Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Внешняя скоростная характеристика

Характер кривых Ne, 7WK, ge и GT на регуляторной характеристике в диапазоне частот вращения от пн до пт п ( корректорная ветвь) примерно такой же, как и на внешней скоростной характеристике . [46]

Абсолютная внешняя скоростная характеристика карбюраторных двигателей принципиально ничем не отличается от кг / сп внешней скоростной характеристики, и двигатель может работать на обеих характеристиках без каких-либо вредных последствий. [47]

Внешняя скоростная характеристика Ne f ( п) карбюраторного двигателя представлена на фиг. Абсолютная внешняя скоростная характеристика карбюраторных двигателей принципиально ничем не отличается от внешней скоростной характеристики, и двигатель может работать на обеих характеристиках без каких-либо вредных последствий. [48]

Внешнюю скоростную характеристику карбюраторного двигателя получают путем его испытания при разных числах оборотов и работе на богатой смеси с полностью открытой дроссельной заслонкой. [50]

Работа дизельного двигателя с дымлением недопустима, так как при этом происходит быстрый выход из строя форсунок и закоксовы-вание поршневых колец. Поэтому внешняя скоростная характеристика обычно ограничивается пределом дымления. [51]

Перечисленные двигатели, в число которых не включены двухтактные дизели как редко применяемые, имеют свои специфические особенности протекания процессов рабочего цикла, в частности наполнения и сгорания. Вследствие этого внешние скоростные характеристики данных типов двигателей , при одинаковых максимальной мощности и числе оборотов, протекают по-разному. [52]

Скоростная характеристика, соответствующая полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или полной подаче топливного насоса дизельного двигателя, называется внешней скоростной характеристикой двигателя. Таким образом, внешняя скоростная характеристика определяет наибольшие мощности, которые можно получить от данного двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала. [53]

Данные для построения внешней скоростной характеристики , как уже отмечалось, определяют при испытании двигателя в лаборатории. [54]

На рис. 197, б изображены кривые крутящего момента двигателя при работе с двухрежимным регулятором. Кривая 8 соответствует внешней скоростной характеристике дизеля , кривые 9 — 11 — его частичным скоростным характеристикам. Такое изменение крутящего момента в зоне малых частот вращенпя обусловливает устойчивую работу дизеля на холостом ходу. [56]

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, то характеристики М f ( n) и Ne f ( n) называются внешними скоростными характеристиками двигателя. Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и Ne параметров процесса, то каждая из указанных характеристик называется абсолютной внешней скоростной. [57]

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, характеристики М f ( п) и Nе f ( n ] носят название внешних скоростных характеристик двигателя. Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и N е параметров процесса, то характеристика называется абсолютной внешней скоростной. [58]

Это режимы, соответствующие разгону, установившемуся движению, торможению двигателем ( принудительный холостой ход) и собственно холостому ходу. Весь диапазон возможных режимов ограничивается внешней скоростной характеристикой карбюраторного двигателя jpuc. В этой зоне двигатель работает при составе смеси, близком к стехиометрическому ( а х 1), с наибольшей полнотой сгорания и образованием наименьшего количества продуктов неполного сгорания топлива. [60]

2. Двигатель и его характеристики

Двигатель является основным источником энергии, необходи­мой для движения автомобиля. Характеристики двигателя служат для определения его мощностных и экономических показателей. Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эф­фективность их использования, техническое состояние и каче­ство ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей.

2.1. Скоростные характеристики двигателей

Скоростной характеристикой называются зависимости эффек­тивной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме дви­гателя от угловой скорости коленчатого вала е.

У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные.

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топ­лива.

Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характери­стику и большое число частичных, среди которых и характерис­тика холостого хода.

На частичных скоростных характеристиках значения эффектив­ной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения

Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют при ра­боте двигателя только на внешней скоростной характеристике. аналогичен.

