Основы работы и конструкции двигателя

Показатели работы двигателей

Основные показатели, характеризующие работу двигателя, — крутящий момент, мощность, экономичность и коэффициент полезного действия.

Большая часть тепловой энергии, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

Крутящий момент — это произведение силы, вращающей кривошип, на радиус кривошипа. Крутящий момент выражается в ньютонометрах (Н • м). Развивая определенный крутящий момент, двигатель совершает работу.

Мощность — это работа, выполненная в единицу времени. Ее измеряют в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

Индикаторная мощность — это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра работающего двигателя.

Эффективная мощность — мощность, получаемая на коленчатом валу. Она меньше индикаторной на 10. 12%, так как часть мощности затрачивается на преодоление сил трения в механизмах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств (насосов, вентилятора, генератора и др.). Мощность двигателя растет с увеличением силы давления газов в цилиндре, частоты вращения коленчатого вала и литража. Эффективная мощность двигателя

Из формулы определения мощности двигателя видно, что она при неизменных т и Ре зависит от литража и частоты вращения коленчатого вала. Если увеличить частоту вращения коленчатого вала без изменения литража, трактор будет энергонасыщенным. Скорость движения такого трактора на всех передачах будет больше во столько раз, во сколько возрастет частота вращения коленчатого вала. Именно за счет роста частоты вращения коленчатого вала стало возможно увеличение рабочих скоростей сельскохозяйственных тракторов до 9. 15 км/ч.

Увеличение литража приводит к увеличению размеров двигателя. Чем выше тяговый класс трактора, тем его двигатель также имеет больший литраж и, следовательно, обладает большей мощностью.

Механический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя — отношение эффективной мощности к индикаторной. Он зависит в основном от качества обработки деталей, смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. Значения механического КПД колеблются в пределах 0,80. 0,90.

Эффективный коэффициент полезного действия — отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к количеству теплоты, содержащейся в топливе. Значение эффективного КПД находится в пределах 0,26. 0,37 (для карбюраторных двигателей — нижний, а для дизелей — верхний предел) . В исправном двигателе около 30 % теплоты идет на получение эффективной мощности. Остальная тепловая энергия расходуется на механические потери (

10%), нагрев охлаждающей жидкости (

10%), а также уносится с отработавшими газами (

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива. Последний определяют делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя. Удельный расход топлива в дизелях, применяемых на современных тракторах, — не более 265 г/кВт • ч (195 г/э.л.с.ч.). Если в двигателе изношены, разрегулированы или не смазаны трущиеся детали, то мощность будет меньше, а экономичность снизится.

Мощность и экономичность

В наше время при росте цен на топливо все равно находятся энтузиасты, которые стремятся создать форсированные двигатели. Для увеличения мощности необходимо дополнительное топливо, и чем быстрее ездит автомобиль, тем больше топлива ему требуется.

Вместе с тем мощность и экономичность не всегда являются взаимоисключающими понятиями. При правильно подобранных деталях и тщательной регулировке можно улучшить и характеристики, и топливную эффективность двигателя.

Автомобильные конструкции полны различных компромиссов. Автомобильные инженеры должны учитывать большие допуски в процессе изготовления узлов, технологические возможности, нужное октановое число топлива, образование нагара, износ, отсутствие необходимого и регулярного обслуживания, и, в тоже время, добиваться по возможности невысокой цены узла.

Стандартные легковые и небольшие грузовые автомобили сконструированы как баланс между ежедневными поездками на небольшие расстояния внутри города и движением с высокой скоростью по шоссе. Двигатели и трансмиссии оптимизируются в основном для работы в области низких и средних оборотов, а не в области высоких оборотов.

Двигатели можно представить себе как воздушные насосы, которые смешивают топливо и воздух и выдают мощность в результате процесса сгорания. Если можно сделать что-то, что увеличивает поток воздуха через двигатель (предполагается, что топливная система способна поставлять достаточно топлива в нужных пропорциях), то мощность двигателя увеличивается. Другими путями увеличения мощности и/или экономичности двигателя является уменьшение веса, трения и нагрузки.

