Перспективы развития автомобильного двигателестроения (zip 1.6 Mb)

2 – электронный блок управления; 3 – датчик давления; 4 – собственно «общий путь» – коллектор;

5 – обратный клапан; 6 – форсунка с электронным управлением; 7 – топливный бак.

Как видим, идея отнюдь не сложна. Иное дело, что технологическое ее испол­нение в условиях массового производства стало возможно лишь в нынешнем году. Сегодня доподлинно известно, что фирмы «Бош» и «Тойота» располагают готовыми к серийному производству системами впры­ска «коммон рейл», причем двигатели с «бошевской» системой уже испытаны на се­рийных моделях автомобилей. По неофи­циальным данным, это дизельные моторы для нового «Опеля-Астра» и "Мерседеса-А". ­

Так что же дает система «коммон рейл» по сравнению с обычным дизелем непосредственного впрыска? По предва­рительным данным, экономия топлива составила около 10-15%, мощность возросла до 40%, существен­но снизились выбросы окислов азота и углерода, а также снизился шум на 10 дБ. На стенде «Тойоты» в Женеве можно было послушать и сравнить запись звука обычного дизеля с непосредственным впрыском и опытного мотора с «коммон рейл». Первый, как и полагается, издавал типично «тракторный» шум, а второй, ско­рее, напоминал обычный бензиновый мо­тор со слегка увеличенными зазорами в клапанном механизме.

Насос-форсунка.

То, что вылетает из вы­хлопной трубы дизельного мотора, напрямую зависит от того, что и как поступает в его цилиндры. Точнее говоря, дав­ление впрыска имеет здесь ре­шающее значение. Именно в этом немецкий концерн еще раз оставил конкурентов дале­ко позади.

Новый трехцилиндровый дизель для «Фольксвагена-Лупо».

Как следует из самого названия, этот узел объединяет в одно целое насос и форсунку. Расположен он непосредственно около каждого цилиндра в головке двигателя. Усиленный кулачковый вал воздействует на поршень насосной части через рычаг, снабженный роликовым подшипником, что исключает трение скольжения.

Почему стремятся увели­чивать давление впрыска? Чем оно больше, тем мельче частицы распыленной соляр­ки, тем полнее их сгорание, поскольку необходимое коли­чество кислорода достигает чуть ли не каждой молекулы топлива. А это позволяет окончательно решить пробле­му дымности выхлопа: новый трехцилиндровый дизель соот­ветствует нормам D 3 и, может быть, уложится в требования будущих Евро IV. К тому же благодаря полному использо­ванию энергии топлива расход его составит менее 3 л/100 км!

Но вернемся к насос-фор­сунке. Ее идея известна (и опробована) уже давным-давно – вспомним хотя бы мотор ЯАЗ-206. И все же насос-форсунки первого поколе­ния были почти повсемест­но вытеснены ТНВД и при­вычными нам «обычными» форсунками. Этот тандем прекрасно работает – но только не при давлении 2000 атм., когда сжимают­ся даже «несжимаемые» жидкости. Что уж говорить о трубопроводах: они пре­вратились бы в сложно ко­леблющиеся упругие резер­вуары и точное управление моментом впрыска стало бы просто невозможным. Только из-за этого необходимо было свести к минимуму объем сжа­того топлива. Другой немало­важный аспект: теперь и тру­бопроводы низкого да­вления спрятаны в головке цилиндров.

Тем не менее, без точно управляемого компьютером электромагнитного клапана почти все труды пропали бы даром, поскольку важно не только ввести нужное количе­ство топлива в нужный мо­мент – так же точно должен быть определен конец фазы впрыска.

Разрез головки блока цилиндров: 1 – кулачковый вал; 2 – рычаг с роликом; 3 – насос-форсунка.

Для мягкой и чистой работы новый двигатель ис­пользует предварительный («пилотный») впрыск неболь­шой (1-2 мм³ ) дозы горючего. Еще одна особенность: насос-форсунка закачивает топливо в зависимости от скорости вращения кулачкового вала, но при этом обладает всегда одним и тем же ничтожным за­пасом солярки.

Сочетая сверхвысокое давление впрыска с другими параметрами рабочего процесса дизеля, удалось умень­шить содержание окислов азота в выхлопе.

Ну и, наконец, новый мо­тор обеспечивает отличные ездовые характеристики. Так, трехцилиндровый дизель ра­бочим объемом 1,4 л развива­ет крутящий момент 195 Н × м уже при 2200 об/мин и, как бы­ло сказано, удовлетворяет же­стким нормам токсичности D 3, обладая высокой экономично­стью. Остается подождать ответа конкурентов.

Пьезокерамический инжектор.

Современные системы впрыска отличают быстродействие и да­вление. За них и идет постоян­ная борьба. Ведь топливо необ­ходимо без задержки доставить в нужный цилиндр и при этом распылить его на мельчайшие частицы, чтобы обеспечить пол­ное сгорание. С этой же целью в последнее время применяют и дополнительный «пилотный» впрыск 1-2 мм³ топлива, для че­го требуется в течение несколь­ких миллисекунд выдать коман­ду форсунке. И не толь­ко выдать – на то и быстродействую­щие мозги – но и исполнить с ма­ксимальной точностью.

