ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
ТЕХНИКА
ОБОЗРЕНИЕ
ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Если открыть капот современного автомобиля, взгляду уже не предстанет движок в собственном традиционном виде: блок цилиндров, головка, карбюратор, трубопроводы, потеки масла всюду... Снаружи только декоративная пластмассовая крышка и - чистота. Попробуем приподнять эту заавесь и поглядим, что все-таки будет прятаться снутри механического сердца в будущем столетии. Посодействуют нам в этом разработчики какой-нибудь известной компании, к примеру ФИАТа. Его спецы, только-только отпраздновавшие столетие компании, уже начали отсчет последующего века созданием новых привлекательных слов.
Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
"Мультиджет" - этим неологизмом ФИАТ обозначил многофазный конкретный впрыск на дизельном движке с системой "коммон рейл". Предшественника, также, кстати, разработанного ФИАТом, звали "Юниджет", и обеспечивал он две фазы впрыска горючего в цилиндры. Фуррор системы затмил ожидания - она прижилась на движках не только лишь итальянских марок, но начала плодиться в других странах.
Сейчас ФИАТ сделал последующий шаг: впрыск разбит не на две, а на много стадий, последующих одна за другой в течение всего времени горения консистенции. Итог? Увеличивается КПД мотора, понижается его шумность, а токсичность выхлопа миниатюризируется на целых 30-40%! Управляет "Мультиджетом" новый контроллер, выбирающий зависимо от числа оборотов, нагрузки и температурного режима мотора наилучшее количество "микровпрысков" и объем подаваемого в цилиндр горючего. Так, скажем, при работе с полной нагрузкой понижается выброс сажи, а вращающий момент растет. На режиме же прогрева и на холостом ходу главный акцент - понижение шумности работы дизеля.
"Экодрайвер" - это композиция ДВС и электромотора, тандемно соединенных в единый агрегат. Прекрасно звучащее слово расшифровывается как Energy Conversion&Driveline Efficient Reengineering (преобразование энергии и экономный возврат энергии на ходу). Итак, электромотор посажен на вал ДВС перед коробкой. Во время разгона автомобиля его "электронная сила" наращивает вращающий момент, после этого электродвигатель перебегает в режим генератора и подзаряжает массивные батареи. В особенности большой зарядный ток можно получить при торможении, заодно сберегая колодки от износа.
Мы не ошиблись, сказав "батареи": на автомобиле с "Экодрайвером" их два. Один, обычный двенадцативольтовый, питает маломощные потребители, 2-ой выдает 36 и 150 В для самого электромотора и таких прожорливых агрегатов, как кондюк либо сервоуправление. Мотор-генератор тут так мощнейший, что может обеспечить движение автомобиля без помощи других. Таковой электромобильный режим задается умной управляющей ЭВМ сначала при движении в городских пробках, когда вредный выброс ДВС добивается максимума. Стоит начать разгон, как электромотор запустит основной движок в работу, сыграв роль стартера. Кстати, схожая система компании "Континенталь-Тевес" под заглавием ИСАД уже обкатывается на "Ситроене", только там генератор объединен с маховиком (ЗР, 1998, № 9). Более того, конкретно сидячий на коленчатом валу стартер-генератор предлагается сейчас фактически всеми мало-мальски известными в авто мире поставщиками девайсов, и поэтому можно не боясь утверждать, что век жужжащего по утрам стартера завершается.
"Эргоджет" (Engine&Robotized Gearbox Optimization, другими словами оптимизация мотора и механизированной коробки) - "всего только" компьютерная программка, связывающая контроллеры мотора и автоматической коробки. Задачка ее - хорошим образом согласовать режим работы мотора и коробки, что позволяет сберечь до 20% (!) горючего. Динамические характеристики снаряженного "Эргоджетом" "ФИАТ-Пунто" оказались близки к версии "Пунто Подвескаинг", а расход горючего составил при всем этом только 4,5 л/100 км против 7,3 л у "Подвескаинга".
