Содержание:
1. Бензиновые генераторы
Основные средние характеристикибензоэлектроагрегата
Основные достоинства бензиновыхэлектростанций
Как выбрать генератор(электростанцию)
Требуемая мощность электростанции
Активные нагрузки
Реактивные нагрузки
Высокие пусковые токи
Двигатель
Профессиональные и бытовые агрегаты
Советы по выбору моторного масладля бензогенераторов2. Как устроены и какими бывают современные двигатели(моторы) для автомобилей?
Как всё начиналось
Двигатель (мотор) на автомобиле в наши дни
Долой половину цилиндровв двигателе (моторе)
Недалекое будущее автомобильных двигателей(моторов)
Тюнинг двигателей
BMW: эволюция двигателестроениясвершилась
1. Бензиновые генераторы
Генераторы — собственный,независимый источник электроэнергии — это не только желательное дополнение к оборудованиючастного дома или солидного предприятия. В нашей стране это необходимость и гарантияот возникновения ненужных финансовых и производственных проблем. Вместе с тем, длянекоторых видов человеческой деятельности, таких, например, как добыча полезныхископаемых или проведение аварийно-спасательных работ, автономный источник питанияпросто жизненно необходим. Отличительными особенностями современных электростанцийявляются экономичность, компактные размеры, различные конструктивные решения шумоподавления,наличие интеллектуальных устройств мониторинга и управления процессом выработкиэлектроэнергии, переключения нагрузки, синхронизации генераторов с сетью и междусобой. Существует множество терминов для обозначения одного и того же оборудования,которое понимается под термином электростанция:
— портативная электростанция;
— переносная электростанция;
— бензиновая электростанция;
— дизельная электростанция;
— газовая электростанция;
— бензогенератор;
— дизельгенератор;
— стационарная, промышленная,передвижная и контейнерная электростанция;
— генераторная установка.
Все они объединяются общимпринципом работы – преобразованием тепловой энергии топлива в электрическую. КПДтаких электростанций 25-30%. Для повышения КПД (или для утилизации тепла, вырабатываемогоэлектростанцией), созданы МИНИ-ТЭЦ, утилизирующие тепло для систем отопления. Вобщем, все электростанции можно разделить:
— по назначению – бытовые,профессиональные (до 15кВА); -по применению – резервные, основные:
— по виду топлива – бензин,дизтопливо, газ (сжиженный или магистральный);
— по исполнению – открытые,в шумопоглощающем корпусе, в контейнере, в кунге и т.п.;
— по виду пуска – ручной(для малогабаритных), электростартерный или автоматический;
— по фирме – производителю.Основными и самыми популярными являются бензиновые и дизельные электростанции.
Бензиновая электростанцияили бензогенератор
В качестве первичного двигателяиспользуется карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с внешним смесеобразованиеми искровым зажиганием. Часть энергии, которая выделяется при сгорании топлива, вДВС преобразуется в механическую работу, а оставшаяся часть в теплоту. Механическаяработа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрическоготока. Топливо для бензогенератора — высокооктановые сорта бензина. Применение антидетонационныхприсадок, смесей бензина со спиртами и пр. возможно только по согласованию с производителем.Конкретный состав и другие характеристики топлива, используемого для работы электростанции,определяет производитель двигателя. Необходимо заметить, что бензиновыйгенератор — это источник электроэнергии относительно небольшой мощности.Она подойдет в том случае, если Вы планируете осуществлять резервное, сезонное илиаварийное энергообеспечение Вашего объекта. Подобные агрегаты обычно имеют меньшийресурс и мощность по сравнению с дизельгенераторами, однако более удобны в эксплуатацииза счет меньшего веса, габаритов и уровня шума при работе. Варианты использованияи исполнения бензиновых электростанций: в качестве резервного источника электроснабжениямалой мощности в стационарном исполнении, в качестве единственно возможного источникапри проведении аварийно-спасательных и ремонтных работ, работ, выполняемых в полевыхусловиях и на удаленных объектах, для обеспечения электроэнергией различного родапередвижных объектов в носимом или мобильном исполнении.
Проще говоря, бензиноваяэлектростанция — идеальный выбор для собственников малых предприятий (бензоколонка,магазин), владельцев загородных домов, туристов, строительных бригад, телекомпанийи пр.
Компактная и надежная, экономичнаяи малошумная автономная бензостанция возьмет на себя решение проблем с энергообеспечением.
Основные средние характеристикибензоэлектроагрегата
— Удельный расход топлива,кг/кВтч – 0,3-0,45
— Удельный расход масла,г/кВтч – 0,4-0,45
— КПД% — 0,18-0,24
— Диапазон мощности бензоэлектроагрегатовкВт – 0,5-15,00
— Напряжение, В – 240/400
— Диапазон рабочих режимов,% от ном. Мощности – 15-100
— Требуемое давление газа,кг/см2 – 0,02-15
— Ресурс до текущего ремонта(не менее), тыс. ч – 1,5-2,0 -Ресурс до капитального ремонта (не менее), тыс. ч– 6,0-8,0
— Затраты на ремонт, % отстоимости –5-20
— Вредные выбросы (СО),%2,55
-Уровень шума на расстоянии1м (не более), дБ 80.
Основные достоинства бензиновыхэлектростанций
— относительно низкая стоимостьоборудования по сравнению с дизельными и газовыми электростанциями;
— компактность и хорошийпоказатель соотношения массы оборудования к величине вырабатываемой энергии;
— легкий пуск в условияхнизких температур;
— невысокий уровень шумаэлектростанции;
— простота эксплуатации.