Рис. 2.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Рассмотрим внешние скоростные характеристики бензиновых двигателей и дизелей, которые имеют некоторые отличительные особенности

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рис. 2.1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

• Nmax —- максимальная (номиналь­ная) эффективная мощность;

N — угловая скорость коленча­того вала при максимальной мощно­сти;

• Мmах — максимальный крутящий момент;

м — угловая скорость коленча­того вала при максимальном крутя­щем моменте;

• Nм — мощность при максималь­ном крутящем моменте;

•МN — крутящий момент при мак­симальной мощности;

min — минимальная устойчивая угловая скорость коленчато­го вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей min = 80. 100 рад/с;

mах — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорос­ти автомобиля при движении на высшей передаче; для бензино­вых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала mах = (1,05. 1,1) n.

Из рис. 2.1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях N и м затем уменьшают­ся с ростом е вследствие ухудшения наполнения цилиндров го­рючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают дина­мические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях работает главным образом в интервале угловых скоростей от M до N.

Внешняя скоростная характерис­тика бензинового двигателя с огра­ничителем угловой скорости колен­чатого вала показана на рис. 2.2. Та­кие двигатели применяют на грузо­вых автомобилях и автобусах.

Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигате­ля и снижает угловую скорость

коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ог­раничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возра­стает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включе­ние ограничителя соответствует максимальной угловой скорости max = (0,8. 0,9) N. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при

Рис. 2.2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двига-теля с ограничителем уг­ловой скорости коленчатого вала

отсутствии ограничителя, т.е. Nmax, соответствую­щая угловой скорости коленчатого вала N.

Внешняя скоростная характеристика дизеля представлена на рис. 2.3. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальной в этом случае считается мощность, которая соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т. е. Nmax при угловой скорости N. Для дизелей максимальная угловая ско­рость коленчатого вала практически совпадает с угловой скоростью при максимальной мощности (max=N).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик бензи­новых двигателей и дизеля следует, что максимальные значения эффективного крутящего момента Мmах и эффективной мощности Nmах получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения Mmах смещены влево относительно значений Nmах, что необходимо для устойчивой работы двигателя, или, иначе говоря, для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Читать еще:  Щелчок в колонках при запуске двигателя

Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. В этом случае сопротивление дороги возрастает, скорость автомо­биля и угловая скорость коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент двигателя увеличива­ется, обеспечивая возрастание тяго­вой силы на ведущих колесах авто­мобиля. Чем больше увеличение кру­тящего момента при уменьшении угловой скорости коленчатого вала, тем выше приспособляемость дви­гателя и меньше вероятность его остановки. У бензиновых двигателей увеличение (запас )

крутящего момента достигает 30 %, а у дизелей — 15%

Скоростные характеристики двигателей определяют экспериментальнов процессе их испытании на специальных стендах.

Рис. 2.3. Внешняя скоростная характеристика дизеля с ре­гулятором угловой скорости коленчатого вала

При проведении испытаний с двигателя сни­мают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Мощность и крутящий момент, измеренные при испытаниях и приведенные к условиям, соответствующим давлению окружаю­щего воздуха 1 атм. и температуре 15 °С, называют стендовыми. Их указывают в технических характеристиках, инструкциях, катало­гах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 10. 20 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с размещением на двигателе элементов различных систем, которые демонтируют при испытаниях. Кроме того, давление и температура наружного воздуха при работе двигателя на автомо­биле отличаются от таковых при измерениях.

Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя мож­но получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную ха­рактеристику можно рассчитать, используя известные соотноше­ния.

Для бензиновых двигателей

Для четырёхтактных дизелей

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент — в Н-м, угловая скорость — в рад/с.

Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении органа управления двигателем.

Внешняя скоростная характеристика определяется при полном открытии дроссельной заслонки или при положении органа управления подачей топлива, которое обеспечивает получение номинальной мощности дизеля.

Частичные скоростные характеристики снимают при промежуточном положении органа управления двигателем.

Внешняя скоростная характеристика соответствует работе двигателя автомобиля, движущегося в условиях переменного дорожного сопротивления, но при постоянном и предельном положении органа управления, например при разгоне автомобиля.