VVA (Variable Valve Actuation) - варьируемое управление клапанами. Идет речь об личном управлении процессом открытия и закрытия впускных клапанов, что позволяет нормально дозировать поступающий в каждый цилиндр воздух. Тут еще остался старенькый знакомый - кулачковый вал, но он уже не контактирует конкретно со стержнями клапанов. Меж кулачком и клапаном размещена заполненная маслом камера (рис. 1). Если она полна, система работает как обыденный распредвал, если же масла в камере меньше, открытие клапана задерживается. Электрический механизм управляет золотником и может в хоть какой момент остановить открытие впускного клапана либо даже закрыть его при помощи возвратимой пружины. Пределы регулировки позволяют вообщем отключить хоть какой из впускных клапанов. В конечном итоге - 10-15% экономии горючего, при этом на столько же растут мощность и вращающий момент мотора.
А на данный момент малость отвлечемся от разработок ФИАТа, так как конструкторы "Сименса" пошли далее и решили в движке грядущего вообщем отрешиться от кулачковых валов и управлять клапанами при помощи массивных соленоидов (рис. 2). Здесь уже можно задавать всякую мыслимую программку, при этом на каждый клапан персонально - полный простор для двигателистов. Но потребление тока системой из минимум 16 соленоидов настолько велико, что без массивного генератора напряжением 42 В не обойтись, и тут "Экодрайвер" окажется как нельзя кстати.
NZEV (Near Zero Emission Vehicle - автомобиль с близким к нулевому выхлопом). Сия новинка находится в стадии разработки и к 2003 году, может быть, получит более громкое заглавие. Идет речь об устранении головного недочета дизеля - выброса окислов азота и частиц сажи. Причина образования этих вредных веществ в том, что у камеры сгорания есть области с различным соотношением горючего и воздуха и различными температурами. Поблизости форсунок, к примеру, солярки относительно много, а температура низкая. Отсюда - несгоревшие частички сажи. В другой части цилиндра, напротив, температура высочайшая, а горючего не достаточно. Здесь в итоге "сгорания" лишнего воздуха образуются окислы азота. Как выяснилось, меж этими областями находится зона, где состав консистенции близок к стехиометрическому, другими словами количество воздуха точно соответствует необходимому для полного (и незапятнанного!) сгорания солярки. В технологии NZEV первую скрипку играют "Мультиджет" с его распределенным во времени впрыском и VVA с оптимизированной подачей воздуха. Ожидаемый итог: выброс частиц на уровне 0,01 г/км и NOx ниже 0,1 г/км, что на 60% меньше норм Евросоюза, установленных на 2005 год.
Как лицезреем, один только ФИАТ предлагает 5 ноу-хау в двигателестроении для наступающего века. А ведь еще есть "Фольксваген" с его неуемным рвением к крайностям (от "3-литровых" автомобилей до 18-цилиндровых чудовищ) и предлагающий насос-форсунки сверхвысокого давления для дизелей и послойный заряд консистенцией цилиндров бензиновых моторов. Есть БМВ, упрямо совершенствующий систему "коммон рейл", есть "Пежо", разработавший уникальную систему чистки выхлопных газов... Ну и жители страны восходящего солнца с янки не спят - строят гибридные авто.
Кто-то может спросить: ну отлично, все это фактически уже существует, а что далее? Можно ли что-то еще поменять, сделать лучше, усовершенствовать в нашем древнем хорошем бензиновом двигателе? Оказывается, мыслях навалом и касаются они фактически всех узлов мотора сверху донизу.
База основ - цилиндры с поршнями - практически не поменяется, разве что днище поршня будет изрыто впадинами необычной формы. Это конструкторы попробуют обеспечить данное движение заряда горючей консистенции для оптимизации процесса сгорания. Как понятно, чем оно полнее, тем экономичней движок, тем меньше вредных веществ вылетает в выпускной коллектор.