Как выбрать генератор (электростанцию)
Рассматривается техникас ограниченной выходной мощность до 15кВА и обычными (бензиновыми или дизельными)моторами. Основой любой мини-электростанции (или генераторной установки) являетсядвигатель-генераторный агрегат, состоящий из дизельного или бензинового двигателяи электрического генератора.
Двигатель и генератор напрямуюсоединены между собой и укреплены через амортизаторы на стальном основании. Двигательоснащен системами (запуска, стабилизации частоты вращения, топливной, смазки, охлаждения,подачи воздуха и выхлопа), обеспечивающими надежную работу электростанции. Запускдвигателя ручной или с помощью электростартера или автозапуск, работающего от стартерной12и вольтовой аккумуляторной батареи. В двигатель-генераторном агрегате используютсясинхронные или асинхронные самовозбуждаемые бесщеточные генераторы. Электростанциятакже может иметь панель управления и устройства автоматики (или блок автоматики),с помощью которых осуществляется управление станцией, контроль за ее состояниеми защита от аварийных ситуаций. Максимально упрощенный принцип действия мини-электростанциисостоит в следующем: мотор «превращает» топливо во вращение своего вала,а генератор с ротором, связанным с валом двигателя, по закону Фарадея преобразуетобороты в переменный электрический ток. На самом деле не все так просто. Зачастуюпроисходят странные, на первый взгляд, ситуации, когда, например, при подключенииобыкновенного погружного насоса типа “Малыш” с заявленной потребляемой мощностью350-400Вт к мини-электростанции 2,0кВА, насос отказывается работать. Постараемсядать краткие рекомендации, которые помогут правильно ориентироваться при выборестанции.
Требуемая мощность электростанции.Для решения этой проблемы сначала необходимо определить приборы, которые планируетсяподключить.
Активные нагрузки.Самые простые, вся потребляемая энергия преобразуется в тепло (освещение, электроплиты,электронагреватели и т.п.). В этом случае расчет прост: для их питания достаточноагрегата с мощностью, равной их суммарной мощности.
Реактивные нагрузки.Все остальные нагрузки. Они, в свою очередь, подразделяются на индуктивные (катушка,дрель, пила, насос, компрессор, холодильник, электродвигатель, принтер) и емкостные(конденсатор). У реактивных потребителей часть энергии расходуется на образованиеэлектромагнитных полей. Показателем меры этой части расходуемой энергии являетсятак называемый cos. Например, если он равен 0,8, то 20% энергии преобразуется нев тепло. Мощность, деленная на cos, даст “реальное” потребление мощности. Пример:если на дрели написано 500 Вт и cos=0,6, это означает, что на самом деле инструментбудет потреблять от генератора 500:0,6=833 Вт. Надо иметь в виду также следующее:каждая электростанция имеет собственный cos, который обязательно нужно учитывать.Например, если он равен 0,8, то для работы вышеназванной дрели от электростанциипотребуется 833 Вт: 0,8 = 1041 ВА. Кстати, именно по этой причине грамотное обозначениевыдаваемой электростанцией мощности ВА (вольт-амперы), а не Вт (ватты).
Высокие пусковые токи.Любой электродвигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше,чем в штатном режиме. Стартовая перегрузка по времени не превышает долей секунды,поэтому главное – чтобы электростанция смогла ее выдержать, не отключаясь и, темболее, не выходя из строя. Обязательно необходимо знать, какие стартовые перегрузкиспособен выдержать тот или иной агрегат. Из-за высоких пусковых токов самыми “страшными”приборами являются те, у которых отсутствует холостой ход. Работа сварочного аппаратас точки зрения мини-электростанции, выглядит как банальное короткое замыкание. Поэтомудля их энергоснабжения рекомендуется использовать специальные генераторные установки,либо, по крайней мере, “ варить” через сварочный трансформатор. У погружного женасоса потребление в момент пуска может подскочить в 7 – 9 раз.
Основные торговые маркимини-электростанций иностранного производства, представленные на российском рынке:
Briggs&Stratton(США),
Energo(Япония),
Geko (Германия),
Eisemann (Германия),
Generac (Англия),
Honda (Япония),
Daishin (Япония),
Endress (Германия),
L'Europea (Италия),
Mitsubishi (Япония),
SDMO (Франция),
Sparky (Болгария),
Wilson (Англия),
Worms (Франция),
Yamaha (Япония),
Yanmar (Япония) и др.
При этом у некоторых производителей(например, у Yamaha) агрегаты на 100% состоят из комплектующих собственного производства,у других «своим» является только блок электрогенератора (в частности,у Energo) или двигатель (к примеру, у Honda). Остальные фирмы собирают мини-электростанциииз «чужих» моторов и генераторов. Класс агрегата, как правило, определяетсякачеством и культурой сборки, а также наличием у производителя инновационных технологий.Замечание: у большинства фирм, выпускающих мини-электростанции на основе своих комплектующих,продукция максимально сбалансирована.
Отечественных производителейагрегатов, к сожалению, немного (если говорить о диапазоне сравнительно небольшихмощностей). Наиболее известны московская фирма «АМП Комплект», собирающаямини-электростанции из импортных двигателей и генераторов, и курское предприятие«Электроагрегат» — его продукция на 100% «родная».
Двигатель.Справедливо считается “ сердцем” установки. Именно его ресурс определяет срок “жизни”мини-электростанции: среднее время наработки на отказ у блока электрогенераторавсегда в несколько раз выше, чем у мотора.
