Не теряя искрометности
Не теряя искрометности
ИЗ РЯДА В РЯД
1-ые бензиновые движки тянули вяло. Их силы умещались в единственном цилиндре. С добавлением второго поменялась сборка: цилиндры устанавливали и в ряд, и V-образно, и оппозитно. В конце позапрошлого века число цилиндров стало расти далее. Почаще их выстраивали вереницей – самая обычная и технологичная сборка. Сейчас рядную схему используют фактически для всех двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровых (последних, правда, малость) движков объемом до 2,5 л.
Приличные авто некогда щеголяли рядными «шестерками» и даже «восьмерками». К примеру, БМВ не отрешается от традиций. Длинноватые «носы» неких баварских моделей – не только лишь элемент стиля, да и дань необходимости расположить за перед-ней осью относительно длиннющий мотор. Еще одна причина, по которой БМВ не отрешается от рядного 6-цилиндрового мотора, – его полная уравновешенность. Угол 120 градусов меж шеями коленчатого вала присваивает мотору важную особенность: вредные силы и моменты инерции, возникающие в кривошипно-шатунном механизме, компенсируют друг дружку. V-образные «шестерки» более малогабаритны, но уравновешены ужаснее. Побороть вибрации помогают балансирные валы и гидравлические опоры мотора – на самом деле, маленькие рессоры, меняющие твердость зависимо от режима работы мотора. То же в большой степени относится и к движкам V8.
Гордость узенького круга представительских и Подвескаивных моделей – движок V12 (ЗР, 2005, № 2). Он состоит из 2-ух рядных «шестерок», потому унаследовал от их отменную уравновешенность. Кстати, экзотичный мотор W12 «Фольксвагена» тоже V-образный, только цилиндры в его блоках размещены не в ряд, а в шахматном порядке.
В движке с конкретным впрыском днищу поршня придана непростая форма для оптимизации бензовоздушного потока.
Компания БМВ строит рядные «шестерки» с начала 1930-х и пока не планирует отрешаться от этой схемы.
Оппозитные движки (с противолежащими цилиндрами либо с углом развала 180°) сегодня делают только «Субару» и «Порше». Основное достоинство – маленький центр масс и (у 6-цилиндровых моделей) большая степень уравновешенности. Но «распластанная» сборка – быстрее дань традиции, заложенной не только лишь конструкторами, да и «долгоиграющим» технологическим оборудованием.
Вещественный ВОПРОС
Подавляющее большая часть блоков цилиндров выполнено из сплавов на базе алюминия. Ремонт и эксплуатация из этого металла легки, а их изготовка и механическая обработка технологичны. Чугун, узнаваемый еще прадедам сегодняшних моторостроителей, тоже остается в строю: тонкостенное литье из него обширно употребляют, например, на «Джи-Эм».
Устройство двойного турбонаддува. Любой из 2-ух маленьких турбокомпрессоров обслуживает только три цилиндра, а потому набирает обороты практически без задержки.
Есть ли в арсенале конструкторов, безустанно борющихся за понижение массы автомобиля, чего-нибудть легче алюминия? Есть: магний, пластмассы, композитные материалы. Инженеры и технологи БМВ умудрились сделать магниево-алюминиевый блок цилиндров, а компания «Даймлер-Крайслер» делает из магния впускные коллекторы изменяемой длины для V-образных моторов. В рядных «четверках» коллектор почаще пластмассовый. Естественно, это не обыденный бытовой пластик, а жаростойкий и прочный материал.
Современные мотористы иногда внезапно вспоминают «хорошо забытое старое». Конструкторы «Опеля» доложили, что в моторах с турбонаддувом промышленного тюнингового подразделения OPC стержни впускных клапанов отчасти заполнены легкоплавким натрием, который отводит тепло от тарелки. Некие помнят, что так делали еще несколько десятилетий вспять, к примеру, на движке ЗИЛ-130!