Внешняя скоростная характеристика является основной паспортной характеристикой двигателя. По методике, установленной государственным стандартом, в зависимости от укомплектованности двигателя устройствами и оборудованием, определяют:

мощность нетто при укомплектовании двигателя серийным оборудованием по стандарту (вентилятором, генератором, воздухоочистителем, глушителем и др.), а регулировки соответствуют техническим условиям; отключают лишь вспомогательные системы автомобиля (компрессор тормозной системы, насос гидроусилителя рулевого управления, компрессор кондиционера и т.д.);

мощность брутто – допускается отключать или снимать некоторые устройства, обслуживающие двигатель, а также использовать оптимальные (а не штатные) регулировки отдельных его систем.

Мощность брутто больше мощности нетто.

Для сопоставления результатов испытаний, полученных при разных атмосферных условиях, мощностные показатели двигателей Ne, Мк и ре приводят к стандартным атмосферным условиям: атмосферное давление В = 100 кПа (750 мм рт.ст.), температура воздуха Т = 298 К, парциальное давление сухого воздуха рв = 99 кПа, температура топлива (для дизелей) Тт0 = 298 К. Показатели Ne0, Мк0 и ре0 вычисляют умножением полученных экспериментально значений на поправочный коэффициент.

В дизелях применяют системы наддува, настроенные на промежуточную (не номинальную) частоту вращения, а также регулируемого наддува. Это обеспечивает улучшение экономичности на малых частотах. На высоких частотах вращения увеличение работы выпуска ухудшает экономичность. Поэтому у дизелей, работающих в широком диапазоне частот вращения, применяют перепуск газов, минуя турбину. Также используют и другие способы регулирования турбин, например, с помощью изменения минимального эффективного сечения и угла входа газа на лопатки колеса.

Применение управляемого комбинированного наддува, при котором и приводной компрессор, и турбокомпрессор подключены последовательно, представляет собой эффективный способ формирования внешней скоростной характеристики дизеля: на малых частотах вращения повышает плотность воздуха приводной компрессор, а на больших – турбокомпрессор. При достижении определенной частоты вращения и малой нагрузке двигателя приводной компрессор автоматически отключается. На малых нагрузках и высоких частотах вращения автоматически открываются клапаны перепуска газов мимо турбины. Эта система обеспечивает высокий запас крутящего момента и высокую экономичность во всем диапазоне режимов работы дизеля.

Крутящий момент Мк при повышении частоты вращения от минимально устойчивой до пм растет из-за увеличения hV и hi. После достижения максимума при дальнейшем увеличении п крутящий момент снижается из-за уменьшения hV и hм.

Для повышения запаса крутящего момента дизелей без наддува (обычно mн не превышает 12% из-за ограничений по дымности) и дизелей с нерегулируемым наддувом осуществляют прямую коррекцию топливоподачи (обеспечивая постоянную цикловую подачу от пном до пМкmах), а при работе дизеля с полной нагрузкой на малых частотах вращения – обратную коррекцию (уменьшая цикловую подачу) для снижения дымности отработавших газов. При регулируемом наддуве можно повысить запас крутящего момента до 35. 40 %.

Если для дизеля без наддува rк практически не зависит от п, то при газотурбинном наддуве она является одним из управляющих параметров.

Характеристики агрегатов наддува существенно влияют на параметры дизеля. При применении приводного компрессора повышение его КПД уменьшает затраты мощности на привод и, как следствие, обеспечивает рост hм и уменьшение ge. При газотурбинном наддуве повышение КПД турбокомпрессора также снижает потери на газообмен, повышает hм и уменьшает ge.

Ведущие колеса автомобиля приводят его в движение в результате возникновения силы тяги, которая появляется при приложении тягового момента к полуосям ведущих колес:

(2.1)

где Рт— сила тяги; Мт тяговый момент; r— радиус колеса.

Тяговый момент зависит от крутящего момента Мк, снимаемого с коленчатого вала двигателя:

(2.2)

где Мк крутящий момент двигателя; iтр — передаточное число силовой передачи; — КПД трансмиссии.

Скорость движения автомобиля может быть определена по формуле (2.3)

(2.3)

где п— частота вращения коленчатого вала; iтрi — передаточное число трансмиссии на 1-ой передаче.

Сила тяги на ведущих колесах зависит от развиваемой двигателем мощности и скорости движения автомобиля:

(2.4)

где Ne эффективная мощность двигателя; скорость движения на 1-ой передаче.

Скоростная характеристика двигателя определяется зависимостями Neи Мкот частоты вращения коленчатого вала.

Таким образом, частота вращения коленчатого вала является определяющим параметром для показателей Ne, Мт и Рт.

Рис. 1 – Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя ωmin – минимальная устойчивая угловая скорость вращения коленчатого вала;ωmin = 60…90 рад/с; ωM – угловая скорость коленчатого вала при максимальном моменте; ωN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности; ωV – максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала или угловая скорость вращения коленчатого вала соответственная максимальной скорости движения автомобиля;
Читать еще:  Блок управления 3 фазным двигателем схема

= 1,05 … 1,25 – для бензинового двигателя

Рис. 2 – Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя

= 0,95 … 1 – для дизельного двигателя

На рис. 1 приведена внешняя скоростная характеристика двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке, которая определяет предельные возможности двигателя при значениях частоты вращения коленчатого вала от nminдо nmax .

В соответствии с уравнениями (2.1)—(2.4) предельная сила тяги на ведущих колесах автомобиля зависит от Мкили Neс учетом значений nтр, rи iтр.

Скоростная характеристика зависит также от типа двигателя: чем круче кривая Ne, тем двигатель обладает большей приемистостью.

Сдвиг по фазе

В конструкции современных двигателей традиционные однорежимные механизмы газораспределения все чаще уступают место регулируемым ГРМ, которыми управляет электроника. В обиходе специалистов стали привычными аббревиатуры VТЕС, VTC, VVT, VANOS, VVEL, MIVEC. В чем «фишка» таких систем и как они устроены? Ответы на эти вопросы нам помогут найти сведения из теории ДВС и знакомство с опытом конструкторов Honda Motor, которые одни из первых применили регулируемые ГРМ на двигателях серийных автомобилей.

Отдавая должное гению создателей ДВС, нельзя не сказать, что их детище – далеко не идеальный вариант, особенно когда речь идет об обычном дорожном автомобиле. Если взглянуть на скоростную характеристику ДВС традиционной конструкции (рис. 1), его несовершенство становится очевидным. Крутящий момент, мощность, эффективный КПД, а вслед за ним и удельный расход топлива такого двигателя в большой степени зависят от его частоты вращения. Эти параметры имеют оптимум в узком диапазоне скоростных режимов работы, а при отклонении оборотов в ту или иную сторону резко ухудшаются. К тому же оптимальные величины экономичности и максимальной мощности достигаются при различной частоте вращения. Значит, добиться одновременно и предельной мощности, и эффективности использования топлива принципиально невозможно.

Нужно также иметь в виду, что на рис. 1 представлена так называемая внешняя скоростная характеристика. Это «парадные кривые», полученные при полностью открытом органе управления (дроссельной заслонке для искровых ДВС с количественным регулированием). В реальных условиях эксплуатации автомобиля двигатель бÓльшую часть времени работает в режимах неполной нагрузки с частично открытой заслонкой. Принудительное дросселирование поступающего в двигатель воздуха снижает его эффективность и ухудшает и без того не радующую глаз скоростную характеристику. К примеру, известно, что эффективный КПД бензинового мотора в экономичных режимах работы достигает почти 40%. Мы редко задумываемся о том, что остается от этой не большой, но и не маленькой величины, когда двигатель работает на низких оборотах, да еще и с едва приоткрытым дросселем. Так вот, в таких условиях современный высокотехнологичный мотор ненамного превосходит по эффективности архаичную паровую машину.

Подводя итог «очернительству» одного из величайших изобретений XIX века, можно сказать, что традиционный ДВС, конструкция которого оставалась практически неизменной на протяжении многих десятилетий, – агрегат, по своей сути, однорежимный. Он наиболее гармонично вписывается в конструкцию аппаратов, большую часть времени работающих в стационарном режиме, – речных и морских судов, энергосиловых установок и т.п. По этой же причине применение ДВС в составе дорожных автомобилей, отличающихся разнообразием режимов движения, требует применения разного рода ухищрений. Одно из них хорошо знакомо и давно стало неотъемлемой частью автомобиля. Речь идет о трансмиссии с переменным передаточным отношением. Она позволяет в определенной степени адаптировать «однорежимный» мотор к выполнению его миссии в широком диапазоне режимов движения автомобиля. Помимо внешних по отношению к двигателю способов адаптации известны и внутренние меры, имеющие целью расширить область рабочих режимов, в которых ДВС проявляет свои лучшие качества. К таковым относятся, например, совершенствование алгоритмов ЭСУ по контролю топливоподачи и зажигания или разработка двигателей с переменной степенью сжатия.

Один из наиболее действенных способов внутреннего регулирования двигателя для улучшения его характеристик на всех режимах работы – управление процессами газообмена. Грамотная организация газообмена позволяет решить много задач: улучшить очистку цилиндров от продуктов сгорания и увеличить их наполнение свежей топливовоздушной смесью, улучшить смесеобразование и сократить потери на газообмен. Главное, их решение сопровождается приятными последствиями — приростом мощности, динамики, экономичности и сокращением вредных выбросов в атмосферу.

За газообмен в двигателе, как известно, отвечает газораспределительный механизм (ГРМ). Его работа характеризуется двумя основными параметрами – фазами газораспределения и пропускной способностью клапанов или их время-сечением. Управляя этими параметрами, можно оптимизировать газообмен на любом режиме работы двигателя, при любой частоте вращения и нагрузке. Закономерности газообмена в ДВС хорошо изучены, и задача оптимизации не представляет трудностей. Беда в том, что на разных режимах работы двигателя требования к работе ГРМ различные, иногда – взаимоисключающие. То, что хорошо для двигателя в режиме холостого хода, при увеличении частоты вращения и нагрузки оказывается неоптимальным, а в режиме максимальной мощности – и вовсе вредным.

Как с этим мирились в случае использования ГРМ традиционной конструкции? Очень просто – параметры газораспределительного механизма выбирались такими, чтобы двигателю «было хорошо» в наиболее важном для него диапазоне режимов. Для спортивного мотора это режим предельных мощностей и оборотов, для двигателя серийного дорожного автомобиля – нечто среднее по оборотам и нагрузке. Если режим работы двигателя отклоняется от оптимального диапазона – его характеристики однозначно ухудшаются, и чем дальше – тем больше, вплоть до возникновения проблем. Хорошо известно, что моторы «заряженных» спорткаров отличаются неустойчивой работой на холостом ходу. Запустить двигатель «формулы», рассчитанный на работу при частоте вращения 15 000–20 000 мин‑1, и рвануть со стартовой решетки не заглохнув – проблема. С другой стороны, «раззадорить» обычного «трудягу», чья миссия заключается в перемещении автомобиля по дорогам общего пользования, можно лишь при движении под горочку.

Возникает законный вопрос: а нельзя ли объединить в одном моторе «огонь и воду» – высокую мощность и эксплуатационные характеристики, приемлемые для серийного дорожного автомобиля (беспроблемный пуск, устойчивую работу на холостом ходу, эластичность, экономичность и т. д.)? Логика подсказывает, что это возможно, если сконструировать ГРМ, в котором параметры (фазы газораспределения и время-сечение клапанов) можно регулировать в зависимости от режима работы двигателя. Пользуясь «задним умом», мы сделали этот вывод за несколько минут. В действительности все было не так просто и однозначно, как на бумаге. К идее создания регулируемого ГРМ конструкторы пришли давно, когда требования к моторам отличались от современных. В частности, проблемы экономичности и экологии не стояли так остро. Соответственно, они руководствовались несколько иными мотивами. Хотя главное, конечно, результат, «вернуться к истокам» будет небесполезно.