Напомним, что системы «коммон рейл» работают при да­влении около 1500 атм. и управ­ляют началом и длительностью впрыска с помощью суперско­ростных электромагнитных или комбинированных электрогид­равлических клапанов. Впрочем, «супер» здесь означает за­держки в пределах 0,5 мс., тогда как для гарантированного вы­полнения новых норм токсично­сти и дымности надо бы рабо­тать быстрее. Но электромаг­нит с подвижным сердечником уже исчерпал все, даже теоре­тические, возможности. И тут на помощь пришел концерн «Сименс», запатентовавший... пьезокерамический инжектор, ко­торый обещает настоящий про­рыв в быстродействии. Он ра­ботает вчетверо быстрее преж­них и был удостоен в 1999 году премии за «Инновационное при­менение материалов» Союза немецких инженеров.

В чем же суть изобрете­ния? Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она несколько изменяет свою толщину.

График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива.

Нес­колько – это микроны, и до сих пор эффект использовался в основном лишь для излучения ультразвука. Изобретателям немецкой фирмы удалось соз­дать 280 –слойный пакет из пьезокерамики, расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс – достаточно, чтобы воздейство­вать на иглу форсунки с усили­ем 6300 Н! При этом для управ­ления используют напряжение бортсети автомобиля. Серий­ное производство новинки пла­нируется на заводе в Лимбах-Оберфроне (Саксония) – «Сименс» инвестирует в него более 60 млн. долларов.

Стартер-генератор.

Трудно представить себе автомо­биль без …стартера? Однако в этом нет ничего невозможного. Дочерняя фирма шинного концерна «Континенталь ИСАД Системс» в Кельне разработала принци­пиально новый узел, который так и называется – ИСАД (Интегрированный Стар­тер-Альтернатор (Генератор) – Демп­фер). За этими сухими словами кроется настоящая революция в автомобиле­строении.

Как и в обычных электромоторах, принцип работы нового устройства осно­ван на силовом воздействии электромаг­нитного поля. Однако теперь ротором стартера-генератора служит сам махо­вик (конечно, без привычного зуб­чатого венца), вокруг кото­рого размещены обмотки статора. Управляющая узлом электроника са­ма решает, в каком ре­жиме - стартера или генератора - должен работать ИСАД в данный момент. Ременный привод ге­нератора, никогда не отличавший­ся надежностью и требовавший периоди­ческой регулировки, больше не нужен.

Размещение узлов системы ИСАД: 1 – стартер-генератор; 2 – блок управления; 3 – аккумулятор;

4 – конденсаторный накопитель энергии; 5 – розетка 220 В; 6 – цепь 42 В кондиционера.

Теперь обратимся к генераторной функции ИСАД. Здесь также много приятных сюрпризов. Если обычная борто­вая сеть питается от постоянного тока напряжением 12 В, то на автомобиле «Ситроен-Ксара-Динальто», оборудован­ном новой системой, целые четыре раздельные сети. Кроме стан­дартных 12 В, вырабатываются еще 42 В для питания кондиционера, 100 В для ра­боты системы впрыска и запуска, а так­же... 220 В переменного тока для под­ключения бытовых электроприборов! Бо­лее того, к. п. д. нового генератора дос­тигает 80% во всем диапазоне частот вращения двигателя, что допол­нительно экономит около 0,5 л топлива на 100 км.

Всем этим, од­нако, не исчерпыва­ются преимущества системы ИСАД. Бла­годаря созданию ко­ротких импульсов тормозящего момен­та система служит демпфером кру­тильных колебаний ко­ленчатого вала, что обеспечивает более спокойную и тихую работу мотора без использования балансирных валов. Даже очень неравномерно работающий трехцилиндровый дизель легко укрощает­ся ИСАДом.

Серийное применение новой систе­мы ожидается с 2001 года на автомоби­лях с двигателями рабочим объемом 1,4-1,8 л. Реально достигнутая экономия топлива в городском цикле – от 15 до 20%, а эффе­ктивность помощи при ускорении выра­жается в добавочных «электрических» 7кВт, так что, например, разгон на пятой передаче с 80 до 120 км/ч занимает на 2 секунды меньше, чем на стандартной модели «Ситроен-Ксара-Динальто». Совсем неплохо для начала!

Восемнадцать цилиндров. Семьдесят два клапана.

Пятьсот пятьдесят пять лошадиных сил.

Свой новый двигатель «Фольксваген» назвал W 1 8 , однако буква лишь маскирует его истинную конфигурацию. Ведь всего пару лет назад «Фольксваген» показал мотор W12, собранный из двух VR6. Но тут классический ла­тинский алфавит для инженеров оказался беден: в этих двигателях, несмотря на схо­жее обозначение, нет ничего общего (кро­ме, понятно, изготовителя)! У W 12 цилин­дры собраны в два блока по шесть и рас­полагаются при этом в четыре ряда – здесь подошла бы «буква» . А у W 18 – три ряда цилиндров по шесть в каждом, то есть . Как видите, азбука двигателестроения пополняется все новыми знаками.

