За длительное время ДО МЕРТВОЙ ТОЧКИ
За длительное время ДО МЕРТВОЙ ТОЧКИ
ТЕХНИКА
Тенденции
БУДУЩЕЕ ДВС
За длительное время ДО МЕРТВОЙ ТОЧКИ
МАКСИМ САЧКОВ
Движку внутреннего сгорания более века. Скептики уже лет 20 вспять считали, что творения Николауса Отто и Рудольфа Дизеля достигнули пика в развитии. Но бензиновым и дизельным агрегатам пока рано в отставку. Ведь поршневой мотор очень поменялся: отработаны неслыханные ранее технологии, появились более крепкие и легкие материалы. Уже никого не поражают клапаны и роторы турбокомпрессоров из керамики. О более широком распространении этого материала гласить пока рано. Основное направление деятельности конструкторов-двигателистов - улучшение смесеобразования и уменьшение неминуемых утрат.
Попробуем, делая упор на современные серийные и многообещающие разработки, заглянуть в будущее ДВС.
ТОПЛИВНАЯ ИНЪЕКЦИЯ
Эпоха карбюратора издавна закатилась, ну и электрическому впрыску классической конструкции жить осталось уже недолго. Интригующе подавать бензин не во впускной коллектор, а конкретно в камеру сгорания, как в дизельных моторах.
Первыми на этом пути достигнули фуррора жители страны восходящего солнца, опробовавшие моторы GDI (Gasoline Direct Injection - конкретный впрыск бензина) на модели " Мицубиси Каризма". При маленьких нагрузках движок работает на очень бедных консистенциях. Поджечь такую тяжело, потому горючее впрыскивают в конце такта сжатия, а поршни хитрецкой формы направляют смесь конкретно к электродам свеч. В камере сгорания идет так называемое послойное смесеобразование. При средних и больших нагрузках горючее подается два раза: при ходе поршня вниз и в конце такта сжатия.
Десяти-пятнадцатипроцентная экономия бензина в движках GDI по сопоставлению с обыкновенными впрысковыми моторами в особенности видна на режимах, когда агрегат работает в третья часть силы. Обогащенная смесь подается прямо к электродам свечки, а у стен цилиндра - незапятнанный воздух. Но бесплатных пирожных не бывает - при сгорании резко увеличивается температура, а совместно с ней и количество окислов азота (NOx) в выхлопных газах. Приходится ставить дорогой нейтрализатор в системе выпуска, который превращает вредные оксиды в безопасные азот и кислород. Не считая того, мотору с конкретным впрыском требуется горючее с наименьшим количеством серы - обыденный бензин стремительно выведет из строя систему нейтрализации.
Некие компании уже разработали движки с конкретным впрыском, способные переваривать и обыденный бензин. Системы управления выслеживают, чтоб на всех режимах смесь была гомогенной (однородной). Потому с оксидами азота в одиночку совладевает трехкомпонентный нейтрализатор. Но платить за это приходится чуток огромным расходом горючего по сопоставлению с моторами GDI. Но обладатели БМВ 7-й серии либо нового "Порше-Каррера", который должен показаться через год, могут с этим смириться.
Улучшение топливной аппаратуры - одно из многообещающих направлений и для конструкторов дизельных моторов. В последнее время насосы высочайшего давления, даже управляемые электроникой, будут все почаще уступать место насос-форсункам. Ведь рабочее давление у ТНВД существенно ниже. Да и у насос-форсунок есть недочеты. Даже под управлением электроники они не могут впрыскивать горючее в хоть какой момент, в отличие от системы с общей топливной рампой "коммон рейл". Но давление в рампе ниже, чем в насос-форсунке. Потому в последнее время будут использовать обе конструкции.
ВНИМАНИЕ, ВОЗДУХ!
Один из методов роста момента и мощности - поменять давление воздуха на впуске. Многие компании уже делают впускные трубопроводы с изменяемой геометрией. На малых оборотах воздух идет к камере сгорания по длинноватому пути, на завышенных - раскрывается маленький трубопровод.
В наиблежайшей перспективе длину впускных каналов будут изменять не ступенчато, а плавненько. К примеру, такая конструкция уже работает на моторах БМВ. Крутящийся барабан с электроприводом в секунду способен прирастить путь воздуха от 231 до 673 мм. До 3500 об/мин работает длиннющий канал, а с ростом оборотов он укорачивается.