В поиске подходящих форм осталось поле деятельности и для "свободных живописцев". К примеру, 61-летний педагог из Иссинга (Германия) Курт Кёниг ухитрился получить за придуманные им поршни сходу две медали - золотую и бронзовую - на Глобальном Женевском салоне изобретений 1999 года! Эти поршни изображены на рис. 3 и, как отмечается, должны привести к очень осязаемому выигрышу как в экономичности, так и в "экологичности" ДВС грядущего.
Шатун тоже пока не растерял собственной первозданной формы, хотя подшипники скольжения и уступили место игловатым, как это изготовлено в последних моторах австралийской компании "Орбитал". Чтоб обеспечить беззазорный стык половинок нижней головки шатуна, ее пришлось за ранее... расколоть, а уже позже вновь свинчивать в одно целое.
Изобретатели-одиночки и тут идут далее. Педагог из МГТУ им. Баумана в Москве "сломал" шатун посредине. В движке В. Конюхова (рис. 4) шатун состоит из 2-ух частей, соединенных шарниром, к которому прикреплена дополнительная поперечная тяга от исполнительного механизма. Перемещая эту тягу по определенному закону, можно достигнуть умопомрачительных эффектов: к примеру, при вращении коленчатого вала поршень может оставаться на месте либо даже двигаться в обратную сторону! При помощи ЭВМ работа механизма была смоделирована, и перед изобретателями раскрылись неописуемые способности. Плавненько изменяя величину хода всасывания от нуля до предела (а максимум практически в два раза превосходит величину обычного хода поршня!), можно управлять движком без дроссельной заслонки, съедающей значительную часть мощности, и получить еще больший, чем обычно, вращающий момент. Можно воплотить близкий к адиабатному рабочий цикл, заставляя смесь сгорать при постоянном объеме. Можно бросить в цилиндре часть отработавших газов, что благоприятно скажется на температурном режиме, уберет детонацию и сделает лучше экологические характеристики. Правда, остается неувязка - как управлять движением дополнительной тяги в согласовании с данной программкой? Разумеется, эта задачка для грядущего века, и если не сами создатели, то их последователи сумеют удачно ее разрешить.
Окончив с шатуном, обратимся к коленчатому валу. Здесь тоже нет же ну и возникают роликовые подшипники, на каждую шею приходится до... 3-х шатунов, а отбор мощности может быть хоть из середины вала.
Не оставляют в покое коленвал и находчивые русские изобретатели. К примеру, В. Болотов из Старенького Оскола выдумал эксцентриковое устройство, заменяющее шатунный подшипник скольжения 4-мя шариковыми. Но основная изюминка - в его конструкции нет больше верхней мертвой точки! Благодаря смещению оси коленвала и хитрецкому профилю его шеи сила от расширяющихся газов в последнем верхнем положении поршня ориентирована мимо оси вращения и может совершать полезную работу.
Всех создателей этих изобретений соединяет воединыжды одно: вера в то, что реализация их мыслях намного сделает лучше все характеристики ДВС. Будут ли эти идеи нужны? Не знаем. Но то, что наш старенькый знакомый остается объектом самой активной конструкторской и изобретательской деятельности, - факт непререкаемый. И мы с полным правом можем вспомнить знакомые слова: "о сколь еще открытий дивных..."
Рис. 1. Этот механизм ФИАТа уже работает и реально приносит выигрыш в экологии и в мощностных свойствах.
Рис. 2. "Каждому клапану - по соленоиду и никаких валов" - лозунг компании "Сименс".
Рис. 3. "Хитрецкий" поршень Курта Кёнига сделать не очень трудно, так что проверка его эффективности не за горами.
Рис. 4. Схема работы шатуна В. Конюхова. Плодотворность идеи доказана точными расчетами, но до практической реализации путь не близкий.
Движок 1,4 FSI (Fuel Stratified Injection - последний впрыск горючего) для "Фольксвагена-Лупо".
ТЕХНИКА
ОБОЗРЕНИЕ
ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Если открыть капот современного автомобиля, взгляду уже не предстанет движок в собственном традиционном виде: блок цилиндров, головка, карбюратор, трубопроводы, потеки масла всюду... Снаружи только декоративная пластмассовая крышка и - чистота. Попробуем приподнять эту заавесь и поглядим, что все-таки будет прятаться снутри механического сердца в будущем столетии. Посодействуют нам в этом разработчики какой-нибудь известной компании, к примеру ФИАТа. Его спецы, только-только отпраздновавшие столетие компании, уже начали отсчет последующего века созданием новых привлекательных слов.
Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
"Мультиджет" - этим неологизмом ФИАТ обозначил многофазный конкретный впрыск на дизельном движке с системой "коммон рейл". Предшественника, также, кстати, разработанного ФИАТом, звали "Юниджет", и обеспечивал он две фазы впрыска горючего в цилиндры. Фуррор системы затмил ожидания - она прижилась на движках не только лишь итальянских марок, но начала плодиться в других странах.
Сейчас ФИАТ сделал последующий шаг: впрыск разбит не на две, а на много стадий, последующих одна за другой в течение всего времени горения консистенции. Итог? Увеличивается КПД мотора, понижается его шумность, а токсичность выхлопа миниатюризируется на целых 30-40%! Управляет "Мультиджетом" новый контроллер, выбирающий зависимо от числа оборотов, нагрузки и температурного режима мотора наилучшее количество "микровпрысков" и объем подаваемого в цилиндр горючего. Так, скажем, при работе с полной нагрузкой понижается выброс сажи, а вращающий момент растет. На режиме же прогрева и на холостом ходу главный акцент - понижение шумности работы дизеля.
"Экодрайвер" - это композиция ДВС и электромотора, тандемно соединенных в единый агрегат. Прекрасно звучащее слово расшифровывается как Energy Conversion&Driveline Efficient Reengineering (преобразование энергии и экономный возврат энергии на ходу). Итак, электромотор посажен на вал ДВС перед коробкой. Во время разгона автомобиля его "электронная сила" наращивает вращающий момент, после этого электродвигатель перебегает в режим генератора и подзаряжает массивные батареи. В особенности большой зарядный ток можно получить при торможении, заодно сберегая колодки от износа.
Мы не ошиблись, сказав "батареи": на автомобиле с "Экодрайвером" их два. Один, обычный двенадцативольтовый, питает маломощные потребители, 2-ой выдает 36 и 150 В для самого электромотора и таких прожорливых агрегатов, как кондюк либо сервоуправление. Мотор-генератор тут так мощнейший, что может обеспечить движение автомобиля без помощи других. Таковой электромобильный режим задается умной управляющей ЭВМ сначала при движении в городских пробках, когда вредный выброс ДВС добивается максимума. Стоит начать разгон, как электромотор запустит основной движок в работу, сыграв роль стартера. Кстати, схожая система компании "Континенталь-Тевес" под заглавием ИСАД уже обкатывается на "Ситроене", только там генератор объединен с маховиком (ЗР, 1998, № 9). Более того, конкретно сидячий на коленчатом валу стартер-генератор предлагается сейчас фактически всеми мало-мальски известными в авто мире поставщиками девайсов, и поэтому можно не боясь утверждать, что век жужжащего по утрам стартера завершается.
"Эргоджет" (Engine&Robotized Gearbox Optimization, другими словами оптимизация мотора и механизированной коробки) - "всего только" компьютерная программка, связывающая контроллеры мотора и автоматической коробки. Задачка ее - хорошим образом согласовать режим работы мотора и коробки, что позволяет сберечь до 20% (!) горючего. Динамические характеристики снаряженного "Эргоджетом" "ФИАТ-Пунто" оказались близки к версии "Пунто Подвескаинг", а расход горючего составил при всем этом только 4,5 л/100 км против 7,3 л у "Подвескаинга".
VVA (Variable Valve Actuation) - варьируемое управление клапанами. Идет речь об личном управлении процессом открытия и закрытия впускных клапанов, что позволяет нормально дозировать поступающий в каждый цилиндр воздух. Тут еще остался старенькый знакомый - кулачковый вал, но он уже не контактирует конкретно со стержнями клапанов. Меж кулачком и клапаном размещена заполненная маслом камера (рис. 1). Если она полна, система работает как обыденный распредвал, если же масла в камере меньше, открытие клапана задерживается. Электрический механизм управляет золотником и может в хоть какой момент остановить открытие впускного клапана либо даже закрыть его при помощи возвратимой пружины. Пределы регулировки позволяют вообщем отключить хоть какой из впускных клапанов. В конечном итоге - 10-15% экономии горючего, при этом на столько же растут мощность и вращающий момент мотора.
А на данный момент малость отвлечемся от разработок ФИАТа, так как конструкторы "Сименса" пошли далее и решили в движке грядущего вообщем отрешиться от кулачковых валов и управлять клапанами при помощи массивных соленоидов (рис. 2). Здесь уже можно задавать всякую мыслимую программку, при этом на каждый клапан персонально - полный простор для двигателистов. Но потребление тока системой из минимум 16 соленоидов настолько велико, что без массивного генератора напряжением 42 В не обойтись, и тут "Экодрайвер" окажется как нельзя кстати.
NZEV (Near Zero Emission Vehicle - автомобиль с близким к нулевому выхлопом). Сия новинка находится в стадии разработки и к 2003 году, может быть, получит более громкое заглавие. Идет речь об устранении головного недочета дизеля - выброса окислов азота и частиц сажи. Причина образования этих вредных веществ в том, что у камеры сгорания есть области с различным соотношением горючего и воздуха и различными температурами. Поблизости форсунок, к примеру, солярки относительно много, а температура низкая. Отсюда - несгоревшие частички сажи. В другой части цилиндра, напротив, температура высочайшая, а горючего не достаточно. Здесь в итоге "сгорания" лишнего воздуха образуются окислы азота. Как выяснилось, меж этими областями находится зона, где состав консистенции близок к стехиометрическому, другими словами количество воздуха точно соответствует необходимому для полного (и незапятнанного!) сгорания солярки. В технологии NZEV первую скрипку играют "Мультиджет" с его распределенным во времени впрыском и VVA с оптимизированной подачей воздуха. Ожидаемый итог: выброс частиц на уровне 0,01 г/км и NOx ниже 0,1 г/км, что на 60% меньше норм Евросоюза, установленных на 2005 год.
Как лицезреем, один только ФИАТ предлагает 5 ноу-хау в двигателестроении для наступающего века. А ведь еще есть "Фольксваген" с его неуемным рвением к крайностям (от "3-литровых" автомобилей до 18-цилиндровых чудовищ) и предлагающий насос-форсунки сверхвысокого давления для дизелей и послойный заряд консистенцией цилиндров бензиновых моторов. Есть БМВ, упрямо совершенствующий систему "коммон рейл", есть "Пежо", разработавший уникальную систему чистки выхлопных газов... Ну и жители страны восходящего солнца с янки не спят - строят гибридные авто.
Кто-то может спросить: ну отлично, все это фактически уже существует, а что далее? Можно ли что-то еще поменять, сделать лучше, усовершенствовать в нашем древнем хорошем бензиновом двигателе? Оказывается, мыслях навалом и касаются они фактически всех узлов мотора сверху донизу.
База основ - цилиндры с поршнями - практически не поменяется, разве что днище поршня будет изрыто впадинами необычной формы. Это конструкторы попробуют обеспечить данное движение заряда горючей консистенции для оптимизации процесса сгорания. Как понятно, чем оно полнее, тем экономичней движок, тем меньше вредных веществ вылетает в выпускной коллектор.
В поиске подходящих форм осталось поле деятельности и для "свободных живописцев". К примеру, 61-летний педагог из Иссинга (Германия) Курт Кёниг ухитрился получить за придуманные им поршни сходу две медали - золотую и бронзовую - на Глобальном Женевском салоне изобретений 1999 года! Эти поршни изображены на рис. 3 и, как отмечается, должны привести к очень осязаемому выигрышу как в экономичности, так и в "экологичности" ДВС грядущего.
Шатун тоже пока не растерял собственной первозданной формы, хотя подшипники скольжения и уступили место игловатым, как это изготовлено в последних моторах австралийской компании "Орбитал". Чтоб обеспечить беззазорный стык половинок нижней головки шатуна, ее пришлось за ранее... расколоть, а уже позже вновь свинчивать в одно целое.
Изобретатели-одиночки и тут идут далее. Педагог из МГТУ им. Баумана в Москве "сломал" шатун посредине. В движке В. Конюхова (рис. 4) шатун состоит из 2-ух частей, соединенных шарниром, к которому прикреплена дополнительная поперечная тяга от исполнительного механизма. Перемещая эту тягу по определенному закону, можно достигнуть умопомрачительных эффектов: к примеру, при вращении коленчатого вала поршень может оставаться на месте либо даже двигаться в обратную сторону! При помощи ЭВМ работа механизма была смоделирована, и перед изобретателями раскрылись неописуемые способности. Плавненько изменяя величину хода всасывания от нуля до предела (а максимум практически в два раза превосходит величину обычного хода поршня!), можно управлять движком без дроссельной заслонки, съедающей значительную часть мощности, и получить еще больший, чем обычно, вращающий момент. Можно воплотить близкий к адиабатному рабочий цикл, заставляя смесь сгорать при постоянном объеме. Можно бросить в цилиндре часть отработавших газов, что благоприятно скажется на температурном режиме, уберет детонацию и сделает лучше экологические характеристики. Правда, остается неувязка - как управлять движением дополнительной тяги в согласовании с данной программкой? Разумеется, эта задачка для грядущего века, и если не сами создатели, то их последователи сумеют удачно ее разрешить.
Окончив с шатуном, обратимся к коленчатому валу. Здесь тоже нет же ну и возникают роликовые подшипники, на каждую шею приходится до... 3-х шатунов, а отбор мощности может быть хоть из середины вала.
Не оставляют в покое коленвал и находчивые русские изобретатели. К примеру, В. Болотов из Старенького Оскола выдумал эксцентриковое устройство, заменяющее шатунный подшипник скольжения 4-мя шариковыми. Но основная изюминка - в его конструкции нет больше верхней мертвой точки! Благодаря смещению оси коленвала и хитрецкому профилю его шеи сила от расширяющихся газов в последнем верхнем положении поршня ориентирована мимо оси вращения и может совершать полезную работу.
Всех создателей этих изобретений соединяет воединыжды одно: вера в то, что реализация их мыслях намного сделает лучше все характеристики ДВС. Будут ли эти идеи нужны? Не знаем. Но то, что наш старенькый знакомый остается объектом самой активной конструкторской и изобретательской деятельности, - факт непререкаемый. И мы с полным правом можем вспомнить знакомые слова: "о сколь еще открытий дивных..."
Рис. 1. Этот механизм ФИАТа уже работает и реально приносит выигрыш в экологии и в мощностных свойствах.
Рис. 2. "Каждому клапану - по соленоиду и никаких валов" - лозунг компании "Сименс".
Рис. 3. "Хитрецкий" поршень Курта Кёнига сделать не очень трудно, так что проверка его эффективности не за горами.
Рис. 4. Схема работы шатуна В. Конюхова. Плодотворность идеи доказана точными расчетами, но до практической реализации путь не близкий.
Движок 1,4 FSI (Fuel Stratified Injection - последний впрыск горючего) для "Фольксвагена-Лупо".