Основной идеей была не конфигурация двигателя и число цилиндров, а отбор мощности этого уникального агрегата: момент передается на трансмиссию с середины коленчатого вала! Это позволило укоротить коробку передач: ее первичный вал перестал быть соосен ко­ленчатому, развязав руки проектировщикам силовой передачи. Но и этого мало. Как из­вестно, суперкар в наши дни просто обязан быть полноприводным. W 18 рассчитан как раз на такую машину: картер редуктора переднего моста составляет одно целое с под­доном картера двигателя. При этом момент передается сюда валиком, расположенным внутри того вала, что связывает двигатель с коробкой передач!

Разрез двигателя W18 : 1 – генератор водяного охлаждения; 2 – три шатуна на одной шейке коленчатого вала;

3 – шестерни привода распределительных валов; 4 – вал привода трансмиссии;

5 – валик передачи момента к передним колёсам.

Из других неординарных решений хотелось бы назвать бесщеточный генератор, вмонтированный в блок цилиндров и охлаждаемый водой. Естественно, как у любого перспективного мотора, здесь – непосредствен­ный впрыск, четыре клапана на цилиндр (то есть всего их - 72) и по катушке зажи­гания на свечу. Каждый из трех микропро­цессоров управляет своим рядом цилинд­ров, четвертый – синхронизирует их рабо­ту и осуществляет «общий надзор».

Ни для кого не секрет, что шестици­линдровые рядные двигатели прекрасно уравновешены. W 18, в котором «упрятано» три «шестерки», – тоже, но этого конструк­торам показалось мало: они смогли урав­новесить каждую поперечную трехцилинд­ровую секцию. Нетрудно сделать вывод, что семейство «трехрядных» двигателей предполагается расширить. Куда сложнее понять, какие же из чисел пока не войдут в оборот арифметики «Фольксвагена». Ведь теперь стали возможны такие экзотиче­ские варианты, как W 9 и W 15. А если учесть опробованную концерном техноло­гию «отъема» одного цилиндра у привыч­ных моторов (свежий пример – серийный V 5), то в промежутке от 3 до 18 цилиндров «Фольксваген» без труда заполнит любую ячейку, причем многие – не единственным способом. Скажем, к известным VR 6 и V 6 может добавиться W 6.

И восемнадцать – не предел.

Скоро мотор W 18 от «Фольк­свагена», о котором писалось выше, будут считать относительно скромным по его характе­ристикам. Для будущего купе «Майбах» констру­кторы «Даймлер-Крайслера» разрабатывают двигатель с… двадца­тью четырьмя цилинд­рами! Под капотом шести­метрового двухдверного ку­зова как раз хватает места для такого агрегата. А заду­ман он в общем-то бесхитро­стно «просто» взяли и соеди­нили тандемом два известных двигателя V1 2. На самом же деле технических проблем здесь предостаточно. Прежде всего надо обеспечить жест­кость всей конструкции, ее крепление в моторном отсеке с учетом возможных колеба­тельных процессов. Отбор мощности решено сделать от места сочленения. Каждый из двигателей имеет собст­венный турбонаддув, так что с рабочего объема 15 (!) литров удастся снять никак не меньше 1000 л. с., а крутящий момент уж точно будет измеряться четырехзначным числом. Коробку передач, приводные валы, электронную противобуксовочную систе­му, ясное дело, придется разрабаты­вать заново. Прототип суперкупе должен быть представлен публике на Токийском авто­салоне 2001 года.

Для чего же нужна такая гигантская мощность? Во-первых, «Майбах» сразу про­рабатывается в брониро­ванном варианте массой около четырех тонн.

Примерно так будет выглядеть новый 24-х цилиндровый бензиновый двигатель «Даймлер-Крайслер».

Во-вторых, он будет снабжен всеми мыслимы­ми, а возможно, и немыслимыми сегодня электронными системами навигации, связи, управления и т.п. Одних только антенн в кузове заложено… 20 штук! К тому же салон надо обогре­вать зимой и охлаждать ле­том. Все это, конечно, потре­бует немалых затрат энер­гии. Ну и на разгон кое-что останется. Кстати, уже за­планирована и цена будуще­го флагмана – всего-то 250 000 долларов – цифра, в от­личие от технических пара­метров, сегодня не поражаю­щая воображение.

А все-таки жаль, что в современных двигателях привод клапанов выполнен с гидрокомпенсаторами зазо­ров. Только представьте себе: отрегулиро­вать зазоры в 96 клапанах. Еще та была бы работа.

Двигатели Волжского автомобильного завода.

Настало время поговорить немного о том, как же развивается двигателестроение на отечественных автомобильных заводах. Конечно, наше автомобилестроение отстает немного от зарубежного, но все же…

Двигатель ВАЗ-2112 в разрезе: 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – плавающий поршневой палец; 4 – поршень; 5 – болт крепления


29-04-2015, 04:08