Не считая того, баварские мотористы предлагают изменять высоту подъема клапана зависимо от режима работы мотора. "Вэлвтроник" (Valvetronic) уже прописался на серийных движках. Дополнительный эксцентриковый вал управляет рычагами, которые ограничивают ход впускных клапанов. Дроссельная заслонка, создающая воздуху дополнительное сопротивление, сейчас не нужна. Правда, совсем от нее пока не отказались - она работает при прогреве и в аварийном режиме. Производители утверждают, что при низких и средних нагрузках "Вэлвтроник" сберегает около 10% горючего. Подобные конструкции уже обкатывают и другие компании.
Очередной метод управлять поступающим в цилиндры воздухом - смещать фазы газораспределения. Поворачивая распредвал, можно изменять момент открытия и закрытия клапанов. Тем улучшается заполнение цилиндров, а как следует, вырастают мощность и момент, понижается расход горючего, миниатюризируется количество вредных веществ в отработавших газах.
Многие компании предлагают варианты таких конструкций, некие уже прижились на серийных моторах. Кстати, уникальная российская конструкция испытана для моторов ВАЗ (ЗР, 1999, № 2) и, может быть, появится на многообещающих моделях.
ОТТО И ДИЗЕЛЬ В КОМПАНИИ С ВОЛЬТОМ
В моторных боксах БМВ уже проходит тесты движок с электрическим приводом клапанов. Заместо кулачков распредвала открывать и закрывать клапаны будут соленоиды, естественно, под неусыпным контролем электроники. Управляющая программка зависимо от оборотов, нагрузки, температуры в подходящий момент откроет и закроет клапан.
В этом моторе укрыта и еще одна новинка, которая скоро обещает стать массовой. Спецы соединили стартер и генератор, а расположили прибор прямо на маховике. Новенькая конструкция (кстати, похожие решения применяли еще до войны, а именно, на германских ДКВ) позволяет сберечь драгоценное место под капотом, не считая того, не необходимы приводные ремни и шестеренки.
В дальнейшем конструкторы высвободят мотор от неких подвесных агрегатов. Сначала, пропадут механические насосы, отбирающие у мотора драгоценные силы. Первенцы - электронасосы гидроусилителей руля, которые уже работают на многих автомобилях. Недалек денек, когда свое место займет электропомпа системы остывания с изменяемой производительностью, позволяющая поточнее выдерживать заданную температуру.
Развитие электрических систем сдерживает сегодняшний 12-вольтовый эталон. Чтоб привести в движение бессчетные электроприводы и электронасосы, нужна большая мощность, потому нужно поднять бортовое напряжение в три раза. Уже в последнее время начнется переход на новый эталон, и к началу последующего десятилетия большая часть автомобилей уже будут "высоковольтными".
ПЕРЕМЕННЫЕ КОНСТАНТЫ
В протяжении всей истории моторостроения таковой принципиальный параметр, как степень сжатия, давали мотору при рождении на всю жизнь. Но несколько лет вспять компания СААБ представила миру движок с подвижной головкой блока и, как следствие, изменяемой степенью сжатия (ЗР, 2000, № 5). Чтоб повысить КПД, ее повышали при наибольшей мощности и понижали на режиме частичных нагрузок. Широкого распространения конструкция пока не получила, сначала, из-за технологических заморочек и накладности. Но мысль продолжает будоражить разумы инженеров.
Необычную схему испытывает "Mercedes". Головка и блок недвижны, а степень сжатия меняется за счет "смещения" мертвых точек (ЗР, 2002, № 3). Спецы готовятся изменять еще одну константу - рабочий объем. Идет речь не об выключении цилиндров, а об изменении геометрии. Но об этом гласить пока рано.
ГАЗОВАЯ АТАКА
В угоду экологии и экономии производители экспериментируют с газовым топливом. У пропан-бутана, отлично знакомого многим водителям, перспектив мало, так как его получают при перегонке нефти, припасы которой не беспредельны. Кандидатуры - метан и водород.
Но, в отличие от пропан-бутана, более легкие газы не обеспечивают огромного припаса хода. Топливного резервуара хватает только на пару сотен км. Чтоб прирастить пробег, предлагают использовать не сжатый, а сжиженный газ. Основная неувязка в том, что он длительно не хранится. Уже через неделю содержимое баллона уменьшится в два раза.