Какие требования предъявляют к двигателю современного дорожного автомобиля? Во-первых, он должен развивать высокую мощность и при этом быть компактным и легким. Во-вторых, он должен быть «эластичным», что придает автомобилю удобство в управлении и приемистость. Это свойство достигается при достаточно высоком крутящем моменте, имеющем минимально возможную зависимость от частоты вращения. В-третьих, двигатель должен быть экономичным. Более экономное расходование топлива не в ущерб мощностным характеристикам двигателя – это меньшие эксплуатационные затраты и, конечно, меньшие суммарные выбросы вредных веществ. Хотя в нашем перечне экологический фактор оказался на последнем месте, хорошо известно, что ему уделяется приоритетное внимание. Несоответствие экологическим нормам однозначно закрывает двигателю дорогу «в серию».

Читать еще:  Что показывает крутящий момент двигателя

У истоков

В стародавние времена, лет эдак «…цать» тому назад, приоритетной задачей разработчиков ДВС для серийных легковых автомобилей было повышение их мощности. Не секрет, что для увеличения мощности, снимаемой с вала двигателя, требуется сжечь больше топлива в его цилиндрах. Увеличить подачу топлива – не проблема. Проблема – подать в двигатель больше воздуха, точнее, содержащегося в нем кислорода, необходимого для горения. Эта задача решается разными способами. Самый простой – увеличение объема цилиндров – приводит к росту веса и габаритов, а вслед за ними и стоимости двигателя. Возрастают момент инерции его деталей и внутренние потери на трение.

Другой способ, заключающийся в повышении плотности поступающего в цилиндры воздуха за счет его предварительного сжатия, также не лишен недостатков. И механические нагнетатели, и турбокомпрессоры – очень сложные и дорогостоящие агрегаты. В случае применения механического нагнетателя часть мощности двигателя тратится на его привод, что ведет к снижению коэффициента полезного действия и увеличению расхода топлива. Конкуренты нагнетателей, турбокомпрессоры в те времена, о которых идет речь, еще вовсю болели «болезнями роста». Лишь в последние несколько лет прогресс в технологии помог почти искоренить их считавшиеся непреодолимыми недостатки. Тогда же казалось очевидным: используешь турбокомпрессор высокого давления – вместе с высокой мощностью получишь глубокую «турбояму», применишь турбонагнетатель низкого давления – «яма» будет не такой глубокой, но и выигрыш в мощности окажется не настолько велик, чтобы ради него «ломать копья».

Существует еще один способ повышения мощности – увеличить частоту вращения коленчатого вала. Увеличение частоты циклов приводит к тому, что через двигатель в единицу времени прокачивается больше воздуха и, соответственно, сжигается больше топлива. Несмотря на кажущуюся простоту, и на этом пути есть подводные камни. С повышением оборотов двигателя продолжительность процесса впуска сокращается, что негативно сказывается на наполнении цилиндров топливовоздушной смесью. Это, в свою очередь, приводит к снижению крутящего момента на валу двигателя (см. рис. 1). Если не принимать никаких мер, то с определенного момента «негатив» от уменьшения наполнения цилиндров и роста механических потерь перевешивает «позитив» от увеличения частоты вращения, и мощность начинает падать. Дальнейшее увеличение оборотов коленчатого вала двигателя не имеет смысла.

Как ни привлекательна идея создания компактного, мощного и высокооборотного двигателя, немногие автоконцерны берутся за ее реализацию. Слишком уж непростая задача – обеспечить хорошее наполнение цилиндров при высоких оборотах коленчатого вала. Тем не менее способы улучшения наполнения были найдены. Первым шагом было увеличение количества клапанов на один цилиндр до четырех, а на некоторых моторах – до пяти. Рост сечения каналов, по которым происходит удаление отработавших газов и подача свежей топливовоздушной смеси, однозначно отра­зился на наполнении цилиндров. Вторым шагом стало использование резонансных явлений во впускном и выпускном коллекторах. Появились двигатели с переменной геометрией впускного тракта. Изменяя в зависимости от режимов работы двигателя его параметры (чаще – длину), удается улучшить наполнение цилиндров в широком диапазоне оборотов мотора, но это тема отдельного разговора. Кстати, на серийных мотоциклетных моторах уже устанавливают и выпускные системы с изменяемой конфигурацией.

Дальнейший путь эволюции привел к увеличению фаз газораспределения. Чем «шире» фазы впуска и выпуска, тем больше времени остаются открытыми впускные или выпускные клапаны, улучшая тем самым наполнение и продувку цилиндров. При высоких оборотах двигателя стало возможным эффективно использовать перекрытие клапанов. Вследствие большой скорости истечения отработавших газов при подходе поршня к ВМТ в выпускной системе и цилиндре образуется разрежение. Если в это время открыть впускной клапан, для заполнения цилиндра создаются благоприятные условия.

Так постепенно формировались черты атмосферного мотора с высокой литровой мощностью. Это высокооборотный двигатель с многоклапанным ГРМ, широкими фазами газораспределения и большим перекрытием клапанов. Как мы уже выяснили ранее, при малых нагрузках и низких оборотах коленчатого вала характеристики такого двигателя будут далеки от желаемых.

Стремление ликвидировать этот недостаток привело к разработке ГРМ с изменяемыми в процессе работы фазами газораспределения.

Первые попытки в этом направлении предпринимались еще до Второй мировой войны в области автоспорта. По регламенту некоторых соревнований рабочий объем двигателей был ограничен, наддув запрещен, и приходилось искать другие способы увеличения мощности. Но дальше спортивных моторов дело не пошло. Даже авиационные поршневые двигатели в годы войны оставались весьма тихоходными. Увеличение их мощности достигалось классическим путем увеличения кубатуры, числа клапанов на цилиндр и использования наддува.

Опыт Honda

Концерн Honda Motor был одним из первых, кто использовал системы изменения фаз газо­распределения в конструкции серийных двигателей. Рассмотрим в хронологическом порядке, как создавались, развивались и были устроены системы изменения фаз газораспределения в двигателях Honda.

Впервые аббревиатура VTEC – Valve Timing and lift Electronic Control (электронно-управляемая система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов) – появилась в далеком 1983 году применительно к газораспределительному механизму 400-кубового мотоциклетного мотора. В этой конструкции на больших оборотах вала двигателя в каждом цилиндре работали по два впускных и выпускных клапана, обеспечивая их хорошее наполнение и, соответственно, высокую мощность. На низких оборотах ГРМ переходил на режим работы по схеме «два клапана на цилиндр» – один впускной и выпускной клапаны отключались.

Дело в том, что многоклапанная схема имеет неоспоримые преимущества на режимах, характеризующихся большими расходами топливовоздушной смеси и отработавших газов. На низких оборотах, когда время фазы впуска велико, а количество поступающей в цилиндры топливовоздушной смеси ограничивается положением дроссельной заслонки, вполне можно обойтись и одним впускным клапаном. При этом достигаются несколько положительных результатов. Во-первых, уменьшение проходного сечения приводит к росту скорости потока поступающей в цилиндр смеси. Во-вторых, при работе одного клапана смесь подается в цилиндр тангенциально, что приводит к образованию в цилиндре спиралевидного вихря. И то и другое интенсифицирует перемешивание топлива и воздуха, что позволяет двигателю работать на более бедных смесях. Ситуация со стороны выпуска аналогичная. Время фазы выпуска велико, а количество отработавших газов – наоборот. Их удаление через один из клапанов приводит к увеличению скорости истечения и, как результат, к уменьшению давления в зоне выпускного клапана. В момент перекрытия клапанов это способствует лучшей продувке цилиндра и его наполнению. Есть еще один положительный момент, ради которого стоило «городить огород». При двухклапанном режиме работы на привод клапанов тратится меньше энергии. Уменьшение внутренних потерь в двигателе увеличивает его КПД, сокращает расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Таким образом, в данном двигателе при изменении режимов работы менялось только количество работающих клапанов. Фазы газораспределения, перекрытие клапанов и их высота подъема оставались неизменными. Тем не менее эти меры позволили получить достаточно мощный двигатель с приемлемой для езды в городском потоке характеристикой крутящего момента.

  • Сергей Самохин
  • Евгений Тимофеев
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector