Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое отсечка оборотов двигателя и зачем она нужна

Что такое отсечка оборотов двигателя и зачем она нужна

От автомобилистов часто можно услышать, как они крутят двигатель до отсечки или же их силовой агрегат упирается в отсечку. В основном подобное происходит, когда возникает необходимость или желание разогнать транспортное средство до максимальных скоростей, либо же когда стрелка от тахометра входит в красную зону на различных скоростях.

Важно понимать, что отсечка вовсе не является поломкой или сбоем в работе мотора. Это достаточно полезная функция, заложенная в автомобиль инженерами. Фактически с её помощью удаётся дополнительно защищать силовой агрегат от чрезмерных нагрузок, и обеспечивать его работу в оптимальных и безопасных режимах.

Если говорить простым языком, когда двигатель достигает своих пиковых показателей нагрузки, происходит отсечка. Она не даёт двигателю раскручиваться ещё больше, поскольку мотор и так перегружен. В такие моменты водители ощущают, как силовой агрегат не тянет, работает с рывками, в тяге наблюдаются паузы.

Что это и как работает

Как уже удалось выяснить, отсечкой называют специальную, заложенную ещё инженерами-конструкторами, защиту для двигателя, которая ограничивает максимальную частоту вращения коленвала. Из-за этого водитель имеет возможность поднимать обороты исключительно до предусмотренной штатной отсечки, но не выше. Это помогает сохранить мотор и уберечь его от экстремальных перегрузок.

То есть отсечка двигателя является сугубо защитной функцией, а не какой-то неполадкой, сбоем или нарушением в работе ДВС.

Теперь интересно узнать, как работает эта отсечка для двигателя. В случае с современными инжекторными двигателями всё выглядит примерно следующим образом. Когда при эксплуатации двигатель достигает заданного ещё при производстве предела, электронный управляющий блок отключает или блокирует топливоподачу в рабочие цилиндры, что способствует снижению частоты вращения вала.

Уже понимая, что значит отсечка и зачем она нужна в работе двигателя, стоит поговорить о некоторых не менее важных параметрах. Есть несколько характеристик, применимых к мотору, которые определяют величину значений пиковой нагрузки, активирующей отсечку. Здесь учитывают:

  • скорость автомобиля;
  • текущие обороты, совершаемые коленчатым валом;
  • давление выхлопа в моторе с турбонагнетателем (турбомоторы).

Стоит отдельно рассмотреть существующие разновидности отсечек, которые отличаются между собой по принципу действия, но преследуют одинаковую цель. Это сохранение целостности двигателя и его отдельных компонентов.

Скорость

Существует отсечка, которая срабатывает при достижении определённых максимальных скоростей. С помощью такой функции автопроизводители ограничивают максимальную скорость своих автомобилей. Обычно отсечку по максималке используют совместно с отсечками, которые реагируют на обороты двигателей.

В случае отсечки по скорости она используется для того, чтобы машина не могла разгоняться сильнее определённых заданных параметров. А отсечка по оборотам уже непосредственно защищает сам двигатель при передвижении на разных скоростях и передачах.

Если на автомобиле предусмотрен ограничитель по скорости, то при достижении максимального значения электронный блок также отключает подачу горючего в рабочие цилиндры. Это не даёт возможности автомобилю разгоняться дальше. Как только автотранспортное средство начинает ехать в пределах установленного лимита, то есть стрелка спидометра опускается ниже пиковой отметки, ЭБУ снова подаёт команду, и подача топлива возобновляется.

На деле это выглядит так. Машина разгоняется до 250 километров в час, что является наиболее распространённым пиковым значением для большинства современных автомобилей с достаточно мощными двигателями. В этот момент активируется отсечка. Водитель попросту не может набирать скорость дальше, поскольку топливо не поступает в цилиндры. Когда скорость условно падает на 5-15 километров в час, ЭБУ включает топливоподачу, и автомобилист вновь может набирать скорость. Но стоит ему опять достичь пикового значения, блок опять отключает подачу горючего.

Такая система придумана для того, чтобы водитель не может ехать на своем автомобиле быстрее, нежели это предусмотрено отсечкой.

Некоторых автовладельцев не устраивает тот факт, что скорость его машины искусственным путём ограничивается. Отсечку по скорости также часто называют электронным браслетом. Фактически это программный код, который вносится в управляющий электронный блок. Чтобы снять эти искусственные ограничения, электронный мозг двигателя перепрошивают, избавляются от лимитатора, что позволяет автомобилю выходить за пределы отсечки. Насколько в этом есть необходимость, сказать сложно.