Разумеется, все почаще инженеры будут уделять свое внимание на керамику. Очевидно, речь не о сырье для кухонных тарелок, а о материале сверхпрочном и тоже жаростойком. Еще в 1998 году японская компания NGK разработала клапан из нитрида кремния. Он на 30 граммов легче аналогичного железного и выдерживает температуру до 800°С. Обширно употребляют керамику и в парах трения. К примеру, благодаря микропористой структуре глиняние направляющие втулки клапанов отлично задерживают смазку.
ДУНОВЕНИЕ НОВОГО ВЕКА
Пластмассовые впускные коллекторы время от времени оснащают персональными дроссельными заслонками, чтоб поточнее управлять движком.
Движок «Форда-Т», который через год отметит столетний юбилей, при объеме 2,9 л выдавал всего 20 л.с. Современный 3-литровый V6, скажем, «Форд-Дюратек», развивает 204 л.с. – в 10 раз больше! Да и это не предел: литровая (с единицы рабочего объема) мощность все возрастает.
Более действенный метод снять с такого же рабочего объема побольше кв – наддув. Число моторов с приводным нагнетателем либо турбиной по последней мере в последнее время не снизится.
Напомним, приводной нагнетатель – устройство, которое подает в цилиндры воздух под лишним давлением, создаваемым 2-мя роторами, вращающимися в обратных направлениях. Нужную для работы энергию таковой компрессор отбирает у мотора.
Турбину приводят в движение отработавшие газы, которые в обыкновенном моторе даром «вылетают в трубу». Газы раскручивают ротор турбины, расположенной на одном валу с центробежным компрессором. Последний сжимает воздух и подает его в движок. Таковой нагнетатель именуют турбокомпрессором (ТКР).
Движок «Форд-Дюратек» обустроен механизмом регулировки фаз Ti-VCT (механизм конфигурации фаз – слева вверху).
Обе конструкции имеют свои недочеты. Механический компрессор на больших оборотах потребляет очень много энергии. Турбина же инерционна: мощнейший мотор реагирует на нажатие педали газа с запаздыванием, которое именуют турбоямой. Один из более действенных методов борьбы с задержкой – установка 2-ух турбокомпрессоров. Небольшой, просто раскручиваясь, работает на низких оборотах; 2-ой вступает в дело на больших. Такую схему еще в 1990-х применили на Подвескаивной «Тойоте-Супра» с 3-литровым движком. Сейчас два ТКР разной производительности обеспечивают 5,5-литровому движку «Майбаха» огромный момент – 900 Н.м и мощность по 100 л.с. с 1 литра.
Возвращение к старенькому на новеньком уровне. Зубчатые многорядные цепи привода распределительных валов, в отличие от ремней, некогда ставших массовыми, не надо поменять, а гремят они совершенно не очень.
Очередное средство прирастить эффективность наддува – ТКР с изменяемой производительностью. Таковой стоит, к примеру, на «Порше-911 Турбо». Для управления потоком газов, раскручивающих ротор, использованы регулируемые сопла. На малых оборотах их сечение невелико: газ ускоряется и резвее раскручивает турбину. На огромных, когда энергия выхлопных газов и так громадна, сечение сопла наращивают для более действенного использования энергии. Другой подход – так именуемый переразмеренный турбонагнетатель. Он спроектирован с огромным припасом производительности, а на больших оборотах срабатывает перепускной клапан, ограничивая давление наддува.
Увлекательное решение отыскали конструкторы БМВ: на 3-литровый 6-цилиндровый движок они поставили два схожих маленьких турбокомпрессора. Каждый обслуживает только три цилиндра и поэтому не должен демонстрировать чудеса производительности. Но «битурбо» развивает 306 л.с., а момент – 400 Н.м, другими словами на 10 Н.м больше, чем атмосферный V8, который при равной мощности на 70 кг тяжелее!
