Двигатель без дроссельной заслонки

Система газораспределения - одна из наиболее быстро изменяющихся в современном двигателе. Сначала распределительный вал "переехал" в головку цилиндров, потом появились многоклапанные моторы, и вот уже наступила пора изменяемых фаз газораспределения. Впрочем, от распределительного вала пока никуда не деться. Пока...
Система управления высотой подъема клапанов Valvetronic от BMW. Бездроссельный двигатель
Зачем нужны все эти ухищрения? Ответ прост: требования к экономичности, токсичности, приспособляемости моторов год от года растут. Удовлетворить запросы непросто, так что замысловатые технические решения - осознанная необходимость. Уже очевидно, что будущее - за двигателями с непосредственным впрыском топлива, как дизельными, в чьих перспективах мало кто сомневается, так и бензиновыми, эпоха которых только началась. Между тем, задача системы газораспределения не изменилась - обеспечивать наилучшее наполнение цилиндра, продувку камеры сгорания и высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Последнего удалось достичь регулированием фаз - либо поворотом распределительного вала, либо с помощью дополнительных кулачков с измененным профилем. Однако даже такие сложные системы эффективны в довольно узких пределах. Согласитесь, что мысль об индивидуальном приводе каждого клапана просто обязана была прийти кому-нибудь в голову.

Чем мешает дроссельная заслонка

Double VANOS
Одной из самых совершенных конструкций газораспределительного механизма признана система Double VANOS, применяемая фирмой БМВ на рядных шестицилиндровых моторах машин новой третьей серии и спортивных М3. Здесь оба распределительных вала, управляющие соответственно впускными и выпускными клапанами, могут поворачиваться относительно начального положения, изменяя моменты начала впуска и выпуска (длина фаз, определяемая профилем вала, постоянна), а также продолжительность перекрытия клапанов (фаза, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Но даже она создает оптимальные условия работы мотора только на полном дросселе. В иных режимах поток воздуха ограничивает дроссельная заслонка - именно она определяет количество воздуха, поступающее в двигатель, на основании которого электроника управления впрыском и зажиганием рассчитывает количество бензина и остальные параметры. При работе двигателя на режимах частичной нагрузки от дроссельной заслонки один убыток - она создает во впускном трубопроводе разрежение, которое ухудшает наполнение цилиндров. Идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое, чтобы достичь нужного наполнения цилиндра горючей смесью.
Механизм изменяющий высоту подъема впускных клапанов
В результате появилась механическая система управления не только фазами, но и подъемом впускных клапанов. К уже стандартному Double VANOS добавился механизм, изменяющий высоту подъема впускных клапанов (рис. 1). Между распределительным валом 1 и каждой парой впускных клапанов 4 поместили дополнительный рычаг 3: в зависимости от положения его оси вращения изменяется закон движения клапанов. Положение оси, в свою очередь, задается при вращении эксцентрикового вала 2. Таким образом, и высота подъема клапанов, и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа и дроссельная заслонка становится ненужной.
Проведенные испытания показали, что средний расход топлива двигателем без дроссельной заслонки, измеренный по методике EU 93/116, ниже на 10% по сравнению с обычным мотором, оснащенным только Double VANOS. Если в реальной эксплуатации велика доля режимов с частично открытой дроссельной заслонкой, то экономия может достигать даже 18%.
По утверждению специалистов фирмы, подобная система - возможный предел усовершенствования бензинового двигателя с впрыском во впускной трубопровод. Дальнейшее увеличение эффективности возможно только с помощью весьма экзотических конструкций, изменяющих, казалось бы, незыблемое - степень сжатия и рабочий объем двигателя.

От механического к электромагнитному

Можно ли улучшить наполнение цилиндров, не увеличивая число и размер клапанов, не удлиняя фазу впуска и не увеличивая подъем? Можно - если приводить клапаны не с помощью кулачков, а электромагнитным или гидравлическим приводом. При тех же времени открытия и высоте подъема определяющий параметр "время-сечение" будет больше, поскольку клапан открывается и закрывается значительно быстрее. Только благодаря этому можно увеличить крутящий момент двигателя примерно на 5%. Опытный образец четырехцилиндрового мотора БМВ с электромагнитными клапанами и непосредственным впрыском бензина уже испытывают на стендах в Мюнхене. Привод клапанов выглядит следующим образом: подпружиненный клапан помещен между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью открытом. Специальный датчик выдает блоку управления информацию о текущем положении клапана. Это необходимо, чтобы снизить до минимальной его скорость в момент касания седла. Количество воздуха, поступающего в цилиндр, определяется продолжительностью открытия клапана - высота подъема не регулируется.
Возможности системы практически ничем не ограничены: достаточно изменить программу управления клапанами, чтобы мотор с четырьмя клапанами на цилиндр в доли секунды стал двух- или трехклапанным; можно выборочно отключать цилиндры, эффективно тормозить двигателем при любых оборотах, на ходу изменять рабочий процесс и превращать четырехтактный мотор в двухтактный или шести-, даже в восьмитактный (на режимах с частичной нагрузкой) - такого шикарного инструмента для самых разнообразных исследований у мотористов еще не было.

Мерседесовские наработки

Ведет исследования в области индивидуального управления клапанами и компания "Даймлер-Бенц". Двигатель в лаборатории Ульриха Летше оборудован гидравлическим приводом клапанов. "Но многие поначалу неправильно понимают его работу, - говорит г-н Летше. - Они полагают, что клапаны приводятся только гидравлически". На самом деле привод напоминает пружинный маятник - гидравлика служит лишь "спусковым крючком", после которого движением клапана управляет пружина. Для дизельного двигателя необходимы большая мощность и усилие привода, поскольку в момент открытия выпускного клапана в цилиндре еще достаточно большое давление. Опытный двигатель Летше - одноцилиндровый, рабочим объемом около 2 л - собран на основе поршневой группы мотора "Мерседес-Бенц-Актрос". Максимальное число оборотов не превышает 2000 об/мин, но преимущества нового газораспределительного механизма очевидны. Фазы открытия впускных и выпускных клапанов оптимальны во всем диапазоне частот вращения и нагрузок, что позволяет экономить до 10% топлива и примерно на столько же уменьшить токсичность выхлопа. И хотя для дизельных двигателей грузовиков высокие обороты не нужны, гидропривод сохраняет работоспособность до 6000 об/мин, что делает возможным его применение и на легковых автомобилях. Особенно привлекательным для грузовых автомобилей выглядит управление процессом торможения двигателем за счет варьирования ширины фазы выпуска, а также изменения рабочего объема многоцилиндровых моторов путем отключения цилиндров.

Когда двигатели без дросселя пойдут в серию?

Разумеется, на этот вопрос никто из специалистов не дал прямого ответа - подобные сведения всегда держат в тайне до последнего дня. Если речь идет о моторе с электромагнитным приводом клапанов, то поклонников баварской фирмы можно огорчить: хотя экспериментальный двигатель внешне очень похож на серийный, до начала производства, по самым оптимистичным прогнозам, не меньше пяти лет. Иное дело мотор без дроссельной заслонки с механическим управлением подъемом клапанов - он может появиться на конвейере уже через пару лет.
"Мерседесовский" мотор - пока еще только лабораторная "морская свинка", но если улучшение экономических показателей оправдает усложнение конструкции, то ждать придется не так уж долго.
Однако самое главное впереди - варьирование характеристик поршневых моторов в невероятно широких пределах становится доступным человеку с компьютером, а экипаж XXI века окончательно превращается в ЭВМ на колесах. А наш старый знакомый - распределительный вал уходит на пенсию, да не один, а вместе с дроссельной заслонкой.

Бездроссельный двигатель с системой Valvematic от Toyota

Проблема управления клапанами в бензиновых двигателях долгое время ставила японские силовые агрегаты на посредственные позиции в гонке технического оснащения среди мировых лидеров производства. Система VVT-I и Dual VVT-I оправдала свои надежды лишь на некоторых типах авто, в частности, на мощных и объемистых двигателях.
Бездроссельный двигатель с системой Valvematic от Toyota
Для наиболее популярных агрегатов объемом от 1.6 до 2.0 литров в 2007 году инженеры Toyota разработали новую систему управления клапанов – Valvematic. Система получила широкое распространение на самых популярных бензиновых двигателях Toyota.

Принцип управления клапанами

Новая разработка частично решает проблемы с использованием некачественного топлива. Valvematic автоматически подстраивается под стиль вождения и под другие условия, что позволяет ей контролировать не только эффективность работы клапанов, но и безопасность эксплуатации двигателя.
Принцип управления клапанами Valvematic
Разобраться в том, что это такое, и как действует вся система, поможет тезисное описание принципа ее действия: • бесступенчатое изменение фаз работы клапанов; • эффективное и уникальное изменение высоты подъема клапанов (главная особенность); • возможность подстраиваться под скорость и условия движения, обеспечивая необходимую мощность двигателя.
С помощью контроля подъема клапанов японцам удалось добиться отличных результатов в эксплуатационных характеристиках двигателей. Но Valvematic не работает с объемистыми двигателями свыше 2 литров. На данный момент Toyota использует технологию на 1.6, 1.8 и 2-литровых бензиновых силовых агрегатах.
Принцип работы системы прост – происходит контроль количества воздуха, который поступает в ДВС в процессе работы. Так изменяется обогащение топливной смеси и регулируется потенциал двигателя в разных ситуациях.

Преимущества технологии

После разработки новой системы управления клапанами Toyota смогла сделать свои моторы более универсальными. Предыдущее поколение бензиновых агрегатов практически на всех седанах и хэтчбеках показало значительные неполадки при эксплуатации в сложных условиях, использовании плохого топлива и так далее. Двигатель Valvematic обладает следующими вескими преимуществами: — снижение расхода топлива в среднем на 10%; — значительное увеличение мощности и эластичности работы агрегата; — сокращение выброса CO2 на 12% (на примере ДВС 1.6 литра). Система Valvematic Toyota получила массу положительных отзывов специалистов, ведь инженерам японской корпорации удалось значительно повысить КПД агрегатов, уменьшив при этом их реальный расход топлива.

Недостатки

Как у любого технологического новшества, у Valvematic также есть негативные отзывы водителей и экспертов. Одной из причин таких отзывов является посторонний звук в работе двигателя. Этот звук напоминает цоканье плохо настроенных клапанов. Но он проходит после 10-15 тысяч пробега мотора. Еще одной проблемой для автомобилей с большим пробегом стал контроллер системы, который не подлежит ремонту. Замена его обходится в большую сумму денег, но автомобилям с пробегом до 200 тысяч километров подобная неисправность не грозит. Подобные недостатки с лихвой перекрываются преимуществами системы.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ


Гидравлический пресс - устройство и принцип работы

Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля, который утверждает, что давление (P) в ограниченном объеме, вызванное силой (F1), в области (A1), передается без уменьшения, вызывая силу (F2), в области (A2). Этот закон может применят...

Для чего нужен датчик кислорода

Что это за элемент? Почему у него такое странное название и для чего нужен датчик кислорода в принципе? Второе название - лямбда зонд. Любой современный автомобиль скрывает внутри себя электронику. Даже у сверхбюджетной машины, не имеющей никаких бла...

Датчик давления масла КАМАЗ 740

Датчик давления масла Камаз 740 — чувствительный элемент контрольно-измерительных приборов и приборов сигнализации системы смазки поршневых двигателей внутреннего сгорания; датчик для измерения давления в системе смазки и сигнализации о его снижении...

Планетарный механизм

Прежде чем рассматривать устройство и принцип работы планетарного механизма необходимо обозначить его назначение. Он служит для изменения скорости (иногда направления) вращения выходного вала. В работе этого механизма прослеживается такая зависимость...

Toyota Prius First Drive 2019: полный привод

Эффективность Toyota Prius 2019 года является выдающейся среди автомобилей с ДВС. Машина потребляет 3 литра на 100 км в независимости от стиля вождения. и это рекорд среди гибридов. Тойота сделала Prius 2019 универсальной машиной, она хороша как в го...

Как защитить лакокрасочное покрытие автомобиля от сколов

Мы все боимся того дня, когда на нашей блестящая, новой машине появятся царапины и сколы и она потеряет свой вид. Но можно избежать этого дня защитив лакокрасочное покрытие автомобиля защитной пленкой. Защитная авт...

Сравнение редукторного стартера и стартера прямого привода

Еще несколько лет назад большинство стартеров для грузовых автомобилей, автобусов и тяжелых транспортных средств имели конструкцию с прямым приводом. В настоящее время есть выбор, купить стартер с прямым приводом или редукторный стартер. У каждой кон...

Бензонасос ВАЗ 2114

Есть несколько ситуаций, при которых можно грешить на насос или его составные части. Это придется проверить обязательно. Иначе вы можете потратить огромные деньги на покупку и установку нового топливного насоса, а в итоге окажется, что проблема заклю...