Профессиональные и бытовыеагрегаты
В большинстве случаев классэлектростанции определяется используемым двигателем, а точнее, его моторесурсом.В частности, у высококачественного профессионального бензинового мотора время непрерывнойработы до первого вероятного отказа исчисляется в среднем 3-5 тысяч часов, тогдакак у упрощенного дешевого любительского двигателя — всего лишь сотнями. Дизельныедвигатели, как правило обладают ресурсом значительно выше чем бензиновые, их потреблениетоплива экономичнее, да и само дизельное топливо дешевле бензина и допускает менеежесткие условия по хранению, однако электростанция собранная на базе дизельногодвигателя в 1,5-2 раза дороже аналогичной по мощности, но собранной на базе бензиновогодвигателя. Поэтому выбор в пользу электростанции собранной на базе дизельного двигателярационально делать в случае: 1.использование электростанции в качестве основногоисточника электропитания (по крайней мере, в случаях длительного ее использования);2.использование однородного вида топлива (наличие агрегатов работающих на дизельномтопливе); 3.электрических мощностях выше 10-12 кВА, на которых электростанции сбензиновыми двигателями практически не применяются. Отличить современный бытовойдвигатель от профессионального по внешним признакам не всегда просто. Если раньшена любительских мини-электростанциях широко применялись моторы с боковым расположениемклапанов, то теперь сплошь и рядом — верхнеклапанные, производительностью примернона 30% выше. Кроме того, в процессе совершенствования технологий, двигатели, считающиесяв данное время профессиональными, производитель через несколько лет переводит вкатегорию бытовых. Критерием принадлежности агрегата выступает наличие у него или,по крайней мере, возможность комплектации топливным баком большой емкости. Тем самымпроизводитель изначально предусматривает длительную непрерывную эксплуатацию генераторнойустановки.
бензоэлектроагрегатгенератор двигатель автомобиль
Советы по выбору моторногомасла для бензогенераторов
Существует несколько классификациймоторных масел, мы остановимся на следующих классификациях:
1. Классификация масел посовокупности эксплуатационных свойств API
2. Классификация масел повязкости SAE.
Классификация моторных масел по API для бензиновых двигателей класс описание SL Для всех двигателей Рекомендации по техническому обслуживанию двигателя. Советы по выбору моторного масла для бензогенераторов: Существует несколько классификаций моторных масел, мы остановимся на следующих классификациях: 3. Классификация масел по совокупности эксплуатационных свойств API 4. Классификация масел по вязкости SAE автомобилей эксплуатируемых в настоящее время. Масла класса SL созданы для обеспечения лучших высокотемпературных свойств и снижения расхода масла. SJ Для двигателей автомобилей до 2001 г. выпуска. SH Для двигателей автомобилей до 1996 г. выпуска. SG Для двигателей автомобилей до 1993 г. выпуска. Классификация API различает масла для бензиновых и для дизельных двигателей. Первым соответствует буква S, например — SH, SJ или SL, при этом вторая буква говорит о более высоком уровне. Так, класс SL был введен в практику, улучшив и отчасти заменив класс моторных масел SJ. API — Американский Институт Нефтепродуктов (API — American Petroleum Institute)
Классификация моторных масел по SAE для бензиновых двигателей Классификация Применение при температуре окружающей среды Обозначение 0W30 0W40 0W50 5W30 5W40 5W50 -40°…+20° -40°…+35° -40°…+45° -30°…+20° -30°…+35° -30°…+45° «Зимнее масло» 10W30 10W40 10W50 ?25°…+30° -25°…+35° -25°…+45° «Всесезонное масло» 15W30 15W40 20W30 20W40 -20°…+35° -20°…+45° -15°…+35° -20°…+45° «Летнее масло» SAE (Society of Automotive Engineers — Американское Ассоциация Автомобильных Инженеров) описывает свойства вязкости и текучести — способности течь и, одновременно, «прилипать» к поверхности металла. Стандарт SAE J300 подразделяет моторные масла на шесть зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, и 25W) и пять летних (20, 30, 40 и 50). Сдвоенный номер означает всесезонное масло (5W-30, 5W-40, 10W-50 и т.д.). Сочетание значений вязкости летнего и зимнего сортов масла не означает арифметического сочетания свойств вязкости. Так, например, масло 5W-30 рекомендовано к эксплуатации при температурах окружающей среды от 30 до +20 градусов. Вместе с этим летнее масло 30 может работать при температурах до 30 градусов, но только при температуре окружающей среды выше нуля. В общем термин «рекомендовано к эксплуатации» очень и очень условный. Каждый двигатель определенной марки автомобиля, либо бензиновый двигатель внутреннего сгорания для спецтехники, отличается уникальным сочетанием степени форсированности, теплонапряженности, особенностей конструкции, применяемых материалов и т. д.
Для бензогенераторов используйтевысококачественные масла для 4-х тактных двигателей, отвечающие требованиям автопроизводителейдля обслуживания не ниже класса SG. Очень желательно использовать моторные масласоответствующие классу SL по API, которые имеют соответствующую маркировку на упаковке.Моторное масло SAE 10W30 рекомендуется как универсальное — для работы при любыхтемпературах. Используя приведенные данные для выбора оптимальной вязкости маслав соответствии с температурой среды, в которой Вы собираетесь эксплуатировать генератор,Вы можете выбрать и другой сорт масла. Идеальным условием нормальной работы бензогенератораявляется применение моторных масел класса SL с вязкостными характеристиками по SAEподходящими по температуре окружающей среды, в месте, где работает бензогенератор
2. Как устроены и какими бывают современные двигатели (моторы)для автомобилей
Как все начиналось
В 2008году автомобильный двигатель внутреннего сгорания праздновалсвой 147-й день рождения, так как в далеком 1860 году, когда по всему миру «царствовали»конные экипажи, гражданин Франции механик Э. Ленуар сконструировал первый рабочийгазовый двигатель. Этот мотор был достаточно капризен и несовершенен, что, в принципе,не странно. Через долгих 6 лет достаточно хорошо известный изобретатель Н. Оттопредложил миру свою, довольно совершенную по тем временам конструкцию 4-тактногогазового двигателя. Прообразом же двигателя внутреннего сгорания послужила в первуюочередь паровая машина, так как единственное принципиальное отличие — отсутствиедостаточно громоздкой паро-котельной установки. С «потерей» парового агрегата впроцессе эволюции ДВС приобрел свои плюсы: значительно больший КПД, меньшую массуи размеры. Были также и минусы — двигатель требовал более качественного и технологичноготоплива, так как работать на дровах он уже отказывался.
В нашей же стране автомобильный двигатель внутреннего сгораниябыл «изобретен» только в 80-х годах XIX века, именно в это время наш соотечественникО.С. Костович работал над конструкцией бензинового карбюраторного двигателя. Дальнейшееже развитие двигателя внутреннего сгорания связано в первую очередь с именем немецкогоинженера Рудольфа Дизеля, так как в 1897 году именно он предложил использовать сжатиедля воспламенения топлива. Это было рождением двигателей, работающих на тяжеломтопливе, — дизельныхдвигателей.
Дальнейшее развитие поршневых двигателей внутреннего сгоранияшло семимильными шагами. В конструкции моторов менялось многое, но неизменна оставаласьлишь его суть. К чему привела эта эволюция ДВС, попробуем разобраться в нашем материале.
Двигатель (мотор) на автомобиле в наши дни
Время, прошедшее со временисотворения первого двигателя внутреннего сгорания(мотора), безусловно, повлияло и на концепцию создания современного поршневого автомобильногодвигателя.
Девиз автомобильного двигателя(мотора) наших дней — больше мощность, меньше расход. Казалось бы, эти два понятияпротивостоят друг другу, но, оказывается, это не так. И для того, чтобы это подтвердить,двигателисты различных автомобильных компаний не спят ночами, придумывая различныесистемы, позволяющие поднять КПД двигателя до предела. Для того чтобы понять, вкаком направлении в дальнейшем будет развиваться двигателестроение, необходимо уяснить,какие препятствия стоят на пути создания двигателей (моторов). А препятствия следующие:механические потери, неполное использование энергии сгорания топлива, вопросы, связанныес экономичностью, высокая себестоимость современных двигателей и систем управления,увеличение массы мотора, улучшение характеристик двигателя.
Начнем по порядку. Механическиепотери в современных двигателях можно снизить несколькими способами. Во-первых,значительно ужесточить допуски на изготовление деталей двигателей (моторов). Во-вторых,необходимо уменьшить инерционность кривошипно-шатунной системы, то есть необходимомаксимальное облегчение поршней, шатунов, коленчатого и распределительного вала,а также маховика. Недаром в современных моторах (двигателях) используются поршнис короткой «юбкой», изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Причем для их производстваиспользуются две технологии.
По первой технологии изготавливаютсяпоршни для невысоко форсированных двигателей — их производят различными методамилитья.
По второй технологии изготавливаютсяпоршни для форсированных двигателей — методом объемной штамповки (или, проще говоря,ковкой). Распределительные валы изготавливаются пустотелыми по следующей технологии:на охлажденную в жидком азоте трубчатую заготовку вала насаживаются отдельно изготовленныекулачки. Маховик делают максимально легким, чтобы не утруждать двигатель вращениемлишней массы, да и отклик на нажатие педали газа при этом сократится.
В-третьих, необходимо упомянутьсовременные моторные маслас низкой вязкостью, которые тоже делают небольшой вклад в копилку увеличения КПД,так как снижаются потери на трение, как при перекачке по масляным каналам, так ивнутри самого масла.
В-четвертых, расширить применениеразличных антифрикционных покрытий, способных значительно уменьшить силу трения,а также использование деталей, изготовленных на основе соединений нитрида и карбидакремния, то есть керамики.
Следующийоглашенный нами вопрос был посвящен экономичности современных двигателей (моторов).Здесь используются различные концепции минимализации расхода топлива двигателем,просто одни пытаются «выжать» все из бензиновых двигателей, вторые делают ставкуна дизельные моторы, ну а третьи строят гибридные силовые установки.
Ктоокажется прав, увидим в ближайшем будущем.
Нодело в том, что вне зависимости от того, кто какой концепции придерживается,все используют практически одинаковые технологические наработки. Сегодня, например,невозможно увидеть современный двигатель (мотор) с двумя клапанами на цилиндр. «Почему?»— спросите вы. Да потому, что применение многоклапанного (от 3 до 5 клапанов нацилиндр) газораспределения позволяет снизить насосные потери и увеличить мощностьи экономичность двигателя. За примером далеко ходить не надо: попробуйте закрытьодну ноздрю и пробежать метров 300, а потом повторить эксперимент без наложенныхранее ограничений. Почувствовали разницу?
Тоже самое происходит и с двигателем. Кстати говоря, стоит вспомнить наш автопром,а именно 4‑цилиндровые 8‑ и 16‑клапанные двигатели АвтоВАЗа: приодинаковом объеме 1,5 литра один из них выдавал 78 л. с., а другой — 92. Кроме многоклапанногогазораспределения в двигателе (моторе) применяются фазовращатели на газораспределительныхвалах, с помощью них осуществляется постоянная регулировка фаз впуска и выпуска.
Особеннов этой области преуспели немецкие и японские инженеры. Например, система VANOS отBMW, которая впервые появилась на моторе серии М50 в 1992 году и позволяла регулироватьфазы открытия и закрытия только впускных клапанов. Через некоторое время появиласьсистема BI-VANOS, которая заведовала уже как впускными, так и выпускными клапанами.Работа этих систем сводится к следующему. На малых оборотах двигателя (мотора) фазовращателисмещают момент открытия впускного клапана в более поздний период, что обеспечиваеттопливную экономичность и повышает крутящий момент. При средних оборотах двигателяклапаны открываются чуть раньше, это позволяет увеличить крутящий момент и значительноснизить выбросы вредных веществ в атмосферу. На высоких же оборотах двигателя (мотора)впускные клапаны открываются с небольшим опозданием, благодаря чему значительноувеличивается мощность в зоне максимальных оборотов, так как в цилиндре создаетсябольшее разряжение, а значит, и воздуха в цилиндры попадает значительно больше.
Интереснои то, что совсем недавно, впервые в мире, на автомобилях LEXUS появились фазовращателис электроприводом, которые позволяют регулировать фазы газораспределения практическис нулевых оборотов двигателя, что в принципе невозможно для фазовращателей с гидроприводом.Необходимо отдельно упомянуть системы регулирования величины подъема клапанов (Hondai-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), благодаря которым значительно улучшаютсякак характеристики двигателя, так и топливная экономичность. Для примера рассмотримзнаменитую систему Valvetronic от компании BMW.
Разрабатываяэту системы, инженеры решили кардинально отказаться от дроссельной заслонки, хотяв процессе доводки ее все-таки оставили, она стала служить для диагностики системыValvetronic и находится постоянно в открытом положении. Стоит напомнить, что приуправлении процессом подачи воздушной смеси с помощью дросселя возникают значительныеаэродинамические сопротивления и завихрения, особенно при неполном открытии заслонки.
Регулированиеколичества воздушной смеси в системе Valvetronic должно было происходить за счетизменения величины подъема клапанов, то есть сам клапан при этом выполнял функциюдроссельной заслонки. Для этого был разработан специальный механизм, позволявшийрегулировать подъем клапана в пределах от 0 до 10 мм. Идея системы состоит в следующем.Распредвал заведует открытием клапана не на прямую, а через специальный рычаг, которыйможет менять свое положение в пространстве, тем самым изменяя величину перемещениякоромысла, которое непосредственно воздействует на клапан. Регулировка рычага осуществляетсяс помощью червячной передачи и электромотора, а всем этим процессом заведует компьютер.Применение этой системы привело к тому, что на малых оборотах снизилось потреблениетоплива, а на больших возросла мощность, так как значительно увеличилась скоростьзаполнения цилиндров топливно-воздушной смесью. При этом значительно уменьшилосьвремя отклика на педаль акселератора. Но у двигателей, оснащенных этой системой,появился небольшой недостаток — отсутствие разряжения во впускном коллекторе, котороенеобходимо для работы вакуумного усилителя тормозов. Проблема была решена следующимобразом: немецкие инженеры взяли и поставили отдельный насос, который создавал необходимоеразряжение.
Долой половину цилиндров в двигателе (моторе)
Кроме таких высокотехнологичныхмер, как электропривод помпы, отключаемый генератор, электроусилитель руля, применяемыхдля увеличения экономичности двигателей, используются также и другие, более радикальныеспособы. Например, отключение части цилиндров на холостом ходу или в режимах частичныхнагрузок у многоцилиндровых двигателей. Причем до недавнего времени этими системамипользовались в основном американские конструкторы, взять хотя бы систему отключенияцилиндров Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию») от компании GeneralMotor. Замысел системы достаточно прост: по достижении двигателем рабочей температурыэлектроника начинает опрашивать различные датчики, и если она обнаруживает, чтомотор работает в режиме частичной нагрузки, то прекращает подачу топлива в половинуцилиндров, то есть в 4. Причем цилиндры отключаются по диагонали, чтобы в двигателене возникли вибрации.
Максимальный достигнутыйэффект экономии топлива составил 25% от номинального, и это достаточно неплохойрезультат. Похожую систему представила и компания Honda, показав общественностиновый 3,4‑литровый 6‑цилиндровый двигатель, в котором при спокойномперемещении в пространстве будут отключены 3 цилиндра. Повысить экономичность иКПД двигателя (мотора) можно также с помощью более совершенной системы зажигания.
Достаточно вспомнить знаменитыемоторы (двигатели) с системой Twin Spark от Alfa-Romeo,где использованы две свечи на цилиндр. Эта система, как, в принципе, и многое другое,перекочевала в автомобильное двигателестроение с авиационных двигателей еще в 20‑егоды прошлого столетия. Вторая свеча зажигания позволила обеспечить более полноесгорание топлива, отчего увеличился КПД, да плюс ко всему прочему снизилось потреблениетоплива и увеличилась детонационная стойкость.
Недаром в 12‑цилиндровомтурбированном двигателе от Mersedes, где вопрос детонации стоит наиболее остро,применена система зажигания с двумя свечами на цилиндр.
Невозможно не упомянутьв нашем разговоре о современных веяниях двигателестроения: непосредственном впрыскетоплива в цилиндры двигателя. Идея подавать топливо непосредственно в цилиндры достаточноне нова, впервые ее воплотили в жизнь инженеры компании Robert Bosch еще в 30‑хгодах XX века при конструировании авиационных двигателей, причем управление системойбыло механическим. Долгое время система непосредственного впрыска топлива не находиладолжного применения, хотя периодически появлялись автомобили, оснащенные ею. Вспомнитьхотя бы легендарный Mercedes-Benz 300SL 1954 года, ведь он был оснащен механическимвпрыском от фирмы Bosch. Свое второе рождение система непосредственного впрыскапережила в начале 90‑х годов прошлого века, когда стали появляться достаточнонадежные и современные электронные системы управления.
Большой шаг в развитие ивнедрение этих систем сделала компания Mitsubishiсо своими двигателями GDI. Уникальность этого двигателя была в том, что он мог работатьна сверхобедненной топливовоздушной смеси, в которой соотношение бензина к воздухупо массе достигало 40:1, это при том, что идеальное соотношение 14,7:1. То естьнастолько обедненная смесь вообще не должна была гореть, но благодаря специальнойформе поршня и узконаправленного факела распыла смесь с идеальным стехиометрическимсоставом попадала прямо на свечу зажигания, хотя по всему объему цилиндра была оченьбедной. В данном двигателе было организовано три режима работы системы.
Первый — впрыск топливапроисходил на тактах впуска и сжатия, этот режим был необходим для увеличения крутящегомомента на малых оборотах двигателя.
Второй — впрыск в моментвпуска, этот режим применялся для достижения двигателем максимальной мощности.
Третий режим — режим впрыскаобедненной смеси на такте сжатия применялся для увеличения топливной экономичностина режимах малой нагрузки и холостого хода.
Отдельно стоит сказать отом, что впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания позволяет повысить детонационнуюстойкость двигателя, так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретогов цилиндре воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно,еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а именно увеличениимощности, топливной экономичности и уменьшении выбросов вредных веществ, двигательполучился достаточно дорогим, так как в нем применялись высокотехнологичные компоненты.Например, топливный насос высокого давления, развивавший 50 бар (в последних разработкахдавление достигает 200 бар), а педаль газа не имела прямой связи с дроссельной заслонкой.Была также применена оригинальная головка блока цилиндра, в которой впускные каналысделаны прямыми по вертикали. С того времени как стал выпускаться этот двигатель,прошло уже более 10 лет, и сейчас практически все производители примерили непосредственныйвпрыск для своих двигателей. Сегодня специалисты в области двигателестроения занятыне только вопросами улучшения топливной экономичности и КПД поршневого двигателя,их особенно волнует вопрос резкого «утолщения» мотора, нашпигованного различнымиэлектронно-механическими системами. В эпоху карбюраторного двигателя было все намногопроще, блок цилиндров изготавливался из достаточно тяжелого, но прочного специальногосерого чугуна. Кстати говоря, применение этого вида материала не случайно, ведьколебания, возникшие в сером чугуне, гасятся примерно в 10 раз быстрее, чем в стали.Головка отливалась из сплава на основе алюминия, и все было хорошо. Сейчас же борьбаидет за каждый грамм лишнего веса. Вспомнить хотя бы биметаллический блок цилиндров3‑литрового 6‑цилиндрового двигателя от BMW. Внутренняя, более нагруженнаячасть блока цилиндров до рубашки охлаждения выполнена из алюминиевого сплава с большимсодержанием кремния. А наружная часть, менее нагруженная, сделана из магниевого.Технология получения такого блока цилиндров очень сложна, а экономия массы составляетпримерно 10 кг по сравнению с цельноалюминиевым блоком. Конечно, можно подумать,что это только маркетинговый шаг, направленный на повышение реноме марки, но этоне совсем так. Потому что, если нам удастся «сбросить» с одной детали несколькокилограммов или даже граммов, то в совокупности мы получим огромный выигрыш по массе.Надо сказать, что во время внедрения алюминия в двигателестроение инженеры столкнулисьс проблемой малой износостойкости крылатого металла. Поэтому впоследствии были разработаныспециальные покрытия, предохраняющие зеркало цилиндра от износа. Одним из такихпокрытий был широко известный «Никасил» — соединение жаростойкого никеля с износостойкимкарбидом кремния, он пришел в массовое автомобилестроение из мира королевских гонок.Кроме снижения массы автомобильные компании пытаются снизить расходы, связанныес разработкой и производством двигателей. Поэтому сегодня достаточно часто можнонаблюдать сотрудничество крупных автомобильных компаний при конструировании моторов.
Недалекое будущее автомобильных двигателей (моторов)
То, что произойдет в миредвигателестроения в ближайшие 10 лет, предсказать достаточно сложно, но определитьгенеральные линии развития все-таки можно. Самое главное направление удара — этогибридизация, причем пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрическийтандем, хотя дизельно-электрическое сотрудничество, на наш взгляд, более оправданно,особенно если главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости.«Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от автомобилей, оснащенныхдвигателями на сверхлегком топливе, достаточно туманна. Необходимо сначала получитьводород, а из водорода уже с помощью дорогущих топливных элементов — электричество.Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель, оснащенный гидравлическимили электромагнитным приводом клапанов. Это новшество позволит отказаться сразуот двух систем: регулировки фаз газораспределения и величины подъема клапанов. Даи КПД от этого нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить вовращательное движение массивные элементы системы газораспределения. Хотелось бы,наконец, увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой регулировки степени сжатия,теоретически он должен стать очень экономичным. Дальнейшее развитие получат и маленькие«злые» моторчики, оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил икрутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной трубе, кстатиговоря, может переехать и генератор, так как энергия выхлопных газов имеет большуювеличину, а практически не используется. Говоря о двигателях, не стоит забыватьдизельные моторы, они, скорее всего, и получат численное превосходство в будущем,потому что уже сегодня в Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых,но о них мы поговорим попозже.
Тюнинг двигателей
Что такое тюнинг и для чегоон нужен, не знает только тот, кто находится в информационном вакууме и не знакомс конструкцией автомобиля. Но даже те, кто знают о доводке автомобиля не понаслышке,не всегда понимают, откуда у стандартной, весьма нерасторопной «десятки» или «восьмерки»берутся пресловутые момент и мощность, позволяющие тягаться со многими иномарками.Все дело кроется в настройке двигателя. Причем настройке особой.
По сути, чтобыулучшить характеристики двигателя необходимо увеличить его максимальные мощностьи крутящий момент, а также диапазон рабочих оборотов. Для этого есть два пересекающихся,но различных по результативности способа.
Первый и самыйпростой — не углубляясь в сам двигатель, установить более производительные внешниедетали. Как правило, это воздушный фильтр, ресивер, дроссельная заслонка, распредвалыи система выпуска, таким способом поднять максимальную мощность можно в среднемна 20-30%. При этом от вас не потребуется больших финансовых вложений, вы затратитеминимум времени и сил.
Второй способ- это так называемая механическая доработка двигателя. Здесь можно выделить дваподхода: увеличение рабочего объема двигателя и доработка головки блока цилиндров.
Сегодня мы рассмотриммодернизацию головки блока. Отметим, что указанные два способа тюнинга двигателядействительно пересекаются и дополняют друг друга: форсированный двигатель простопотребует от вас более производительных внешних узлов.
Итак, головкаблока цилиндров, или ГБЦ. Что это за узел, за что он отвечает и как обеспечитьлучшую производительность двигателя его доводкой?
Основнойметод увеличения мощности и момента — подача в камеру сгорания как можнобольшей воздушной массы. Это и является главной целью тюнинга и доводки ГБЦ.Ведь головка блока, ни много ни мало, отвечает за впуск воздушной иливоздушно-топливной массы в двигатель, формирование рабочих процессов и выпускотработавших газов. И на всех тактах сопротивления движению поршня должны бытьминимальными. У нас есть стандартная ГБЦ двигателя ВАЗ-2108. Мотор, прямоскажем, не самый резвый, поэтому будем его улучшать. Во-первых, обеспечимподачу большего количества воздуха в камеру сгорания, во-вторых, доработаемсаму камеру сгорания в районе впускного и выпускного клапанов, и в-третьих,ошлифуем плоскость головки и затем соберем ее. Для подачи большего количества воздуханеобходимо увеличить проходное сечение канала впуска, самое узкое место которогонаходится в области впускного клапана. Подбираем впускной клапан с тарелкой большегодиаметра, после чего дорабатываем сам клапан на токарном станке.С помощью специального кругового резца уменьшаем диаметр ножки клапана и убираемлишний металл в месте сопряжения ножки с тарелкой. После обработки шлифуем фаску.Этапы обработки и результат можно увидеть на фотографиях. Так как мы подобрали клапанс тарелкой большей, чем у штатного, то и его седло должно иметь больший диаметр.Штатное седло запрессовано, поэтому просто так снять его и поставить новое не удастся.Для замены седла устанавливаем головку блока в специальный станок и приводим понаправляющей втулке поверхность седла к горизонтали с помощью специального уровня.Далее устанавливаем резец соответствующего диаметра и с автоматической подачей вырезаемштатное седло.
Далее работаемс камерой сгорания. Нам необходимо убрать лишний металл вокруг впускного и выпускногоклапанов и сделать «зализы» около них плавными и гладкими. Тем самым мы добьемсяболее ровного и плавного потока воздуха и выхлопных газов в районе входа и выходаиз камеры сгорания. Так как при доработке объем камеры увеличился, то необходимоубрать лишний металл с привалочной плоскости ГБЦ (так мы сохраним изначальный объемкамеры и избавимся от риска детонации).
Теперь, когдавсе этапы выполнены, можно провести чистовую шлифовку поверхности головки. Для этогоустанавливаем ее в универсальном станке, выравниваем горизонтально и специальнымрезцом, установленным на шлифовальном барабане, делаем сначала черновой, а затемчистовой проходы.
Вот, пожалуй,и все. Необходимо сказать пару слов о сборке. Чтобы установить новые направляющиевтулок клапанов, кладем головку в специальную печь, а втулки заливаем жидким азотом.Под воздействием высокой температуры металл головки расширится, втулки легко встанутна свои места и после остывания жестко, с большимBMW: эволюция двигателестроения свершилась
Делать современныеавтомобили непросто, еще труднее доказать собственное лидерство в технике. КонцернБМВ ради подтверждения имиджа передовой компании устраивает «технологические дни»,на которых представителям прессы позволено заглянуть немного вперед. Марка всегдабыла сильна двигателями, недаром ее название переводится как баварский моторный,а не автомобильный завод…
Тем, кто внимательноследит за новинками в семействе моторов БМВ, не составит труда угадать изюминкуновой бензиновой «шестерки». Естественно, это система Valvetronic, благодаря котороймотор обходится без дроссельной заслонки. Количество воздуха определяет подъем впускныхклапанов, который изменяют с помощью дополнительного эксцентрикового вала.
Рядная «шестерка»– основной двигатель БМВ, который встречается почти во всех машинах от третьей доседьмой серии. Выбор такой компоновки – не просто историческое решение образца 1933года. «Эр-шесть» обладает целым рядом преимуществ: от идеальной уравновешенности,включая инерционные силы второго порядка, до простоты конструкции и минимальногоколичества деталей, гарантирующих ему меньшие потери на трение по сравнению с V-образными«шестерками». Его минусы тоже известны – большая длина не позволяет располагатьмотор в свесе кузова или поперек. Но при классической компоновке со смещенным назадсиловым агрегатом, как у всех современных БМВ, это несущественно.
Еще более радикальномуоблегчению подвергся газораспределительный механизм. Это не только клапаны с диаметромстержня 5 мм, но и полые распредвалы, изготовленные методом гидроформования из тонкостеннойтрубы, и алюминиевый механизм регулирования фаз впуска и выпуска VANOS. Цифры вызываютуважение: трехлитровый мотор с навесными агрегатами весит 161 кг (на 10 кг легчепредшественника), развивает мощность 190 кВт/258 л. с. при 6600 об/мин (плюс 20кВт) и крутящий момент 300 Н.м при 2500 об/мин (на 1000 об/мин ниже). И он еще на12% экономичнее! Впервые новый двигатель появится на купе и кабриолетах БМВ-630iэтой осенью, а после сменит прежние «шестерки» и на остальных моделях. Как засунутьформулу 1 в Евро V? К счастью, руководители ФИА до такого еще не додумались. А вотдля БМВ-М5 это вполне реальная задача. Созданный сегодня агрегат должен удовлетворятьне только скоро вступающим в силу нормам токсичности Euro IV, но и американскимLEV II и японским LEV 2000 и при этом обладать хорошим запасом на будущее. НовыйV-образный десятицилиндровый мотор грядущего БМВ-М5 сменяет прежнюю «восьмерку».Два поколения назад «эмке» хватало шести цилиндров. Потом их стало восемь, теперь– десять. При этом рабочий объем не изменился: 5 литров. Вот только мощность ужезашкаливает за пятьсот «лошадей» – у нынешнего М5 373 кВт/507 л. с. Заметьте, безнаддува! Решение ограничить литраж и поднять обороты максимальной мощности для спортивногоавтомобиля оправдывает себя: заметно сокращаются размеры и вес трансмиссионных агрегатов.Высокая мощность при низкой токсичности – лишь часть задачи, поставленной при проектированиидвигателя М5. С тех пор как между дроссельной заслонкой и правой ногой водителяпоселились потенциометры и микропроцессоры, понятие «живой отклик на педаль газа»ушло в прошлое. Здесь Valvetronic решить проблему не в состоянии: его возможностипока ограничены 7000 об/мин, а красная линия на тахометре М5 лежит на отметке 8250об/мин. Решение знакомо всем конструкторам гоночных моторов – индивидуальные дроссельныезаслонки. Сложнейшая электроника мотора потребовала отказаться от традиционногоконтроля с помощью датчиков детонации. Вместо этого анализируют проводимость в каждойкамере сгорания. При аномальном развитии процесса настройка изменяется уже в следующемтакте. Если это не принесет успеха, цилиндр отключают – ведь для разрушения поршневыхколец достаточно непродолжительной детонации, а для выхода из строя нейтрализаторов– немногочисленных пропусков зажигания. Супердизель мощностью не меньше 250 «лошадей»– сегодня неотъемлемая принадлежность бизнес-седана, претендующего на лидерствов классе. Такой мотор у БМВ есть – четырехлитровую V-образную «восьмерку» в 190кВт/258 л. с. устанавливают на седьмую серию. Проблема в том, что для «пятерки»двигатель слишком тяжел – управляемость машины непременно пострадает. Альтернативныйвариант – форсировать шестицилиндровый дизель: со 160 кВт/218 л. с. где-нибудь до200 кВт. Легко сказать, как сделать? Простое увеличение давления наддува, конечно,сработает – показатели получатся «что надо». Вот только удовольствия от езды с такиммотором немного. Чем больше турбокомпрессор, тем дольше он набирает обороты, темрезче переход от «атмосферного» режима к полному наддуву. При избыточном давлении1,85 бар изменением геометрии турбины уже не отделаться, даже система с двумя одинаковымитурбокомпрессорами окажется недостаточно гибкой. Решение этой проблемы называется«битурбо» и известно десятилетия.
/>
Иное дело, чтов легковых дизелях оно пока не применялось. Два турбокомпрессора, «маленький» и«большой», включены в общий коллектор, а поток отработавших газов регулируется заслонками.
/>
На небольших оборотахработает «отзывчивый» малый турбокомпрессор, на значительных – мощный «большой»,а в переходных режимах – оба, причем меньший «дожимает» то, что не смог сжать напарник.
Революции в двигателяхвнутреннего сгорания едва ли возможны, но их развитие не остановилось! Хотите знать,что будет дальше? Давайте сделаем паузу – специалисты баварской фирмы пока не торопятсяраскрывать карты. У БМВ достаточно состоятельные клиенты, чтобы оплачивать высокиетехнологии. А значит, передовые ноу-хау когда-нибудь спустятся и к нам.
Список литературы:
Глобальная сеть интернет:
1) www.autodela.ru/main/top/review/engine
2) www.autodela.ru/main/top/diy/engine_tuning_28_02
3) bmw.carclub.ru/clubs/BMW/articles/5748.html