Производители предлагают компромисс в виде двухтопливных автомобилей, работающих, кроме бензина, на сжатом метане либо водороде. Во впускном коллекторе рядом с бензиновыми установлены газовые форсунки, а системе управления доверено смотреть и за подачей газа. Этой темой занимаются многие компании, в том числе и российские (ЗР, 2001, № 2). Но, беря во внимание возникающие трудности, в последнее время метан либо водород навряд ли стопроцентно вытеснят бензин и дизтопливо. Означает, детища Отто и Дизеля, совершенствуясь, пока сохранят свое положение.
Правда, по прогнозам, припасов нефти хватит еще лет на 50, если, естественно, новые месторождения не отыщут где-нибудь на Луне либо Марсе. У движков внутреннего сгорания все таки должны показаться достойные соперники. Для начала - уже входящие в жизнь гибридные силовые установки, более экономные. Возможно, конкретно они в последнее время потеснят "одинокий" поршневой мотор. Вобщем, модификации - тема отдельного разговора, мы вернемся к ней в ближайших номерах.
Двигатель внутреннего сгорания 1,4 FSI 16V (Fuel Stratified Injection) с конкретным впрыском мощностью 63 кВт/ 86 л. с. разгоняет " Фольксваген Поло" до 178 км/ч, сжигая в среднем около 5 л/100 км.
Система нейтрализации вредных газов для современных дизельных моторов: 1 - окислительный нейтрализатор; 2 - лямбда-зонд; 3 - блок управления; 4 - датчики температуры; 5 - датчик конфигурации давления; 6 - датчик сажи; 7 - фильтр жестких частиц; 8 - лямбда-зонд либо NOх-датчик; 9 - нейтрализатор оксидов азота.
Рабочие процессы в камере сгорания при конкретном впрыске: а и б - уже реализованы на серийных моторах; в - многообещающая разработка с другим расположением форсунки и свечки.
Многообещающий движок БМВ с конкретным впрыском, стартер-генератором и электромеханическим приводом клапанов.
Система "Вариокэм Плюс" (Variocam Plus) моторов "Порше". Смещением распредвала регулируют фазы газораспределения и высоту подъема клапанов.
ТЕХНИКА
Тенденции
БУДУЩЕЕ ДВС
За длительное время ДО МЕРТВОЙ ТОЧКИ
МАКСИМ САЧКОВ
Движку внутреннего сгорания более века. Скептики уже лет 20 вспять считали, что творения Николауса Отто и Рудольфа Дизеля достигнули пика в развитии. Но бензиновым и дизельным агрегатам пока рано в отставку. Ведь поршневой мотор очень поменялся: отработаны неслыханные ранее технологии, появились более крепкие и легкие материалы. Уже никого не поражают клапаны и роторы турбокомпрессоров из керамики. О более широком распространении этого материала гласить пока рано. Основное направление деятельности конструкторов-двигателистов - улучшение смесеобразования и уменьшение неминуемых утрат.
Попробуем, делая упор на современные серийные и многообещающие разработки, заглянуть в будущее ДВС.
ТОПЛИВНАЯ ИНЪЕКЦИЯ
Эпоха карбюратора издавна закатилась, ну и электрическому впрыску классической конструкции жить осталось уже недолго. Интригующе подавать бензин не во впускной коллектор, а конкретно в камеру сгорания, как в дизельных моторах.
Первыми на этом пути достигнули фуррора жители страны восходящего солнца, опробовавшие моторы GDI (Gasoline Direct Injection - конкретный впрыск бензина) на модели " Мицубиси Каризма". При маленьких нагрузках движок работает на очень бедных консистенциях. Поджечь такую тяжело, потому горючее впрыскивают в конце такта сжатия, а поршни хитрецкой формы направляют смесь конкретно к электродам свеч. В камере сгорания идет так называемое послойное смесеобразование. При средних и больших нагрузках горючее подается два раза: при ходе поршня вниз и в конце такта сжатия.
Десяти-пятнадцатипроцентная экономия бензина в движках GDI по сопоставлению с обыкновенными впрысковыми моторами в особенности видна на режимах, когда агрегат работает в третья часть силы. Обогащенная смесь подается прямо к электродам свечки, а у стен цилиндра - незапятнанный воздух. Но бесплатных пирожных не бывает - при сгорании резко увеличивается температура, а совместно с ней и количество окислов азота (NOx) в выхлопных газах. Приходится ставить дорогой нейтрализатор в системе выпуска, который превращает вредные оксиды в безопасные азот и кислород. Не считая того, мотору с конкретным впрыском требуется горючее с наименьшим количеством серы - обыденный бензин стремительно выведет из строя систему нейтрализации.
Некие компании уже разработали движки с конкретным впрыском, способные переваривать и обыденный бензин. Системы управления выслеживают, чтоб на всех режимах смесь была гомогенной (однородной). Потому с оксидами азота в одиночку совладевает трехкомпонентный нейтрализатор. Но платить за это приходится чуток огромным расходом горючего по сопоставлению с моторами GDI. Но обладатели БМВ 7-й серии либо нового "Порше-Каррера", который должен показаться через год, могут с этим смириться.
Улучшение топливной аппаратуры - одно из многообещающих направлений и для конструкторов дизельных моторов. В последнее время насосы высочайшего давления, даже управляемые электроникой, будут все почаще уступать место насос-форсункам. Ведь рабочее давление у ТНВД существенно ниже. Да и у насос-форсунок есть недочеты. Даже под управлением электроники они не могут впрыскивать горючее в хоть какой момент, в отличие от системы с общей топливной рампой "коммон рейл". Но давление в рампе ниже, чем в насос-форсунке. Потому в последнее время будут использовать обе конструкции.
ВНИМАНИЕ, ВОЗДУХ!
Один из методов роста момента и мощности - поменять давление воздуха на впуске. Многие компании уже делают впускные трубопроводы с изменяемой геометрией. На малых оборотах воздух идет к камере сгорания по длинноватому пути, на завышенных - раскрывается маленький трубопровод.
В наиблежайшей перспективе длину впускных каналов будут изменять не ступенчато, а плавненько. К примеру, такая конструкция уже работает на моторах БМВ. Крутящийся барабан с электроприводом в секунду способен прирастить путь воздуха от 231 до 673 мм. До 3500 об/мин работает длиннющий канал, а с ростом оборотов он укорачивается.
Не считая того, баварские мотористы предлагают изменять высоту подъема клапана зависимо от режима работы мотора. "Вэлвтроник" (Valvetronic) уже прописался на серийных движках. Дополнительный эксцентриковый вал управляет рычагами, которые ограничивают ход впускных клапанов. Дроссельная заслонка, создающая воздуху дополнительное сопротивление, сейчас не нужна. Правда, совсем от нее пока не отказались - она работает при прогреве и в аварийном режиме. Производители утверждают, что при низких и средних нагрузках "Вэлвтроник" сберегает около 10% горючего. Подобные конструкции уже обкатывают и другие компании.
Очередной метод управлять поступающим в цилиндры воздухом - смещать фазы газораспределения. Поворачивая распредвал, можно изменять момент открытия и закрытия клапанов. Тем улучшается заполнение цилиндров, а как следует, вырастают мощность и момент, понижается расход горючего, миниатюризируется количество вредных веществ в отработавших газах.
Многие компании предлагают варианты таких конструкций, некие уже прижились на серийных моторах. Кстати, уникальная российская конструкция испытана для моторов ВАЗ (ЗР, 1999, № 2) и, может быть, появится на многообещающих моделях.
ОТТО И ДИЗЕЛЬ В КОМПАНИИ С ВОЛЬТОМ
В моторных боксах БМВ уже проходит тесты движок с электрическим приводом клапанов. Заместо кулачков распредвала открывать и закрывать клапаны будут соленоиды, естественно, под неусыпным контролем электроники. Управляющая программка зависимо от оборотов, нагрузки, температуры в подходящий момент откроет и закроет клапан.
В этом моторе укрыта и еще одна новинка, которая скоро обещает стать массовой. Спецы соединили стартер и генератор, а расположили прибор прямо на маховике. Новенькая конструкция (кстати, похожие решения применяли еще до войны, а именно, на германских ДКВ) позволяет сберечь драгоценное место под капотом, не считая того, не необходимы приводные ремни и шестеренки.