Каждый двигатель конструируется для работы с наибольшей активностью в определенной области оборотов. Длина и диаметр входных и выходных каналов, впускных и выпускных коллекторов помогают определить диапазон мощности двигателя. Длинные и с небольшими диаметрами выпускные и впускные коллекторы улучшают крутящий момент на нужных оборотах и уменьшают мощность на высоких оборотах. И наоборот, короткие каналы с большими сечениями улучшают мощность на высоких оборотах.

Тип и пропускная способность впускной и выпускной систем, конструкция распределительного вала, клапанные пружины и толкатели клапанов, система зажигания, головки блоков цилиндров, диаметры клапанов, соотношение диаметр цилиндра/ход поршня подбираются на заводе для обеспечения хорошей комбинации экономичности, мощности, приемистости и низкой концентрации выхлопных газов. Кроме этого, характеристики трансмиссии, передаточное число главной передачи и диаметр шин тоже должны согласовываться с движением и его характеристиками.

Для движения в городском режиме более подходит высокий крутящий момент в области низких и средних оборотов (более экономичен) чем теоретическая максимальная мощность при высоких оборотах. Двигатели для городской езды, которые выдают высокие крутящий момент в широкой области оборотов, обеспечивают более равномерную мощность при разгоне автомобиля с переключением передач, чем двигатели, которые выдают высокую максимальную мощность в узком диапазоне оборотов.

Тяжелые автомобили с относительно небольшими двигателями должны иметь более высокие передаточные числа трансмиссии, чем легкие автомобили с относительно большими двигателями. Также двигатель в тяжелом автомобиле должен быть оптимизирован для получения максимального крутящего момента в области низких и средних оборотов, так как он обеспечивает больший крутящий момент для движения и разгона автомобиля.

Новые легковые автомобили и грузовики имеют низкие передаточные числа главной передачи, гидротрансформаторы с блокировкой и большее число передач в КПП для обеспечения большого пробега и приемистости двигателя. Одним из лучших путей для одновременного улучшения характеристик и экономичности на старых автомобилях является установка КПП с большим числом передних передач и дифференциала с отличным от стандартного передаточным числом. Довольно часто подходят детали от автомобиля более поздних выпусков.

Большинство гоночных двигателей работают в узком диапазоне высоких оборотов и не нуждаются в экономичности и высоком крутящем моменте на низких оборотах. Многие изготовители подобных двигателей поддаются искушению установить специальный «гоночный» распредвал или большой карбюратор на обычный двигатель. Это увеличивает теоретическую емкость воздушного потока, не изменяя характеристик по потоку других деталей. Так как детали не подобраны друг к другу, скорость поступающего воздуха снизится, и топливо не будет правильно смешиваться с воздухом. Двигатель больше не будет работать в оптимальном диапазоне оборотов. Это приведет к «захлебыванию» двигателя.

Крутящий момент, измеренный в ньютонах на метр (н’м), килограмм-силах на метр (кгс’м) является мерой крутящей силы, выдаваемой двигателем. Мощность является мерой работы (энергии), вырабатываемой двигателем.

Читать еще: Что с двигателями адмирала кузнецова

Двигатели выдают наибольшую мощность отданного количества топлива при своем максимальном крутящем моменте. Это соответствует оптимальным оборотам, заложенным в конструкцию двигателя. Максимальная мощность достигается при раскручивании двигателя до оборотов, превышающих наиболее эффективные. Максимальный крутящий момент всегда достигается при меньших оборотах, чем для максимальной мощности. Мощность повышается, когда прирост полученный от увеличения оборотов, сбалансирован с потерями, вызванными работой с оборотами превышающими оптимальные, на которые настраиваются детали двигателя.

