серийно выпускаемые мотоциклы с нагнетателем! Причём речь идёт не только о типичных спортбайках типы H2 SX SE или H2 Carbon, но и о нейкеде Z H2 - по сути, это дорожный мотоцикл, пусть и очень злой.

Эти модели основаны великолепным 998-кубовым четырёхцилиндровым двигателем с рядной компоновкой. Но любим мы его не только за это: он выдаёт свыше 200 сил с колеса, причём даже в дорожной версии - и всё благодаря тому, что этот мотор был разработан для работы совместно с механическим компрессором.

Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии

Есть, конечно, и минус: все эти H2 - весьма дорогие игрушки. Нейкед Kawasaki Z H2 - самый дешёвый среди них, но и он стоит 17500 долларов на рынке США. Дело тут в том, что разработка и создание компрессора обошлись Kawasaki в немалую сумму, которую они очень хотят отбить на продаже моделей с нагнетателями. Сперва они пытались поручить эту работу аутсорсерам, и те заявили, что без интеркулера (большого и громоздкого) рассчитывать не на что. Kawasaki сказали “ммм… мы подумаем” - и действительно ушли думать. И выдумали конструкцию, в которой интеркулера нет - а принудительный наддув есть. Причём вот ещё что интересно: нагнетатели в народе не любят. Ну то есть мы любим, как едут турбированные автомобили, безумные суперчарджерные кастомы и прототипы, но вот себе купить что-нибудь с нагнетателем - увольте, это не для каждого. Дело тут в том, что турбины ломаются (особенно из-за плохого масла!), а компрессоры частенько чудят, особенно электрические или на ремённом приводе. Похоже, Kawasaki это учли, потому что оснастили свой компрессор планетарной передачей, которую почти невозможно убить. Да и двигатель при отсутствии турбины (а значит, моторного масла, работающего в адском горниле выпускного тракта) убить не так-то просто - тем более, японский.

Зачем они сделали мотоцикл с нагнетателем? Ну, наверно потому что могли. А может, захотели пошевелить рынок. Или хотели, чтобы о них говорил весь мир. Да даже наверняка всё это вместе взятое, но! Есть ещё одна причина.

И эта причина - всеобщее экопомешательство на чистоте выхлопа, и вот как раз в этом аспекте любой принудительный наддув - великая вещь.

Если вы хоть немного интересуетесь автомобилями, то знаете, что в них уже давно встраивают нагнетатели. Делается это и для снижения содержания вредных веществ в выхлопе, и для уменьшения расхода топлива, и для снятия большей мощности с определённого рабочего объёма двигателя… словом, турбины (правильнее сказать - турбокомпрессоры), а равно - электрические и механические компрессоры, давно и прочно освоились под капотом автомобилей. Малолитражки, в которых накачивают дополнительную порцию воздуха и топлива, производят меньше опасных газов, чем большие атмосферники. А некоторые (не будем показывать пальцем, хотя это Volvo с их двигателем T6 Polestar) ставят на двигатель И компрессор, И турбину. И снимают с двухлитрового мотора 362 лошади, что довольно неплохо по автомобильным меркам, но не сравнится с 205 лошадей с литра в H2.

Чем больше обороты, тем больше ответственность…

Основная проблема мотоциклетных моторов по части выхлопа, особенно крутильных - это углеводороды, CH, по которым максимум был снижен со 0,170 граммов на километр пути по Euro 4 до 0,100 граммов на километр по Euro 5. Углеводороды - это несгоревшее топливо, изрядная часть которого появляется в выхлопе из-за фазы перекрытия клапанов, когда выпускные клапана ещё открыты для удаления продуктов сгорания, а впускные уже открываются для подачи смеси. В результате на высоких оборотах часть смеси выдувает из камеры сгорания ещё до вспышки, а газоанализаторы регистрируют углеводороды в выхлопных газах. Увы, но без фазы перекрытия невозможно ни наполнить камеру сгорания новой смесью, ни эффективно эвакуировать отработанную. И атмосферные двигатели здесь в уязвимом положении: пропускная способность впускного и выпускного тракта и нежелательные резонансные явления на высоких оборотах ухудшают продувку, т.е. скорость прохождения газов. А на мотоциклах, выдающих максимальную мощность на верхах, приходится выпускные клапана открывать изрядно раньше и закрывать довольно поздно, чтобы весь объём газа в камере сгорания успевал обновиться, и это хорошо для мощности, но плохо для экологии.

Мотоциклы с турбиной и пик мощности

Вот что интересно: Kawasaki H2 выдают пик мощности на существенно более низких оборотах, чем атмосферники с подобным двигателем. Например, тот же Kawasaki ZX-10R 2021 года с аналогичным рабочим объёмом выдаёт максимальную мощность на 13500об/мин, а H2 - на 10300. То же касается одноклассников других производителей: Aprilia RSV4RR, BMW S 1000 RR для пика нужно раскрутить выше 13 тысяч. Более того, и пик крутящего момента H2 приходится на более низкие обороты: он выдаёт свои 120Нм на 8600об/мин, а тот же S 1000 RR выжимает 108,5Нм на 9600, не говоря уж об Aprilia с её 105,7Нм на 11300.

Так что снять ту же мощность на более низких оборотах — это плюс и для райдера, и для экологии. H2 как будто постоянно дует в спину попутный ветер - и о том же говорит расход, который на H2 SX SE 2018 года составил 5,9 литров на сотню, что в среднем на 1,5 литра меньше, чем у одноклассников в тех же условиях.

Диоксид углерода

Любопытно, что один из основных продуктов сгорания углеводородов, углекислый газ, или CO2, никак не регламентируется нормами Euro 5. С одной стороны это понятно: даже если сжигать бензин со 100%й эффективностью, на выходе будет именно CO2 и вода. С другой стороны, эконормы регламентируют не процентовку газов в выхлопе, а количество испускаемых газов на километр пути. Если бы эконормы вмешивались ещё и в количество сжигаемого топлива на единицу расстояния (а это прямой эквивалент количества CO2 на единицу расстояния), то всё бы очень усложнилось.

Гигантский катализатор кавасаки Гигантский катализатор кавасаки

Однако, CO2 — это парниковый газ, и именно из-за него вроде как меняется климат, к нему привязывается “углеродный след”, оставляемый людьми на планете. Поэтому всё больше стран вводят “углеродный налог” - налог на содержание углерода в топливе, а мотопроизводители на европейских сайтах всё чаще стали указывать количество граммов CO2 на километр где-нибудь рядом с ходом и диаметром поршней.

Казалось бы, два литровых двигателя одного производителя, выдающие почти одинаковую мощность, и топлива на километр пути в среднем едят одинаково, а значит, и на выходе будет одинаковое количество CO2. Так это только кажется.

Нагнетатель H2, как выясняется, позволяет использовать более консервативный тайминг клапанов с меньшим перекрытием, а более низкая степень сжатия обеспечивает более полное сгорание. Отсюда банально выше КПД, а значит, H2 выделяет ощутимо меньше вообще всех газов на единицу пути.

И да, это касается и оксидов азота, и угарного газа - по уровню токсичности выхлопа H2 эквивалентен скромному Vulcan 650, несмотря на почти втрое большую мощность.

Любопытный факт: количество оксидов азота зависит не от топлива, а от степени сжатия. Дело в том, что именно при повышении степени сжатия смеси в камере сгорания кислороду становится легче прореагировать с азотом (при участии искры от свечи и вспышки смеси, разумеется). При использовании нагнетателя любой конструкции степень сжатия уменьшают - просто потому, что с прежней степенью сжатия становится более вероятной детонация, а одновременно уменьшение степени сжатия увеличивает ресурс мотора и снижает количество оксидов азота в выхлопе. Словом, нагнетатели — это сплошные плюсы в плане экологии. Так почему же их так мало используют?

В основном, потому, что когда после Второй Мировой возобновились международные мотогонки, FIM запретила использовать на гоночных мотоциклах принудительный наддув - он тогда стоил очень дорого и приводил к множеству аварий. И всех всё устраивало, пока не всплыл вопрос с экологией.

Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии

Забавно, что до войны нагнетатели ставили все подряд - от BMW до Brough Superior и DKW. Это был безумный период - рамы, шины и подвески тогда едва справлялись и с мощностью атмосферных двигателей. Во второй половине прошлого века мотоциклы стали достаточно быстрыми для большинства райдеров без нагнетателей и сложностей, связанных с ними. Простота конструкции мотоциклов до последнего времени была важным фактором их привлекательности, но сейчас по тем или иным причинам большинство мотоциклов устроены чрезвычайно сложно, оснащены многими современными технологиями для соответствия современным экологическим нормам, и нагнетатель будет далеко не самой сложной частью конструкции современного мотоцикла, особенно под управлением современной электроники, которой не существовало в 80-х, когда японские производители дружно пытались вернуться к этой теме.

Копенгагенский синдром

Честь и хвала Kawasaki за их H2R и последующие модели, но их механический нагнетатель с планетарным приводом - далеко не такая революционная штука, как кажется на первый взгляд. В 70-х малоизвестная компания из Копенгагена под названием Rotrex занималась разработками в сфере автоспорта, и именно они запатентовали подобный привод нагнетателя ещё в 1996 году. Точно так же, как у Kawasaki, нагнетатель Rotrex работал от механического привода, увеличивающего скорость вращения относительно скорости вращения коленвала в несколько раз - до 100 000 оборотов в минуту. И опять же, как и нагнетатель Kawasaki, разработка Rotrex не использовала интеркулер, что позволяет установить её в том числе на мотоцикл. Дело всё в “адиабатической эффективности” согласно статье из журнала Hot Rod 2005 года.

Адиабатическая эффективность — это способность компрессора сжимать воздух, не повышая его температуры. Чем выше эффективность, тем меньше нагревается воздух, подаваемый во впускной коллектор, и тем выше его плотность, а следовательно - содержание кислорода. В идеальном мире адиабатическая эффективность компрессора равна ста процентам, но в реальном она составляет от 40-50 процентов у компрессора Рутса и до примерно 80 процентов у самых эффективных турбонагнетателей. Типичный центробежный нагнетатель имеет эффективность примерно в 60-65 процентов, но согласно Rotrex, повышение скорости крыльчаток позволяет повысить и эффективность до величин в 80% и выше.

Сложно ли установить такой нагнетатель на мотоцикл? Да судя по всему, не очень, раз уж Rotrex продавали комплекты для установки компрессоров для множества разных моделей мотоциклов, включая даже новые Harley Davidson с двигателем Milwaukee-Eight. Впрочем, основной доход Rotrex делают на автомобилях - комплекты для 6,2-литрового Шевроле Камаро SS позволяет снять с его двигателя до 750лс против штатных 455.

Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии

Любопытно? Да не то слово. Наш источник в Kawasaki был крайне осторожен в выражениях: “Компания постоянно мониторит рынок и разрабатывает новые продукты, отвечающие ожиданиям наших потребителей. Мы не комментируем будущие модели, но появление нашего семейства мотоциклов с нагнетателем стало важным событием для рынка, и мы продолжим развитие этой технологии”.

Говоря простым языком, они неслабо потратились на разработку этой технологии, и с их стороны было бы странно не продолжать её развивать. По многочисленным прогнозам, впереди нас ожидает Eliminator с нагнетателем типа старого ZL1000. А почему бы и нет? Нейкед на платформе H2 уже существует, спортбайки тем более, и даже спорт-турист SX SE уже вышел. С равномерной характеристикой (достигнутой электроникой и дефорсированием) такой мотор можно смело ставить и на круизёр - тем более, что Элиминаторы и раньше-то оснащались далеко не V-твинами.

Что же из этого следует?

Я бы предпочёл среднекубатурный мотоцикл с нагнетателем - не слишком дорогой, но с мощностью на уровне литрового. Например, мне бы очень подошёл 80-сильный Versys 650, выдающий так же 80 ньютон-метров тяги - такой мотоцикл я б хотел намного сильнее, чем 135-сильный ZX-6R, к примеру.

А дальше будет ещё интереснее. Подтянутся другие производители, причём если этот шанс упустят большие игроки, то мелочь (ладно, малосерийные премиальные бренды) типа Ducati и MV Agusta запросто могут выкатить что-нибудь похожее. Причём Европы это касается в самую первую очередь - из-за гоночных программ, эконорм и толщины кошельков тамошней публики.

В общем, я не отрицаю, что рано или поздно мир будет электрическим. Но до тех пор ДВС ещё побарахтаются, и раз пока серийных двигателей на водороде вроде бы не предвидится, самым очевидным шагом для производителей является разработка своих нагнетателей.

Фотогалерея "Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии"

(смотреть все 6 фото)
Материалы по теме
12.05.2021

Yamaha WR450F 2021. Отзыв

Это не покатушечный эндуро-мотоцикл! Производитель создал Yamaha WR450F не только для агрессивной самостоятельной езды, но и для гонок. В ней поровну гоночного и покатушечного, а с учётом надёжности Yamaha, WR450F прослужит долго и может быть в любой момент дооснащён под серьёзные гонки.

12.05.2021

Honda CB650R ABS 2021. Отзыв

На 2021 год "нео-спорт-кафе-рейсер" CB650R ABS от Honda получил серьёзные доработки передней подвески, стал совместим с требованиями Euro 5 и несколько изменился внешне и по части эргономики.

4.8/6
Поделиться
Комментарии "Мотоциклы с турбиной и компрессором. История и плюсы для экологии"