У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД?
Отношение полезной работы к энергии, полученной от нагревателя (фактически, от сжигания топлива) зависит от кучи параметров. Тут влияют особенности смесеобразования, “насосные” потери на впуске и выпуске, форма камеры сгорания и тонкости в фазах газораспределения, точность в управлении параметрами впрыска и зажигания, механические потери и многое другое. Легко представить, что после пары столетий эволюции ДВС конструкция моторов, автомобильных в частности, доведена до высокого уровня совершенства. Потому каждый добавочный процент в КПД достигается всё большими и большими усилиями.
Типичным значением КПД бензиновых моторов в наши дни считается от 25 до 30%. В редких случаях он бывает выше (35-45%). У дизельных двигателей диапазон (округлённо) от 30 до 50%. Это числа, достигаемые в наиболее выгодном режиме работы. Ведь при максимальной мощности или, наоборот, при очень малой нагрузке, фактический КПД обычно хуже, чем в зоне средних тяги и оборотов. В “середине” (как правило) классические поршневые ДВС тратят меньше всего граммов горючего на каждый произведённый киловатт-час механической энергии.
Сильнее всего эволюция шла в двух направлениях. Это ДВС, адресованные легковушкам (чаще — бензиновым гибридам, они на острие прогресса). Ну и второе — крупные (10-15 л) дизели для грузовиков. С легковых моторов и начнём. Гонку за трудно уловимыми процентами инженеры вели в общем-то десятки лет, но особый всплеск можно заметить с 2010-х, когда вырос интерес к гибкой регулировке фаз на впуске и выпуске, к циклам Аткинсона и Миллера.
Последние — родственные и отличаются способами реализации. Но смысл у них один — сделать фактическую степень сжатия меньше, чем степень расширения, тем самым увеличив полезную работу газов во время рабочего хода. Можно закрывать впускной клапан заметно раньше окончания такта впуска, или открывать позже начала этого такта, или закрывать существенно позже окончания такта. В любом случае фактическая компрессия будет ниже, а вот расширение окажется более полным, особенно, если вместе с изменением фаз поднять степень сжатия геометрическую.
Так у Тойоты в 2014 году появился бензиновый мотор 1.3 (фото вверху) с циклом Миллера, степенью сжатия 13,5:1 (приближена к дизелям), усиленным охлаждением цилиндра в зоне выпускных клапанов, вертикальным вихрем при впуске воздуха в цилиндр (влияет на правильное распределение смеси и полноту сгорания), выпускным коллектором со схемой 4-2-1, уменьшающей взаимное вредное влияние цилиндров и улучшающую очистку. А также с электрическим фазовращателем VVT-iE на впуске, рециркуляцией отработанных газов с охлаждением, полимерным покрытием подшипников, специальной обработкой поверхности юбки поршня, цепным приводом газораспределения с низким трением и ремнём для привода навесного оборудования с низкими внутренними потерями при изгибе. Итог — термический КПД в 38%, тогда как основная масса бензиновых ДВС вряд ли выбиралась из 30% и только у некоторых гибридных было 38.
Дальше больше. В 2016 году в новой линейке Dynamic Force Engines, в частности в агрегате 2.5 (снимок выше), компания Toyota развила всё те же идеи, добившись теплового КПД в 40% и в 41% (две модификации одного мотора для установки в обычную модель и в гибрид). Тут инженеры поколдовали с углом между клапанами и формой впускных каналов ради улучшения газообмена и смесеобразования.
В 2020-м турбомотор 1.5 (JL473ZQ7) с КПД 40% появился у компании Changan, а у концерна Great Wall — двухлитровый агрегат 4N20A с КПД 38,3%. В последнем случае не только цикл Миллера применили и изменяемые фазы на впуске и выпуске, но и изменяемую высоту подъёма клапанов — штуку не новую, но всё же редко встречающуюся.
Наддувный агрегат V6 1.6 в гибридном суперкаре Mercedes-AMG ONE (в серии с 2022 года, фото вверху), как известно был получен путём доработки двигателя от Формулы-1. Тут скорее ждёшь высокую форсировку, а не экономичность. Однако его термический КПД очень высок — 43%. А ведь только ДВС тут выдаёт 574 силы, тогда как вся силовая установка, с учётом электромоторов — 1063.
И это не предел. В 2021 году экспериментальный одноцилиндровый ДВС Nissan STARC достиг КПД в 50%. Название проекта расшифровывается как Strong, Tumble and Appropriately stretched Robust ignition Channel — “сильный, вихревой, надёжный канал зажигания с правильным удлинением”. Здесь авторы разработки заморачивались не только со смесеобразованием и закручиванием потоков воздуха в цилиндре, но даже с тем, на какой скорости поток газа проходит мимо свечи зажигания в тот момент, когда подаётся искра (коллаж внизу). Оказалось, что для полноты сгорания скорость потока, "закрученного" мимо свечи, должна быть строго определённой — немного быстрее и немного медленнее, и процесс происходит хуже.
Но и серийные бензиновые ДВС понемногу приближаются к удивительным высотам. Так в гибриде Geely Galaxy L7 (2023 год) с силовой установкой NordThor PHEV работает “полторашка” BHE15 Plus с термическим КПД 44,26%, а в паре гибридов BYD Qin L DM-i и BYD Seal 06 DM-i мотор 1.5 BYD472QC обладает КПД в 46,06%! (И тут не обошлось без Аткинсона.) Наряду с самим принципом гибридности и большой батареей это дало BYD средний расход в 2,9 л/100 км и паспортный запас хода в 2100 км. (Коллаж трёх упомянутых авто и их моторов — ниже). И где-то на подходе к серии у BYD готовится улучшенная версия ДВС для гибридов с КПД 46,5%, а у Geely — 46,1%.
Но за мировым рекордом идём всё-таки к дизелям!
В апреле 2024 года китайская компания Weichai Power представила мотор с термическим КПД 53,09%! (Подтверждён тестами немецкой экспертной организации TÜV SÜD и китайского автомобильного исследовательского центра CATARC). В сравнении с дизелями с “типовым” КПД 45-46% новый мотор может дать 14-процентную экономию топлива, заявила компания. Выгоду извлекут магистральные тягачи, тракторы, экскаваторы, суда, стационарные дизель-генераторы, использующие продукцию Weichai.
В качестве мер по улучшению работы ДВС китайцы указали “сгорание с высоким расширением” (можно предположить, что речь про соотношение компрессии на ходе сжатия и фактического расширения во время рабочего хода), “турбину со смешанным потоком” (подстраиваемая геометрия? — не уверен), “высокоэффективный впрыск” и “низкое трение в деталях”.
Кажется, тут ничего фантастического, ведь в тех же направлениях работают и все остальные разработчики ДВС. Но получилось как-то удачно собрать всё это вместе. Стоит сказать, что Weichai вовсе не внезапно добилась такой эффективности у дизеля — в предыдущие годы она последовательно показывала ДВС с КПД в 50, 51, 52%, подтверждённые соответствующими сертификатами.
А в апреле 2025 года компания представила целую линейку серийных “грузовых” дизелей — это рядные “шестёрки” с рабочими объёмами (округлённо) 12, 14 и 15 л, построенные по той самой “технологии 53,09%”. Это дизели WP12H/T-2.0, WP14H/T-2.0 и WP15Hs/T-2.0. (цифра 2.0 — это поколение в серии моторов Weichai H/T) Для последнего агрегата с рабочим объёмом 14,6 л заявлена отдача 680 “лошадок” и 3200 Нм, а также “выносливость” в 2,2 миллиона километров.
Итоговая экономия будет зависеть от ряда факторов, помимо мотора. Но можно прикинуть хотя бы порядок величин. Если современный тягач с полуприцепом требует 25 л/100 км, то с подобным агрегатом такой же автомобиль будет выпивать 21,5 литра на сотню. Теперь представьте, что такая машина проходит 100 000, а то и 200 000 км в год. В последнем случае экономится 7000 литров.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- raqsnj-D0BwCZfAPI7AEi20jQcE-1920.jpg (95.24 КБ) 71 просмотр
Сильнее всего эволюция шла в двух направлениях. Это ДВС, адресованные легковушкам (чаще — бензиновым гибридам, они на острие прогресса). Ну и второе — крупные (10-15 л) дизели для грузовиков. С легковых моторов и начнём. Гонку за трудно уловимыми процентами инженеры вели в общем-то десятки лет, но особый всплеск можно заметить с 2010-х, когда вырос интерес к гибкой регулировке фаз на впуске и выпуске, к циклам Аткинсона и Миллера.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- YNEm69aYC7SLGv9uD68QHIVyQ1s-1920.jpg (119.48 КБ) 71 просмотр
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- cz7R2oWFyusHDPU0CM969iRcdgY-1920.jpg (146.65 КБ) 71 просмотр
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- uJtj2auQ6hiwwMBx5myhNdUtiig-1920.jpg (349.43 КБ) 71 просмотр
В 2020-м турбомотор 1.5 (JL473ZQ7) с КПД 40% появился у компании Changan, а у концерна Great Wall — двухлитровый агрегат 4N20A с КПД 38,3%. В последнем случае не только цикл Миллера применили и изменяемые фазы на впуске и выпуске, но и изменяемую высоту подъёма клапанов — штуку не новую, но всё же редко встречающуюся.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- uJtj2auQ6hiwwMBx5myhNdUtiig-1920.jpg (349.43 КБ) 71 просмотр
И это не предел. В 2021 году экспериментальный одноцилиндровый ДВС Nissan STARC достиг КПД в 50%. Название проекта расшифровывается как Strong, Tumble and Appropriately stretched Robust ignition Channel — “сильный, вихревой, надёжный канал зажигания с правильным удлинением”. Здесь авторы разработки заморачивались не только со смесеобразованием и закручиванием потоков воздуха в цилиндре, но даже с тем, на какой скорости поток газа проходит мимо свечи зажигания в тот момент, когда подаётся искра (коллаж внизу). Оказалось, что для полноты сгорания скорость потока, "закрученного" мимо свечи, должна быть строго определённой — немного быстрее и немного медленнее, и процесс происходит хуже.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- 3Sbxzm9y7-ATzUx2clDlXjjZtxw-1920.jpg (634.4 КБ) 71 просмотр
Но за мировым рекордом идём всё-таки к дизелям!
В апреле 2024 года китайская компания Weichai Power представила мотор с термическим КПД 53,09%! (Подтверждён тестами немецкой экспертной организации TÜV SÜD и китайского автомобильного исследовательского центра CATARC). В сравнении с дизелями с “типовым” КПД 45-46% новый мотор может дать 14-процентную экономию топлива, заявила компания. Выгоду извлекут магистральные тягачи, тракторы, экскаваторы, суда, стационарные дизель-генераторы, использующие продукцию Weichai.
В качестве мер по улучшению работы ДВС китайцы указали “сгорание с высоким расширением” (можно предположить, что речь про соотношение компрессии на ходе сжатия и фактического расширения во время рабочего хода), “турбину со смешанным потоком” (подстраиваемая геометрия? — не уверен), “высокоэффективный впрыск” и “низкое трение в деталях”.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- nPUskoyihd5qU1o1vUH1zR9TRk8-1920.jpg (276.65 КБ) 71 просмотр
А в апреле 2025 года компания представила целую линейку серийных “грузовых” дизелей — это рядные “шестёрки” с рабочими объёмами (округлённо) 12, 14 и 15 л, построенные по той самой “технологии 53,09%”. Это дизели WP12H/T-2.0, WP14H/T-2.0 и WP15Hs/T-2.0. (цифра 2.0 — это поколение в серии моторов Weichai H/T) Для последнего агрегата с рабочим объёмом 14,6 л заявлена отдача 680 “лошадок” и 3200 Нм, а также “выносливость” в 2,2 миллиона километров.
- У каких автомобильных ДВС самый высокий КПД
- AxTzxM1Jjt0AtA41mLtZ2MyFjkQ-1920.jpg (366.9 КБ) 71 просмотр