Очень необыкновенную схему предложили инженеры компании «Фольксваген». В движках семейства TSI приводной нагнетатель и ТКР работают вместе. Пока обороты невелики, воздух подает нагнетатель, а турбина раскручивается вхолостую, без нагрузки. По мере роста оборотов агрегат потребляет больше мощности на привод, а это расточительно. Потому после 2400 об/мин раскрывается перепускная заслонка, подающая воздух в обход нагнетателя. Электрическая муфта в его приводе отключает устройство. Сразу запирается перепускной клапан турбокомпрессора, и ТКР, успевший набрать скорость на холостом ходу, врубается в работу. Итог: с 1,4-литрового мотора снимают 170 л.с., а момент больше 200 Н.м движок выдает уже при 1250 об/мин (см. материал «Стоянка кочевника» в этом номере).
АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Комбинированный наддув «Фольксвагена TSI» с ТКР и механическим нагнетателем.
Безнаддувные моторы, более обыкновенные и дешевенькие, не сдают позиций. Но что, кроме нареченных плюсов, они могут противопоставить агрегатам с турбиной либо компрессором?
К примеру, в механизме «Вэлвтроник» от БМВ (ЗР, 2004, № 9) электроприводной эксцентрик регулирует высоту подъема клапана. Это позволило отрешиться от дроссельной заслонки и тем уменьшить утраты на впуске (сейчас воздух не встречает дополнительного препятствия в виде дросселя). Заодно подняли мощность и наделили мотор более ровненьким и отзывчивым во всем рабочем спектре нравом.
Возможно, недалек тот денек, когда распределительный вал упразднят, а каждый клапан получит отдельный электрический привод. Над этим работают уже несколько компаний. Французская компания «Валео» объявила, что освоит схожий механизм газораспределения уже в 2009 году.
Ну а пока конструкторы решают задачку, как через клапаны с обыденным кулачковым приводом пропустить в цилиндры больше воздуха. Одни из более действенных методов – впускные коллекторы с изменяемой геометрией. На малых оборотах их длина максимальна, на больших – мала. Ведь воздух подается в цилиндры не с неизменным напором, а пульсирующими толчками – когда раскрывается впускной клапан, в коллекторе появляются волны сжатия и разрежения. Меняя длину впускного трубопровода, можно подгадать, чтоб волна сжатия подходила к впускному клапану как раз в момент его открытия и проталкивала в цилиндр больше воздуха.
Как обстоят дела с подачей горючего? Об этом можно с уверенностью гласить: будущее – за конкретным впрыском, одно из основных плюсов которого – экономичность. Ведь движок с конкретным впрыском способен работать на бедных консистенциях. При всем этом, правда, растет выброс окислов азота, но новые нейтрализаторы с этим управляются.
Разумеется, способности для улучшения двигателя внутреннего сгорания – сотворения более малогабаритных, легких, эконом и миролюбивых к природе, но в то же время надежных и долговременных агрегатов – далековато не исчерпаны. Но параллельно семимильными шагами развиваются дизели; вырастает «поголовье» моделей с гибридной силовой установкой. Словом, у творения Николауса Отто много многообещающих, сильных соперников.
Родовые ЦИКЛЫ
Обычный нам двигатель внутреннего сгорания работает, как понятно, по циклу Отто. Его разновидность предложил британский инженер Джеймс Аткинсон. В цикле его имени впускной клапан запирается намного позднее – когда поршень уже миновал нижнюю мертвую точку и идет ввысь. Таким макаром, часть консистенции выталкивается назад во впускной трубопровод. «Отторгнутая» смесь понижает разрежение во впускном тракте и отчасти отводит тепло из цилиндра, а означает, эффективность впуска растет.
После сжатия смесь поджигается искрой и начинает пылать – начинается процесс расширения, который продолжается, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. Так как сжатие было «укорочено» очень поздним закрытием впускного клапана, длительность расширения по отношению к сжатию возрастает. Согласно законам термодинамики, это наращивает эффективность цикла – энергия расширяющихся газов употребляется более много.
По циклу Аткинсона работает серийный мотор гибрида «Тойота-Приус». Ведь самую большую эффективность этот цикл обеспечивает при завышенных оборотах и частичных нагрузках, а конкретно в гибридных машинах такие режимы более нужны.
ИЗ РЯДА В РЯД
1-ые бензиновые движки тянули вяло. Их силы умещались в единственном цилиндре. С добавлением второго поменялась сборка: цилиндры устанавливали и в ряд, и V-образно, и оппозитно. В конце позапрошлого века число цилиндров стало расти далее. Почаще их выстраивали вереницей – самая обычная и технологичная сборка. Сейчас рядную схему используют фактически для всех двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровых (последних, правда, малость) движков объемом до 2,5 л.Приличные авто некогда щеголяли рядными «шестерками» и даже «восьмерками». К примеру, БМВ не отрешается от традиций. Длинноватые «носы» неких баварских моделей – не только лишь элемент стиля, да и дань необходимости расположить за перед-ней осью относительно длиннющий мотор. Еще одна причина, по которой БМВ не отрешается от рядного 6-цилиндрового мотора, – его полная уравновешенность. Угол 120 градусов меж шеями коленчатого вала присваивает мотору важную особенность: вредные силы и моменты инерции, возникающие в кривошипно-шатунном механизме, компенсируют друг дружку. V-образные «шестерки» более малогабаритны, но уравновешены ужаснее. Побороть вибрации помогают балансирные валы и гидравлические опоры мотора – на самом деле, маленькие рессоры, меняющие твердость зависимо от режима работы мотора. То же в большой степени относится и к движкам V8.
Гордость узенького круга представительских и Подвескаивных моделей – движок V12 (ЗР, 2005, № 2). Он состоит из 2-ух рядных «шестерок», потому унаследовал от их отменную уравновешенность. Кстати, экзотичный мотор W12 «Фольксвагена» тоже V-образный, только цилиндры в его блоках размещены не в ряд, а в шахматном порядке.
В движке с конкретным впрыском днищу поршня придана непростая форма для оптимизации бензовоздушного потока.
Компания БМВ строит рядные «шестерки» с начала 1930-х и пока не планирует отрешаться от этой схемы.
Оппозитные движки (с противолежащими цилиндрами либо с углом развала 180°) сегодня делают только «Субару» и «Порше». Основное достоинство – маленький центр масс и (у 6-цилиндровых моделей) большая степень уравновешенности. Но «распластанная» сборка – быстрее дань традиции, заложенной не только лишь конструкторами, да и «долгоиграющим» технологическим оборудованием.Вещественный ВОПРОС
Подавляющее большая часть блоков цилиндров выполнено из сплавов на базе алюминия. Ремонт и эксплуатация из этого металла легки, а их изготовка и механическая обработка технологичны. Чугун, узнаваемый еще прадедам сегодняшних моторостроителей, тоже остается в строю: тонкостенное литье из него обширно употребляют, например, на «Джи-Эм».
Устройство двойного турбонаддува. Любой из 2-ух маленьких турбокомпрессоров обслуживает только три цилиндра, а потому набирает обороты практически без задержки.
Есть ли в арсенале конструкторов, безустанно борющихся за понижение массы автомобиля, чего-нибудть легче алюминия? Есть: магний, пластмассы, композитные материалы. Инженеры и технологи БМВ умудрились сделать магниево-алюминиевый блок цилиндров, а компания «Даймлер-Крайслер» делает из магния впускные коллекторы изменяемой длины для V-образных моторов. В рядных «четверках» коллектор почаще пластмассовый. Естественно, это не обыденный бытовой пластик, а жаростойкий и прочный материал.Современные мотористы иногда внезапно вспоминают «хорошо забытое старое». Конструкторы «Опеля» доложили, что в моторах с турбонаддувом промышленного тюнингового подразделения OPC стержни впускных клапанов отчасти заполнены легкоплавким натрием, который отводит тепло от тарелки. Некие помнят, что так делали еще несколько десятилетий вспять, к примеру, на движке ЗИЛ-130!