В дальнейшем конструкторы высвободят мотор от неких подвесных агрегатов. Сначала, пропадут механические насосы, отбирающие у мотора драгоценные силы. Первенцы - электронасосы гидроусилителей руля, которые уже работают на многих автомобилях. Недалек денек, когда свое место займет электропомпа системы остывания с изменяемой производительностью, позволяющая поточнее выдерживать заданную температуру.
Развитие электрических систем сдерживает сегодняшний 12-вольтовый эталон. Чтоб привести в движение бессчетные электроприводы и электронасосы, нужна большая мощность, потому нужно поднять бортовое напряжение в три раза. Уже в последнее время начнется переход на новый эталон, и к началу последующего десятилетия большая часть автомобилей уже будут "высоковольтными".
ПЕРЕМЕННЫЕ КОНСТАНТЫ
В протяжении всей истории моторостроения таковой принципиальный параметр, как степень сжатия, давали мотору при рождении на всю жизнь. Но несколько лет вспять компания СААБ представила миру движок с подвижной головкой блока и, как следствие, изменяемой степенью сжатия (ЗР, 2000, № 5). Чтоб повысить КПД, ее повышали при наибольшей мощности и понижали на режиме частичных нагрузок. Широкого распространения конструкция пока не получила, сначала, из-за технологических заморочек и накладности. Но мысль продолжает будоражить разумы инженеров.
Необычную схему испытывает "Mercedes". Головка и блок недвижны, а степень сжатия меняется за счет "смещения" мертвых точек (ЗР, 2002, № 3). Спецы готовятся изменять еще одну константу - рабочий объем. Идет речь не об выключении цилиндров, а об изменении геометрии. Но об этом гласить пока рано.
ГАЗОВАЯ АТАКА
В угоду экологии и экономии производители экспериментируют с газовым топливом. У пропан-бутана, отлично знакомого многим водителям, перспектив мало, так как его получают при перегонке нефти, припасы которой не беспредельны. Кандидатуры - метан и водород.
Но, в отличие от пропан-бутана, более легкие газы не обеспечивают огромного припаса хода. Топливного резервуара хватает только на пару сотен км. Чтоб прирастить пробег, предлагают использовать не сжатый, а сжиженный газ. Основная неувязка в том, что он длительно не хранится. Уже через неделю содержимое баллона уменьшится в два раза.
Производители предлагают компромисс в виде двухтопливных автомобилей, работающих, кроме бензина, на сжатом метане либо водороде. Во впускном коллекторе рядом с бензиновыми установлены газовые форсунки, а системе управления доверено смотреть и за подачей газа. Этой темой занимаются многие компании, в том числе и российские (ЗР, 2001, № 2). Но, беря во внимание возникающие трудности, в последнее время метан либо водород навряд ли стопроцентно вытеснят бензин и дизтопливо. Означает, детища Отто и Дизеля, совершенствуясь, пока сохранят свое положение.
Правда, по прогнозам, припасов нефти хватит еще лет на 50, если, естественно, новые месторождения не отыщут где-нибудь на Луне либо Марсе. У движков внутреннего сгорания все таки должны показаться достойные соперники. Для начала - уже входящие в жизнь гибридные силовые установки, более экономные. Возможно, конкретно они в последнее время потеснят "одинокий" поршневой мотор. Вобщем, модификации - тема отдельного разговора, мы вернемся к ней в ближайших номерах.
Двигатель внутреннего сгорания 1,4 FSI 16V (Fuel Stratified Injection) с конкретным впрыском мощностью 63 кВт/ 86 л. с. разгоняет " Фольксваген Поло" до 178 км/ч, сжигая в среднем около 5 л/100 км.
Система нейтрализации вредных газов для современных дизельных моторов: 1 - окислительный нейтрализатор; 2 - лямбда-зонд; 3 - блок управления; 4 - датчики температуры; 5 - датчик конфигурации давления; 6 - датчик сажи; 7 - фильтр жестких частиц; 8 - лямбда-зонд либо NOх-датчик; 9 - нейтрализатор оксидов азота.
Рабочие процессы в камере сгорания при конкретном впрыске: а и б - уже реализованы на серийных моторах; в - многообещающая разработка с другим расположением форсунки и свечки.
Многообещающий движок БМВ с конкретным впрыском, стартер-генератором и электромеханическим приводом клапанов.
Система "Вариокэм Плюс" (Variocam Plus) моторов "Порше". Смещением распредвала регулируют фазы газораспределения и высоту подъема клапанов.