Можно кое-что сказать о двигателе по данным о его мощности. На форсированном двигателе максимальная мощность обычно будет выше, чем максимальный крутящий момент, а максимальная мощность будет достигаться при относительно высоких оборотах. Как правило, форсированные двигатели выдают примерно 1 л. с. на 16,0 см3. К примеру, стандартный гипотетический двигатель может иметь 4916 см3 рабочего объема, максимальный крутящий момент 373 н*м при 3000 об/мин и мощность 200 л. с. при 4200 об/мин. Форсированная версия двигателя с таким же рабочим объемом может иметь крутящий момент 330 н*м при 3800 об/мин и мощность 325 л. с. при 5600 об/мин.

Перед подбором деталей для модификации двигателя нужно реально представить себе, чего вы хотите добиться. Перед началом работ двигатель должен быть в хорошем состоянии, иначе он скоро сам выйдет из строя. Тщательно проверьте состояние двигателя. При необходимости произведите ремонт, можно вносить модификации при ремонте, что обойдется дешевле, чем делать это отдельно. Определите, какие мощность и крутящий момент у вашего стандартного двигателя, и при каком числе оборотов достигается их максимальное значение. Затем определите, при каких оборотах работает двигатель при движении автомобиля по шоссе и какая передача включена. Если на вашем автомобиле нет тахометра, временно подсоедините отдельный тахометр с помощью длинных проводов, чтобы тахометр можно было протянуть в салон. Для определения передаточного числа главной передачи прочтите табличку на ведущем мосту.

После выяснения этих данных можно определить способы модификации. Вообще говоря, если вы модифицируете автомобиль так, чтобы он работал при более высоких оборотах и/ или добиваетесь большого увеличения мощности, то будьте готовы пожертвовать значительной долей топливной экономичности и надежности.

Некоторыми из наиболее популярных путей увеличения мощности двигателя является турбонаддув, впрыск окиси азота или установка другого двигателя. Каждому из этих методов посвящена специальная литература.

В зависимости от модели и года выпуска автомобиля можно добиться заметных улучшений в его работе с помощью тщательной настройки, изменением передаточного числа, типа шин, модификации впускных и выпускных коллекторов, замены распред-вала и совершенствованием системы зажигания. Старые автомобили довольно чувствительны к таким изменениям, которые должны быть тщательно спланированы и согласованы.

Новые управляемые компьютером модели уже имеют многие из этих изменений, и такие двигатели имеют лучшие характеристики, чем их предшественники. Автомобили так чувствительны к изменениям, что даже изменение диаметра шин может повлиять на приемистость их двигателя.

Существует очень мало модификаций, которые могут быть сделаны на автомобиле с компьютерным управлением без ухудшения характеристик выхлопных газов. Некоторые специализированные фирмы выпускают впускные коллекторы, распределительные валы, выпускные системы и компьютерные «чипы», которые могут увеличить мощность двигателей современных автомобилей. При покупке внимательно читайте инструкции и определите применимость компьютера к модифицируемому двигателю.

Если вы планируете ремонтировать свой двигатель, то можете сделать при ремонте некоторые модификации. Когда двигатель разобран, можно легко заменить головки блока цилиндров, поршни, шатуны, коленвал и распредвал. Модифицированные головки блока цилиндров могут обеспечить заметное увеличение мощности на высоких оборотах. Для двигателей, работающих в «мягком» режиме качественная обработка клапанов под тремя углами и подбор впускных каналов к выпускному коллектору улучшат работу двигателя без ухудшения его приемистости и надежности. Более старые двигатели могут быть улучшены путем добавления упрочненных седел клапанов и специальных клапанов, что позволяет двигателю работать на малоэтилированном и неэтилированном бензине.

Поршни для высокой степени сжатия улучшают мощность и эффективность работы при всех оборотах, но если степень сжатия превысит примерно 9:1, то необходимо топливо с высоким октановым числом. Поршни с плоским дном обеспечивают лучший фронт пламени в камере сгорания, чем поршни с выпуклым (вогнутым) дном. Усиленные поршни жестче, чем литые, однако, литые поршни лучше работают в обычных условиях.

Коленчатые валы с более длинным ходом поршня совместно с соответствующими шатунами и поршнями увеличенного размера могут увеличить мощность без ухудшения приемистости и крутящего момента на низких оборотах. Однако если вы намериваетесь создать высокооборотистый двигатель, то этот способ вряд ли вам подойдет: длинноходные двигатели (с большим ходом поршня) могут ограничить потенциальную мощность на высоких оборотах.

Перед сборкой двигателя обратитесь в мастерскую и отбалансируйте детали, — это поможет получить дополнительную мощность, для которой не потребуется дополнительного топлива.

Обычно если вы заменяете одну деталь, вы также должны изменить или заменить другие детали, которые работают совместно с ними. Проверьте расход топлива, а также приемистость автомобиля с помощью секундомера до и после каждой модификации для определения ее эффективности. Для большей точности измерений проводите их в одинаковых условиях и на одной и той же дороге.

Битурбированный V6 объемом 3,0 литра: самый совершенный V6 в истории Infiniti

Гонконг – Infiniti представляет легкий и компактный битурбированный двигатель V6 объемом 3,0 л. Это самый технологичный и современный V6 за всю историю компании: приемистый, экономичный и мощный.

3,0-литровый битурбированный V6 является частью совершенно нового семейства эксклюзивных двигателей VR Infiniti – эта серия моторов является свидетельством технического совершенства Infiniti в производстве моторов. Уровень выходной мощности и крутящего момента нового мотора превосходит показатели всех предшествующих силовых агрегатов Infiniti такого типа.

Одним из факторов уменьшения массы и размера двигателя стало использование легкого и компактного блока цилиндров, а также ряда новых особенностей и технологических инноваций. В результате инженерам Infiniti удалось добиться большей механической эффективности и отличных рабочих характеристик двигателя.

Некоторые модели Infiniti будут оснащаться совершенно новым битурбированным V6 объемом 3,0 литра с 2016 года, доступного с выходной мощностью 300 или 400 л.с. Несмотря на разный уровень мощности двигатели созданы с использованием одних и тех же технологий, и отличаются непревзойдённой динамикой и откликом.

Самый технологичный V6 в истории Infiniti

Отличительными чертами нового мотора семейства VR являются захватывающие сочетание приемистости, экономичности и динамики. Двигатели VR предназначены для использования в новейших моделях Infiniti, которые были созданы с учетом потребностей клиентов на всех мировых рынках. Это в очередной раз подчеркивает глобальный подход бренда.

Создавая новейший битурбированный V6 объемом 3,0 л, компания смогла опереться на богатый опыт разработки шестицилиндровых силовых агрегатов. Двигатели V6 из предыдущего семейства VQ устанавливались на автомобили Infiniti с 1994 года и были отмечены множеством наград.

На протяжении 14 лет, с 1995 по 2008 год, двигатели VQ входили в топ-10 лучших двигателей по версии журнала Ward Auto.

Новые технологии – залог лучшей в классе выходной мощности и экономичности

Читать еще: Электрическая схема управления двумя двигателями

Совершенно новый двигатель был специально разработан с учетом оптимального соотношения мощности и крутящего момента для силового агрегата таких размеров в сочетании с оптимизированным расходом топлива.

Более мощная версия развивает 400 л.с. (298 кВт) при 6400 об/мин и 475 Н-м при 1600-5200 об/мин. Другая версия достигает максимальной мощности в 300 л.с. при 6400 об/мин, а крутящий момент 400 Н-м доступен в диапазоне от 1600 до 5200 об/мин.

Еще одним отличием является наличие одного водяного насоса в версии 300 л.с. и двух насосов в версии 400 л.с. для эффективного использования тепловой энергии при высокой нагрузке на двигатель. Оптический датчик скорости турбины для версии 400 л.с. на 30% усиливает эффективность работы турбины за счет ускорения вращения лопастей.

Оба двигателя потребляют на 6,7% меньше топлива, чем их предшественники, а более мощная версия мощностью 400 л.с. отличается лучшим в классе соотношением мощности и расхода топлива.

Ряд современных технологий позволил инженерам Infiniti добиться впечатляющих показателей. Одно из инновационных решений – продвинутая система управления газораспределением (Advanced timing control), которая повышает скорость отклика двигателя, позволяя автомобилю быстрее реагировать на действия водителя.

Новый электромотор, интегрированный в систему газораспределения, повышает скорость открытия дроссельной заслонки, и, как следствие, скорость отклика двигателя. Это решение не только повышает выходную мощность и крутящий момент, но и снижает расход топлива через более точное управление процессом сгорания в цилиндрах.

Новая система с двойной турбиной обеспечивает плавный и в то же время моментальный отклик при ускорении – а также сокращает расход топлива. Оптимизированный дизайн лопастей позволяет повысить эффективность работы – увеличенная скорость вращения турбины непременно сказывается на скорости отклика двигателя.

Новый датчик скорости турбины позволяет ей разгоняться до 220 000 об/мин в стабильном режиме и до 240 000 об/мин в переходном режиме – это самые высокие показатели для двигателей V6. Двигатель получает увеличенную разгонную динамику – двойная турбина повышает крутящий момент и мощность на 30% для 400-сильной версии.

Инженеры разработали улучшенную систему водяного охлаждения системы турбонаддува – это еще один вклад в повышение работоспособности и экономичности двигателя. Система быстро охлаждает воздух, поступающий в турбину, сокращая, тем самым, время провала тяги и повышая скорость отклика при ускорении. Дополнительным плюсом технологии являются более компактные размеры системы: воздух проходит более короткий путь на входе в турбину, что сокращает время ожидания отклика двигателя.
Новый электропривод выпускного клапана более четко контролирует поток выхлопных газов, ограничивая количество газа, проходящего через систему, тем самым повышая эффективность работы двигателя.

Малый вес, повышенная механическая эффективность и превосходная динамика

Основа битурбированного V6 объемом 3,0 литра весит 194,8 кг – на 14,1 кг меньше, чем предшественник. Новый турбонагнетатель и продвинутая система внутреннего охлаждения весят еще 25,8 кг – таким образом, общая масса силового агрегата составляет 220,6 кг.

Рабочий объем нового силового агрегата на 19% (или 0,7 л) меньше, чем у предыдущих V6 благодаря использованию новейших инженерных решений и технологий. Моторы Infiniti всегда ценились за свою легкую алюминиевую конструкцию и низкие показатели механического трения, что способствовало долговечности и плавности работы.

Одним из главных решений, позволивших сократить массу двигателя, является применение интегрированного выпускного коллектора для головок цилиндров. Это решение не только сделало мотор легче, но и повысило эффективность охлаждения благодаря рассеиванию тепла через алюминиевые стенки цилиндров.

Инженеры использовали целый ряд инновационных технологий для повышения динамики V6. Главной является новая система прямого впрыска топлива (DIG). Система впрыскивает под высоким давлением в камеру сгорания именно столько топлива, сколько необходимо для плавного разгона двигателя в зависимости от открытия дроссельной заслонки и текущей скорости. Именно эта система делает новый V6 самым экономичным двигателем такого типа (расход топлива ниже на 6,7%), а также самым экологически чистым.

Продвинутая система управления газораспределением позволяет точно регулировать соотношение топлива и воздуха в камере сгорания, позволяя двигателю работать более эффективно, и снижая уровень расхода топлива в любой ситуации.

Новая технология нанесения покрытия на поверхность цилиндров также повышает механическую эффективность двигателя. Новое «зеркальное» покрытие с низким уровнем трения позволяет поршням свободно перемещаться в цилиндрах за счет снижения уровня механического трения на 40% по сравнению с двигателями предыдущих поколений.

Благодаря зеркальному покрытию, увеличивающему прочность легких металлов, новый двигатель стал на 1,7 кг легче предшественника.
И, наконец, еще одна важная техническая особенность нового битурбированного мотора – новая интегрированная система выпускного коллектора, встроенная в головки цилиндров. Она позволила инженерам установить каталитический нейтрализатор отработавших газов ближе к выпускному коллектору. В результате сокращается путь движения горячих выхлопных газов, что позволяет нейтрализатору нагреваться практически мгновенно – в два раза быстрее, чем у предыдущих моделей двигателей. Это решение также сокращает уровень вредных выбросов при запуске двигателя в холодное время года.

Перемещение каталитического нейтрализатора ближе к точке выхлопа позволило сократить массу двигателя на 5,3 кг и сделать его значительно компактнее.

Новый алюминиевый блок цилиндров был создан с одинаковым диаметром и ходом поршня (86.0 x 86.0 мм). Таким образом, компании удалось добиться идеального баланса между динамикой и топливной экономичностью силового агрегата.

Производство нового двигателя V6 начнется в 2016 году

Старт производства нового битурбированного V6 объемом 3,0л запланирован на 2016 год. Двигатель будет выпускаться на заводе в Иваки, Фукусима, Япония.

Экономичность работы двигателя это

О ДВС
История ДВС
Техническая информация
Двигатель года
Надежность
Долговечность
Сгорание
Контакты

Экономичность
Холодный пуск
Двигатели с турбонаддувом
Регулируемые системы газораспределения
Токсичность двигателей внутреннего сгорания
Динамика и конструирование

Показатели топливной экономичности (часть 1)

Экономичность

Топливную экономичность двигателя на нагрузочных режимах обычно оценивают при испытании двигателя на стенде по величине удельного расхода топлива, т. е. массовому расходу топлива за единицу времени, отнесенному к развиваемой двигателем на этом режиме мощности (эффективной или индикаторной). На холостом ходу двигателя его экономичность можно определять по расходу топлива за единицу времени (обычно за час).

Основные показатели топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей приведены в табл. 1. При оценке топливной экономичности по этим показателям необходимо учитывать условия и методику их определения, особенности испытываемого двигателя.

Рассмотрим более подробно показатели, характеризующие топливную экономичность двигателя.

I. Минимальный удельный расход топлива при работе двигателя по внешней скоростной характеристике и удельный расход топлива при максимальной мощности зависят не только от протекания рабочего процесса, формы камеры сгорания, степени сжатия и других конструктивных особенностей двигателя, но и в значительной степени от способа смесеобразования и регулировок системы питания. Регулировка системы питания для любого режима работы двигателя может приближаться либо к мощностной (когда требуется повышение динамических качеств автомобиля при разгоне или снижение температурного режима двигателя при больших нагрузках), либо к нормальной[1] (когда необходимо улучшить топливную экономичность). В эксплуатации двигатель сравнительно редко работает при полной нагрузке, особенно на легковых автомобилях (кроме автомобилей особо малого класса) и грузовых автомобилях с достаточно большим запасом мощности, поэтому минимальный удельный расход топлива при работе двигателя по внешней скоростной характеристике и удельный расход топлива при Дзетах практически не определяют топливную экономичность автомобиля в эксплуатационных условиях.

Применение карбюраторов с автоматическим открытием вторичной камеры (или нескольких камер), не оборудованных экономайзером, в ряде случаев приводит к тому, что при малой частоте вращения коленчатого вала двигатель имеет низкие расходы топлива, соответствующие экономичной, а не мощностной регулировке карбюратора. Однако в эксплуатации в этом случае приходится чаще переходить на низшие передачи, что приводит не только к ухудшению динамических качеств автомобиля, но и повышению расхода топлива.

Зачем менять фазы газораспределения

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах %. Но и это не последний рубеж.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Оценка статьи:

Загрузка...