Система газорозподілу VANOS

Система газораспределения VANOS
Система газорозподілу VANOS
Система газорозподілу - одна з найбільш швидко змінюються в сучасному двигуні.
Спочатку розподільний вал "переїхав" в головку циліндрів, потім з'явилися многоклапанные мотори, і ось вже настала пора змінюваних фаз газорозподілу. Втім, від розподільного валу поки нікуди не дітися. Поки...

Навіщо потрібні всі ці хитрування? Відповідь проста: вимоги до економічності, токсичності, пристосовності моторів рік від року ростуть. Задовольнити запити непросто, так що хитромудрі технічні рішення - усвідомлена необхідність. Вже очевидно, що майбутнє - за двигунами з безпосереднім уприскуванням палива, як дизельними, в чиїх перспективах мало хто сумнівається, так і бензиновими, епоха яких тільки почалася. Між тим, завдання системи газорозподілу не змінилася - забезпечувати найкраще наповнення циліндра, продування камери згоряння і високий крутний момент у широкому діапазоні оборотів. Останнього вдалося досягти регулюванням фаз - або поворотом розподільного вала, або за допомогою додаткових кулачків із зміненим профілем. Проте навіть такі складні системи ефективні в досить вузьких межах. Погодитеся, що думка про індивідуальний привід кожного клапана просто зобов'язана була прийти кому-небудь в голову.
"Шкідлива" дросельна заслінка.
Однією з найбільш досконалих конструкцій газорозподільного механізму визнана система Double VANOS, застосовувана фірмою БМВ на рядних шестициліндрових моторах машин нової третьої серії і спортивних М3. Тут обидва розподільчих вала, керуючі відповідно впускними і випускними клапанами, можуть повертатися щодо початкового положення, змінюючи моменти початку впуску і випуску (довжина фаз, що визначається профілем валу, постійна), а також тривалість перекриття клапанів (фаза, коли впускний і випускний клапани відкриті одночасно). Але навіть вона створює оптимальні умови роботи мотора тільки на повному дроселі. В інших режимах потік повітря обмежує дросельна заслінка - саме вона визначає кількість повітря, що надходить у двигун, на підставі якого електроніка керування упорскуванням і запалюванням розраховує кількість бензину і інші параметри.
При роботі двигуна на режимах часткового навантаження від дросельної заслінки один збиток - вона створює у впускному трубопроводі розрідження, яке погіршує наповнення циліндрів. Ідеальним варіантом було б відкривати впускний клапан тільки на час, необхідний, щоб досягти потрібного наповнення циліндра горючою сумішшю.
В результаті з'явилася механічна система керування не тільки фазами, але і підйомом впускних клапанів. До вже стандартного Double VANOS додався механізм, що змінює висоту підйому впускних клапанів (рис. 1). Між розподільним валом 1 і кожною парою впускних клапанів 4 помістили додатковий важіль 3: в залежності від положення його осі обертання змінюється закон руху клапанів. Положення осі, в свою чергу, задається при обертанні ексцентрикового вала 2. Таким чином, і висота підйому клапанів, і, відповідно, тривалість фази впуску змінюються в залежності від натискання на педаль газу і дросельна заслінка стає непотрібною.
Проведені випробування показали, що середня витрата палива двигуном без дросельної заслінки, виміряний за методикою EU 93/116, нижче на 10% у порівнянні зі звичайним двигуном, оснащеним тільки Double VANOS. Якщо в реальній експлуатації велика частка режимів з частково відкритою дросельною заслінкою, то економія може сягати навіть 18%.
За твердженням фахівців фірми, подібна система - можливий межа вдосконалення бензинового двигуна з уприскуванням у впускний трубопровід. Подальше збільшення ефективності можливе тільки з допомогою досить екзотичних конструкцій, змінюють, здавалося б, непорушне - ступінь стиснення та робочий об'єм двигуна.
Від механічного до електромагнітному
Чи можна поліпшити наповнення циліндрів, не збільшуючи число і розмір клапанів, не подовжуючи фазу впуску і не збільшуючи підйом? Можна - якщо приводити клапани не з допомогою кулачків, а електромагнітним або гідравлічним приводом. При тих же часом відкриття і висотою підйому визначальний параметр "час-переріз" буде більше, оскільки клапан відкривається і закривається значно швидше. Тільки завдяки цьому можна збільшити крутний момент двигуна приблизно на 5%.
Досвідчений зразок чотирициліндрового мотора БМВ з електромагнітними клапанами і безпосереднім уприскуванням бензину вже відчувають на стендах у Мюнхені. Привід клапанів виглядає наступним чином: підпружинений клапан поміщений між двома електромагнітами, які утримують його в крайніх положеннях: закритому або повністю відкритому. Спеціальний датчик видає блоку управління інформацію про поточному положенні клапана. Це необхідно, щоб знизити до мінімальної його швидкість у момент торкання сідла. Кількість повітря, що надходить у циліндр, визначається тривалістю відкриття клапана - висота підйому не регулюється.
Можливості системи практично нічим не обмежені: досить змінити програму управління клапанами, щоб мотор з чотирма клапанами на циліндр в частки секунди став двох - або трехклапанным; можна вибірково відключати циліндри, ефективно гальмувати двигуном при будь-яких оборотах, на ходу змінювати робочий процес і перетворювати чотиритактний мотор в двотактний або шести-, навіть у восьмитактный (на режимах з частковим навантаженням) - такого шикарного інструменту для найрізноманітніших досліджень у двигателистов ще не було.
"Даймлер-Бенц" грає на дизелі
Веде дослідження в області індивідуального керування клапанами і компанія "Даймлер-Бенц". Двигун в лабораторії Ульріха Летше обладнаний гідравлічним приводом клапанів (рис. 2). "Але багато хто спочатку неправильно розуміють його роботу, - говорить г-н Летше. - Вони вважають, що клапани приводяться тільки гідравлічно".
Насправді привід нагадує пружинний маятник - гідравліка служить лише "спусковим гачком", після якого рухом клапана управляє пружина. Для дизельного двигуна необхідні велика потужність і зусилля приводу, оскільки в момент відкриття випускного клапана в циліндрі ще досить великий тиск.
Досвідчений двигун Летше - одноциліндровий, з робочим об'ємом близько 2 л - зібрано на основі поршневої групи двигуна "Мерседес-Бенц-Актрос". Максимальне число оборотів не перевищує 2000 об/хв, але переваги нового газорозподільного механізму очевидні. Фази відкриття впускних і випускних клапанів оптимальні у всьому діапазоні частот обертання і навантажень, що дозволяє економити до 10% палива і приблизно на стільки ж зменшити токсичність вихлопу. І хоча для дизельних двигунів вантажівок високі обороти не потрібні, гідропривід зберігає працездатність до 6000 про/хв, що робить можливим його застосування і на легкових автомобілях.
Особливо привабливим для вантажних автомобілів виглядає управління процесом гальмування двигуном за рахунок варіювання ширини фази випуску, а також зміни робочого об'єму багатоциліндрових двигунів шляхом відключення циліндрів.
Чи Далеко до ринку?
Зрозуміло, на це питання ніхто з фахівців не дав прямої відповіді - подібні відомості завжди тримають в таємниці до останнього дня. Якщо мова йде про моторі з електромагнітним приводом клапанів, то шанувальників баварської фірми можна засмутити: хоча експериментальний двигун зовні дуже схожий на серійний, до початку виробництва, за найоптимістичнішими прогнозами, не менше п'яти років. Інша справа мотор без дросельної заслінки з механічним управлінням підйомом клапанів - він може з'явитися на конвеєрі вже через пару років.
"Мерседесівський" мотор - поки ще тільки лабораторна "морська свинка", але якщо поліпшення економічних показників виправдає ускладнення конструкції, то чекати доведеться не так вже довго.
Однак найголовніше попереду - варіювання характеристик поршневих моторів в неймовірно широких межах стає доступним людині з комп'ютером, а екіпаж XXI століття остаточно перетворюється в ЕОМ на колесах. А наш старий знайомий - розподільний вал... йде на пенсію, та не один, а разом з дросельної заслінкою.
04:12
1
RSS