Разумеется, все почаще инженеры будут уделять свое внимание на керамику. Очевидно, речь не о сырье для кухонных тарелок, а о материале сверхпрочном и тоже жаростойком. Еще в 1998 году японская компания NGK разработала клапан из нитрида кремния. Он на 30 граммов легче аналогичного железного и выдерживает температуру до 800°С. Обширно употребляют керамику и в парах трения. К примеру, благодаря микропористой структуре глиняние направляющие втулки клапанов отлично задерживают смазку.
ДУНОВЕНИЕ НОВОГО ВЕКА
Пластмассовые впускные коллекторы время от времени оснащают персональными дроссельными заслонками, чтоб поточнее управлять движком.
Движок «Форда-Т», который через год отметит столетний юбилей, при объеме 2,9 л выдавал всего 20 л.с. Современный 3-литровый V6, скажем, «Форд-Дюратек», развивает 204 л.с. – в 10 раз больше! Да и это не предел: литровая (с единицы рабочего объема) мощность все возрастает.Более действенный метод снять с такого же рабочего объема побольше кв – наддув. Число моторов с приводным нагнетателем либо турбиной по последней мере в последнее время не снизится.
Напомним, приводной нагнетатель – устройство, которое подает в цилиндры воздух под лишним давлением, создаваемым 2-мя роторами, вращающимися в обратных направлениях. Нужную для работы энергию таковой компрессор отбирает у мотора.
Турбину приводят в движение отработавшие газы, которые в обыкновенном моторе даром «вылетают в трубу». Газы раскручивают ротор турбины, расположенной на одном валу с центробежным компрессором. Последний сжимает воздух и подает его в движок. Таковой нагнетатель именуют турбокомпрессором (ТКР).
Движок «Форд-Дюратек» обустроен механизмом регулировки фаз Ti-VCT (механизм конфигурации фаз – слева вверху).
Обе конструкции имеют свои недочеты. Механический компрессор на больших оборотах потребляет очень много энергии. Турбина же инерционна: мощнейший мотор реагирует на нажатие педали газа с запаздыванием, которое именуют турбоямой. Один из более действенных методов борьбы с задержкой – установка 2-ух турбокомпрессоров. Небольшой, просто раскручиваясь, работает на низких оборотах; 2-ой вступает в дело на больших. Такую схему еще в 1990-х применили на Подвескаивной «Тойоте-Супра» с 3-литровым движком. Сейчас два ТКР разной производительности обеспечивают 5,5-литровому движку «Майбаха» огромный момент – 900 Н.м и мощность по 100 л.с. с 1 литра.Возвращение к старенькому на новеньком уровне. Зубчатые многорядные цепи привода распределительных валов, в отличие от ремней, некогда ставших массовыми, не надо поменять, а гремят они совершенно не очень.
Очередное средство прирастить эффективность наддува – ТКР с изменяемой производительностью. Таковой стоит, к примеру, на «Порше-911 Турбо». Для управления потоком газов, раскручивающих ротор, использованы регулируемые сопла. На малых оборотах их сечение невелико: газ ускоряется и резвее раскручивает турбину. На огромных, когда энергия выхлопных газов и так громадна, сечение сопла наращивают для более действенного использования энергии. Другой подход – так именуемый переразмеренный турбонагнетатель. Он спроектирован с огромным припасом производительности, а на больших оборотах срабатывает перепускной клапан, ограничивая давление наддува.Увлекательное решение отыскали конструкторы БМВ: на 3-литровый 6-цилиндровый движок они поставили два схожих маленьких турбокомпрессора. Каждый обслуживает только три цилиндра и поэтому не должен демонстрировать чудеса производительности. Но «битурбо» развивает 306 л.с., а момент – 400 Н.м, другими словами на 10 Н.м больше, чем атмосферный V8, который при равной мощности на 70 кг тяжелее!
Очень необыкновенную схему предложили инженеры компании «Фольксваген». В движках семейства TSI приводной нагнетатель и ТКР работают вместе. Пока обороты невелики, воздух подает нагнетатель, а турбина раскручивается вхолостую, без нагрузки. По мере роста оборотов агрегат потребляет больше мощности на привод, а это расточительно. Потому после 2400 об/мин раскрывается перепускная заслонка, подающая воздух в обход нагнетателя. Электрическая муфта в его приводе отключает устройство. Сразу запирается перепускной клапан турбокомпрессора, и ТКР, успевший набрать скорость на холостом ходу, врубается в работу. Итог: с 1,4-литрового мотора снимают 170 л.с., а момент больше 200 Н.м движок выдает уже при 1250 об/мин (см. материал «Стоянка кочевника» в этом номере).
АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Комбинированный наддув «Фольксвагена TSI» с ТКР и механическим нагнетателем.
Безнаддувные моторы, более обыкновенные и дешевенькие, не сдают позиций. Но что, кроме нареченных плюсов, они могут противопоставить агрегатам с турбиной либо компрессором?К примеру, в механизме «Вэлвтроник» от БМВ (ЗР, 2004, № 9) электроприводной эксцентрик регулирует высоту подъема клапана. Это позволило отрешиться от дроссельной заслонки и тем уменьшить утраты на впуске (сейчас воздух не встречает дополнительного препятствия в виде дросселя). Заодно подняли мощность и наделили мотор более ровненьким и отзывчивым во всем рабочем спектре нравом.
Возможно, недалек тот денек, когда распределительный вал упразднят, а каждый клапан получит отдельный электрический привод. Над этим работают уже несколько компаний. Французская компания «Валео» объявила, что освоит схожий механизм газораспределения уже в 2009 году.
Ну а пока конструкторы решают задачку, как через клапаны с обыденным кулачковым приводом пропустить в цилиндры больше воздуха. Одни из более действенных методов – впускные коллекторы с изменяемой геометрией. На малых оборотах их длина максимальна, на больших – мала. Ведь воздух подается в цилиндры не с неизменным напором, а пульсирующими толчками – когда раскрывается впускной клапан, в коллекторе появляются волны сжатия и разрежения. Меняя длину впускного трубопровода, можно подгадать, чтоб волна сжатия подходила к впускному клапану как раз в момент его открытия и проталкивала в цилиндр больше воздуха.
Как обстоят дела с подачей горючего? Об этом можно с уверенностью гласить: будущее – за конкретным впрыском, одно из основных плюсов которого – экономичность. Ведь движок с конкретным впрыском способен работать на бедных консистенциях. При всем этом, правда, растет выброс окислов азота, но новые нейтрализаторы с этим управляются.
Разумеется, способности для улучшения двигателя внутреннего сгорания – сотворения более малогабаритных, легких, эконом и миролюбивых к природе, но в то же время надежных и долговременных агрегатов – далековато не исчерпаны. Но параллельно семимильными шагами развиваются дизели; вырастает «поголовье» моделей с гибридной силовой установкой. Словом, у творения Николауса Отто много многообещающих, сильных соперников.
Родовые ЦИКЛЫ
Обычный нам двигатель внутреннего сгорания работает, как понятно, по циклу Отто. Его разновидность предложил британский инженер Джеймс Аткинсон. В цикле его имени впускной клапан запирается намного позднее – когда поршень уже миновал нижнюю мертвую точку и идет ввысь. Таким макаром, часть консистенции выталкивается назад во впускной трубопровод. «Отторгнутая» смесь понижает разрежение во впускном тракте и отчасти отводит тепло из цилиндра, а означает, эффективность впуска растет.
После сжатия смесь поджигается искрой и начинает пылать – начинается процесс расширения, который продолжается, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. Так как сжатие было «укорочено» очень поздним закрытием впускного клапана, длительность расширения по отношению к сжатию возрастает. Согласно законам термодинамики, это наращивает эффективность цикла – энергия расширяющихся газов употребляется более много.
По циклу Аткинсона работает серийный мотор гибрида «Тойота-Приус». Ведь самую большую эффективность этот цикл обеспечивает при завышенных оборотах и частичных нагрузках, а конкретно в гибридных машинах такие режимы более нужны.