Турбина

Существует и другой тип отсечки. Она реагирует на давление отработавшего газа в турбокомпрессоре, а также на скорость вращения турбонагнетателя. Как вы понимаете, такая отсечка применяется только на турбированных двигателях. Причём подобное решение считается более эффективным, нежели просто отсечка по оборотам вала. Тут дело в том, что обороты самого коленчатого вала могут ещё не достигать пиковых максимальных значений, то есть они не угрожают целостности двигателя.

Но эти же показатели становятся критичными для турбонагнетателя. Работа под такими нагрузками может спровоцировать серьёзные негативные последствия и привести к поломке турбины. А это достаточно дорогостоящий элемент турбомотора, который требуется беречь.

Отсечка на турбодвигателях позволяет несколько ограничивать скорость вращения турбонагнетателя, что способствует обеспечению дополнительной защиты от разрушения элемента.

Коленчатый вал

Самым распространённым и активно применяемым вариантом отсечки считается лимитатор, который берёт за основу частоту вращения коленчатого вала. То есть здесь речь идёт о контроле оборотов двигателя. Здесь отсечка имеет определённые лимиты, выше которых она не даёт валу подниматься.

Не только иномарки оснащаются подобными лимитаторами по оборотам силовой установки. Многие даже не знали и не догадывались, но и отечественные автомобили также комплектуются с завода отсечками. Та же Лада Калина (Lada Kalina) срабатывает на 6500 оборотах в минуту. Это примерно такое же значение предела оборотов, как предусмотрено для корейских популярных в России автомобилей Hyundai Solaris и Kia Rio.

Значение в 6500 оборотов в минуту, при которых в дело вступает лимитатор (отсечка), стало неким устоявшимся стандартом, носящий скорее условный характер. То есть он не является одинаковым и обязательным для всех, но на стандартных двигателях с относительно небольшими показателями мощности и крутящего момента именно отсечка на 6500 оборотах в минуту оказывается наиболее приемлемой и подходящей.

При этом существует широкий перечень автомобильных двигателей, где производителями предусматриваются совершенно другие параметры оборотов для срабатывания отсечки. Просто есть силовые агрегаты, которые изначально позиционируются как высокооборотистные, из-за чего в стандартном режиме работы их коленчатый вал вращается со скоростью около 7-8 тысяч оборотов за минуту. И ставить здесь лимит на отметке в 6,5 тысяч оборотов в минуту не совсем правильно и корректно.

В случае со спортивными автомобилями, гиперкарами и прочими сверхмощными автотранспортными средствами с высокопроизводительными моторами, отсечка располагается на ещё более высоких значениях.

Активация отсечки всегда происходит после подачи соответствующей команды со стороны управляющего электронного блока. Он не даёт автомобилю возможность дальше продолжать набирать обороты, если коленчатый вал уже достиг своего предельного, хоть и искусственно заданного, значения.

Автопроизводители стараются устанавливать отсечку на таком уровне, при котором двигатель крутится до 95-100% от своих максимальных значений рабочих оборотов. Инженеры стараются оставлять около 5% в качестве запаса и перестраховки от предельных значений оборотов, при которых двигатель способен работать без потерь и серьёзного ущерба для себя.

К примеру, если на силовом агрегате предусмотрено стандартное ограничение на 6,5 тысячах оборотов, то в действительности такой двигатель может крутиться примерно до 7 тысяч оборотов, но не находясь при этом на своих пиковых нагрузках, способствующих разрушению, быстрому износу и возникновению поломок. Такой запас позволяет создать оптимальные условия функционирования, продлить срок службы силового агрегата.

Предел по оборотам, при котором будет срабатывать отсечка, легко определить самостоятельно. Для этого достаточно просто взглянуть на приборную панель. А если быть точнее, то на свой тахометр. Черта, откуда белая полоса меняется на красную, и является тем самым пределом. Когда водитель доводит обороты до красной линии тахометра, активируется отсечка, ЭБУ подаёт сигнал и подача топлива в цилиндры прекращается. Как только стрелка тахометра опустится в белую зону, и значения оборо тов коленчатого вала будут соответствовать значениям, прописанным в памяти ЭБУ, горючее снова начнёт поступать в рабочие цилиндры.

Полезные советы

Стоит отметить, что современные автомобили активно оснащаются различными лимитаторами. Причём довольно часто можно встретить сразу несколько разных отсечек на двигателе, использующихся одновременно. Это касается форсированных и мощных атмосферных и турбированных моторов.

От отсечки оборотов двигателя объективно больше пользы, нежели вреда. Назвать ограничитель каким-то недостатком сложно, поскольку фактически он не ограничивает мощность или динамику автотранспортного средства. Но зато позволяет сохранить мотор в целостности, предотвратить преждевременный износ и защитить от возникновения серьёзных поломок, обусловленных перегрузкой.

Многих интересует, можно ли крутить свой двигатель, доходя до отсечки, и не пострадает ли от этого сам движок. Делать это разрешается. Причём здесь речь не идёт о каких-то угрозах повреждения силовой установки. Просто не выходите за красную линию на тахометре.

В частой эксплуатации автомобиля на высоких оборотах, когда стрелка тахометра постоянно находится в красной зоне, ничего хорошего действительно нет. Это способствует сокращению ресурса мотора и возникновению тех или иных неисправностей, вызванных чрезмерными нагрузками на ДВС.

Но суть в том, что доводить обороты до красной зоны нет никакой необходимости. От этого мощность или максимальная скорость не увеличиваются, а только уменьшаются. Инженерами было задумано так, что двигатель выходит на свою максимальную мощность именно при определённых и достаточно высоких оборотах коленвала. Это около 90-97% до момента срабатывания отсечки. Допустим, на машине стоит лимитатор по оборотам на стандартной отметке в 6,5 тысяч оборотов в минуту. Это означает, что максимальной мощности своего мотора вам удастся достичь примерно на 6-6,3 тысячах оборотов. То есть вы ещё не дошли до отсечки, но при этом приблизились к ней на небольшое расстояние.

Стоит вам выйти за пределы отсечки, и мощность сразу же упадёт, набор скорости прекратится, поскольку в цилиндры уже не поступает топливо. Вы лишь напрасно будете пытаться выдавить педаль газа, разрушая сам педальный узел и провоцируя дополнительные неприятности своими совершенно ненужными и неоправданными действиями.

Если хотите получить максимум эффективности от своего двигателя, ощутить его производительность, держите обороты недалеко от отсечки, но не переходите эту грань. Работа мотора в таком режиме совершенно безопасная, нет никаких рисков повреждения или чрезмерного износа от перегрузки. Сейчас двигатель работает в оптимальном режиме, под который он изначально был адаптирован конструкторами.

При проведении тюнинга двигателя предельные значения отсечки иногда смещают в сторону увеличения, чтобы повысить отдачу двигателя. Иногда лимитатор отключается полностью, что даёт доступ к полной мощности и максимальной скорости, на которую способен автомобиль.

Блоки, где можно сдвинуть отсечку, теоретически дают прирост мощности и повышают максимальную скорость. Но подобный тюнинг увеличивает нагрузку на двигатель, который начинает быстрее изнашиваться и выходить из строя. Чтобы отключать отсечку или сдвигать её, требуется специально подготовленный автомобиль, в конструкции двигателя которого используются прочные, износоустойчивые и надёжные компоненты, способные выдержать повышенные нагрузки. В противном случае вы лишь навредите мотору, спровоцируете существенное сокращение его ресурса.

Что же касается обычных двигателей, то отключать на них лимитаторы настоятельно не рекомендуется. Если сделать это и крутить двигатель выше установленных конструкторами предельных значений, поломки начнут возникать крайне быстро. Максимально можно извлечь те самые 5% запаса. Ведь зачастую отсечка срабатывает при 95% от своих максимальных рабочих оборотов. 5% нужны сугубо для перестраховки. Такое смещение отсечки действительно происходит без существенных рисков, поскольку тогда значения всё равно не выходят за свой лимит.

Читать еще:  Что является двигателем культуры

А вот пытаться вывести отсечку на более чем 5% настоятельно не рекомендуется. Это приведёт к непредсказуемым, но наверняка негативным последствиям.

Напоследок стоит дать один простой совет всем тем, кто любит эксплуатировать автомобиль на высоких оборотах. Подобные условия приводят к повышенному расходу не только топлива, но и масла. Потому тут важно постоянно следить за количеством смазочной жидкости в двигателе, по мере необходимости подливать её и своевременно менять. Такая эксплуатация уменьшает срок службы масла, плюс предъявляет повышенные требования к его качеству. При высоких постоянных оборотах крайне важно применять высококачественные смазочные материалы, чтобы минимизировать износ элементов двигателя и защитить его от возможных серьёзных поломок.

Прорывная технология или утопия: линейный генератор + свободнопоршневой двигатель

Линейный генератор со свободным поршнем, который использует сгорание топлива для непосредственной выработки электроэнергии без использования приводного вала, может обеспечить расширение возможностей электромобилей. Он намного меньше и эффективнее, чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Несколько научных групп, в том числе научно-исследовательская группа Toyota, исследуют эту интригующую технологию.

Двигатели внутреннего сгорания, скорее всего, сохранятся в течение довольно долгого времени и будут использоваться в качестве компонента подключаемых гибридных автомобилей и электромобилей с увеличенным запасом хода. Все это, несмотря на большое количество совершенных электромобилей.

При этом может быть установлен небольшой бортовой высокоэффективный электрогенератор, чтобы аккумулятор можно было заряжать во время поездки — так называемый «расширитель запаса хода» или, проще говоря, гибридно-электрическая трансмиссия. Это помогает повысить эффективность, а также надежность системы.

Линейный генератор со свободнопоршневым двигателем — это своеобразный преобразователь энергии, который может генерировать электрическую энергию, и рассматривается как потенциальная технология для решения проблемы ограниченного пробега электромобилей. Избавившись от кривошипно-шатунного механизма, такой двигатель получает ряд преимуществ в виде переменной степени сжатия, компактных размеров и пр.

Опытный образец — двухтактный линейный генератор

Оптимальное решение преобразования энергии нашел профессор Питер Ван Блариган. Он оснастил поршень свободнопоршневого двигателя кольцевыми магнитами из неодимового сплава, а на внешней стенке цилиндра-статора поместил обмотку. Таким образом, появление сверхмощных магнитов из неодимового сплава позволило обойтись без механической связи поршня с трансмиссией, создав генератор электричества. Ван Блариган построил опытный образец — двухтактный линейный генератор мощностью 40 кВт. Термический КПД двигателя-генератора, работающего на пропане достигал 56%. Причем, этот двигатель мог работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, дизельном топливе и спирте.

Высокий КПД такого двигателя обеспечивается за счет снижения паразитных внутренних потерь. В конструкции отсутствуют вращающиеся массы, которые имеют значительную инерцию. На поршни не действуют боковые силы, которые обычно прижимают их к стенкам цилиндра, благодаря чему уменьшается трение. Подшипники коленчатого вала и шатунов, поршневые пальцы, распределительный вал, кулачки и клапаны — все те узлы классического двигателя, в которых существует трение, — отсутствуют. Кроме того, на каждый цикл работы двигателя со свободным поршнем приходится два рабочих такта. При этом свободнопоршневой двигатель гораздо компактнее, проще и надежнее обычного ДВС. Эффективность преобразования энергии может быть увеличена за счет оптимизации степени сжатия. Кроме того, ключевые характеристики двигателя со свободным поршнем, такие как выходная мощность и эффективность системы могут быть улучшены за счет управления положением поршня.

Все гениальное…

Свободнопоршневой двигатель устраняет всю механическую трансмиссию обычного двигателя, позволяя разрабатывать эффективные циклы сгорания и уменьшая количество деталей и стоимость двигателя.

Принцип действия генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев достаточно прост. Двухцилиндровый двигатель линейного генератора со свободным поршнем выполнен по оппозитной схеме и имеет поршневую группу, состоящую из двух поршней, соединенных жестким штоком. Циклически повторяющееся давление газов в процессе сгорания топлива сообщает поршневой группе возвратно-поступательное движение. В плоскости симметрии штока, между поршнями на штоке закреплена подвижная магнитная система. Она размещается внутри неподвижного статора с системой обмоток. При возвратно-поступательном движении штока с закрепленной на нем магнитной системой внутри статора вследствие взаимодействия их магнитных полей происходит возникновение электродвижущей силы в обмотках статора.

Кроме того, электрическая машина, работая в режиме двигателя, обеспечивает старт двигателя внутреннего сгорания. Электронная система управления должна осуществлять контроль движения поршней для обеспечения оптимального термодинамического цикла, а также позиционирование поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров.

Преимущества этого принципа преобразования энергии значительны:

  • уменьшение числа движущихся деталей за счет исключения кривошипно-шатунного механизма до одного поршневого узла;
  • повышение жесткости и механической надежности конструкции двигателя;
  • повышение ресурса и механического КПД двигателя вследствие отсутствия шатунов, что приводит к исключению боковых сил, действующих на зеркало цилиндра и уменьшению трения в цилиндропоршневой группе;
  • исключение стартера для запуска ДВС, так как электрический генератор может работать и как линейный электродвигатель;
  • возможность динамического изменения степени сжатия в каждом такте не механическими способами, а корректировкой параметров электронной системы управления;
  • возможность работы с различными видами топлива (бензин, природный газ, водород, биогаз, биотопливо) посредством электронной настройки системы управления;
  • реализация оптимальных режимов сгорания топлива, в том числе и гомогенное воспламенение бедных смесей — потенциал для снижения вредных выбросов;
  • снижение расходов на производство.

Проблемы сложные, но решаемые

Серийному выпуску подобных двигателей-генераторов мешает несколько проблем, самая главная из которых — создание системы управления. Дело в том, что в обычном ДВС верхняя мертвая точка траектории поршня задается геометрией кривошипно-шатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. То есть, поршень тормозит, создавая давление в камере. Как следствие, длительность тактов и верхняя мертвая точка могут изменяться. А это значит, что при неточной работе форсунки поршень либо остановится, либо ударится в стенку. Как следствие, свободные поршни нуждаются в специальной системе, которая бы нивелировала разницу в процессе сгорания топлива в каждом из рабочих циклов. Ван Блариган считает, что ключ к решению проблемы управления в контроле за положением и движением поршня через внешний статор. Компьютерное управление вполне может справиться с такой задачей. А тормозить поршень можно с помощью тех же электромагнитов.

Полноценный прототип генератора с готовой системой управления обещан с КПД – 50%.

Такой двигатель отлично подходит для автомобиля с элетротрансмиссией. ДВС в таком автомобиле нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности либо максимального момента. Это значит, что нет необходимости обеспечивать его работу на переходных режимах, ту самую, ради которой создаются многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и прочее. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов намного проще и, значит, дешевле и надежнее.

Управление решается контроллером итеративного обучения

Важной проблемой является стратегия управления возвратно-поступательным движением свободного поршня для обеспечения стабильной работы системы. При отсутствии коленчатого вала несколько поршней должны каким-то образом точно позиционироваться и синхронизироваться. Если движение каждого поршня не контролируется точно, степень сжатия будет меняться, что снижает эффективность работы. Проблема управления была разделена на несколько этапов. Контроллер итеративного обучения был разработан для управления верхним положением, а управление нижним положением было основано на оценке состояний сгорания, при этом управление ходом было основано на конечном автомате. Была решена сложная инженерная задача. Комбинированная имитационная модель, включающая колебания цикла сгорания, была представлена и подтверждена прототипом, а также проанализирована эффективность стратегии управления. Результаты показали, что система обеспечивает стабильную работу, а возвратно-поступательное движение свободного поршня хорошо контролируется.

Задача создания силовой установки, в составе линейного генератора и двигателя внутреннего сгорания со свободным поршнем, представляет собой сложную техническую задачу, решение которой лежит на стыке физики процесса сгорания топлива, теории систем управления быстропротекающими процессами в реальном времени, быстродействующей силовой электроники и техники линейных электроприводов. Однако, к счастью все эти технологии можно считать на сегодняшний день достаточно глубоко разработанными и требуется лишь решить проблему синергетического синтеза систем.

Двигатели Хонда ВТЕК (Honda VTEC): особенности, характеристики, плюсы и минусы

Практически каждый автолюбитель хоть бы раз в жизни встречал символы под капотом той или иной машины в виде аббревиатур — VTEC или I-VTEC. Но что означает данная маркировка, знает не каждый любитель автомобилей. Сокращенное понятие VTEC расшифровывается, как «Variable Valve Timing and Lift Electronic Control», что переводится, как электронная система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов в силовой установке. Основным предназначением электронной системы регулировки фаз газораспределения является оптимизация прохождения топливно-воздушной смеси в камеры сгорания двигателя.

Впервые электронная система изменения фаз газораспределения появилась в 1989 году и дойдя до нашего времени успела уже 2 раза серьезно усовершенствоваться. Поэтому сегодня мы можем видеть на некоторых новых машинах 3-е поколение системы. Сама по себе технология VTEC использует в своей работе возможности электроники и механики, что дает силовой установке очень эффективно управлять возможностями одновременно 2-ух распределительных валов, а в упрощенных двигателях формата SOHC — одним распредвалом. Система осуществляет контроль числа оборотов с диапазонами мотора таким образом, что компьютер автомобиля может активировать и подключить к работе дополнительные кулачки. Делается это для того, чтобы подобрать наиболее оптимальный режим работы.

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО МОТОРОВ С СИСТЕМОЙ VTEC

Главной особенностью двигателей с системой VTEC в сравнение с традиционными силовыми установками является достижение максимального крутящего момента на более низких оборотах. Если брать характеристики разных моторов, то хорошо видно, что у одних максимум крутящего момента достигается на пониженных оборотах в диапазоне от 1800 до 3000, а у других на более повышенных, например в диапазоне от 3500 до 4500 оборотов в минуту.

Вышеописанные моменты в разнице достижения максимальных оборотов двигателями объясняется тем, что в случае более эффективного наполнения топливом камер сгорания цилиндров, дает возможность получения высокого крутящего момента на низких оборотах. Кроме того, получение высокого крутящего момента при определенных оборотах также зависит от конструкции выпускного тракта и тех или иных настроек газораспределительного механизма автомобиля. Другими словами говоря, эффективность силовой установки напрямую определяется фазами газораспределения. Справочно заметим, что данные фазы образуются благодаря особому профилю кулачков распределительного вала.

Чтобы более детально представлять принцип работы двигателя с системой VTEC, возьмем для примера двс, который работает при 20 оборотах в минуту, то есть впускные и выпускные клапана установки задействованы 10 раз в минуту, то есть достаточно редко. Для снятия же максимального крутящего момента при таких оборотах, впускной клапан обязан открываться почти в начале такта всасывания, то есть, когда поршень начинает свое движение от верхней мертвой точки, а затем закрывается в момент возврата поршня в нижнюю мертвую точку. По точно такой же схеме функционирует выпускной клапан, то есть никаких задержек с опережениями в работе клапанного механизма быть не должно, в противном случае крутящий момент снизится.

Читать еще:  Что такое безколлекторный двигатель

Вот именно при всем вышеописанном алгоритме работы происходит оптимальное наполнение камер сгорания цилиндров топливно-воздушной смесью и эффект от работы мотора получается наивысшим. По такому сценарию и функционирует двигатель с системой VTEC.

Цифры, которые мы привели выше для примера являются бутафорией, в реальности же частота вращения двигателя может увеличиваться до 3500-4000 оборотов в минуту и впускной с выпускным клапана в таком варианте открываются, а затем закрываются уже при показателях в 1800-2000 раз в минуту или примерно 30-35 раз за 1 секунду, что считается довольно часто. При таком режиме работы мотора на всасывание поршнем новой порции заряда, времени остается очень мало.

Вот поэтому только к моменту, когда поршень силовой установки достигает нижней мертвой точки, скорость подачи топлива, а следовательно и ее расход через проходное сечение выпускных клапанов достигают максимальных значений. В этот момент впускной клапан закрывается и основная доля порции свежего топлива, больше не может проникнуть в камеры сгорания, так как она просто на просто натыкается на закрытый клапан, который преждевременно захлопывается. В этом случае мотор начинает, как бы глохнуть, в результате чего мощность временно незначительно снижается, а максимальные обороты уменьшаются. Вся эта схема работы — заслуга фаз газораспределения системы VTEC.

Справочно заметим, что последнее 3-е поколение двигателей работающих в паре с системой VTEC имеют усредненные регулировки фаз газораспределения, которые рассчитаны на разные случаи жизни. Усредненные настройки фаз газораспределения получаются благодаря специальному профилю кулачков распределительного вала. Кроме того, конструкторы и инженеры доработали систему до такой степени, что для того, чтобы двигатель функционировал в оптимальных условиях на разных оборотах был сконструирован особый газораспределительный механизм.

В такой системе распредвал снабжается разными кулачками, как для низких, так и для высоких оборотов коленвала мотора. Благодаря чему достигается различный момент для открытия и закрытия кулачков, а также образуется высокая мощность на повышенных оборотах силовой установки.

2. КАКИЕ ДВИГАТЕЛИ ОСНАЩАЮТСЯ VTEC? ОСОБЕННОСТИ И ПОКОЛЕНИЯ СИСТЕМ ВТЕК

Первым двигателем, который стал работать с технологией VTEC стал мотор с системой SOHC, которая обладает одним распредвалом в механизме газораспределения и применяется только для впускных клапанов. Эффективность данного двигателя и системы VTEC незначительно ниже, чем у DOHC VTEC. Однако конструкция и ремонтопригодность намного проще, что также сказалось на компактных габаритах с массой силовой установки.

С течением времени двигатель SOHC стал снабжаться усовершенствованной системой VTEC-E, которая способна максимально снижать расход потребляемого топлива, что в свою очередь вызывает улучшение экологических показателей. Такой двигатель на низких оборотах функционирует на обедненной смеси, которая проникает в камеры цилиндров только через один единственный впускной клапан. Когда топливно-воздушная смесь попадает в камеры, то она завихряется и обеспечивается ее устойчивое сгорание. В том случае, если происходит увеличение оборотов двигателя, то автоматически срабатывает система VTEC-E, которая блокирует сразу впускной и выпускной клапана. После чего начинается совместная работа мотора и экономичной системы.

Затем через определенное количество времени японские инженеры с компании Honda, на автомобили которой в основном и устанавливается система VTEC, разработали газораспределительный механизм SOHC 3-stage. В паре с этим двигателем и начала действовать технология VTEC. Силовая установка SOHC 3-stage имеет 3 режима работы, в отличие от обычного «СОХСа», который имеет только 2 режима. Заметим, что в зоне низких оборотов, система VTEC в тандеме с таким мотором обеспечивает экономичный режим функционирования двигателя на обедненной смеси и в этом случае применяется только одни единственных впускной клапан.

На средних же оборотах к работе подключается 2-ой клапан, однако фазы газораспределения и высота подъема клапанов не меняется. Кроме того, в таком алгоритме работы, силовая установка достигает высокого крутящего момента. Что касается режима высоких оборотов, то тут два клапана управляются 1-им центральным кулачком, который отвечает за снятие с мотора максимальной мощности.

После чего на свет появилась силовая установка с 2-мя распредвалами и известной почти каждому автолюбителю своей маркировкой DOHC. Данный двигатель также стал активно использоваться компанией Honda для своих автомобилей совместно с технологией VTEC. Фундаментом для конструирования такого мотора стал широко используемый в автомобилестроении 4-х клапанный механизм газораспределения. В двигателях DOHC VTEC предусмотрено для каждого ряда клапанов, как впускных, так и выпускных специальное устройство в виде отдельного распредвала.

Следующей особенностью мотора является то, что на каждые 2 клапана приходиться по 3 кулачка, расположенных на распредвале. Два боковых кулачка нужны для функционирования силовой установки в случае возникновения низких и средних оборотов, а центральный необходим для высоких оборотов. Воздействие кулачков на клапана осуществляется при помощи рокера, которых также 3 единицы на 2 клапана.

Кроме того, рокеры снабжены гидравлически управляемыми небольшими поршнями, в задачу которых входит сдвигание и соединение механизма в одно целое при появлении определенного воздействия на них. Что касается среднего рокера, то он скомпонован специальной пружиной. Данная пружина обеспечивает систематический контакт кулачка с рокером на низких, а также средних оборотах.

Справочно заметим, что когда силовая установка DOHC VTEC функционирует на низких оборотах, то рокеры находятся в не заблокированном состоянии и каждый из них производит независимое движение, которое соответствует траектории кулачка. Что касается среднего кулачка, то он вращается с остальными компонентами, но участия в процессе работы газораспределительного механизма участия не принимает.

После того, как мотор переходит в режим повышенных оборотов, то автомобильный компьютер электронного типа отдает команду своему исполняющему узлу на повышение давления масла, с целью приведения в движение небольших поршней системы, которые расположены в рокерах для передвижения последних. Это в свою очередь приводит к полной блокировке рокеров. Для чего все это нужно? Дело в том, что после таких незамысловатых действий, все элементы вышеописанной группы, станут полностью подконтрольными центральному кулачку. Благодаря этому центральный кулачок теперь будет самостоятельно управлять функционированием сразу 2-ух клапанов системы.

Следующей технологией, которой стали снабжаться двигатели с механизмом изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов, стала система VTC, которая непрерывно стала регулировать момент начала открытия впускных клапанов. Такая конструкция устройств получила название i-VTEC и стала базироваться на проверенном временем двигателе DOHS (DOHS i-VTEC). В силовых установках снабженных такой системой, фазы открытия впускных клапанов устанавливаются в зависимости от нагрузки мотора и настраиваются при помощи изменения угла впускного распредвала относительно выпускного.

Исходя из мнений специалистов, использование системы VTEC дает возможность более эффективно наполнять камеры сгорания цилиндров топливно-воздушной смесью. Это в свою очередь отражается в увеличении конечной мощности мотора, которая повышается в среднем на 20-25 процентов, а крутящий момент примерно на 10-15 процентов. Кроме того, благодаря такой системе происходит оптимизация расхода топлива и его дальнейшее снижение, в среднем на 15-20 процентов, что является довольно существенной экономией.

В заключении отметим, что вышеописанные двигатели в сочетании с технологией VTEC в принципе не представляют из себя вечных или сверхъестественных моторов, но эффект, который они дают в процессе функционирования просто удивляет. Силовые установки VTEC являются основными для японских автомобилей Honda и они прекрасно умеют подстраиваться под различную нагрузку, выдавая оптимальную мощность при небольшом рабочем объеме. Кроме того, как мы сказали ранее, такие двигатели не перестают удивлять своей экономичностью, особенно на холостом и малом ходах.

ИСТОЧНИК МАТЕРИАЛА — НАШ КАНАЛ ЯНДЕКС ДЗЕН

Двигатели (уч пособие )

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

• впуск воздуха или его смеси с топливом;
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
• выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

• в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;

• в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;

• двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — «тяговиты на низах»).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

• большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
• большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
• меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Читать еще:  Электро схема двигателя лифан

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель— цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала или как бы две VR-компоновки.Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;

• давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;

• оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;

• давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или
механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике. Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Что такое TDI двигатель и чем он отличается от TSI?

Дизельные двигатели традиционно вызывают повышенный интерес у наших автомобилистов, стремящихся получить максимум возможного и при этом не переплачивать за топливо.

Один из таких двигателей – TDI, или Turbo Diesel Injection, который компания Volkswagen устанавливает в свой знаменитый внедорожник Toaureg. Это современный силовой агрегат, в котором повышенный крутящий момент удачно сочетается с экономичностью и завораживающий мощностью.

Особенности двигателей TDI

Основной отличительной чертой TDI двигателей является наличие топливного впрыска, осуществляемого под высоким давлением, и современного турбонагнетателя, геометрия турбины которого изменяется для максимальной эффективности сжигания топлива. КПД двигателя достигает 45%, что для дизеля является великолепным результатом. К достоинствам двигателя специалисты относят:

  • минимальный расход топлива;
  • предельно низкий объём вредных и токсичных веществ в выхлопе;
  • высокую надёжность, длительный срок эксплуатации без ремонта, длительный интервал между регламентными сервисными работами.

Благодаря высокому показателю крутящего момента двигатель демонстрирует отличные показатели рабочей динамики, быстрый разгон и максимальную мощность даже на низких оборотах.

Основные конструктивные отличия

  • Прямой впрыск. Чтобы обеспечить равномерность сгорания, небольшое количество топлива впрыскивается в камеру перед началом основного цикла. Таким образом, достигается максимальная эффективность без жёсткого ударного воздействия на конструктивные элементы двигателя.
  • Турбонагнетатель. Оригинальная конструкция, состоящая из двух турбин, обеспечивает сжатие подаваемого воздуха, благодаря чему возрастает эффективность сгорания топлива. Мощность двигателя возрастает без увеличения оборотов и без роста потребления горючего.

  • Система VTG. Изменяемая геометрия турбинных лопастей способствует возрастанию эффективности, на малых оборотах суживая пропускное отверстие, а при увеличении числа оборотов – увеличивая его. Такая регулировка давления способствует стабильности работы двигателя, снижает объём выхлопа и увеличивает управляемость машины.
  • Сравнение двигателей TDI и TSI

    На автомобили Toaureg в разных комплектациях устанавливают дизели TDI и бензиновые агрегаты TSI. Какую комплектацию выбрать? Сравним их плюсы и минусы.

    Достоинства и недостатки TDI

    Основным преимуществом TDI двигателя является невероятно высокий КПД, составляющий 45%. На текущий момент это наивысший показатель, достигаемый автомобильными дизелями. В пользу этого двигателя говорят и экологические характеристики – содержание продуктов горения в выхлопе удалось сократить до минимума. К тому же это очень малошумный агрегат, особенно по сравнению с установками равной мощности.

    Что касается недостатков, то они характерны для всех дизелей. По показателю мощности на литр они традиционно проигрывают бензиновым моторам, при этом отличаются относительно большим весом и габаритами. Кроме того, уровень шума более высок, чем у TSI, хотя стоит заметить, что это отличие невелико.

    Достоинства и недостатки TSI

    Классический бензиновый мотор с двойным турбинным наддувом TSI обладает повышенной мощностью по сравнению со стандартными моделями, причём разница достигает 10-15%. Конструкция позволяет избегать провалов по мощности, а благодаря двойной компрессии достигается максимальная эффективность сжигания топлива.

    К недостаткам TSI относят, прежде всего, чрезвычайно сложную конструкцию двойной системы компрессии. Помимо повышенной стоимости самого двигателя, это удорожает его ремонт и обслуживание.


    Выбирая между TDI и TSI, вы фактически отдаёте предпочтение либо тихой и лёгкой бензиновой машине, либо тяжёлому и мощному дизелю. Показатели мощности и расхода топлива у них примерно равны, а следовательно, выбор той или иной модификации Toaureg – не более чем личные предпочтения.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector