Перспективы развития автомобильного двигателестроения (zip 1.6 Mb)

Коленчатый вал 2112 отличается конструкцией противовесов, но хотя полностью взаимозаменяем с валом 21083, име­ет новшество: на носке вала установлен демпфер крутильных колебаний.

Шатунно-поршневая группа ориги­нальная. Поршневой палец – плавающе­го типа. От осевых перемещений он фик­сируется стопорными кольцами.

Форма днища поршня диктуется пре­жде всего шатровой камерой сгорания, традиционной для двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр. Масляное охлаж­дение поршня призвано снизить его тем­пературу. Масло под давлением подается на поршень снизу из специальной фор­сунки, установленной в блоке цилиндров.

Теперь о главном – новой головке блока цилиндров. Она создана в сотрудничестве с фирмой «Порше». Два распределительных вала приводятся зубчатым ремнем со специальным полукруглым профилем зубьев. Специальный кожух надежно защищает зубчатый ремень от попадания грязи и т.п. В приводе клапанов установлены гидротолкатели. Теперь не надо регулировать зазоры, к тому же упрощена технология сборки головки. Для двигателей «восьмого» семейства эта операция была автоматизирована. Теперь вообще не надо подбирать регулировочные шайбы – шестнадцать раз для одного двигателя! Использование гидротолкателей потребовало усовершенствовать смазочную систему двигателя, чтобы исключить возможность обратного слива масла и, как результат, потерю работоспособности гидротолкателей.

Следующая особенность – одна клапанная пружина вместо двух. У нового клапана уменьшен диаметр стержня, поэтому уменьшились его масса и инерционные нагрузки на пружину. Усилия единственной пружины достаточно, чтобы своевременно возвращать клапан на место.

Система распределенного впрыска топлива разработана совместно с фирмой «Дженерал моторс». Впрыск фазированный – момент подачи топлива синхронизирован с моментом открытия впу­скного клапана. Установка карбюратора на двигатель ВАЗ-2112 не предусмотре­на: впускная труба под карбюратор даже не разрабатывалась.

Новый мотор потребовал новых, компактных свечей. Они устанавливают­ся в глубоких колодцах в головке блока цилиндров. Для привычных больших све­чей колодцы пришлось бы делать шире, а это невозможно: головка скомпонова­на очень плотно. Такие свечи, как, кста­ти, и зубчатый ремень, выпускаются многими фирмами и продаются в России.

Для установки двигателя на автомо­биль используется гидроопора сложной конструкции. Она позволяет ощутимо уменьшить вибрации, передаваемые двигателем на кузов автомобиля.

Двигатель ВАЗ-2112 еще не стал се­рийным, но уже идет работа по его даль­нейшему совершенствованию. В первую очередь планируется оснастить его впускным трубопроводом переменной длины. На зарубежных моторах это уже не новин­ка, там их применяют все шире. Вкратце о том, в чем же достоинство этой системы.

В процессе работы двигателя воздух в трубопроводе совершает колебательные движения. Если подобрать нужную длину впускной трубы, можно добиться, чтобы в момент открытия впускно­го клапана к нему подхо­дила очередная волна дав­ления. Это позволяет улучшить наполнение ци­линдра. Но двигатель – аг­регат многорежимный, по­этому на разных оборотах требуется, строго говоря, различная длина впускной трубы. Плавная регулиров­ка длины – задача техниче­ски трудновыполнимая. Но даже предложив воздуху два пути: длинный – в режи­ме максимального крутяще­го момента и короткий – в режиме мак­симальной мощности, можно значи­тельно улучшить показатели мотора и, главное, избавиться от основного недостатка многоклапанных двига­телей – достижения максимума крутящего момента при высоких обо­ротах коленчатого вала.

Те же цели преследует и другая перспективная разра­ботка – система для изменения фаз газораспределения. Обору­дованный ею мотор должен стать еще более тяговитым, лучше приспо­сабливаться к изменению нагрузки. Давай те же поговорим о таком двигателе…

Вспомним, как происходит впуск в обычном четырехтакт­ном двигателе. Поршень, ми­новав верхнюю мертвую точку (ВМТ), движется вниз. Открыв­шийся несколько раньше впу­скной клапан пропускает смесь, и она постепенно запол­няет цилиндр. Вот пройдена нижняя мертвая точка (НМТ), но клапан еще какое-то время открыт: на больших оборотах инерция потока топливно-воздушной смеси позволяет «до­заправить» цилиндр. Для полу­чения высокой максимальной мощности – это благо, а вот крутящий момент на неболь­ших оборотах неизбежно пострадает: если частота враще­ния коленчатого вала невелика, пор­шень успеет вытолкнуть часть смеси через впускной клапан. Избежать потерь можно, если раньше закрывать впускной клапан на малой скорости ко­ленчатого вала.

Менять длительность фа­зы чересчур сложно, поэтому решено было смещать соответ­ственно и момент открытия клапана. Линейная скорость поршня вблизи ВМТ относи­тельно невелика, поэтому по­тери на газообмен практиче­ски не возрастут. Конечно, идеал – плавная регулировка фаз, а программа-минимум – это компромисс между сложно­стью и результативностью: два фиксированных положения ва­ла, два режима работы впуск­ных клапанов.

И тот и другой варианты реализованы на многих серий­ных двигателях за рубежом. Но если говорить об опытно-конст­рукторских работах, мы, в об­щем, не слишком-то отстали от Запада и Востока. Для перспек­тивного двигателя ВАЗ-11193 уже адаптиро­ван механизм регулирования фаз, разработанный москов­ской фирмой АО «Терра». Мотор – дальнейшее развитие двухвального 16-клапанного ВАЗ-2112 – должен появиться на конвейере в 2004 году и, есте­ственно, отвечать уровню тех­ники XXI века. Отечественные конструкторы выбрали более дешевый вариант с двумя фик­сированными положениями «впускного» распределительного вала – гидромеханическое поворотное устройство (на фото). Две пары поршней в корпусе механизма могут сдвигать вал на 20° впе­ред (впускные клапаны при этом открываются и закрыва­ются раньше). По каналу внут­ри вала моторное масло пода­ется к поршенькам, и они вы­талкиваются «наружу», увле­кая за штифты фланец распределительного вала.

Обратите внимание на фор­му канавок – у соседних порш­ней они разные. У одних – снача­ла пологая (рабочая) часть, за­тем крутая (вспомогательная), у других – наоборот. Первые пово­рачивают распределительный вал на де­сять градусов и останавли­ваются – давления масла не хватает, чтобы преодолеть изгиб канавки. Вторые, миновав вспомога­тельную часть, уже вышли на рабочую пози­цию: они изме­няют угол пово­рота еще на столь­ко же. Потребова­лось вернуть распределительный вал в начальное положение – работа­ет сначала вторая пара, затем первая. Обойтись парой порш­ней не позволила теснота – весь механизм должен «поместиться» в звездочке!

Момент поворота зависит от частоты вращения коленчатого ва­ла, нагрузки, детонации и рас­считывается электронным бло­ком (тем же, что командует и другими системами двигателя – впрыском, зажиганием). Ком­пьютер управляет электромаг­нитным клапаном, который на­правляет поток масла по раз­ным каналам. В зависимости от настройки управляющего блока возможны варианты. Пер­вый порадует во­дителей увеличени­ем «тяговитости» – кру­тящий момент на невысоких оборотах возрастает на 12-15%. Второй в какой-то ме­ре успокоит «зеленых»: снизит­ся содержание вредных выбро­сов в отработавших газах. В угоду экологии ВАЗ планирует сделать регулируемым не толь­ко впуск, но и выпуск. На режи­мах, где не требуется полная мощность, выпускной клапан полезно открывать и закрывать пораньше. Тогда часть от­работавших газов останется в цилиндре и разбавит свежий заряд (внутренняя рециркуля­ция). По сравнению с впуском фазы потребуется сдвигать на меньший угол, следовательно, нужна только одна пара порш­ней – эта часть устройства бу­дет проще и дешевле.

Механизм сдвига фаз мо­жет породниться и с другими тольяттинскими моторами, имеющими ременный привод и два распределительных вала (они управляют соответственно впускными и выпускными клапанами). На­пример, можно установить уст­ройство на двигатель ВАЗ-2112, каким уже комплектуют «десятки», изменив головку блока (надо обеспечить подвод масла к механизму и «выделить» место под электромагнит­ный клапан).

Конструкция сейчас в ста­дии доводки, она выдержала длительные испытания на до­работанном двигателе ВАЗ-2112 (к сожалению, ВАЗ-11193 существует пока только как макетный образец) и по их ре­зультатам была несколько из­менена. Впереди очередные экзамены. Если они пройдут успешно, можно ожидать появ­ления механизма сдвига фаз и на серийных двигателях раньше 2004-го.

Пароль: экология!

Американцы первыми почувствовали удушливость автомобильных выхлоп­ных газов и их гнетущее влияние на ок­ружающую среду. Еще в 1955 году Кон­гресс США принял акт о сохранении чи­стоты воздуха, а спустя десять лет – национальную программу по ограниче­нию токсичности выхлопных газов ав­тотранспорта.

Проблема обострялась и, подобно эпидемии, охватывала все новые страны. Уже в 70-е годы полицейские в центре Токио иногда пользовались кислородной маской.

Ныне действуют экологические программы Евро, которые с каждым годом устанавливают все более жесткие требования к выбросу двигателями вредных веществ в атмосферу. Для того, чтобы вписаться в рамки стандартов Евро необходимо при конструировании ДВС уделять большое внимание экологической части.

Главные виновники токсичности вы­хлопных газов - окислы углерода, углеводороды и окислы азота (СО, СН, N О _x ). Современная система для снижения их выброса – каталитический нейтрализатор (его часто называют просто катализатором). Он связан с системой управления двигателем.

Нейтрализатор – это керамический блок с множеством продольных каналов, площадь отверстий которых 1 мм² и тол­щина стенки 0,1- 0,5 мм. На внутреннюю поверхность этих сот-трубок напылен слой платины и родия, всего 3-5 г. Проходя вдоль ячеек катализатора, выхлопные га­зы при высокой температуре подвергают­ся нейтрализации и превращаются в безо­пасные двуокись углерода, водяной пар и азот. Ка­тализаторы снижают токсичность выхлопа примерно на 90%, то есть позволяют при сохранении уровня загрязнения воздуха увеличить численность автотранспорта.

В 1999 модельном году концерн БМВ собирается вывести ка­тализатор для 12-цилиндро- вого двигателя своего флагмана «750 i » на высочайший технический уровень (см. рисунок). При этом должны быть вы­полнены нормы Евро III и Евро IV, а заодно и жесткий калифор­нийский стандарт. В первые секунды после пуска двигателя, пока катализатор еще не прогрелся до рабочей темпе­ратуры, выхлопные газы вылетают сквозь него в трубу практиче­ски без очистки. А чем мощнее двигатель, тем больше размер и масса катализатора и тем дольше он будет прогреваться на холо­стом ходу. БМВ решила установить электрообогреваемый катали­затор «Эмитек» (см. схему). Поскольку разогрев активной массы должен произойти в считанные секунды перед включением стар­тера, нагреватель потребляет огромной силы ток, отдаваемый... дополнительной сверхмощной аккумуляторной батареей! А она для своей зарядки потребовала установки мощного генератора с жидкостным охлаждением. Поскольку и этого оказалось недостаточно, перед новым катализатором предусмо­трен дополни­тельный адсорбер из цеоли­та, способный накопить до 60% углеводородов и хра­нить их в течение 30 секунд. Когда выхлопные газы ста­новятся достаточно горячи­ми, цеолит отдает всю накоп­ленную гадость уже вполне прогретому катализатору.

Список использованной литературы:

1. Журнал «За рулём» №2, 1997 год.

2. Журнал «За рулём» №7, 1997 год.

3. Журнал «За рулём» №8, 1997 год.

4. Журнал «За рулём» №9, 1998 год.

5. Журнал «За рулём» №12, 1998 год.

6. Журнал «За рулём» №1, 1999 год.

7. Журнал «За рулём» №2, 1999 год.

8. Журнал «За рулём» №3, 1999 год.

9. Журнал «За рулём» №8, 1999 год.

10. Журнал «Автомобили» №8, 1998 год.

11. Журнал «Авто ревю» №8, 1999 год.

12. Журнал «Клаксон» №5, 1999 год.