Двигатели с турбонаддувом уменьшенного размера стали краеугольным камнем в усилиях автомобильной промышленности по увеличению экономии топлива. И поскольку стандарты CAFE подталкивают нас к среднему расходу топлива в 54.5 мили на галлон, двигатели неизбежно станут еще меньше, а турбонаддув еще выше. Такие радикально уменьшенные двигатели могут быть мощными на полном газу, но имеют тенденцию быть вялыми после остановки.
Автопроизводители изучают множество решений этой проблемы, включая ступенчатые турбины, турбины с изменяемой геометрией и компрессоры с электрическим приводом. У Джима Кларка более радикальная идея. Пока что это все теория — прототип не был построен или испытан, — но это теория с 27 формулами изобретения, защищенными патентом, и за ней стоит серьезное резюме. На протяжении долгой карьеры в Ford Кларк отвечал за модульный V-8 и Duratec V-6, включая варианты V-8 производства Yamaha и Aston Martin V-12. Он также был вице-президентом по инженерным вопросам в компании Navistar, производящей тяжелые грузовики, которой принадлежит International Trucks, и руководил специальными проектами для Kohler Engines. Его технический партнер Дик Фотш в прошлом был президентом подразделений по производству двигателей в компаниях Navistar и Kohler. Вместе они имеют около 60 лет инженерного и управленческого опыта на руководящем уровне. (Полное раскрытие: Кларк несколько десятилетий назад был менеджером этого автора в Ford.)
Первый элемент конструкции, который они называют «синергетическая индукция и турбонаддув», заключается в размещении отдельных дроссельных заслонок — по два на цилиндр, по одному на каждый впускной канал — непосредственно рядом с головкой блока цилиндров. «Объем впускного коллектора типичного двигателя между дроссельной заслонкой и впускными клапанами примерно равен рабочему объему двигателя», — говорит Кларк. «Это требует времени, чтобы заполниться, когда вы открываете дроссель». Его конфигурация позволяет цилиндрам заполняться намного быстрее, быстро генерируя полный крутящий момент и максимальную дозу высокоэнергетических выхлопных газов. Следующей ключевой идеей является использование этого выхлопа.
«Чем ближе вы поставите турбокомпрессор к выпускному клапану, тем больше энергии достигнет турбины, чтобы ускорить ее», — объясняет Кларк. Поэтому синергетический двигатель имеет индивидуальную турбину для каждого цилиндра, расположенную как можно ближе к выпускным клапанам. Эти турбины могут быть меньше, чем они были бы на двигателе с одним турбонаддувом — на 20 процентов меньше по размеру (на 50 процентов меньше потока) на трехцилиндровом двигателе. Меньшие турбины означают меньшую инерцию вращения, что позволяет этим крошечным нагнетателям раскручиваться быстрее, чем большинство современных установок. Кларк считает, что его синергетическая концепция двигателя может полностью устранить ощутимую турбояму.
Теория кажется многообещающей, но система требует значительного умножения частей. В примере с тремя цилиндрами будет три турбины и шесть дроссельных заслонок вместо одной, а также дополнительная сантехника для соединения отдельных впускных и выпускных каналов. Три маленькие турбины, конечно, могут стоить всего на 50 процентов дороже, чем одна большая, и немногие из других компонентов особенно сложны или экзотически. Вопрос в том, насколько хорошо производительность и стоимость концепции сравниваются с другими методами уменьшения задержек, которые также недешевы. Но инновации редко бывают дешевыми.
Помните 80-е?
Кларк ясно помнит мгновенную реакцию BMW M6, которую он водил в 1980-х годах. Он приписывает эту характеристику тому, что его двигатель имеет отдельную дроссельную заслонку для каждого цилиндра, что уменьшает количество воздуха между дроссельной заслонкой и впускным клапаном. Эта концепция двигателя продвигает эту идею на шаг вперед.
