Классификация легковых автомобилей

Классификация легковых автомобилей Легковые автомобили классифицируют по: габаритным размерам; типу кузова; расположению двигателя; приводу колес. - В зависимости от расположения двигателя и ведущего моста у л/а различают следующие компоновочные схемы: Расположение ДВС Ведущая ось Классическая переднее задняя Переднеприводная переднее передняя С центральным ДВС центральное задняя Заднеприводная заднее задняя Полноприводная переднее обе Европа. Официальной классификации нет. Общепринята классификация по габаритным размерам и типу кузова автомобилей, которые делятся на 10 групп: 6 по классам и 4 – по типу кузова. Класс Название Размеры кузова д-ш, м Типы кузовов А В С Мини Компакт Гольф до 3,6х1,6 до 3,9х1,7 до 4,4х1,75 D Средний до 4,7х1,8 хэтчбек хэтчбек, седан хэтчбек, седан, универсал седан, универсал E Бизнес более 4,6х1,8 F Люкс более 4,6х1,8 Спорт-купе Число мест Цилиндры, объем, л 4 2-4, V1,0-1,2 4 4, V1,3-1,5 4-5 4, V1,6-1,8 5 4, V1,8-2,2 седан, универсал 5 седан, купе, лимузин купе, тарга 5 4, V2,2-2,4 6, V2,4-3,2 8, V4,0-5,0 12, V5,0-6,0 Двигатели Привод Расположе- Мощность, ние л.с. поперечное 60-70 передний поперечное 70-90 передний поперечное 90-120 передний поперечное, продольное поперечное, продольное продольное 120-140 140-160 160-180 200-500 передний, задний передний, задний задний, полный задний, полный передний, задний полный продольное центральное Открытые кабриолет, родстер 2-4 поперечное, автомобили продольное МПЛА* универсал 5-7 поперечное, продольное УПВ** однообъёмный 7-9 поперечное передний * - многоцелевой полноприводный легковой автомобиль, ** - универсал повышенной вместимости 2-4 США. По классификации принятой Агентством по охране окружающей среды легковые автомобили распределяются на 5 классов по полезной вместимости пассажирского салона с двумя рядами сидений и багажником. - миникомпактные Менее 2,4 м3 (А) - субкомпактные 2,4…2,83 м3 (ВС) - компактные 2,83…3,1 м3 (DE) - средне размерные 3,1…3,4 м3 - больше размерные более 3,4 м3 Примеры: ВАЗ-21093 (2,23 м3), МВ-190 (2,69 м3), Форд-Торус (2,84 м3), Линкольн-Таун кар (3,34 м3) Пикапы, МПЛА (SUV – Sport Utility Vehicle), УПВ и грузопассажирские фургоны полной массой до 4,54 тонны относятся к легким грузовым автомобилям (42% продаж). Япония. Согласно Закону о дорожном транспорте все легковые автомобили в Японии разделяются на 3 группы по габаритным размерам (д-ш-в) и объему двигателя: - мини До 3,3х1,4х2,0 и ДВС меньше 660 см 3 (20% выпускаемых) - малые От 3,3х1,4х2,0 до 4,7х1,7х2,0 и ДВС - 660… 2000см3 (60%) - стандартные Свыше 4,7х1,7х2,0 и ДВС более 2000 см 3 (20%) Классификация грузовых автомобилей Общий выпуск грузовых автомобилей разрешенной максимальной массой более 6т в 17 странах мира составляет приблизительно 1750 тысяч, из которых 1050 тысяч – средней грузоподъемности и 700 тысяч – тяжелые грузовики. Все грузовые автомобили можно классифицировать по назначению, компановке, колесной формуле и разрешенной максимальной массе. 1 По назначению: – транспортные – автомобили, предназначенные для перевозки грузов – специальные – носители технологического и специального оборудования, не предназначенные для перевозки грузов (краны, автовышки, буровые и т.п.). Транспортные автомобили кроме того делятся на: – общего назначения – имеют бортовую платформу; – специализированные – снабжены спецкузовом для перевозки конкретных типов грузов (самосвалы, цистерны, панелевозы и т.п.); – внедорожные –способные перевозить грузы в условиях бездорожья (Урал, ГАЗ-66 и т.п.) По компоновке – по расположению кабин. - капотная компановка – двигатель над передним мостом, кабина за двигателем (Урал); - короткокапотная - двигатель над передним мостом, частично входит в кабину (Газель); - бескапотная - двигатель над передним мостом, кабина над двигателем (КамАЗ); - передняя кабина - двигатель сзади переднего моста, кабина сдвинута вперед (МАЗ-5432). По колесной формуле – общее число колес х число ведущих колес. число управляемых колес Газель – 4х2.2; КамАЗ – 6х4.2; Урал – 6х6.2; Нива – 4х4. У грузовых автомобилей колеса задних осей с двускатной ошиновкой. По разрешенной максимальной массе – грузовые автомобили делятся на три класса: Название класса Легкий, (80%) в т.ч. 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа Средний (15% от общего числа) Тяжелый (5% от общего числа) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Разрешенная максимальная масса До 6т До 2т До 2,8т От 2т до 3,5т От 3,5т до 6т От 6т до 15т Характерные особенности Предназначены для городских перевозок – с хорошей разгонной и тормозной динамикой, ДВС бензиновые На базе легковых автомобилей, грузоподъемность до 0,8т На базе МПЛА, часто полноприводные, грузоп-ть до 1,0т Оригинальная конструкция, грузоподъемность до 1,5т Предназначены для: - пригородных перевозок до 50км (бортовые); - установки технологического и специального оборудования Свыше 15т Предназначены для: - междугородных перевозок (наличие спальных мест); - установки специализированных кузовов Крупнейшие производители грузовых автомобилей среднего и тяжелого класса Всего В т.ч. тяжёлого кл. Mercedes-Benz (Germany) + Freightliner (USA) 131 тыс. 125 тыс. DongFend Motor (China) 145 тыс. Mitsubishi (Japan) 116 тыс. 26 тыс. Isuzu (Japan) 101 тыс. 29 тыс. Navistar «International» (USA) 94 тыс. 46 тыс. Ford Motor (USA) 93 тыс. 24 тыс. Toyota + Hino 86 тыс. 35 тыс. China First Automobile Group (Автозавод №1) 86 тыс. Volvo (Sweden) 77 тыс. 72 тыс. Tata Telco (India) 74 тыс. 11 тыс. Renault Vehicles Industries (France) + Mack (USA) 65 тыс. 53 тыс. IVECO (Itali) 57 тыс. 28 тыс. Nissan Diesel (Japan) 53 тыс. 28 тыс. Paccar (USA) – Kenworth, Peterbild, Foden 52 тыс. 52 тыс. Hyundai (Korea) 45 тыс. General Motors, Chevrolet, GMS Truck (USA) 42 тыс. Scania (Sweden) 41 тыс. MAN + Steyr (Germany) 40 тыс. 26 тыс. DAF Truks (Nederland’s) 24 тыс. 16 тыс. Ashok Leyland (India) 22 тыс. - Классификация и определения Классификация транспортных средств служит основой для построения системы требований по безопасности движения, предъявляемых к конструкции эксплуатируемых на территории Европейского союза ТС. Колесные безрельсовые транспортные средства подразделяется на: 1. механические транспортные средства (ТС) – независимо движущиеся ТС, предназначенные для эксплуатации на дорогах общего пользования либо на специальных дорогах (внедорожный технологический транспорт), с максимальной скоростью более 50 км/ч. Основными свойствами механического транспортного средства являются: способность переходить из неподвижного состояния к движению; 2 избыток тягового усилия для выполнения транспортной работы, преодоления дорожного сопротивления и возможностью ускорения до достижения требуемой скорости. 2. прицепы - буксируемые ТС, которые в процессе эксплуатации могут отсоединяться от тягача. Под автомобилями подразумеваются имеющие не менее 4-х колес механические безрельсовые транспортные средства, снаряженной массой более 400 кг, предназначенные для эксплуатации на дорогах общего пользования со скоростью более 50 км/ч. По классификации КВТ ЕЭК ООН - комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии организации объединенных наций (TRANS/WP.29/78/Rev.1/Amend.2) транспортные средства подразделяются на категории по объему двигателя, максимальной скорости, количеству колес, количеству мест для сидения и разрешенной максимальной массе. Разработанный на основе этого документа и введеный в России с 01.01.2004г. ГОСТ Р 52051-2003 “Механические транспортные средства и прицепы. Классификация и определения” вводит следующие типы категорий: 1) Категория L – механические ТС, имеющие менее 4-х колес и квадрициклы L1 – двухколесный мопед L2 - трехколесный мопед L3 - мотоцикл L4 – мотоцикл с коляской L5 – трицикл L6 – легкий квадрицикл (N< 4кВт) L7 – квадрицикл (N< 15кВт) 2) Категория M – механические ТС имеющие не менее 4-х колес и используемые для перевозки пассажиров М1 – число мест 8 или менее, помимо места водителя М2 – число мест больше 8, помимо места водителя и разрешенной максимальной массой 5 и менее тонн Для обеспечения безопасности по ГОСТ Р 41.52-2001 «Единообразные предписания, касающиеся конструкции транспортных средств общего пользования малой вместимости» автобусы категории М 2 делятся на классы: - Класс А – ТС, конструкцией которых предусмотрена перевозка стоящих пассажиров - Класс В – ТС, не предназначенные для перевозки стоящих пассажиров (отсутствует оборудование для стоящих пассажиров: поручни, ручки и т.п.).  М3 – число мест больше 8, помимо места водителя и полной массой более 5 тонн. Для обеспечения безопасности по ГОСТ Р 41.36-99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения пассажирских транспортных средств большой вместимости в отношении общей конструкции» и ГОСТ Р 41.107-99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения двухэтажных пассажирских транспортных средств большой вместимости в отношении общей конструкции» автобусы категории М 3 делятся на классы: - Класс I – ТС, конструкцией которых предусмотрены зоны для стоящих пассажиров и обеспечивающие возможность пассажирообмена (городской автобус) - Класс II – ТС, сконструированные для перевозки, главным образом, сидящих пассажиров, и в которых может предусматриваться перевозка стоящих пассажиров, находящихся в проходах и/или в зонах, не превосходящих по своей площади пространства, необходимого для размещения 2-х двойных сидений (междугородный автобус) - Класс III – ТС, сконструированные исключительно для перевозки сидящих пассажиров (туристский автобус)   3) Категория N – механические ТС, имеющие не менее 4-х колес и предназначенные для перевозки грузов N1 – максимальной разрешенной массой до 3,5 тонн N2 – максимальной разрешенной массой от 3,5 до 12 тонн N3 – максимальной разрешенной массой более 12 тонн 4) Категория О – буксируемые ТС  О1 – максимальной разрешенной массой до 0,75 тонны  О2 – максимальной разрешенной массой свыше 0,75 до 3,5 тонн  О3 – максимальной разрешенной массой свыше 3,5 до 10 тонн  О4 – максимальной разрешенной массой более 10 тонн Буксируемые ТС категорий О2 - О4 принадлежат к одному из типов: – полуприцеп - ТС, оси которого расположены позади центра масс и которое оборудовано сцепным устройством, позволяющим передавать горизонтальные и вертикальные нагрузки на тягач – полный прицеп - ТС имеющее не менее 2-х осей, с буксирным устройством, которое может перемещаться вертикально по отношению к прицепу и не передает вертикальную нагрузку на тягач – прицеп с центральной осью – ТС с буксирным устройством, которое не может перемещаться вертикально по отношению к прицепу и ось которого расположена вблизи центра масс так, что на тягач передается не более 10% собственного веса (или 10 кН, в зависимости от того, какая из этих величин меньше). 5) Категория **С - ТС специального назначения К категории ТС специального назначения относятся ТС категорий М, N, О, предназначенные для пассажирских и грузовых перевозок, связанных с выполнением специальных функций, для которых требуется наличие специального кузова или специального оборудования. Обозначение ТС специального назначения должно дополнятся символом «С»: а) «Автомобиль – дом» – ТС категории М1С, включает в себя жилой отсек с жестко закрепленными сиденьями, столом, спальными местами, кухонным оборудованием и т.п. б) Бронированное ТС – ТС категории М1С или N1C, оснащенное пуленепробиваемой броневой обшивкой, предназначенной для защиты перевозимых пассажиров или груза. в) Медицинская помощь – ТС категории М1С или М2С, предназначенное для перевозки больных.    3 г) Автомобиль для ритуальных услуг (катафалк) – ТС категории М1С, предназначенное для перевозки умерших. 6) Категория **G –ТС повышенной проходимости 1. ТС категории М1G и N1G (при максимальной разрешенной массе не более 2тонн) считают ТС повышенной проходимости, если они имеют: - по меньшей мере одну переднюю и одну заднюю оси, конструкции которых обеспечивают их одновременный привод, включая и ТС, в которых привод одной оси может отключаться; - по меньшей мере один механизм блокировки дифференциала или механизм аналогичного действия; - если они могут преодолевать подъём 30%. Кроме того, они должны удовлетворять не менее пяти из шести приведённых ниже требований: - угол въезда должен быть не менее 25%; - угол съезда должен быть не менее 20%; - угол продольной проходимости должен быть не менее 20% (см.ААИ №3, 2003); - дорожный просвет под передней осью должен быть не менее 180 мм; - дорожный просвет под задней осью должен быть не менее 180 мм; - межосевой дорожный просвет должен быть не менее 200 мм (см.ААИ №3, 2003). 2. ТС категории N1G (при максимальной разрешенной массе свыше 2тонн) или ТС категории N2G, М2G или М3G (при максимальной разрешенной массе не более 12тонн) считают ТС повышенной проходимости, если их конструкция обеспечивает одновременный привод всех колес, включая ТС, в которых привод одной оси может отключаться, либо если они удовлетворяют следующим требованиям: - имеется по меньшей мере один механизм блокировки дифференциала или механизм аналогичного действия; - ТС могут преодолевать подъём 25%. 3. ТС категории М3G (при максимальной разрешенной массе свыше 12тонн) или ТС категории N3G, считают ТС повышенной проходимости, если они имеют одновременный привод всех колес, включая ТС, в которых привод одной оси может отключаться, либо если соблюдаются следующие требования: - не менее половины осей имеет привод; - имеется по меньшей мере один механизм блокировки дифференциала или механизм аналогичного действия; - ТС могут преодолевать подъём 25%. Кроме того соблюдаются по меньшей мере, четыре из шести приведённых ниже требований: - угол въезда должен быть не менее 25%; - угол съезда должен быть не менее 25%; - угол продольной проходимости должен быть не менее 25% (см.ААИ №3, 2003); - дорожный просвет под передней осью должен быть не менее 250 мм; - дорожный просвет под задней осью должен быть не менее 250 мм; - межосевой дорожный просвет должен быть не менее 300 мм (см.ААИ №3, 2003). Здесь: межосевой дорожный просвет – кратчайшее расстояние между опорной плоскостью и самой нижней точкой ТС, находящейся на его жестком элементе. Многоосные тележки рассматривают как одну ось; дорожный просвет под одной осью – расстояние между верхней точкой дуги окружности, проходящей через центры пятен контактов шин (в случае сдвоенных шин – шин внутренних колес оси) и касающейся самой нижней точки ТС, жестко зафиксированной между колесами, и опорной плоскостью. Дорожные просветы под несколькими осями указываются исходя из последовательности их расположения (280/250/250)/ Российская классификация Для обозначения моделей автомобилей и прицепов, выпускаемых в России, используется классификация ОН 02527066.Согласно этой нормали обозначение КамАЗ-532127 расшифровывается следующим образом: КамАЗ - условное наименование предприятия - изготовителя 5 – класс автомобиля Класс Грузовой автоЛегковой автомоАвтобус мобиль биль с рабочим объс габаритной полной массой, т емом двигателя, л длиной, м До 1,2 До 1,2 1 От 1,2 до 2,0 От 1,2 до 2,0 До 5 2 От 2,0 до 8,0 От 2,0 до 4,0 От 6,0 до 7,5 3 От 8,0 до 14,0 Свыше 4,0 От 8,0 до 9,5 4 От 14,0 до 20,0 От 10,5 до 12,0 5 От 20,0 до 40,0 16,0 и более 6 Свыше 40,0 7 3– вид автомобиля 1 2 3 4 5 6 Вид автомобиля легковой автобус грузовой тягач самосвал цистерна 4 7 8 9 фургон не используется специальный 2 1 - порядковый номер модели (присваивается предприятием – изготовителем) 2 - порядковый номер модификации (присваивается предприятием – изготовителем) 7 – вариант исполнения Вариант северный 1 экспортный 6 тропический 7 удлиненный 8 Обозначение прицепа ГКБ - 8328 расшифровывается следующим образом: ГКБ - условное наименование предприятия – изготовителя 8 – класс прицепа 8 9 Прицеп Полуприцеп, роспуск 3 – вид прицепа 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Вид прицепа или полуприцепа к легковому а/м к автобусу грузовой не используется самосвал цистерна фургон не используется специальный 2 8 – индекс, обозначающий полную массу прицепа, полуприцепа или роспуска Диапазон Полная масса Полная масса используемых прицепа или роспуска, т номеров полуприцепа, т до 6 до 4 01 - 24 от 6 до 10 от 4 до 10 25 - 49 от 10 до 16 от 10 до 16 50 - 69 от 16 до 24 от 16 до 24 70 - 84 свыше 24 свыше 24 85 - 99 Классификация ДВС По способу с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров смесеобра(карбюраторные и газовые) зования : с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется внутри цилиндров) - дизели По способу осуществления рабочего цикла : четырехтактные двухтактные 5 По числу цилиндров : одноцилиндровые двухцилиндровые многоцилиндровые По расположению цилиндров : с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным) По способу охлаждения : с жидкостным охлаждением с воздушным охлаждением По виду применяемого топлива : бензиновые дизельные газовые многотопливные По степени сжатия : высокого (E=12...18) сжатия низкого (E=4...9) сжатия По способу наполнения цилиндра свежим зарядом : без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя По частоте вращения : тихоходные 6 повышенной частоты вращения быстроходные Основы устройства поршневого ДВС Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение - нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называют рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность. Принцип работы Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи вы7 полняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь. Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются. Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 - 0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С. Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод. Рабочий цикл четырехтактного дизеля Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С. Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом. Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 900 С. 8 Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности. Принцип действия двухтактного двигателя Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта: Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру. Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%. 1. Принцип работы и классификация двигателей внутреннего сгорания. Тип двигателя м.т.с. и устройства для размещения необходимого ему запаса энергии определяются требуемыми удельной мощностью, количеством запасенной энергии, временем работы транспортного средства и условиями эксплуатации. Силовая установка должна также обеспечивать: Экономичность: минимальный расход топлива, низкая стоимость изготовления и эксплуатационных расходов, большой ресурс; Экологичность: низкий уровень токсичности отработавших газов, малая шумность и материалоемкость; Гибкость в работе: пусковые качества при температуре От -30 до +50ºС, работу в разных климатических условиях и на разных высотах, разгонные характеристики. 9 (Топливные элементыХонда ЗР 1\04-65) Наиболее приемлемым двигателем для м.т.с является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Он вырабатывает мощность за счет преобразования химической энергии топлива в теплоту , которая затем преобразуется в механическую работу. Топлива – смеси углеводородов – требуют для своего сгорания присутствия кислорода, который поступает с входящим воздухом. Если сгорание топлива происходит внутри двигателя – то процесс называется внутренним сгоранием .Процессы сгорания классифицируются по цикличности (непрерывности), способу приготовления рабочей смеси и применяемым методам ее воспламенения. Цикличность – это возможность получения механической работы непрерывно (газовая турбина, двигатель Стирлинга ) или циклически (поршневой двигатель). По способу приготовления рабочей смеси ДВС делятся на установки с внешним смесеобразованием (двигатель Отто )топливная смесь приготовляется вне камеры сгорания и внутренним (двигатель Дизеля, GDI, газовая турбина)- топливо вводится непосредственно в камеру сгорания или форкамеру. Методы воспламенения топлива подразделяются на самовоспламенение – рабочая смесь загорается вследствие ее сжатия ( Дизель) и принудительное воспламенение- поджигается электрической искрой от одной или двух свечей зажигания. (Отто, GDI, Ванкеля). Поршневые двигатели внутреннего сгорания Уже рассмотрели Принцип работы Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. В таком двигателе возвратно-поступательное движени поршня в цилиндре преобразуется с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращение коленчатого вала. В качестве рабочих тел используются газы, давление которых возрастает за счет теплового расширения. Принцип работы поршневого ДВС заключается в предварительном сжатии рабочего тела, сжигания его и получения теплоты для повышения давления газов на поршень. (Схема) Рабочий объём цилиндра Vр– высвобождаемый поршнем при движении от одной до другой крайней точки, назывемых «мертвыми». Камера сгорания – пространство над поршнем в в.м.т. Параметры поршневых двигателей. 1.Тактность Рабочее тело – горючая смесь воздуха и углеводородов – в процессе сгорания (окисления) изменяет свои свойства и повторно использоваться не может. Поэтому для работы необходимо обеспечить газообмен: удаление отработавших (сгоревших) газов и поступление свежей порции горючей смеси.Форма газообмена в цилиндре характеризуется тактностью двигателя. 4-х тактный рабочий цикл совершается за 2 оборота коленчатого вала и состоит из тактов: Впуска - всасывания свежей порции за счет возникающего разрежения при движении поршня от в.м.т.до н.м.т. и открытом впускном канале; Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь Сжатия – свежей порции горючей смеси за счет движении поршня от н.м.т. до в.м.т. в герметично закрытом цилиндре; Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются Расширения–сгорание горючей смеси в герметично закрытом цилиндре вызывает рост давления на поршень и принудительное перемещение его от в.м.т.до н.м.т. (рабочий ход); Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 - 0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С Выпуска газов – двигающийся от н.м.т. до в.м.т. поршень выталкивает сгоревшие газы в открытый выпускной канал. 10 Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод Газообмен регулируется посредством распределительного вала, который при вращении открывает клапаны: впускные (1-3 на цилиндр) и выпускные (1-2). Преимущества 4-х тактного цикла : высокий коэффициент наполнения низкая токсичность ОГ низкий расход топлива Недостатки 4-х тактного цикла: наличие сложного клапанного механизма низкая литровая мощность. 2. Степень сжатия ε. Безразмерная величина. Указывает, во сколько раз сжимается рабочее тело в такте сжатия. Предварительное сжатие позволяет получить более высокое значение давления на поршень. Расчитывается , как отношение общего объёма цилиндра (суммы рабочего объёма и объёма камеры сгорания) к объёму камеры сгорания: ε = (Vр+Vкс)/ Vкс. 3. Частота вращения коленчатого вала n. Измеряется в об/мин (1/мин). 4. Литровая мощность Рл. Измеряется в кВт/л (л.с./л). Мощность на 1 литр рабочего объёма двигателя. Рл=Рдвс/ (Vр* Z). Эффективный КПД ne.Выражается в процентах. Отношение мощности ДВС к часовому расходу Qч топлива, умноженному на теплотворную способность топлива ne = 100%*Рдвс/ (Qч* Н). Нбенз = 44 МДж/кг, Ндиз = 42 МДж/кг. 3.1 Двигатели Отто ДВС с внешним смесеобразованием и воспламенением от внешнего источника (искровым зажиганием). Регулирование нагрузки осуществляется изменением количества топливной смеси, подаваемой в цилиндр при её постоянном качестве. Это достигается либо дросселированеием потока воздуха с целью регулирования плотности заряда , либо регулированием хода впускного клапана в зависимости от числа оборотов коленвала (Valvetronic). Характеристики: легковых грузовых Число тактов 4 4 ε 9…12 7…9 n 4500…9000 2500…5000 Рл 40…75 20…40 5. ne =25…35%. Увеличение КПД достигается: увеличением степени сжатия ε. Это самый простой способ, однако в настоящее время верхний предел ε =12 ограничивается антидетонационными свойствами бензинов. Детонация – это взрывообразное сгорание топливной смеси , вызывающее очень высокое давление внутри цилиндра . При длительной детонации повышенное давление и термическая нагрузка могут привести к механическим повреждениям поршня и головки в зоне клапанов. Склонность к детонации зависит от конструкции двигателя (например: конфигурации камеры сгорания) и от качества топлива. (ОктановоеЧ ЗР 11\03-239, Присадки-антидетонаторы ЗР 12\03-136) (Турбонаддув ПС №7-291, применением наддува . Мощность двигателя пропорциональна пропущенной через двигатель массе воздуха (увеличение подачи топлива затруднений не вызывает) , поэтому предварительное сжатие воздуха перед его поступлением в цилиндры позволяет увеличить мощность двигателя при тех же габаритах, рабочем объеме и частоте вращения коленвала (на 30% , а в случае с промежуточным охлаждением воздуха – до 50%). Для ДВС применяют компрессоры 3-х видов: турбокомпрессоры , нагнетатели с механическим приводом и нагнетатели, использующие волну сжатия газов. На ДВС используют нагнетатели двух видов: центробежные и с принудительным приводом рабочих элементов (объёмные), обычно конструкции «Roots”. Преимущества: давление наддува пропорционально частоте вращения – такой нагнетатель мгновенно реагирует на изменение оборотов коленвала. Недостатки: невозможность регулирования давления наддува и увеличенный расход топлива вследствие низкого термического КПД (ОГ с высокой температурой и давлением уносят много энергии). Турбокомпрессор является комбинацией турбины, приводимой в действие отработавшими газами, и центробежного компрессора, посаженных на один вал и вращающихся с частотой 50 000…120 000 об\мин. Преимущества: термический КПД снижается незначительно, удельный расход топлива падает. Недостатки: Из за инерции турбокомпрессора изменение давления наддува непропорционально возрастанию частоты вращения коленчатого вала. использование многоклапанного газораспределительного механизма позволяет увеличить мощность на 25% , за счет лучшего наполнения цилиндров. Использование распределенного впрыска бензина увеличивает мощность (по сравнению с карбюраторным) ДВС на 15% за счет более равномерного наполнения цилиндров, отсутствия диффузора и более точного количества подаваемого топлива. Использование гибридной силовой установки 11 Суть гибридных схем заключается в совместном использовании электрических моторов и двигателей внутреннего сгорания, и, соответственно, источников энергии в виде бензобака и увеличенных по размеру аккумуляторных батарей. Задача, которую сегодня уже достаточно успешно решают конструкторы — накопление энергии при торможении и использование лучших моментных характеристик электромотора при старте. (Гибридные: Приус ЗР 3\04-176, Приус, Инсайт ЗР 10\04-114) 3.2 Двигатель Дизеля 28 февраля 1892 года Рудольф Дизель подал заявку на изобретение "нового рационального теплового двигателя", а 23 февраля следующего года получил немецкий патент N67207 на «Рабочий процесс и способ конструирования двигателя внутреннего сгорания для машин» Дизельный двигатель – поршневой двигатель с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением смеси. Во время такта сжатия воздух сжимается до давления 30…55 бар , а его температура возрастает до 500…700 град. Этой температуры достаточно , чтобы вызвать самовоспламенение топлива (t=250 град.). Чтобы облегчить холодный запуск воздух в камере сгорания дополнительно подогревают электрическими свечами накаливания, разогревающимися до 900 град. Подобная организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо. Дизельное топливо получают прямой перегонкой нефти, с последующей очисткой и добавлением присадок. Содержит, в основном углеводороды, с температурой кипения 180-370 град. (86%-С, 14%-Н). Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом (CЧ = 45…90), чем оно больше, тем выше способность топлива к самовоспламенению. Регулирование нагрузки осуществляется изменением топливоподачи при постоянном количестве воздуха. Более высокая степень сжатия должна обеспечить более высокий КПД, но работа на обедненных смесях (для снижения дымности ) и меньшая удельная теплота сгорания дизтоплива (42,5 МДж/кг, у бензина 43,5 МДж/кг) снижают значение КПД. Преимущества: - экономичность, обусловлена отсутствием дросселирования потока воздуха и меньшей стоимостью дизтоплива - высокий крутящий момент в широком диапазоне частот вращения, что делает его гибким в управлении, при работе в тяжелых дорожных условиях - низкая токсичность по СО и СН. Недостатки: -повышенная шумность и высокий уровень выбраций, обусловленные высокой степенью сжатия и быстрым нарастанием давления в цилиндре при самовоспламенении смеси. - проблемы с запуском в холодное время года. - Меньшая литровая мощность, в основном, из-за пониженной максимальной частоты вращения - в отработавших газах дизеля содержится масса других вредных веществ: твердые частицы (так называемая сажа), оксиды азота и серы. В Европе около 35 процентов новых легковых машин продается с дизельными моторами, а автомобилей высокого класса – более 50 процентов. Компания БМВ выпускает дизель с непосредственным впрыском топлива, четырехклапанной головкой, давлением наддува 2,1 бар и литровой мощностью 51 кВт/л (69 л. с./л) - при 2 литрах – 100 кВт/136 л. с. Мерседес Е- 320 CDI, мощность 204 л.с., ускорение до 100 км/ч за 7,7 с, максимальная скорость - 230 км/ч. Расход топлива - 6,9 л/100 км. Зачем тогда нужны бензиновые моторы. В Америке, Швеции, Японии, Корее, России до сих пор дизели мало распространены. 1. Современные моторы слишком сложны. К примеру, поршни для современных дизельных двигателей выпускает небольшое число фирм влыдеющих высокими технологиями вроде керамических вставок в поршне. Форсунки, способные оперировать тысячами атмосфер, очень сложно изготовить - слишком высоки требования к точности деталей, в ряде случаев допуск составляет 1 мкм! 2. Современные моторы, особенно с насос-форсунками, крайне требовательны к качеству используемого масла - очень велики нагрузки. "Фольксвагену" пришлось разработать специальные допуски для своих TDI моторов. Бензиновые двигатели нормально воспринимают полусинтетическое масло, современному дизелю требуется только синтетика. 3. ТО и ремонт дизельного двигателя обходится дороже. 4. В России большая проблема с качеством дизельного топлива: - высокое содержание серы и воды. Эта смесь при сгорании образует серную и сернистую кислоты. Резко возрастает дымность мотора, износ направляющих клапанов, гильз цилиндров, подшипников, коррозия топливной аппаратуры. Повышение концентрации серы с 0,2% до 0,6% ускоряет износ цилиндра на 15-20%, а если содержание серы до 1%, то детали выйдут из строя в полтора-два раза быстрее. Повышенное количество серы требует уменьшения интервалов между заменами масла до 7500-10.000 км. - высокое цетановое число означает плавное и своевременное сгорание смеси. Современные моторы рассчитаны на цетановое число топлива не менее 51. Европейские стандарты требуют не менее 48. В России нижняя планка - 45 единиц. Двигатель работает "жестко", с повышенным расходом топлива. - Грязь в топливе может вызвать заклинивание насос-форсунки. Наилучшие показатели работы имеют дизели с непосредственным впрыском (direct injection), однако они работают жестко и требуют повышенной прочности деталей КШМ. Непосредственный впрыск означает практически взрыв смеси - отсюда "тракторные" звуки. К тому же раскручивать такой мотор до высоких оборотов нельзя: времени на смесеобразование очень мало, всего 15-20 градусов УПКВ, поршни с камерой сгорания тяжелы. В старых моторах с механическим впрыском применялись вихрекамерные и предкамерные схемы. С ними сгорание топлива плавное и можно добиться высоких оборотов (до 5000 об/мин), приемлемого уровня шумов и вибраций. Однако у таких двигателей низкий КПД: 12 большие площади камер сгорания увеличивают теплоотдачу и повышают расход топлива. для впрыска каждой порции топлива ТНВД должен повышать давление в соответствующем топливопроводе и форсунке. Поскольку производительность насоса зависит от числа оборотов коленчатого вала, количество подаваемого топлива в каждом конкретном случае получается различным. - запорная игла форсунки открывается под действием ударной волны в топливной магистрали, а закрывается под действием пружины. Для снижения нагрузок в таком двигателе требуется повысить точность управления процессом сгорания (т.е. моментом впрыска), которую может обеспечить только электронно-управляемая система с многоразовым впрыскиванием. «Common Rail» Наибольшее распространение с 1997 года получила аккумуляторная топливная система типа «Common Rail» (от английского — общая магистраль) c электронноуправляемыми форсунками, которая может устанавливаться на место механической системы впрыска без существенных переделок. Система содержит резервуар (аккумулятор) в который насосом нагнетается топливо под высоким давлением. На первых системах максимальное давление впрыска составляло 1350 бар, системы второго поколения развивают 1600, а система третьего поколения, представленная компанией Siemens, - 2000 бар. Резервуар соединен с электромагнитными или пьезо-форсунками, которые открываются по команде электронного блока управления в точно установленный момент. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия форсунки и давлением в системе. Такой принцип подачи топлива может использоваться для многоразового впрыскивания в целях уменьшения жесткости работы ДВС и снижения токсичности. Сначала в камеру сгорания поступает небольшое количество топлива, загорается, и в уже горящую смесь впрыскивается небольшими дозами основной заряд. В результате имеем плавный процесс сгорания. Fiat использует систему Multijet, которая впрыскивает 4 порции топлива в течение каждого цикла. Токсичность выхлопа снижается на 30-40 процентов, а эффективность работы повышается на 6-7 процентов. Новые моторы Opel впрыскивают 5-7 порций топлива. Преимущества: простой и дешевый насос, возможность регулирования угла впрыска, равномерность подачи топлива по цилиндрам, максимальное и постоянное давление после достижения определенных оборотов (примерно 2000 об/мин). Недостатки: высокие требования к форсункам и резервуару-аккумулятору. Закоксовка форсунок приводит к неправильной работе. Если форсунка Common Rail начнет "лить", то последствия могут быть самыми трагическими, вплоть до гидроудара двигателя. Выдерживающие высокое давление резервуары слишком дороги для массового производства. Насос-форсунки Каждая форсунка оснащена небольшим плунжерным насосом, который приводится в действие распредвалом. Для этого на распределительном валу появились дополнительные кулачки. Они через коромысло толкают штоки насосов. Дозирует топливо электромагнитный клапан, который очень точно отмеряет порции топлива. Преимущества: нет длинных линий топливоподачи. Минимальный объем сжатого топлива позволяет поднимать давление. 2050 атмосфер насос-форсунки уже достигли. Закоксовка форсунок тоже не так страшна, как в аккумуляторных системах. Недостатки: зависимость давления впрыска от оборотов двигателя, и дороговизна в производстве. Насос-форсунки обходятся на порядок дороже аккумуляторных систем. Форсирование дизельных ДВС Поскольку воспламенение происходит от сжатия, нельзя ни изменить момент зажигания, ни увеличить степень сжатия (она оптимальна для камеры сгорания). Нельзя также поднять максимальные обороты (скорость процесса горения и массивные поршни не дадут этого сделать). Нельзя и впрыскивать больше топлива, не улучшив наполнение цилиндров и качество распыла (нарушится рабочий процесс, упадут экологические показатели). Турбонаддув. Очень эффективен для повышения мощности дизелей наддув. В отличие от бензиновых двигателей у дизеля турбонаддув работает во всем диапазоне частот вращения — ведь благодаря высокой степени сжатия давление отработавших газов здесь в 1,5 — 2 раза выше. Особенно высокое форсирование достигается промежуточным охлаждением воздуха, сжатого в компрессоре, перед его поступлением в двигатель. Для этого используют специальные радиаторы-охладители или интеркулеры (intercooler). Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки. Произошли изменения и в турбинах. На ДВС SAAB 3,0 TiD турбокомпрессор с изменяемой геометрией - угол наклона сопловых лопаток турбины меняется в зависимости от интенсивности потока отработавших газов. Для обозначения старых вихрекамерных моторов обходились буквами "D" -дизель и "TD"- турбодизель. Для обозначения особенностей современных конструкций " Volkswagen использует аббревиатуру TDI ("Turbo Supercharge + Direct Injection" - турбонаддув + непосредственный впрыск. TDI-PDE Pump Direct - обозначение двигателя с насос-форсунками), Mercedes-Benz CDI (Common Rail + Direct Injection - дизель с аккумуляторной топливной системой и нераздельными камерами сгорания), Peugeot/Citroёn - HDI (High Pressure Direct Injection - непосредственный впрыск под высоким давлением), Alfa Romeo, Fiat JTD (итальянский перевод французского HDI). Saab обозначает дизели буквами TiD, но от перемены мест слагаемых суть не меняется, просто саабовцы в силу своей оригинальности назвали так обычный TDI. У Opel современные дизели имеют аббревиатуру CDTI.. 3.3 Двигатель с непосредственным впрыском топлива (GDI) - Идея непосредственного впрыска родилась давно, но только после разработки фирмой "Бош" конструкции бензиновых форсунок высокого давления, "Мицубиси" в 1997 году, первой представила GDI (Gasoline Direct Injection). Двигатели GDI – это поршневые двигатели с внутренним смесеобразованием и искровым зажиганием. В отличие от традиционных систем впрыска, здесь бензин подается не во впускной трубопровод, а непосредственно в камеру сгорания. Давление топлива при впрыске должно превышать давление в самом цилиндре и может достигать 12 МПа (120 кгс/см2) (D4 "Тойота") для распыления большого количества топлива за минимальное время. Благодаря специальной конструкции камеры сгорания, формы днища поршня с выступами или углублением, факела распыляемого форсункой топлива и вертикальному расположению впускных каналов удалось добиться послойного распределения топлива в камере сгорания, что позволили получить обогащенную воспламеняемую смесь в зоне свечи зажигания и обедненную смесь (вплоть до чистого воздуха) в 13 остальной камере сгорания. Двигателя работает на смесях от 1:40 при малых нагрузках до 1:15 при полной нагрузке. Работа форсунок и заслонок, управляемых электроникой, обеспечивает четыре типа распределения топливно-воздушной смеси в зависимости от нагрузки: послойное, полупослойное, бедное и стехиометрическое (нормальное). У GDI более высокая степени сжатия (12…12,5), т.к.газы возле стенок цилиндра холоднее, чем горящая смесь возле свечи и это обеспечивает высокую устойчивость к детонации. Регулирование мощности в GDI, как и в дизеле, производится путем изменения топливоподачи, и лишь на совсем малых нагрузках – с применением дросселирования. Работа на обедненных смесях, высокая степень сжатия и отсутствие дроссельной заслонки, позволили приблизить по экономичность GDI к дизельному двигателю. Выбросы оксидов азота , в больших количествах образующихся при сгорании бедных смесей, предотвращаются применением катализаторов с покрытием из иридия, а так же за счет системы рециркуляции отработавших газов (ЕGR). Через нее проходит до 40% выхлопных газов – это уменьшает температуру сгорания, тем самым снижая образование ядовитых оксидов азота NОх. Вслед за Mitsubishi двигатели GDI представили: Toyota- D4, Opel- Direct Ecotec, Renault- IDE, Alfa Romeo- JTS, Peugeot/Citroёn- HPi, VW/Audi- FSI. Mitsubishi с большими сомнениями разрешила поставки моторов GDI в Европу. В европейском топливе содержится много серы, которая губительна для таких силовых агрегатов. 3.4. Роторно-поршневые двигатели Ванкеля Феликс Ванкель умер 9 октября 1988 года. Mazda Motors — единственная автомобильная компания, продолжающая серийно выпускать автомобили с двигателями Ванкеля (с1967 года). Роторный двигатель – это поршневой двигатель с внешним смесеобразованием и поджигом от внешнего источника, в котором КШМ заменен приводным эксцентриковым элементом, связанным с вращающимся ротором. См Бош 414. Ротор треугольного сечения вращается на эксцентрике рабочего вала (заменяющего коленчатый) в неподвижном корпусе. В крышке корпуса неподвижно закреплена маленькая шестерня с наружным зацеплением, а в отверстии ротора - другая (побольше), с внутренним. Взаимодействие этих шестерен и обуславливает сложную траекторию перемещения ротора. Сечение внутренней полости корпуса повторяет формой и размерами фигуру, "рисуемую" кромками ротора. В кромках находятся уплотнительные вставки (аналог поршневых колец). Между кромками и корпусом образуются три отдельные рабочие камеры, которые при вращении ротора перемещаются, при этом изменяется их объем. Если в соответствующих местах корпуса расположить впускные и выпускные отверстия и ввернуть свечи зажигания (две на секцию), получится роторный аналог четырехтактного поршневого двигателя. Крутящий момент от ротора на вал передается через плечо эксцентрика. Передаточное отношение шестерен выбрано 2:3, поэтому частота вращения вала в три раза больше, чем у ротора. Обычный мотор за два оборота коленвала сжигает количество топливо-воздушной смеси, равное своему объему, роторный - в два раза большее. Поэтому рабочий объем последнего принято считать равным двойному объему камеры сгорания, хотя в литературе указывается реальный литраж. Двигатель Ванкеля - ДВС с внешним смесеобразованием и воспламенением от внешнего источника (искровым зажиганием). Регулирование нагрузки осуществляется изменением количества топливной смеси, подаваемой в цилиндр при её постоянном качестве. Рабочий процесс в таком моторе осуществляется за 4 такта — впуск, сжатие, сгорание (рабочий ход) и выпуск, осуществляемые последовательно за счет вращения ротора треугольного сечения в близкой к овальной камере сгорания. Ротор имеет меньшие вес и размеры, более высокий и «равномерно распределенный» во всем диапазоне вращения вала крутящий момент. Он меньше шумит и вибрирует. Роторно-поршневой двигатель RENESIS, устанавливаемый на спортивную Mazda RX-8, получил звание лучшего в мире двигателя 2003 года. Новый мотор отвечает экологическим нормам Euro IV, вводимым в действие в 2005 году. Характеристики двигателя (версия для Японии): - тип — роторно-поршневой, двухсекционный, с водяным охлаждением; - рабочий объем, л — 2х0,654 (из-за особенностей рабочего процесса роторных двигателей их объем «приравнивается» к объему поршневых с помощью повышающего коэффициента); - максимальная мощность, л.с. при мин-1 — 250/8500; - максимальный крутящий момент, Н·м при мин-1 — 216/5500. В RENESIS использованы оригинальные инженерные решения: боковые впускные и выпускные каналы, новая система «последовательного динамического впуска». Нововведения позволили двигателю развивать мощность, недостижимую для других атмосферных (безнаддувных) моторов. По сравнению со своими роторными предшественниками, RENESIS расходует меньше топлива, сокращены вредные выбросы в выхлопных газах. Очевидные преимущества роторного двигателя - конструктивная простота, малые габариты, вес и количество деталей (всякие там распредвалы-рокеры-толкатели-клапаны не требуются вовсе), высокая удельная мощность. Если на том же рабочем валу разместить второй ротор, получится двухсекционный мотор, по своей уравновешенности не уступающий рядной шестерке, считающейся в этом отношении эталоном. Малые размеры двигателя облегчают задачу конструкторам автомобиля. "Узкое место" мотора Ванкеля - уплотнение пары "ротор-корпус", требующее высокой точности изготовления сопрягаемых криволинейных поверхностей и грамотного подбора материалов. Ну и еще, пожалуй, не слишком хорошая топливная экономичность и повышенный расход масла, которое подается на уплотнения ротора и неизбежно попадает в камеру сгорания. Последняя надежда на возвращение роторного мотора связана с недавно появившимися автомобилями с гибридными силовыми установками, в которых небольшой двигатель внутреннего сгорания используется в качестве резервного источника мощности. Для этих машин роторный мотор - как раз то, что надо: маленький, легкий, отлично сбалансированный. В Калифорнии уже экспериментируют с роторным двигателем, работающим на пропане... КРАТКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯ "САМАРА" РПД (ВАЗ-2108-91) Общие данные: максимальная скорость - 195 км/ч; время разгона с места до 100 км/ч - 8,5 с; расход топлива при скорости 90-120 км/ч и в ГЦ - 7,5; 12,5 л/100 км. 14 Двигатель: ВАЗ-415; двухсекционный; ширина секции - 80 мм; рабочий объем, приведенный к поршневому мотору - 2616 смз; степень сжатия - 9,4; максимальная мощность - 140 л. с. при 6000 об/мин; максимальный крутящий момент - 17,4 кгс.м при 4000 об/мин. Степень сжатия ВАЗ-415 - 9,4, он рассчитан на бензин АИ-93. Впрочем, можно заливать и "76-й", если соответствующим образом изменить характеристики зажигания. Неприхотливый РПД это позволяет. Система зажигания аналогична микропроцессорной от "Самары". Но в ней предусмотрен блок резервного зажигания. Свечи же необычные - специальные двухэлектродные. В каждой секции - по две штуки (всего четыре): одна запальная, другая дожигающая. Топливный заряд для мотора готовит обычный карбюратор "Солекс", но у него свои регулировки. Есть варианты и с двумя карбюраторами - для повышения мощности, их ставят на спецмашины. В будущем появится и впрыск. В отличие от поршневого, роторный двигатель более чувствителен к температуре охлаждающей жидкости и масла. Зона оптимальной работы довольно узкая. Чуть холодней мотор - и смесь будет плохо гореть, резко понизится мощность, "горячей" - быстро износятся уплотнения. Поэтому в автомобиле перед "водяным" радиатором стоит еще и масляный. Специальный термостат откроет его, когда температура масла достигнет 82 С. Конструкция РПД проста (производство его весьма сложно, а потому и дорого), естественно, и обслуживать приходится меньше, чем привычный поршневой. Масло, свечи да фильтры - вот и все заботы. Думаю, это понравится многим. В остальном "Самара" РПД практически ничем не отличается от обычных "восьмерок" и "девяток". Исключение - сцепление увеличенных размеров и более эффективные передние (от ВАЗ-2112) тормоза - ведь существенно возросли мощность и скорость роторной машины. Конструкция ДВС Поршневой двигатель представляет собой комплекс механизмов и систем , совместная работа которых обеспечивается электронной системой управления. В 4-х тактном двигателе, как правило, присутствует кривошипно- шатунный и газораспределительный механизмы, системы охлаждения, смазки, управления топливоподачей (питания), зажигания (кроме дизелей), пуска ДВС , система выпуска ОГ и ряд других. 4.1 Кривошипно – шатунный механизм . Определение: механическая передача передающая энергию с преобразованием видов движения. В соответствие с общей классификацией машин и механизмов - кривошипно-ползунковый механизм (КПМ) Назначение: КШМ служит для преобразования поступательного движения поршня под действием энергии расширения продуктов сгорания топлива во вращательное движение коленчатого вала. Принцип действия: четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с уплотнительными (компрессионными) кольцами. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю: верхней и нижней мертвой точкой. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Состав:Все детали КШМ делятся на подвижные и неподвижные. К неподвижным относятся: цилиндр, его головка и картер, к подвижным – поршень с пальцем и кольцами , шатун, коленчатый вал и маховик. Цилиндр служит направляющим устройством для движущегося поршня. На автомобилях используют многоцилиндровые ДВС: - увеличивая число цилиндров, можно повысить мощность двигателя и добиться большей равномерности крутящего момента; - при заданном рабочем объеме уменьшается масса деталей кривошипо-шатунного механизма каждого цилиндра, а значит уменьшаются и силы инерции; - уменьшение диаметра цилиндра увеличивает отношение поверхности охлаждения к объему и сокращает пути распространения пламени. Благодаря этому снижается температура горящей смеси, что позволяет повысить степень сжатия, и, соответственно, мощность; - в четырехцилиндровом двигателе уравновешиваются силы инерции первого порядка и их моменты. Силы инерции второго порядка можно уравновесить дополнительными валами, вращающимися с удвоенной скоростью; - в шестицилиндровом моторе уравновешиваются силы инерции, как первого, так и второго порядков и обеспечивается высокая равномерность работы, поскольку рабочие ходы перекрывают друг друга. Блок цилиндров является основой двигателя. Большая часть навесного оборудования двигателя монтируется на блоке цилиндров. По форме блока цилиндров ДВС классифицируют: Рядный двигатель : цилиндры располагаются последовательно в одной плоскости ; ось цилиндров вертикальна, под углом или горизонтальна ; число цилиндров – 2,3,4,5,6,8. V – образный двигатель : цилиндры распологаются в двух плоскостях с образованием конструкции V – образной формы ; угол развала – от 30º до 90º ; число цилиндров 2,4,5,6,8,10,12,24 VR - образный двигатель: рядно-смещенное расположение цилиндров в шахматном порядке с углом развала 15º. Очень узкие V-образные двигатели такого типа долгое время делала итальянская фирма “Lancia”, и ее опыт используется концерном “Volkswagen” W – образный двигатель : два рядно -смещенных блока VR, объединенных в V-образную конфигурацию с углом развала 72 град. W8 -Volkswagen Passat, W12 -VW Phaeton и Audi A8, W16-Bugatti EB 16.4 Veyron Оппозитный двигатель : противолежащие друг другу цилиндры располагаются горизонтально ., число цилиндров – 2,4,6. Subaru обозначает свои оппозитные двигатели индексом "B" (Boxer), добавляя к нему цифру "4" или "6", в зависимости от числа цилиндров. Нумерация цилиндров начинается от носка коленвала, а при двух-, и четырехрядном расположении цилиндров – слева, если смотреть со стороны носка коленвала ( за исключением «РЕНО»). Направление вращения коленвала – правое , т.е. по часовой стрелке , если смотреть с носка коленвала (за исключением Honda, Mitsubishi). 15 В конструкцию блока входят гильзы цилиндров, рубашка охлаждения и герметизированные масляные полости и каналы. Во внутренних полостях блока циркулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя.Блок имеет монтажные и опорные поверхности для установки вспомогательных устройств. Блоки цилиндров грузовых а/м изготавливают из чугуна , а у легковых ~ 50% из алюминиевых сплавов. В этом случае в качестве цилиндров используют гильзы из серого чугуна. Картер служит опорой для подшипников,на которых вращается коленчатый вал. Обычно выполняется заодно с блоком цилиндров. Такая конструкция называется блок-картер. Снизу картер закрывается поддоном, в котором обычно хранится запас масла. Головка цилиндра обеспечивает герметизацию верхней части цилиндра. Совместно с днищами поршней, образует камеру сгорания. Обычно устанавливается одна головка для всех цилиндров рядного и VR- образного, или две – для V, W и оппозитного двигателя. Она крепится к блоку цилиндров и, при работе составляет с ним единое целое. Уплотнение стыка обеспечивается прокладкой. На большинстве ДВС в головке размещается привод клапанов, сами клапаны, свечи зажигания или накаливания, форсунки. Так же, как и в блоке цилиндров - имеются жидкостные и масляные каналы и полости. Головки блока цилиндров изготавливают как из алюминиевых сплавов, более интенсивно отвозящих теплоту, так и из чугуна ( для грузовых автомобилей). Поршень воспринимает давление газов и обеспечивает передачу усилий на шатун, герметизирует камеру сгорания, отделяя ее от картера двигателя, отводит теплоту. Состоит: - днище юбка - канавки под поршневые кольца - бобышки под поршневой палец. В силу множества функций и противоречивости свойств поршень одна из самых сложных и наукоемких деталей мотора. (Максимальное давление в камере сгорания –до 100 Бар. Усилие, с которым поршень толкают газы, достигает 10 тонн. Скорость перемещения изменяется от 0 до 120 км/час и снова до 0 км/ч 200 раз в секунду). При этом, во-первых, поршень, взаимодействуя с продуктами горения топлива, должен сопротивляться высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра. Во-вторых , представляя собой вместе с цилиндром и поршневыми кольцами линейный подшипник скольжения, он должен наилучшим образом отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и, как следствие, износ. В-третьих, испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, он должен выдерживать механическое воздействие. В-четвертых, совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами. Требования: - должен быть жестким, т. е. не менять свою форму под нагрузками; - иметь низкий коэффициент температурного расширения (тепловые нагрузки не должны его деформировавть); - иметь минимальный вес; - быть износостойким. Наиболее часто поршни изготавливают из алюминиевых сплавов, позволяющих снизить массу и в то же время способных противостоять значительным усилиям и рабочим t◦C (до 350◦) близким к предельным для данного материала. Из алюминиевых сплавов используются в основном силумины, то есть сплавы алюминий – кремний с различным содержанием кремния. Кремнийсодержащие сплавы в свою очередь делятся на две группы по содержанию в них кремния. К первым относят сплавы с содержанием кремния до 12%, ко вторым – более 12%. У первых кремний в свободном виде, так называемый первичный кремний, отсутствует и весь он растворен в алюминии (АЛ-25, АЛ-30, АК12, Mahle 124). Вторая категория содержит кремний в свободном виде – в виде кристаллов, которые иногда видны невооруженным глазом на срезе или сломе образца (АЛ-26, АК18, АК21, ВКЖЛС, Mahle 138, Mahle 224). Сплавы с содержанием 18% или 22% кремния применяются в основном для дизелей большого объема. Поршень в холодном состоянии имеет сложную форму. По высоте он бочкообразный, для устранения последствий температурного расширения стенок поршня различной толщины при неравномерном нагреве. В сечении он овальный, так как механические нагрузки заставляют поршень «обвисать» на пальце (как лист бумаги, лежащий на карандаше). Причем в каждом сечении и овальность, и бочкообразность имеют свою величину. Такие поршни при нагреве принимают идеальную форму. Ось отверстия под поршневой палец смещена от диаметральной плоскости поршня. Благодаря этому устраняются стуки поршня о стенки цилиндра при переходе его через ВМТ. Однако, это требует установки поршня в цилиндр в строго определенном положении. В серийном производстве поршни из алюминиевых сплавов отливают. Для снижения величины температурного расширения используются стальные термокомпенсирующие вставки внутри отливки. Для увеличения износостойкости поршней для дизельных двигателей: - используют чугунную вставку в зоне верхнего кольца, - армируют поршень керамическими волокнами, - применяют составные поршни, состоящих из двух частей — уплотняющей и направляющей, - покрывают тонким слоем свинца, олова и цинка, что препятствует задиру юбки в критических режимах. Поршневые кольца обеспечивают необходимое уплотнение цилиндра и отводят тепло от поршня к его стенкам. Разрезные кольца устанавливаются в канавки на поршне и прижимаются к стенкам цилиндра под действием собственной упругости и давления газов. Поршневые кольца являются основным источником трения в ДВС: в силу их функций они должны быть плотно прижаты к стенкам цилиндра. Верхние кольца (2-3) – компрессорные, и по меньшей мере одно- маслосъемное, которое препятствует попаданию масла в камеру сгораний. Изготавливаются из легированной стали или чугуна. Верхнее компрессионное кольцо работает в условиях высокой температуры, агрессивного воздействия продуктов сгорания и недостаточной смазки, поэтому для повышения износоустойчи16 вости наружная поверхность хромирована и, для улучшения прирабатываемости, имеет бочкообразную форму образующей. Нижнее компрессионное кольцо имеет снизу проточку для собирания масла при ходе поршня вниз, выполняя при этом дополнительную функцию маслосъемного кольца. Поверхность кольца для повышения износоустойчивости и уменьшения трения о стенки цилиндра фосфатируется. Маслосъемное кольцо имеет хромированные рабочие кромки и проточку, в которую собирается масло, снимаемое со стенок цилиндра. Внутри кольца устанавливается стальная витая пружина, которая разжимает кольцо изнутри и прижимает его к стенкам цилиндра. Поршневой палец воспринимает нагрузки от бобышек поршня и передает их качающемуся шатуну. Представляет собой стальную втулку с полированной поверхностью. Существует три типа соединения поршневого пальца с шатунной головкой. - запрессовка пальца в головку шатуна: применяется при массовом производстве (дешевый). Но подобное соединение не позволяет пальцу вращаться и приводит к его увеличенному одностороннему износу. Для надежной фиксации поршневого пальца необходимо увеличение размера шатунной головки. - подвижное соединение, или «плавающий палец». В шатунную головку запрессовывается втулка, как правило, бронзовая, внутренний размер которой обеспечивает зазор между ней и пальцем. Такое соединение дороже прессового, но позволяет пальцу вращаться, отчего увеличиваются работающая поверхность и ресурс пальца в 1,7 – 2,0 раза. Трение в этом узле несколько снижается. - плавающий палец без бронзовой втулки (сопряжение «сталь по стали»). Позволяет уменьшить размер шатунной головки с зазорным соединением до размера даже меньшего, чем у прессового. В таких случаях специально подбираются материалы пары трения или на палец наносится специальное покрытие. Шатун обеспечивает соединение поршня с коленчатым валом. Шатун совершает комплексное движение. Верхний его конец, охватывающий палец, движется линейно, нижний конец, охватывающий коленчатую шейку, вращается. Остальные части шатуна участвуют одновременно в обоих движениях, описывая эллиптические траектории. При работе подвергается воздействию переменных усилий: - растягивающих - от сил инерции движущегося; - сжимающих - от давления газов на поршень и сил инерции поршня возле НМТ; - изгибающих - от сил инерции шатуна в плоскости качания. Состоит из верхней (поршневой) головки, стержня двутаврового сечения и нижней (кривошипной) разъемной головки, стянутой шатунными болтами. Головки шатуна служат шарнирами: в них установлены подшипники (обычно подшипники скольжения), требующие значительной жесткости головок. Центральная часть шатуна- стержень двутаврового сечения, придает детали наибольшую прочность и обеспечивает жесткое соединение стержня с головками. Полки стержня, как правило, расширяются от верхней головки к нижней. Шатуны изготавливают методом штамповки из высококачественной стали. Коленчатый вал преобразует возвратно- поступательное движение поршней во вращательное с целью получения полезного крутящего момента. Состав: носок коленчатого вала, для крепления шкивов привода вспомогательных агрегатов; коренные опоры (шейки), на которых вал установлен в опорах картера, - шатунные шейки, к которым присоединяются нижние головки шатунов, - щеки, соединяющие шатунные и коренные шейки и образующие кривошипы вала, - противовесы, разгружающие коренные опоры от центробежных сил. Для уменьшения вибраций коленчатый вал динамически балансируют, высверливая металл в противовесах - хвостовик коленчатого вала, для крепления маховика. Современные двигатели имеют полноопорные коленчатые валы – коренные опоры располагаются между каждыми цилиндрами, т.е. 4-х цилиндровый двигатель имеет 5-ти опорный коленчатый вал.. В теле вала просверлены каналы для подачи масла от коренных шеек к шатунным. Коленчатый вал изготавливают ковкой из легированных сталей ( для высоконагруженных ДВС) или литьем из высококачественных чугунов. Коленчатый вал обычно устанавливается на гидродинамических подшипниках скольжения - биметаллических или триметаллических вкладышах. Маховик стальной диск, накапливающий энергию во время рабочего хода, необходимую для вывода поршней из «мертвых точек». Вкладыши – втулка подшипника скольжения, выполненная разрезной для облегчения монтажа. В гидродинамических подшипниках скольжения разделительным слоем трущихся поверхностей служит маслянная пленка (жидкостное трение). При нормальной работе вкладышей в зазоре между поверхностями вращающегося вала и подшипника всегда имеется разделительный слой масла и непосредственного контакта поверхностей не происходит. При вращении вал нагнетает масло в клиновидный зазор, всплывает на маслянном слое и приобретает стабилизированное положение, несколько сместившись в сторону. «Маслянный клин» воспринимает и передает все нагрузки, возникающие в сочленении. Шатунный вкладыш представляет собой стальную ленту толщиной 2 – 2,5 мм, свернутую в полукольцо и покрытую антифрикционным сплавом. Наименьшим коэффициентом трения обладают сплавы на основе олова (баббиты), но они не выдерживают высоких нагрузок и температур. В современных двигателях баббиты уступили место бронзе, сплавам на основе алюминия, кадмия и серебра. Основным бронзовым сплавом в нашей стране служит свинцовистая бронза марки БрС30 (27 – 31% свинца, остальное медь). Вкладыши из такой бронзы допускают нагрузку 30 МПа и окружную скорость 30 м/с. Подшипники скольжения из свинцовистой бронзы по причине своей повышенной твердости требуют и соответствующей твердости сопрягаемого вала. Существенным недостатком в эксплуатации является низкая коррозионная стойкость свинца, вымывающегося из сплава при повышении кислотного числа масла. Все большее применение находят сплавы на основе алюминия. Сплав марки АО20 — 1 (17 – 23% олова; 0,7 – 1,2% меди, остальное алюминий) выдерживает 25 МПа и 20 м/с. На изготовление большинства вкладышей бензиновых двигателей. За рубежом широко распространен сплав на основе кадмия (97 – 98,5% кадмия, 1,5% никеля, магния, серебра и 0,7 – 1,7% меди). По свойствам он стоит между баббитами и свинцовистой бронзой. 17 4.2 Клапанный газораспределительный механизм (Изменяемые фазы ЗР 1\04-72, Определение: кулачковый механизм, преобразующий вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение клапанов, осуществляемое за ¼ поворота вала. Назначение: Обеспечивает газообмен в цилиндрах при работе поршневого двигателя, т.е. впуск в цилиндры свежей порции рабочего тела (воздуха или топливной смеси) и удаление отработавших газов в соответствии с протеканием рабочего процесса. Состав: - распределительные валы (1…4) - впускные (1..3 на цилиндр) и выпускные (1..2) клапаны - привод клапанов - пружины, обеспечивающие закрытие клапанов - привод распределительных валов. Принцип действия: Распределительный вал вращается с частотой в половину меньшей частоты вращения коленвала. Кулачок набегает на привод клапана, вынуждая его перемещаться в направляющей втулке. При этом открывается соответствующее отверстие в камере сгорания. Когда кулачок сходит с деталей привода, клапан под действием пружины плотно садится на седло, герметизируя отверстие. Распределительный вал: вал с кулачками по числу обслуживаемых клапанов. Определяет порядок работы цилиндров. Вращается на подшипниках скольжения в гнездах, выполненных в головке цилиндров. Изготавливается из чугуна или стали. Для повышения износостойкости рабочие поверхности кулачков отбеливаются на глубину не менее 0,2 мм. Клапан: устройство для открытия отверстий, соединяющих камеру сгорания с впускным или выпускным трубопроводом. Состоит из тарельчатой круглой головки и стержня, через который осуществляется управляющее воздействие.Стержень движется в направляющей втулке, запресованной в головку цилиндров. Рабочая поверхность головки тщательно подгоняется к отверстию цилиндра - притирается к седлу клапана. Впускной клапан целиком изготавливают из хромокремнистой стали. Выпускной клапан делают составным: стержень из хромоникельмолибденовой стали с хорошей теплопроводностью для отвода тепла от головки клапана к направляющей втулке, а головка - из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали. Направляющие втулки клапанов изготовливают из чугуна или метеллокерамики. Маслоотражающие колпачки: на направляющие втулки надеваются колпачки из фторкаучуковой резины, которые охватывают стержень клапана и служат для уменьшения проникновения масла в камеру сгорания через зазоры между направляющей втулкой и стержнем клапана во время такта впуска. Пружины: прижимают клапан к седлу и не позволяют ему отрываться от привода. Пружины нижними концами опираются на головку цилиндров, а верхними - на опорную тарелку, удерживаемую на стержне клапана двумя сухарями, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса. Такая конструкция обеспечивает надежное соединение и поворот клапанов при работе, благодаря чему они изнашиваются равномернее. Привод клапанов: предназначен для передачи усилия от кулачков распределительного вала к клапанам,при помощи коромысел, рычагов или цилиндрических толкателей. Коромысла и рычаги используются для привода расположенных в два ряда клапанов от одного распредвала. Для увеличения подъёма клапана плечи коромысел и рычагов делают неравными. Если ось распределительного вала можно расположить над рядом клапанов, применяют цилиндрические толкатели. Они имеют наименьшую массу и инерционность. Толкатели изготовлены в виде цилиндрических стаканов и находятся в направляющих головки цилиндров. В торцевом углублении толкателя размещается регулировочная шайба, обеспечивающая необходимый тепловой зазор между кулачком распределительного вала и толкателем. При работе двигателя толкатели немного поворачиваются вокруг своих осей (для равномерного износа), за счет смещения оси кулачка относительно оси толкателя. Гидравлический компенсатор теплового зазора При нагревании стержень клапана удлиняется. Чтобы он не уперся в детали привода, в холодном состоянии между ними оставляют определенный промежуток, называемый тепловым зазором. Эти зазоры требуют постоянного контроля и регулировки. Для снижения трудоёмкости обслуживания многоклапанных ДВС применяют гидравлические компенсаторы теплового зазора – плунжерные пары, представляющие собой цилиндр в виде перевернутого стакана и поршня, между которыми находится маслянная полость. Они устанавливаются между кулачком и стержнем клапана и заполняются от системы смазки. Усилие от кулачка передается через слой масла, считающегося сжимаемым при существующих нагрузках. Схемы расположения клапанов и распредвалов Верхнее расположение клапанов приводимых толкателями от нижнего распредвала (ОНV); Верхнее распределение клапанов приводимых от верхнего распредвала (ОНС - Over Head Camshaft). Для уточнения числа распредвалов используют обозначения: SOHC (Single Over Head Camshaft) - один или DОНС (Double Over Head Camshaft) - два верхних распредвала. Для многоклапанных двигателей обычно используют схему DОНС. На некоторых моделях Ford моторы с таким индексом имеют только по два клапана на цилиндр. Привод распределительных валов: осуществляется либо ременной зубчатой передачей, либо цепной передачей от коленчатого вала. Ременный привод. (75% двигателей) Преимущества: - практически бесшумен - не требует смазки - лучше демпфирует колебания - удлиняется в процессе работы не более 0,3% - низкая стоимость 18 Недостатки: - нуждается в периодической проверке, т.к. при обрыве ремня поршень наталкивается на неуправляемый клапан - малый срок службы (для бензиновых -120 000 …160 000 км, для дизельных - 90 000… 160 000 км) Первоначально зубья на ремнях, как и на шкивах, были полукруглыми, однако примерно с 1989 года полукруг превратился в подобие трапеции. Изделия взаимозаменяемы. Шаг зубьев составляет 3/8 дюйма или 9,525 мм. Международное обозначение по ISО – 58111х19. Цепной привод. Преимущества: -надежность - долговечность Недостатки:- постепенное удлинение из-за износа шарнирных соединений (до 20%) требует устройства автоматического натяжения - необходим герметичный картер (работает в масляном "тумане"). - изнашивается неравномерно (становится источником колебаний в ГРМ и причиной неровной работы двигателя). Фазы газораспределения Мощность, крутящий момент, расход топлива, токсичность двигателя зависят от формы кулачков распределительного вала, определяющих эффективность наполнения цилиндров и удаления продуктов сгорания. Моменты открытия и закрытия клапанов конкретного мотора определяются эксперементально и называются фазами газораспределения. Впуск горючей смеси в цилиндр начинается после прохождения поршнем верхней мертвой точки и заканчивается после нижней. Самые благоприятные условия для потока смеси создаются только в средней трети такта - когда клапан открыт полностью. В остальное время - в моменты приоткрывания и перед закрытием клапана - во впускном коллекторе возникают турбулентные завихрения, снижающие эффективность наполнения цилиндра. Нужно начинать такт впуска немного раньше - чтобы к моменту прохода поршня через ВМТ и началу возникновения разрежения в коллекторе впускной клапан был уже полностью открыт. Эффективность наполнения цилиндра и удельная мощность резко возрастают, но увеличивается расход топлива, кроме того, появляются проблемы с устойчивостью работы двигателя на невысоких оборотах. Для лучшего удаления из цилиндра отработанных газов при высоких частотах клапан должен открываться раньше и закрываться позднее. Но на низких оборотах мощность уменьшится, потому что через преждевременно открытый выпускной клапан цилиндр покинут отработанные газы, имевшие высокое, нерастраченное на полезную работу давление, а расход топлива увеличится, так как вслед за этими газами по причине позднего закрытия клапана из цилиндра будет выдавлена часть свежей смеси. Т.о. невозможно обеспечить оптимальные фазы газораспределения на всех режимах работы ДВС. Добиться наилучших мощностных и экономических характеристик двигателя можно лишь в узком диапазоне оборотов,- ценой ухудшения показателей на всех остальных рабочих режимах. Возникает необходимость введения в газораспределительный механизм системы, регулирующей фазы газораспределения в течение работы двигателя Изменяемые фазы Исследования привели к созданию моторов с изменяемыми фазами газораспределения (VVT - Variable Valve Timing), в которых - за счет поворота впускного распределительного вала относительно коленчатого - период впуска меняется от опережения (при пуске мотора и оборотах от 1500 до 5000 об./мин.) до запаздывания (до 1500 и свыше 5000 об./мин.). Изменение фаз выпуска большого влияния на работу двигателя не оказывает. На низких оборотах фазы становятся узкими, перекрытие маленьким, и на низких оборотах происходит хорошее наполнение цилиндров. Как только двигатель набирает обороты, фазы расширяются, появляется большая фаза перекрытия, цилиндры начинают хорошо продуваться, и увеличивается крутящий момент. Конструкторы Honda в 1993 г. создали систему VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control" -электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов"), которая изменяет не только фазы газораспределения (VVT), но и алгоритм открытия и закрытия клапанов. Они разделили все режимы работы двигателя на две группы — с низкими и высокими оборотами, и предложили в зависимости от диапазона оборотов, с которыми работает силовой агрегат, обслуживать каждый клапан одним из двух кулачков с различным профилем. К настоящему времени создано несколько версий VTEC, но принцип их действия один и тот же. Два соседних кулачка на распредвале, взаимодействующие через рокеры с двумя впускными клапанами одного цилиндра, имеют разный профиль и размеры. В обычном режиме рокеры работают независимо друг от друга, и "мягкий" кулачок приоткрывает свой клапан на меньшее время и с меньшей высотой подъема, чем "агрессивный". Но как только частота вращения двигателя достигает определенной величины (около 5200 об./мин.), крошечный поршень гидравлического цилиндра жестко соединяет оба рокера, и теперь они работают параллельно. При этом "мягкий" кулачок остается не у дел, а управляет обоими клапанами "агрессивный". Соответственно, возрастает время открытия и высота подъема второго клапана, увеличивается заряд цилиндра и мощность двигателя. При снижении частоты вращения (ниже 5200 об./мин.) все происходит в обратном порядке, рокеры освобождаются друг от друга, и каждый кулачок начинает заниматься своим делом. VTEC дважды модернизировался, и сегодня известно уже третье поколение этой системы, отличительная особенность которой от предшественниц состоит в том, что она различает не два скоростных режима, как прежде, а подбирает фазы газораспределения и величину открытия клапанов для трех режимов работы двигателя. Опять-таки в арсенале Honda имеется несколько разновидностей VTEC, например такая, где на низких оборотах один из двух впускных клапанов не открывается вовсе. В варианте с двумя распредвалами к надписи "VTEC" добавлялись знаменитые три буквы VTi, а моторы развивали невероятные 100 л.с. с литра рабочего объема. Встречается еще надпись "VTEC-E", что означает экономичную настройку системы. Новое поколение двигателей оснащено модернизированной системой изменения фаз газораспределения, называется она iVTEC (intelligent VTEC). Буква "i" означает "думающую" технологию. Благодаря ей двигатели стали экономичнее, легче и экологически чище. Кроме того, улучшился крутящий момент во всех диапазонах работы. Вскоре за Honda последовали дру19 гие автопроизводители. Сохранив суть изобретения, они изменили только название. Toyota обозначает свою систему буквами VVT-i, Nissan - NVCS, Mitsubishi - MIVEC, BMW окрестила ее Vanos, а чуть позже, после доработки - Double Vanos. Двигатели Honda VTEC, как, кстати, и имеющие похожее устройство моторы MiVEC компании Mitsubishi, предлагают ступенчатое управление клапанами, а значит, далеко не оптимальное газораспределение. Если же регулировать газообмен в двигателе с помощью изменения угла расположения распредвала, то появляется возможность плавного управления работой мотора на всех скоростных и нагрузочных режимах. Ставку на такие системы сделала компания BMW. Для баварского концерна «сдвиг по фазе» начался в 1993 году - работой газораспределительного механизма управляла система VANOS, поворачивавшая распредвал впускных клапанов на определенный угол относительно начального положения и изменявшая тем самым моменты открытия и закрытия этих клапанов в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель. Для модели BMW M3 была разработана более сложная разновидность системы, получившая название Double VANOS. Здесь возможность поворачиваться приобрел не только распредвал, управляющий впускными клапанами, но и распредвал выпускных клапанов, причем если угол поворота первого составлял 62 градуса, то второй мог поворачиваться на 40 градусов, а по времени процесс, при котором распредвалы занимали наиболее выгодное положение, растягивался не более чем на четверть секунды. Однако, несмотря на то, что система Double VANOS способна с большим приближением к идеалу обеспечивать эффективное газораспределение на многих режимах работы двигателя, ее потенциал также ограничен. В частности, на режимах малых нагрузок и низких оборотов коленчатого вала количество воздуха, попадающего в цилиндры, определяет положение дроссельной заслонки. И чем больше эта заслонка прикрыта, тем меньше возможностей остается у Double VANOS воздействовать на работу двигателя. Чтобы исключить негативное влияние дроссельной заслонки, конструкторы BMW разработали систему Valvetronic, которая управляет не фазами газораспределения, а высотой подъема впускных клапанов. Механическая часть Valvetronic состоит из дополнительного поворачивающегося вала в головке цилиндров, который способен ограничивать ход клапанов, выбирая высоту их подъема в зависимости от режима работы двигателя. Сложнейшая задача потребовала разработки специального механизма, который мог бы работать с величайшей точностью, обеспечивая диапазон подъема клапана 0 — 9,7 мм. Привычная цепочка «распредвал — коромысло — клапан» была дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал вращается приводимый от электродвигателя через червячную передачу. В созданной кинематической цепи электромотор, «руководимый» компьютером, поворачивая эксцентриковый вал, увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, задавая необходимую свободу перемещения коромыслу, с одной стороны опирающемуся на гидротолкатель, а с другой воздействующему на впускной клапан. Меняется плечо промежуточного рычага — меняется высота подъема клапанов в соответствии с нагрузкой на двигатель. Благодаря этому на высоких оборотах достигается наилучшая вентиляция цилиндра и его заполнение топливновоздушной смесью. При небольших оборотах ход клапана минимален, соответственно минимален и расход топлива. С ростом числа оборотов величина открытия клапанов увеличивается, уменьшается сопротивление газовым потокам внутри цилиндра, возрастает скорость продувки и наполнения цилиндра топливно-воздушной смесью. Революционность данной системы заключается в том, что она позволила отказаться от дроссельной заслонки. Встретить надпись "Valvetronic" можно только на автомобилях, начиная с 2001 года выпуска. Испытания показали, что при 15-процентном повышении себестоимости двигатели с новой системой газораспределения, получившей название Valvetronic, дают 18-процентное снижение расхода топлива при работе на холостом ходу и 10процентное при работе на частичных нагрузках. Проблема соответствия нормам Евро-4 успешно решена. Самое интересное, что введя столько нового, старую дроссельную заслонку не убрали из двигателя совсем. Она стала необходима лишь при диагностике системы Valvetronic. На всех режимах работы мотора заслонка всегда «отдыхает», оставаясь полностью открытой. 4.3 Система охлаждения. Экспертиза Тосолов ЗР 11\03-132 Кольца одновременно прижаты и к поршневым канавкам, и к стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока. Второй путь менее очевиден, однако трудно его недооценить. Вторая охлаждающая жидкость в двигателе – масло. Имея непосредственный доступ к наиболее нагретым местам мотора и несмотря на небольшой объем и слабую циркуляцию, масляный туман уносит с собой и отдает в поддон картера значительную часть тепла именно от самых горячих точек. В случае применения масляных форсунок, направляющих струю на внутреннюю поверхность днища поршня, доля масла в теплообмене может достигать 30 – 40%. Понятно, что, нагружая масло в большей степени функцией теплоносителя, мы должны позаботиться о том, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свои свойства и стать причиной выхода из строя подшипников. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла оно способно перенести через себя. Третий путь – через массивные бобышки в палец, затем в шатун, а оттуда в масло. Он менее интересен, так как на пути есть существенные тепловые сопротивления в виде зазоров и стальных деталей, имеющих значительную протяженность и низкий коэффициент теплопроводности. И четвертый путь – совсем не в масло или охлаждающую жидкость. Часть тепла отбирает на свой нагрев свежая топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр в такте впуска. Количество свежей смеси, а следовательно, и количество тепла, которое она отберет, зависит от режима работы и степени открытия дросселя. Надо заметить, что тепло, полученное при сгорании, также пропорционально заряду. Поэтому этот путь охлаждения носит, во-первых, импульсный характер, вовторых, отличается скоротечностью, в-третьих, пропорционален последующему нагреву и, в-четвертых, высокоэффективен благодаря тому, что тепло отбирается с той стороны, с которой поршень нагревается. Здесь следует упомянуть о стандартном приеме, который используется при настройке спортивных моторов. Дело в том, что теплоемкость смеси сильно зависит от ее состава. Чем больше топлива в ней содержится, тем больше тепла будет потрачено на его испарение. Очень часто, чтобы нормализовать работу мотора, нужно чуть-чуть, всего на 5 – 10 градусов, понизить внутреннюю температуру. Это достигается легким забогащением смеси, чуть богаче, чем необходимо. На процесс горения это никак не сказывается, а температура падает. Исчезает калильное зажигание, отодвигается порог детонации. Всегда лучше чуть богаче, чем беднее. Моторы, работающие, например, на метаноле, значительно менее требовательны к системе охлаждения из-за втрое большей теплоты парообразования, чем у бензина. 20 Таким образом, в силу большей значимости следует уделить более пристальное внимание передаче тепла через поршневые кольца . Совершенно понятно, что если этот путь мы по тем или иным причинам перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит сколько-нибудь длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится . Тут я хочу упомянуть такую, на первый взгляд, совершенно не относящуюся к процессу теплообмена характеристику, как компрессия. О компрессии знает каждый человек, хоть раз сталкивавшийся с покупкой подержанного автомобиля. Это наиболее популярный параметр, который хочет знать каждый владелец автомобиля, заботящийся о двигателе своей машины. Компрессия косвенно показывает степень неплотности поршневой группы. С точки зрения теплопередачи это очень важный параметр. Давайте представим себе, что кольцо не прилегает по всей своей длине к стенке цилиндра. Тогда сгоревшие газы, прорываясь в щель, создадут барьер, препятствующий передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это почти то же самое, как если бы мы закрыли часть радиатора и лишили его возможности охлаждаться воздухом. Еще более страшная картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В тех местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается принципиальной возможности охлаждаться и, даже более того, оказывается в «тепловом мешке». Как результат – прогар и выкрашивание части огневого пояса, прилегающей к месту утечки. Именно поэтому всегда уделяется так много внимания геометрии цилиндра, кольца и износу канавки. И не ухудшение энергетики здесь главная причина. Ведь небольшое количество газов, прорывающихся в картер, несет в себе слишком малую энергию, чтобы повлиять на потерю давления в такте рабочего хода и, как следствие, на потерю момента двигателем. Тем более, когда мы говорим о высокооборотном моторе. Гораздо больший вред даже небольшая неплотность наносит двигателю в смысле локальных тепловых перегрузок, потери жесткости и надежности. Вот еще почему не живут долго двигатели, восстановленные методом замены колец или перегильзовкой блока под старые, отжившие свой век «номинальные» поршни. Вот почему первым у спортивного мотора разрушается цилиндр, имеющий меньшую компрессию. Чтобы избежать тепловых перегрузок деталей ЦПГ, сгорания смазочного масла на направляющей поверхности поршня и неуправляемого поджига топливной смеси из-за перегрева отдельных деталей, все части двигателя, располагаемые вокруг камеры сгорания (гильза цилиндра, головка блока, клапаны, поршни) должны интенсивно охлаждаться.Для этого используется либо непосредственное воздушное , либо непрямое охлаждение(жидкостное, а также масляное). а) Воздушное. В основе способа лежит принцип пропуска воздушного потока через оребренную охлаждаемую поверхность. Воздух напрямую контактирует с нагретыми частями ДВС и обеспечивает отвоз и теплоты. Преимущества: надежность и отсутствие тех.обслуживания. Недостатки: оребрение удорожает конструкцию, необходимость частоты охлаждаемых поверхностей, шум. б) Жидкостное. Часть теплоты отводится моторным маслам, для охлаждения которого используются либо оребренные поддоны, либо воздухоохлаждаемые масляные теплообменники (радиаторы). Большинство современных двигателей имеют жидкостную систему охлаждения, отводящую большую часть теплоты за счет высокой теплоемкости. Система содержит замкнутый охлаждающий контур, по которому насосом прокачивается ОЖ. При движении по рубашке охлаждения ДВС она нагревается , а попадая в теплообменник (радиатор)-охлаждается потоком воздуха, возникающего при движении автомобиля. Современные ОЖ представляют собой смесь воды, антифриза (в основном этиленгликоля) и различных ингибиторов коррозии. При концентрации антифриза 30-50% возрастает точка кипения ОЖ до 120◦, при давлении до 0,14 МПа. Составные части системы охлаждения : радиатор, расширительный бачок , вентилятор привода , термостатический клапан (термостат), насос , каналы в блоке труб , а так же датчики температуры Радиатор. В настоящее время на легковых а/м используют более дешевые, собранные механическим путем , ребристо- трубчатые алюминиевые радиаторы. Для мощных двигателей иногда используют паяные латунные радиаторы с плоскими трубками и гофрированными охлаждающими пластинами. Расширительный бачок . предназначен для стравливания в атмосферу давления , выше которого наступает кавитация в зоне всасывания жидкостного насоса. Объем воздуха в бачке должен быть достаточным для компенсации теплового расширения ОЖ и предотвращения потерь её при кипении. Вентиляторы. Используют для принудительного обдува радиаторов на малых скоростях движения (5% от времени эксплуатации). Приводятся в действие от ДВС ременной передачей или от электродвигателя . в первом случае часто снабжается системой управления , включающую электромагнитную муфту или жидкостно- фрикционную муфту (VISCO - муфта). Термостат. Автоматический клапан , регулирующий количество жидкости проходящей через радиатор , ускоряя прогрев двигателя. 4.4 Система смазки (Масла Полстр98\1-233, Фильтровальная бумага ЗР 11\03-152, В ДВС для смазки и охлаждения подвижных деталей, удаления загрязняющих частиц, нейтрализации химически активных продуктов сгорания, а также передачи усилий и демпфирования колебаний применяется моторное масло. На автомобильных ДВС применяется принудительная система смазки. Основным компонентом системы является масляный насос, нагнетающий масло под давлением к подшипникам скольжения и высоконагруженным парам трения.Другие части двигателя смазываются разбрызгиванием и масляным туманом. После контактирования масла с парами трения оно стекает и собирается в масляном поддоне , где происходит его охлаждение , гашение пены и осаждение загрязняющих примесей . Система состоит из: - масляного поддона с маслоизмерительным щупом и сливной пробкой; сетчатого маслоприемника; - насоса - редукционного клапана, - масляного фильтра, - системы вентиляции картера, - масляных магистралей в корпусе блока цилиндров и коленвала - масляного радиатора. Масляный фильтр. Служит для улавливания твердых частиц размером более 30 мкм. В настоящее время в основном используются полнопоточные бумажные фильтры, размеры которых определяются интенсивностью загрязнения масла и интервала21 ми между обслуживаниями. Замена фильтрующего элемента и замена масла должны осуществляться одновременно. ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА – фильтр с полнотой отсева не менее 25%, определенной с использованием в качестве загрязнителя пыли с удельной поверхностью 5600 см2/г. Полнота отсева – процентное соотношение между массовыми концентрациями загрязнения масла до и после фильтра к концентрации загрязнения до фильтра. Гидравлическое сопротивление фильтра – перепад давления на чистом фильтре при номинальном расходе масла. Средняя тонкость отсева – размер частиц загрязнителя, для которых полнота отсева равна 50%. Номинальная тонкость отсева – размер частиц загрязнителя, для которых полнота отсева равна 95%. Давление начала открытия перепускного клапана – давление, при котором появляется течь масла через перепускной клапан, составляющая не более 0,5% номинального расхода масла через фильтр. Ресурс фильтрующего элемента – наработка фильтрующего элемента от начала его эксплуатации до предельного загрязнения, определяемого значением давления открытия перепускного клапана фильтра. Вентиляция картера двигателя. Перепускает картерные газы во впускной тракт и далее в цилиндр для зажигания углеводородов, в большом количестве проходящих через неплотности поршневых колец. Виды ПС №7-227 Моторные масла. Должны удовлетворять требованиям фирм - изготовителей, по качеству, наличию необходимых присадок и вязкостно-температурным показателям. Маркировка любого масла состоит из обозначения применимости, класса вязкости по SAE и уровня эксплуатационных свойств по API или АСЕА. Например: SAE 15W/40 API CE/SG 1) По наличию эксплуатационным свойствам присадок подразделяются на масла для искровых, дизельных двигателей и универсальные. Классификация по API (American Petroleum Institute), принятая в США, разделяет моторные масла на 2 категории: S (сервис-класс) - для бензиновых двигателей и C (коммерческий класс) - для дизельных. Масла, которые можно использовать как в бензиновых, так и в дизельных двигателях, обозначаются дробной маркировкой - они называются универсальными. В дизельное моторное масло из за высокого содержания серы в топливе попадает большее количество кислот - требуется большее количество щелочи (Щелочное число, мг КОН/г - гидроокиси калия на нейтрализацию кислот в 1г масла). При работе дизельного двигателя образуется сажа - требуется большее количество моющих присадок дисперсантов. Разница в маслах – в сульфатной зольности. Она влияет на склонность бензиновых двигателей к нагарообразованию. Чем больше в масле присадок, тем лучше все его свойства, но больше зольность. Бензиновая норма по стандарту – не более 1,3%. В легковых дизелях допускается до 1,8%, в грузовых – до 2%. Перечень присадок: - вязкостные (до 10% от общего объема присадок) -повышающие вязкость при высокой температуре Высокомолекулярные полимеры - полиизобутилены, полиметакрилаты и другие. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры: в холодном состоянии свернуты в спираль и не влияют на вязкость, при нагреве же они распрямляются, и масло не становится слишком жидким. При большом содержании масла называют загущенными - это зимние и всесезонные сорта; - депрессорные (до 1%) - снижающие температуру застывания на 20 гр.C и более. Они предотвращают образование парафиновых кристаллов при низких температурах; - противоокислительные (до 3%). Делятся на присадки-ингибиторы, работающие в общем объеме масла, и на термоокислительные присадки, выполняющие свои функции на нагретых поверхностях. Используются соединения серы и фосфора, фенолы и амины. - противокоррозионные - защищают поверхность металлических деталей за счет образования прочной масляной пленки, предохраняющей от контакта с кислотами и водой. - моющие (до 15-20%). Они представляют собой сульфонаты, феноляты и фосфонаты различных металлов. Моющие присадки нужны для предотвращения образования лаковых и сажевых отложений на деталях двигателя. Состоят из детергирующих компонентов- вымывают продукты окисления масла и износа деталей, и диспергирующих - способствуют дроблению крупных частиц нагара на мелкие, удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу. - противоизносные и противозадирные (до 2%), содержащие хлор, фосфор и серу, призваны сохранять устойчивость масляной пленки между трущимися деталями двигателя; - противопенные (обычно это силиконы или полилоксаны) не растворяются в моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие основано на разрушении пузырьков воздуха. Присутствие не должно превышать тысячных долей процента - при термическом разложении силикона образуется оксид кремния, который является сильным абразивом. - модификаторы трения - плакирующие присадки, содержащие в своем составе мелкодисперсные частицы специального вещества или соединения: дисульфида молибдена (MoS2), тефлона (политетрафторэтилена – ПТФЭ) и т. п. Образует на поверхности трения устойчивое лакообразное соединение уменьшающее трение. 2) Моторное масло состоит из основы (базового масла) и присадок, которые призваны разнообразить его качество и свойства. По роду исходного сырья основы могут быть либо нефтяными (минеральными), либо синтетическими. А) Минеральные. Представляют сложную смесь углеводородов.Химический состав минеральных основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки. При прямой перегонке мазута из него выделяются масляные фракции с низкой вязкостью - такие минеральные основы называются дистиллятными. Основы же повышенной вязкости получают из того, что остается после перегонки - гудрона и полугудрона, эти масла так и называются остаточными. Для получения базового масла с заданным уровнем вязкости дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорциях. Б) Синтетические. 22 Масла на синтетической основе - диэфирные, полиалкиленгликолевые, фторуглеродные, силиконовые и др. получаемые в процессе химических реакций имеют однородный состав с преобладанием предельных углеводородов. Исходным сырьем служат природные ископаемые и растительные углеводороды. Преимущества: - обладают отличными вязкостно-температурными характеристиками. Во-первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (-50 … -60 гр.C) и очень высокий индекс вязкости, то есть относительно небольшое изменение вязкости в зависимости от изменений температуры, что облегчает запуск двигателя при низких температурах. Вовторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100 гр.C - благодаря этому масляная пленка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах. - лучшая стойкость к окислению - имеют высокую термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления), - меньшая испаряемость и расход на угар. больший ресурс, т.к. имеют минимальное количество загущающих присадок (особо высококлассные сорта масла не требуют таких присадок вообще), а разрушаются в процессе эксплуатации именно присадки. Их ресурс превышает ресурс минеральных в 5 раз – (некоторые сорта необходимо менять через 50 тыс. км пробега) - способствуют снижению общих механических потерь в двигателе и уменьшению износа деталей. Недостатки: - неблагоприятное воздействие на резиновые материалы; - повышенная коррозионная активность; - ограниченная растворимость присадок; - чувствительны к попаданию воды. В) Полусинтетические. Фактором, ограничивающим применение синтетических масел, является их высокая стоимость. Они в 3-5 раз дороже минеральных. В связи с этим многие фирмы производят полусинтетические масла - в минеральное масло вводят 25-50% синтетики. Компромисс этот весьма удачный: по качеству и по цене полусинтетика находится между синтетикой и минеральными маслами. 3) Вязкостно – температурные свойства масла (изменение вязкости в зависимости от температуры) должны обеспечивать: - при низкой температуре прокручивание двигателя стартером и прокачиваемость по смазочным каналам; - при высокой температуре надежное создание маслянной пленки между трущимися поверхностями и поддержание необходимого давления в смазочной системе. Классификация по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers), принятая в США и Западной Европе, делит масла на 11 классов: 5 летних (20,30,40,50,60) и 6 зимних (0W,5W,10W,15W,20W,25W) Всесезонные масла обозначаются двойным или дробным индексом - это означает, что при минусовых температурах масло удовлетворяет требованиям, предъявляемым к зимним классам, а при плюсовых - к летним. При выборе масла для зимней эксплуатации из 35 вычесть индекс класса вязкости зимнего масла, получится величина, называемая предельной температурой прокачиваемости - по ней можно судить, при какой температуре масло еще сохраняет текучесть. В нашем примере: 35 - 15(W) = 20. Значит, маслом можно пользоваться при температурах до -20 гр.C. В процессе эксплуатации масло теряет свои свойства. В любом масле при его старении протекают два параллельных процесса: окисление масляной основы, приводящее к увеличению вязкости, и одновременное разрушение загущающих присадок, ведущее к снижению вязкости. В базовом масле два этих процесса уравновешивают друг друга и его вязкость почти не изменяется. Кроме того масло постепенно насыщается продуктами износа деталей двигателя и коррозии металлов, водой, газами, топливом, которые не только ухудшают качество самого масла, окисляя его, но и, попадая на горячие поверхности, способствуют образованию на них различных отложений. В высокотемпературных зонах, например, в камере сгорания, куда масло неизбежно проникает, появляются твердые, плохо удаляемые нагары. В среднетемпературных зонах (стенки поршней и цилиндров, поршневые кольца и пальцы) - лаки. Нагары и лаки увеличивают термонапряженность деталей, их износ, могут вызвать детонацию, задиры, прогорание поршневых колец и так далее. Низкотемпературные отложения - мазеобразные шламы, образующиеся на всех деталях двигателя, кроме особо горячих, - забивают каналы системы смазки, что существенно затрудняет подачу масла к трущимся частям. Кроме того, шламы могут вызвать срабатывание перепускного клапана масляного фильтра, в результате чего масло начнет циркулировать в системе, не очищаясь. Скорость накопления отложений зависит от многих факторов: некачественное топливо с высоким содержанием серы, изношенный двигатель, частая езда с непрогретым мотором и на малых оборотах, неисправная система зажигания. В процессе работы любого автосервиса могут возникать споры и конфликты с клиентами. В таком положении дел нет ничего страшного - как известно, в спорах рождается истина. Одно и то же явление, например, происходящее с двигателем, может вызывать противоположные мнения клиента и менеджера на сервисе. По опыту работы многих авторемонтных предприятий можно сказать, что нет более конфликтного вопроса, чем вопрос расходования масла двигателем в процессе своей работы. Не найти другой такой темы, где мнения спорящих могут быть столь диаметрально противоположны. Такое положение дел вызывает порой не только конфликты, но и судебные иски. Мы решили попробовать разобраться в этом вопросе - должен ли исправный двигатель потреблять масло, если должен, то сколько и где должна находиться грань, отделяющая штатный расход масла от аварийного. С этим вопросом мы обратились к техническому директору фирмы «ИНОМОТОР» Владимиру Хрулеву. Не может быть расхода топлива без расхода масла, как не может быть вечного двигателя. Если бы был вечный двигатель, то он не потреблял бы топлива и уж, наверное, не расходовал масла. Если историю расхода масла исправным двигателем изобразить в виде графика, то он будет выглядеть как классический график из теории надежности, состоящий из трех частей. В принципе, любая техника проходит три стадии функционирования. Первая стадия работы - приработка, при которой расход масла, поначалу большой, постепенно снижается. Для двигателя длительность обкатки составляет обычно от 5 до 10 тыс. км. Например, BMW определяет время обкатки своих двигателей в 7,5 23 тыс. км. В начале работы количество отказов велико, что связано с ошибками сборки, регулировки или просто с приработкой агрегатов. Приработка (она же - обкатка) может сильно повлиять на дальнейший ресурс двигателя. В дальнейшем имеет очень большое значение, как был обкатан двигатель. Вторая стадия - основная работа двигателя, при этом расход масла невелик и стабилен. Этот участок графика - основной ресурс двигателя, на который он рассчитан производителем. Кто планирует 200, кто 300 тыс. км. Реально он может оказаться и 150, а может еще меньше - все зависит от условий эксплуатации. Третья стадия - старение двигателя, при котором расход масла лавинообразно возрастает. Третий участок кривой - это постепенное разрушение техники, сопровождающееся растущим числом отказов и поломок. По сути, вся теория надежности машин и механизмов укладывается в этот график. Хотя расход масла, на первый взгляд, не имеет прямого отношения к обкатке и ресурсу двигателя, он все же определяется общим техническим состоянием двигателя - в моторе все взаимосвязано. Зачастую будущий клиент сервиса покупает с рук автомобиль, эксплуатирует его несколько месяцев, и только тогда до него доходит, что надо бы и за маслом смотреть. Ему продавец сказал, что ни капли не доливал, а вдруг оказывается, что нет, машина масло расходует и немало. И вот он, перепуганный, бежит на сервис, в холодном поту подсчитывая предположительные расходы. Вот тут-то мы с вами ему и поможем, успокоим, чем можем. И сначала точно выясним, сколько именно уходит масла. Для этого надо не сразу доливать масло, а сначала довести его уровень до отметки «min». Затем налить точно до отметки «max», заметив, сколько именно долито масла. Клиент должен запомнить километраж и ездить, пока уровень масла снова не упадет до отметки «min». Затем пересчитать полученные данные на 1000 км. Для чистоты эксперимента во время проверки желательно не перегружать машину, не буксовать, не стоять долго на холостом ходу - короче, ездить в некоем среднем режиме. В результате получим очередное доказательство тому, что автомобильный мотор - не вечный двигатель и масло все же потребляет. Такой способ измерения расхода масла можно рекомендовать клиенту для приблизительной оценки - пора или нет провести точную диагностику состояния двигателя. Возможен и другой вариант. Клиент, как водится, уверен, что его новый, гарантийный или относительно новый автомобиль расходовать масло не должен вообще. А он, понимаете ли, «ест» это масло. В этом случае не следует спешить с демонтажом двигателя. Сначала надо точно определить реальное потребление масла двигателем, учитывая, что в период обкатки оно может быть несколько повышенным. Для оценки расхода масла в возможных гарантийных случаях фирмы-производители принимают во внимание только измерение расхода масла методом взвешивания. Вначале масло в горячем виде слить полностью с временем стекания не менее 10 мин. Залить предписанное для данного двигателя количество масла (с заменой фильтра). Затем дать автомобилю проехать 1000 км и слить масло в прогретом до рабочей температуры состоянии. Слив должен быть полным, включая масляный фильтр, со временем стекания не менее 10 мин. Затем надо взвесить слитое масло. Плотность моторного масла при комнатной температуре составляет 0,86 г/куб. см. Результаты высчитываются по следующей формуле: расход масла = залитое масло (куб. см) - слитое масло (г) : 0,86 г/куб. см. Такое измерение имеет смысл проводить только после того, как закончился процесс обкатки двигателя и расход масла стабилизировался. Теперь мы понимаем, что любой двигатель масло «есть» будет. Остается вопрос - сколько именно масла должен расходовать исправный двигатель конкретной машины? И какой аппетит скажет, что мотор-то обжорствм заболел и его лечить пора. Вот, например, данные по BMW на 2001 год. - Для двигателей с искровым зажиганием и дизельных двигателей допустимый максимальный расход масла - 0,7 л на 1000 км. - Для двигателей M-Power вследствие повышенных мощности и уровня числа оборотов допустимый максимальный расход масла - 1,5 л на 1000 км. - Для нового дизеля FORD 2,5 л без турбонаддува заводской сборки (не подвергавшегося капремонту) допустимый максимальный расход масла - не более 0,5 л на 1000 км. - Для VOLVO 850 начала и середины 90-х с двигателем 2,5 л допустимый расход масла - не более 0,4 л на 1000 км. - Mercedes для моторов серии «102» 90-х годов выпуска оценивает допустимый расход масла в пределах 1 литра на 1000 км. Здесь надо учитывать, что приведенные цифры - максимально допустимые, а на реальной исправной машине практически всегда расход масла будет намного меньше. Несмотря на конвейерную сборку, каждый двигатель все же индивидуален, и расход масла будет у всех разный. Главное, чтобы он не превышал максимальных значений для данного типа двигателя. К сожалению, информация по предельному расходу масла для исправного двигателя очень неохотно предоставляется фирмамипроизводителями. По российским нормативам, расход масла приводится по отношению к расходу горючего, а не к пробегу. Так, например, средний расход масла автомобилями ВАЗ всех модификаций - 0,6 л на 100 л общего расхода топлива. А средний расход масла автобусами IKARUS от 180-й до 280-й модели - 4,5 л на 100 л общего расхода топлива. Вообще-то, принято считать, что потреб24 ление двигателем масла находится в рамках нормального, если его расход удерживается в пределах от 0,2 до 0,8 % от расхода топлива. Для потребителя привычно мерить расход масла по отношению к пробегу автомашины. Но это не совсем верно - правильнее соотносить между собой расход топлива и расход масла. Понятно, что нагрузка на двигатель обуславливает расход топлива. Но расход масла в той же степени зависит от нагрузки, режима движения, скоростей и, следовательно, на каких оборотах работает двигатель. В данном случае прослеживается прямая зависимость: чем выше обороты, тем больше расход масла. Следовательно, соотношение расхода масла с расходом горючего является более правильным критерием расхода масла, чем отношение расхода масла к пробегу машины. Говоря о масле, правильно говорить не «расход масла», а «угар масла» или «расход масла на угар», поскольку в исправном двигателе для расхода масла есть только один путь - вылететь в выхлопную трубу вместе с отработанными газами. Причина такого расхода проста - дело в том, что для смазки на цилиндры нанесена так называемая «сетка хонингования», которая удерживает масло. Сделано это для того, чтобы поршень и кольца смазывались при движении по цилиндру. Но при этом какая-то часть масла обязательно остается на этой сетке и потом неминуемо попадает в камеру сгорания, а там благополучно сгорает или не сгорает, но, во всяком случае, вылетает в выхлопную трубу. Количество этого масла, приведенное к расходу топлива или к пробегу машины, называют расходом масла на угар. Мы не берем в расчет подтекания через сальники. Подтекания - это отдельная тема, их в двигателе быть не должно. Прежде чем начинать измерять расход масла, естественно, надо избавиться от всех подтеканий в двигателе. А уже дальше смотреть, сколько именно масла расходуется. Обычные причины повышенного расхода масла - износного характера, из-за большого пробега автомашины. Кроме того, износ могут ускорить несвоевременное обслуживание или применение некачественного или поддельного моторного масла. Часто бывает, что условия эксплуатации автомобиля слишком тяжелые, что тоже приводит к ускоренному износу двигателя. В реальной жизни сервис чаще сталкивается не со штатным, а со сверхнормативным расходом масла. Разберемся, куда может уходить масло в двигателе, требующем ремонта. В моторе масло может попадать в выхлопную трубу двумя путями: во-первых, остается на стенках цилиндров и уходит из-под поршня в камеру сгорания; во-вторых, масло через маслосъемный колпачок и направляющую втулку попадает на клапан и далее - в камеру сгорания. При этом смена колпачка, как правило, не помогает. Так, на иностранных автомобилях колпачки сделаны из весьма качественной резины, и смена только колпачка ни к чему, собственно, не приводит. Более того, на многоклапанных двигателях, там, где четыре и более клапана на цилиндр, заменить колпачки возможно только при снятии головки блока. У тех, кто берется делать такую работу без снятия головки, как правило, ничего хорошего не получается. А если головка снята, то, конечно, досматриваются направляющие втулки. Их можно точно померить, вынуть и померить клапан, соответственно, определить зазоры и изношенность. Обычно износ на втулке не ровный, а эдак седловиной вбок. Соответственно, в этой седловине клапан качается, и колпачок начинает пропускать масло. Если расход масла до литра-полутора на тысячу, то это могут быть направляющие втулки вместе с колпачками. Но если расход больше, то это, как правило, поршневая группа, причем там могут быть самые непредсказуемые для владельца причины. Это может быть как просто износ, так и какие-нибудь разрушения поршня, разрушения колец, задиры на поршне, задиры на стенках цилиндра. Как правило, при расходе масла более двух литров на тысячу, если поставить машину работать на холостом ходу и понажимать педаль газа, видно синеву из выхлопной трубы. Аварийные случаи резкого повышения расхода масла - это прогар или разрушение поршня, излом перемычек между кольцами. Это обычно связано с детонацией или с калильным зажиганием, то есть с неправильной работой двигателя. Такое бывает из-за некачественного бензина или неправильной установки зажигания. Расход масла при таких поломках лавинообразно возрастает до катастрофических размеров, например, литр на 100 км, идет страшный дым из выхлопной трубы. Но двигатель при этом нормально заводится и работает, оставляя хозяина машины в полном недоумении - что же неисправно? А всего-то он промчался на большой скорости на плохом бензине, и у него прогорел поршень, но дырочка может быть совсем небольшая, двигатель даже держит холостые, только немного подтраивает. В таком случае расход масла может превысить литр на 100 км, но сразу этого можно в дороге и не заметить. При серьезном перегреве мотора может случиться тепловой прихват поршня к зеркалу цилиндра. При этом появляются задиры на зеркале цилиндра, глубокие вертикальные царапины, по которым с каждым тактом двигателя начинает уходить масло. Ускоренный износ стенок цилиндра вызывают также частицы износа и твердые частицы продуктов сгорания, внедрившиеся в стенки и юбку поршня. По образовавшимся вследствие всего этого царапинам и задирам масло начинает довольно быстро вылетать в выхлопную трубу. Компрессионные кольца со временем начинают хуже держать давление, и во время сгорания топлива часть выхлопных газов через картер и систему вентиляции прорывается в воздушный фильтр, неся с собой частицы масла. Маслоотделитель при этом уже не справляется. Если в воздушном фильтре стоит лужа масла, то это говорит о том, что двигатель срочно требует ремонта. Маслосъемные кольца тоже со временем изнашиваются, у них уменьшается упругость, соответственно, они хуже прилегают к стенкам, хуже снимают масло, пропуская на такте впуска часть масла мимо себя. Но компрессионные кольца при этом только лучше держат давление. Замер компрессии может дать просто шокирующий результат: раньше машина ездила нормально, а компрессия была 10, но вдруг повысился расход масла, а компрессия поднялась до 12. Хозяин машины уверен, что мотор в прекрасном состоянии, а масло утекает где-то еще. А на самом деле компрессионные кольца лучше уплотняются из-за проте25 кания масла через маслосъемные кольца. Масло работает уплотнением компрессионных колец, при каждом такте двигателя вылетая в выхлопную трубу. Такое явление - уже начало лавинообразного процесса необратимого износа двигателя. Понятно, что при перечисленных аварийных случаях капитальный ремонт двигателя неизбежен. А как быть, если расход масла повышен, но никаких других опасных симптомов не наблюдается? В такой ситуации клиент автосервиса может впасть в легкую панику, особенно, если его двигатель после капремонта находится на гарантии сервиса. Но, например, специалисты фирмы «Иномотор» не рекомендуют производить ремонт двигателя, пока расход масла удерживается в пределах 1 л на 1000 км. Лучше подождать, последить за динамикой расхода масла и только тогда решать вопрос о дорогостоящем капитальном ремонте двигателя или ремонте по гарантии. Разумеется, если из выхлопной трубы уже давно идет синий дым, то тянуть нет смысла - переборка неизбежна. 5.1. Система подачи воздуха . Предназначена для: очистки поступающего в двигатель воздуха от пыли (1 мг/л) с помощью бумажных фильтрующих элементов или фильтров с масляной ванной; регулирования t◦ воздуха на впуске путем автоматического забора части всасываемого воздуха из зоны нагретого выпускного коллектора; снижения шума впуска, за счет специальной конструкции корпуса воздухоочистителя; учета проходящего через впускную систему воздуха , для чего используются следующие датчики расхода воздуха : а) объемные расходомеры воздуха (LMM); б) термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой нитью (LHM) или пленкой (HFM); в) ультразвуковые измерители объемного расхода Karman. Принцип действия термоанемометрических массовых расходомеров воздуха – тепловая энергия , необходимая для поддержания постоянного перепада температур между нагреваемым элементом и обтекающем его воздухом , пропорциональна массе воздуха , проходящего через водяное сечение. Нагреваемый измерительный элемент представляет собой платиновую проволоку ø 0,07 мм или металлическую пленку на керамической подложке, размещаемых в середине воздушного канала. С ) между воздухом и проводником , является мерой массы воздуха; обеспечение ламинарного движения воздуха для наилучшего наполнения цилиндров, что достигается большой протяженностью трактов впускного коллектора и наличием ресивера. Длинные впускные трубопроводы позволяют увеличить крутящий момент на малых оборотах, но снижают максимальную мощность , а короткие – оказывают обратное влияние. Чтобы исключить это противоречие используют впускной трубопровод с изменяемой геометрией – обеспечивающий регулировку длины впускных направляющих трубопроводов , либо ступенчато, либо непрерывно; обеспечение наддува , с помощью одного или двух турбокомпрессоров или механических нагнетателей. В первом случае часто используют промежуточное охлаждение сжимаемого воздуха. 5.2. Система топливоподачи (впрыска бензина) Одним из важнейших достоинств двигателя внутреннего сгорания является то, что автомобиль на одной заправке топливом может проехать 500 - 600 и более километров. Это расстояние называется запасом хода автомобиля. Конечно, максимальный пробег машины «на одном баке» зависит от многих факторов, но основным из них является именно правильная работа системы питания двигателя. Система питания двигателя предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания. Поскольку в этой книге мы с вами рассматриваем работу карбюраторного бензинового двигателя, то в дальнейшем, под топливом будет подразумеваться именно бензин. Идее впрыска почти столько же лет, сколько и самому автомобилю. Но лишь в последние годы эта система топливоподачи прочно заняла место под капотом едва ли не большинства автомобилей.Мы открываем серию публикаций, посвященных всем аспектам впрыска — различным системам управления, диагностики, обслуживания. Открывая рекламные проспекты или каталоги современных автомобилей, мы сталкиваемся с коротким обозначением системы топливоподачи — «впрыск». Этот термин охватывает различные варианты впрыскивания бензина для автомобильных двигателей в основном двух типов: с центральным (одноточечным) и распределенным (многоточечным) впрыском. Системы распределенного впрыскивания бензина для опытных двигателей делались еще в прошлом веке. В частности, в 1894 г. была создана система впрыскивания на впускной клапан. Однако из-за сложности производства и эксплуатации в серийных двигателях на многие десятки лет закрепился приоритет карбюраторных систем питания. Для автомобилей серийного производства впрыск начал применяться на форсированных двигателях в начале 60-х годов. Хотя в то время уже были разработаны системы впрыска с электромагнитными форсунками, на этих моторах использовался механический впрыск под высоким давлением аналогично дизельной аппаратуре. Существенное удорожание двигателя, сложность обслуживания топливной аппаратуры с относительно невысоким ресурсом и, самое главное, трудность стабилизации состава смеси на различных рабочих режимах свели на нет преимущества систем механического впрыскивания, и их производство практически прекратилось. Новый виток развития систем впрыскивания связан с повышением требований к динамическим и экономическим показателям автомобилей и введением жестких норм на выброс токсичных веществ с отработавшими газами. Кроме того, широкое развитие электронной промышленности позволило создать надежные и относительно недорогие системы управления двигателем, 26 обеспечивающие автоматическое регулирование состава смеси и угла опережения зажигания на любых эксплуатационных режимах, независимо от климатических условий. В частности, уже не нужно было думать об управлении двигателем во время пуска и прогрева, регулировать систему холостого хода, изменять угол опережения зажигания при заправке низкооктановым топливом. Важно также, что заданные параметры состава смеси и углов опережения зажигания сохранялись во время всего срока эксплуатации. Существуют три основных способа подачи топлива: непрерывное впрыскивание, циклическая подача топлива, фазированное циклическое впрыскивание. Непрерывное впрыскивание осуществляется во впускную систему одновременно во все цилиндры. Количество подаваемого топлива может регулироваться изменением давления впрыскиваемого горючего или ходом иглы форсунки. Циклическое впрыскивание во впускную систему обычно происходит одновременно во все цилиндры (групповое впрыскивание) или одновременно в два цилиндра (парафазное впрыскивание). Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется изменением времени открытия клапана электромагнитной форсунки. Фазированное впрыскивание может производиться непосредственно в цилиндр (по ходу впуска), в дополнительную камеру (вихревую, форкамеру), во впускную систему. Регулирование топливоотдачи при циклическом впрыскивании осуществляется также изменением времени открытия клапана форсунки. При впрыскивании топлива во впускную систему подача горючего обычно начинается в момент закрытия впускного клапана (для увеличения времени на испарение топлива и улучшения смесеобразования) или во время такта впуска (для увеличения наполнения и улучшения динамических качеств автомобиля). Существуют системы, где фазы впрыскивания изменяются в зависимости от режима работы двигателя. Для определения расхода воздуха в двигателях серийного и массового производства используются следующие типы устройств: — система замера по сигналам датчиков абсолютного давления и температуры воздуха во впускном трубопроводе с коррекцией по другим параметрам; — датчик расхода воздуха с подвижными элементами в воздушном канале, например, с качающейся заслонкой (система LJetronic) или с подвижным клапаном в диффузоре переменного сечения (система K-Jetronic); — датчик массового расхода воздуха с использованием термоанемометра (LН-Jetronic); — система, определяющая среднюю условную скорость воздушного потока (датчик Кармана, трассирующие присадки). Для управления топливоподачей и зажиганием используются системы с механическим или электронным управлением и комбинированные системы. Большинство современных двигателей с впрыском бензина используют системы электронного управления топливоподачей и зажиганием, объединенные в одном блоке. Часть автомобилей еще выпускается с раздельными системами — электронным блоком управления топливоподачей и контактной или бесконтактной системой зажигания. Соответственно используются датчики индуктивные или оптикоэлектрические для электронных систем управления топливоподачей и зажиганием. Для современных бензиновых двигателей преимущественно используют системы впрыскивания во впускной канал, на клапан (рис.1а) или на перемычку между клапанами (рис.1б) с цикловой или фазированной подачей топлива электромагнитными форсунками при постоянном перепаде давления между топливопроводом и впускным трубопроводом. Преимущества и недостатки различных систем впрыскивания бензина В большинстве ведущих стран, где применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов является обязательным, системы впрыскивания бензина почти полностью вытеснили карбюраторные. Сравним две из них — системы центрального и распределенного впрыскивания. Система центрального впрыскивания (рис.2) при относительно небольшом усложнении по сравнению с карбюраторной ненамного улучшает экономические и экологические показатели и ездовые качества. Переход с карбюраторной системы на центральное впрыскивание не требует серьезных изменений конструкции двигателя и перестройки производства. Впускной трубопровод, как правило, не изменяется. Давление впрыска увеличивается на небольшую величину, сохраняется возможность использовать различные устройства для улучшения смесеобразования (подогрев смеси, ультразвуковое распыливание), системы с обратной связью от кислородного датчика для поддержания заданного соотношения расхода воздуха к расходу топлива, равного 14,7 (стехиометрический состав смеси), чтобы выброс оксидов азота был минимален. Кроме того, можно обеспечить оптимальный состав смеси на основных эксплуатационных режимах, исключить влияние приливно-отливных явлений в поплавковой камере карбюратора при разгоне, крутых поворотах, движении на подъем. Однако и двигатели с центральным впрыском не избавлены от большинства недостатков, присущих карбюраторным системам питания: неравномерное распределение смеси по цилиндрам (по составу) и наличие топливной пленки на стенках впускного трубопровода. Вследствие этого динамические и экономические показатели улучшаются не намного. Поэтому автомобили, предназначенные для эксплуатации в странах с жесткими требованиями к токсичности отработавших газов, оборудуются преимущественно системами распределенного фазированного впрыскивания бензина. Впрыскивание топлива в цилиндр может осуществляться во время хода впуска для создания гомогенной смеси в заряде. Этот способ использовался преимущественно в авиационных двигателях и автомобильных форсированных двигателях (Mersedes M 196, 300SL). Впрыскивание в цилиндр может производиться и с целью послойного распределения топливного заряда в камере сгорания, обеспечивающего возможность сжигания переобедненных смесей. Примером могут служить циклы TCCS-Texaco, Proco, Mitsubishi и др. Двигатели Mitsubishi и Toyota с впрыском в цилиндр освоены в серийном производстве (рис.3). 27 Основной проблемой двигателей с впрыскиванием в цилиндр является недостаточное качество распыливания, а при впрыскивании в форкамеру еще и увеличение поверхности камеры сгорания, повышенные потери в охлаждающую среду и увеличение выброса СН. Поэтому большинство данных систем находится в стадии экспериментальных разработок. Широкое распространение в современных двигателях получили системы впрыскивания на впускной клапан или во впускной канал. Системы распределенного впрыскивания топлива с электронным блоком управления по сравнению с карбюраторной системой питания и центральным впрыском имеют следующие преимущества: возможность существенно улучшить наполнение двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала, а следовательно, и за счет равномерного распределения смеси по цилиндрам, исключения подогрева смеси, применение инерционного наддува (без нагнетателя), что приводит к росту мощностных показателей (на 30-40%). Кроме того, одновременно удается добиться оптимальных показателей на всех рабочих режимах, стабилизировать регулировочные параметры в процессе эксплуатации в различных климатических условиях, сделать менее жесткими (из-за снижения температуры заряда при испарении топливных капель в цилиндре) требования к октановому числу топлива. Наибольшего эффекта удается добиться за счет практически мгновенного изменения цикловой подачи топлива по заданной программе и отсутствия топливной пленки во впускном трубопроводе во время разгона при переходе на режим торможения двигателем, избавления от влияния приливно-отливных явлений при разгоне и прохождении поворотов с повышенными скоростями, во время прогрева двигателя и т.д. Значительное улучшение динамических качеств автомобиля обеспечивается на двигателях с принудительным наддувом (с механическим приводом) в сочетании с системой впрыскивания (особенно при эксплуатации в горных условиях). В большинстве систем управления составом смеси используется комплект, состоящий из следующих датчиков: атмосферного давления, температуры окружающего воздуха, вакуума во впускном трубопроводе, положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, кислородного анализатора в выпускном трубопроводе. Для обогащения состава смеси на время разгона при переходе на мощностной состав на режимах полных нагрузок или для отключения подачи топлива при торможении двигателем применяется датчик положения дроссельной заслонки, установленный в дроссельном узле. Заданная программой частота вращения коленчатого вала на холостом ходу поддерживается при помощи регулятора холостого хода в байпасном канале, обходящем дроссельную заслонку. Существует много вариантов регуляторов холостого хода: с клапаном, перемещаемым в осевом направлении шаговым двигателем, с коническим или цилиндрическим шибером, управляемым коллекторным двигателем (рис. 4 и др.). Данные системы обеспечивают также повышение частоты вращения коленчатого вала на режиме прогрева и стабилизацию заданной величины частоты вращения при прогретом двигателе независимо от состава смеси и внутренних потерь двигателя, зависящих от вязкости масла, степени обкатки и др. Основной проблемой в процессе эксплуатации двигателей с впрыскиванием бензина является очистка топлива от посторонних примесей и, особенно, воды. Во многих странах существуют специальные колонки для заправки автомобилей с впрыскиванием топлива, в которых происходит особо тщательная очистка горючего за счет длительного отстоя и фильтрации, исключающих попадание воды в систему. Если в карбюраторных двигателях «водяная» заправка обычно заканчивается промывкой и продувкой системы топливоотдачи и цилиндров, то в двигателях с впрыскиванием бензина последствия могут быть гораздо более серьезными — вплоть до замены двигателя и топливоподающей аппаратуры. Замерзшая в топливном насосе и фильтре вода приводит к разрыву их корпусов. Мелкораспыленная вода, попадая в цилиндр, конденсируется тонким слоем на поверхности. На двигатель со снятой головкой страшно смотреть — ровный яркий слой ржавчины на зеркале цилиндра и риски от задира, заросшие лохматой бурой «капустой» клапана. Если снять слой ржавчины, то на зеркале цилиндра сразу станут заметны черные пятна от коррозии. Конечно, после попадания воды приходится тщательно промывать всю систему топливоподачи, менять форсунки, элементы фильтра и т.д. Но и это еще полбеды. В некоторых системах впрыскивания при попытке пуска двигателя любыми средствами, например, буксировкой, цилиндр заполняется водой с бензином, возникает гидравлический удар, в результате которого ломаются поршневые кольца и пробивается поршень, лопается цилиндр или гильза. В предыдущем номере журнала были рассмотрены преимущества и недостатки систем топливоподачи двигателей с искровым воспламенением смеси, а также давалось описание особенностей центрального (одноточечного) впрыска бензина. В настоящее время наибольшее распространение на европейских и японских двигателях получила система распределенного впрыска, обеспечивающая возможность эффективного применения различных видов наддува (инерционного, с механическим приводом нагнетателя, турбонаддува и др.). При этом существенно увеличиваются мощностные показатели, снижается расход топлива и выброс токсичных веществ, улучшаются ездовые качества автомобиля. Существует несколько типов управления топливоподачей. В тех странах, где используется как этилированный, так и неэтилированный бензин, в основных рабочих режимах выбираются регулировки, соответствующие экономичному составу смеси (коэффициент избытка воздуха от 1,15 до 1,30 в зависимости от конструктивных особенностей двигателей). Лишь на полных нагрузках состав смеси — мощностной, т.е. коэффициент избытка воздуха колеблется в пределах 0,8...0,9. В государствах с особо жесткими нормами на выброс токсичных веществ автомобили эксплуатируются на неэтилированном бензине. Это позволяет применять систему с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором и кислородным датчиком, включенным в контур обратной связи управления двигателем. Рассмотрим подробно каждый из элементов этой системы. Начнем с электробензонасоса. Подача топлива из бака к форсункам, как правило, осуществляется роликовым насосом с электрическим приводом. Впрыскивание производится под давлением в пределах от 200 до 630 кПа. Топливные насосы могут располагаться как вне бака, так и 28 внутри него. Насос смонтирован в едином корпусе с электродвигателем (рис. 2 и 3), благодаря чему конструкция упрощается, так как не требуется сальникового уплотнения вала ротора. Бензин, омывающий ротор, способствует охлаждению электродвигателя. При отсутствии воздуха внутри насоса исключается возможность воспламенения паров топлива от искрения коллектора электродвигателя. На рис. 4 приведены различные принципы действия топливных насосов для систем распределенного впрыска. После включения зажигания при непрогретом двигателе в ряде систем одновременно начинает работать электробензонасос. Но в момент пуска, при прокрутке двигателя стартером, резко падает напряжение в сети автомобиля (до 6...8 В) и соответственно (более чем в 2 раза) уменьшается давление и производительность насоса. При этом снижается также и цикловая подача топлива через форсунки при равном времени открытия. Основные параметры и габариты насосов Бош даны на рис.5 и в таблице. В России на АОЗТ СоАТЭ освоено производство насосов типа 50.1139, являющихся по показателям аналогом насосов Бош 05080464044. Существует три способа подачи бензина к форсункам: при первом — блок топливоподачи расположен в топливном баке; при втором — вне бака; при третьем — за пределами бака (как правило, под полом автомобиля), где также устанавливаются и другие отдельные узлы — фильтр, электробензонасос и др. Блок топливоподачи состоит из первичного фильтра, электробензонасоса, системы клапанов, датчика уровня бензина и топливопроводов. Первичный фильтр, помещаемый перед бензонасосом, обычно обеспечивает грубую очистку топлива (размер ячеек 30...50 мкм). Встречаются системы с двумя фильтрами (грубой и тонкой очистки). Однако при такой схеме установки может произойти засорение фильтра тонкой очистки и, вследствие этого, образование паровых пробок, нарушение топливоподачи, задир рабочих поверхностей бензонасоса. Для уменьшения степени засорения фильтра блок топливоподачи может быть сделан подвижным (плавающим). Это предотвращает забор наиболее загрязненной части топлива и воды из нижней части бака. С этой же целью слив избыточного бензина может производиться в емкость блока топливоподачи. Вероятность образования паровых пробок снижается путем установки дополнительного насоса центробежного типа в нижней части основного бензонасоса — или отдельно от него, в топливном баке. При кратковременной остановке, когда прекращается проток бензина, увеличивается вероятность возникновения паровых пробок. Для обеспечения надежного пуска при высокой температуре окружающей среды, на выходе из насоса помещается клапан, поддерживающий необходимое давление в магистрали. С целью ускорения заполнения бензонасоса топливом, иногда устанавливается дополнительный пароперепускной клапан, который закрывается при повышении давления до заданной величины (20...30 кПа). В системе топливоподачи помещается предохранительный клапан, срабатывающий, когда давление превышает заданные параметры примерно на 50 кПа, и перепускающий топливо в бак. Такая ситуация может возникнуть, например, в случае заедания редукционного клапана, засорения магистрали и т.п. Клапаны располагаются в корпусе насоса или в отдельном узле. От насоса бензин подается к топливному фильтру тонкой очистки. В системах впрыскивания обычно применяются бумажные фильтры с сеткой на выходе, предотвращающие попадание посторонних частиц в магистраль. В некоторых случаях устанавливаются топливные аккумуляторы или устройства для демпфирования колебаний (рис.6), возникающих при открытии и закрытии клапанов форсунок и работе бензонасоса. Аккумуляторы облегчают повторный пуск горячего двигателя, предотвращая образование паровых пробок и временно сохраняя давление топлива. В частности, такие аккумуляторы применяются в системах К-Джетроник (с двумя фильтрами), КЕ-Джетроник (с одним штуцером) и устанавливаются между бензонасосом и фильтром. В некоторых вариантах демпфирование давления топлива достигается за счет наличия эластичных шлангов. В двигателях с непрерывной подачей часть топлива после фильтра попадает в дозатор-распределитель, а остальное возвращается через регулятор давления в топливный бак. В двигателях с электромагнитными форсунками и цикловой подачей бензин после фильтра попадает в коллектор, выполненный в виде цилиндрической трубки или отливки прямоугольного сечения. Коллектор оснащен патрубками, надеваемыми на штуцера форсунок. Регулятор давления топлива В некоторых случаях регулятор давления топлива плунжерного типа располагается в корпусе дозатора-распределителя (КДжетроник). Однако большинство современных систем впрыскивания оборудуется автономно расположенным регулятором мембранного типа, поддерживающим необходимый перепад давлений между топливопроводом и впускным трубопроводом с целью стабилизации заданных расходов бензина (рис.7). Полость под мембраной сообщается трубкой с задроссельным пространством. В этой же полости расположена основная пружина. Форсунки Для современных бензиновых двигателей применяется три типа форсунок: 1. Форсунки с механическим клапаном, отрегулированным на заданное давление топлива при непрерывной подаче бензина (330 кПа для системы К-Джетроник). При малых расходах топлива подача может быть пульсирующей, что улучшает его распыливание. 29 2. Пусковые форсунки. Управление клапаном обычно осуществляется электромагнитом. Бензин может подаваться в ресивер или в специальный канал системы холостого хода. Небольшое сечение канала обеспечивает движение смеси с высокими скоростями и предотвращает конденсацию топлива. В современных двигателях обогащение смеси при пуске и прогреве часто достигается при помощи программы управления основными форсунками — без пусковой. 3. Электромагнитные форсунки с цикловой подачей топлива (рис.8). Применяются на большинстве современных двигателей с распределенным впрыскиванием бензина, могут быть с нижним, боковым или верхним подводом топлива. При нижнем подводе осуществляется постоянный проток бензина через форсунку, что обеспечивает ее охлаждение и предотвращает образование пузырьков пара. При повышенном давлении впрыскивания (300...400 кПа) эта проблема решается и без протока топлива через форсунку. В форсунке, как правило, устанавливается сменный резервный топливный фильтр с очень небольшой грязеемкостью, предназначенный только для улавливания случайно попавших в магистраль частиц. Поэтому бензин предварительно должен быть тщательно очищен в основном фильтре. В корпусе форсунки расположена обмотка электромагнита и двухконтактный электрический разъем. В зависимости от особенностей обмотки, ее сопротивление может находиться в пределах от 2 до 16 Ом. Запирающий элемент бывает плоским, коническим и сферическим. Плоские клапаны, как правило, имеют малую массу (0,5 г), что обеспечивает необходимое быстродействие для высокооборотных двигателей. Недостатком плоских клапанов является частое нарушение герметичности вследствие засорения и износа. Хорошую герметизацию обеспечивают клапаны со сферической уплотняющей поверхностью, но они применяются преимущественно для форсунок в системах центрального впрыскивания бензина. Последнее время наибольшее распространение получили форсунки с коническим уплотнением клапана (Бош, Лукас, Марелли), обеспечивающие стабильные показатели в процессе длительной эксплуатации. Конструкция и параметры распыляющего элемента формируют факел топлива, задаваемый в зависимости от места установки форсунки на двигателе. При центральном впрыскивании угол факела доходит до 55 градусов. При распределенном впрыскивании форма факела также определяется местом расположения форсунки и конфигурацией впускного канала. При установке форсунки в головке цилиндра вблизи от впускного клапана, угол факела уменьшают до 25...45 градусов. В случае расположения форсунки во впускном трубопроводе, т.е. на большом расстоянии от клапана, угол факела уменьшают до 15...25 градусов, так, чтобы основная часть топлива не попадала на стенки впускного канала. 5. Системы электронного управления двигателем с искровым зажиганием. Широкое использование электронных систем на современных двигателях позволило : Улучшить топливную экономичность; Снизить токсичность ОГ; Улучшить динамические свойства а/м; Обеспечить адаптивность при изменении условий работы; Обеспечить самозащиту и самодиагностику; Улучшить ездовые качества. В общем случае управление ДВС осуществляется с помощью: Системы подачи воздуха; Системы изменения длины впускного трубопровода; Системы топливоподачи; Системы фаз газораспределения; Системы зажигания; Системы защиты ДВС от детонации; Системы холостого хода; Системы выброса паров топлива; Системы рециркуляции ОГ (EGR); Системы выпуска; Системы впуска и прогрева двигателя; Системы электронного управления давлением наддува; Системы электронного управления дроссельной заслонки; Системы самодиагностики. Согласованную работу всех систем ДВС обеспечивает электронный блок управления (ECU). Наибольшими возможностями обладает система управления работой ДВС ”Motronic” фирмы Бош , появившаяся в 1979 году. Она оборудована цифровым ECU, содержащим микропроцессор , запоминающее устройство и АЦП. Получая входные сигналы от датчиков работы ДВС, с помощью заложенных в памяти функций и алгоритмов ECU рассчитывает параметры и формирует выходные сигналы для управления исполнительными органами , через входные каскады усиления. На вход ECU приходит следующая информация : Включено или выключено зажигание; Положение распределительного вала; Частота вращения коленвала; Скорость движения автомобиля; Передаточное отношение в автоматической трансмиссии; Номер включенной передачи; 30 Информация о включении кондиционера, усилителя руля, а также следующие аналоговые сигналы: Напряжение АКБ; t◦C воздуха на впуске (в виде напряжения); Расход воздуха( в виде силы тока); Угловое положение дроссельной заслонки (или педали); Напряжение сигналов кислородных датчиков ; Сигнал датчика детонации; Величина давления наддува. Интегрированная система Motronic имеет следующие преимущества: процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совместно, при этом улучшаются характеристики крутящего момента , расхода топлива, состава ОГ , облегчается пуск и прогрев холодного двигателя; совмещение функций исполнительных устройств и датчиков позволяет сократить их число и стоимость, и повысить надежность; появляется возможность для управления автоматической КПП, ABS, ASR, темпоматом, противоугонным устройством и т.п. Производительность современных микропроцессоров позволяет осуществлять управление функциями впрыска топлива и зажигания посредством единого электронного устройства, благодаря этому снижается стоимость аппаратуры и, кроме того, используется общий источник питания. Реализовать эту рациональную идею стало возможно, т.к. многие из входных сигналов пригодны для регулирования как впрыска, так и зажигания. Использование единого электронного устройства повышает надежность системы управления двигателем и позволяет уменьшить затраты на сборку. На практике это означает отказ от механического и пневматического регулирования опережения зажигания. Вместо него используется бесконтактная, полностью электронная, управляемая микропроцессором система зажигания, которая функционирует на основе информации, поступающей от индукционного датчика частоты вращения и углового положения коленчатого вала. Микропроцессор электронного блока управления преобразует поступающую информацию в так называемые параметрические поверхности (трехмерные графические характеристики), которые учитывают действия водителя и нагрузку на двигатель. 1 Общие сведения Для реализации возможно большего числа функций управления требуется разнообразная входная информация. В электронную систему управления, в частности, поступают следующие данные:  включено или выключено зажигание,  положение распределительного вала,  частота вращения коленчатого вала,  скорость движения автомобиля,  диапазон изменения передаточного отношения (в случае наличия автоматической трансмиссии),  номер включенной передачи,  информация о включении кондиционера и т.п.; а также следующие аналоговые входные сигналы:  напряжение аккумуляторной батареи,  температура воздуха на впуске,  расход воздуха,  угловое положение дроссельной заслонки,  напряжение сигнала кислородного датчика,  сигнал датчика детонации. Входные каскады электронного блока управления осуществляют подготовку поступивших от датчиков сигналов, характеризующих режимные параметры, микропроцессор обрабатывает эти данные, определяет рабочий режим двигателя и производит расчет параметров необходимых управляющих сигналов, которые передаются на выходные каскады усиления, а затем поступают к исполнительным устройствам, называемым также актюаторами. Исполнительные устройства воздействуют на характеристики системы питания и зажигания, обеспечивая точное дозирование топлива и оптимальный момент зажигания. 2 Дополнительные функции системы впрыска. Необходимость в дополнительных функциях управления и регулирования обусловлена жесткими требованиями, предъявляемых к составу отработавших газов (ОГ), а также стремлением обеспечить наибольший комфорт и точное соответствие мощности двигателя условиям движения. Дополнительные функции расширяют перечень приведенных выше основных функций и охватывают всю систему управления. В настоящее время используются следующие дополнительные функции:  регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу,  регулирование топливоподачи с обратной связью по составу смеси,  управление углом опережения зажигания по детонации,  рециркуляция ОГ для снижения выброса с отработавшими газами оксидов азота (NOx)  управление турбокомпрессором,  управление длиной впускных каналов,  регулирование фаз газораспределения соответствующим воздействием на газораспределительный механизм,  ограничение подачи топлива при достижении заданной частоты вращения коленчатого вала. Если система управления и регулирования наделена этими разнообразными функциями, речь идет уже не столько об управлении двигателем, сколько об управлении автомобилем в целом, ибо командные сигналы вмешиваются в функционирование и других узлов автомобиля. При этом становится возможным реализовать связь управляющего устройства с автоматической коробкой передач, что, в частности, способствует уменьшению ударных нагрузок при переключении передач, создавая благоприятный режим эксплуатации. Оказывается возможным также регулирование крутящего момента на ведущих колесах. Кроме того, можно обеспечить и управление функционированием регуляторов скорости автомобиля (темпоматов), которые в 31 будущем станут весьма сложными устройствами, выполняющими при помощи радара автоматические функции управления движением с целью максимального облегчения вождения. 3 Устройство и принцип действия системы впрыска. Общим для любых систем впрыска с электронным управлением является наличие датчика положения дроссельной заслонки, который в простейших системах (например, в системе «Motronic» для мотоциклов) служит основным источником информации о нагрузке двигателя. Вместе с тем большое значение имеет датчик давления, пневматически соединенный с впускным трубопроводом и регистрирующий абсолютное давление в нем. Для определения нагрузки двигателя особенно важно измерение количество проходящего через впускную систему воздуха. В системах впрыска «Motronic» в зависимости от марки и модели автомобиля могут применятся следующие датчики расхода воздуха:  объемные расходомеры воздуха (LMM),  термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой нитью (LHM),  термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой пленкой (HFM). 3.1 Объемные расходомеры воздуха Объемный расходомер воздуха, устанавливаемый между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, служит для определения объемного расхода воздуха, всасываемого двигателем (в м3/час). Воздушный поток перемещает напорную измерительную заслонку, преодолевая усилие возвратной пружины. Соответствующее расходу воздуха угловое положение напорной заслонки регистрируется потенциометром. Изменяющееся на нем напряжение подается к электронному блоку управления, который производит его сравнение с опорным напряжением питания потенциометра. Соотношение двух этих параметров служит мерой объема воздуха, всасываемого двигателем. Влияние фактора износа и температурной зависимости на точность измерения исключается. Пульсация всасываемого воздуха, способная вызвать вибрацию напорной заслонки, предотвращается благодаря наличию обратного клапана и демпфирующего объема. Чтобы учесть изменение плотности всасываемого воздуха вследствие колебаний температуры, в расходомер встроен резистивный датчик, сопротивление которого изменяется вместе с температурой, что позволяет блоку управления осуществлять необходимую корректировку. Расходомеры воздуха с напорной измерительной заслонкой входят в состав многих производимых в настоящее время систем «Motronic» и «L-Jetronic». Однако вместо них все более широкое применение стали находить другие, рассматриваемые ниже, датчики нагрузки двигателя. 3.2 Термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой нитью или пленкой. Расходомер подобной конструкции является термическим датчиком нагрузки двигателя. Его устанавливают между воздушным фильтром и дроссельной заслонки, и он определяет массу всасываемого воздуха в кг/час. Датчики с нагреваемой нитью и с нагреваемой пленкой имеют один и тот же принцип работы. Расположенный в воздушном потоке и нагреваемый электрическим током проводник (платиновая нить или токопроводящая полимерная пленка) охлаждается обтекающим его воздухом. Схема регулирования датчика обеспечивает прохождение через проводник тока такой силы, чтобы его температура превышала температуру обтекающего воздуха на постоянную величину. Таким образом, ток нагрева проводника является мерой массового расхода воздуха. Этот принцип измерения учитывает плотность воздуха, которая определяет теплопередачу от нагреваемого элемента к воздуху. 3.3 Датчик абсолютного давления во впускном трубопроводе Датчик абсолютного давления пневматически соединен со впускным трубопроводом и регистрирует существующую в нем величину разрежения ( в кПа). Он может быть встроен в электронный блок управления, укреплен рядом со впускным трубопроводом или непосредственно на нем. Датчик состоит из регистрирующей давление ячейки с двумя чувствительными элементами и отсека для микросхемы обработки сигналов. Чувствительные элементы и микросхема обработки сигналов помещены на общую керамическую подложку. Степень деформирования мембраны зависит от величины разрежения (абсолютного давления) во впускном трубопроводе. На мембране располагаются пьезочувствительные резисторы, удельная проводимость которых зависит от механической нагрузки. Резисторы образуют мост, балансировка которого изменяется в зависимости от изгиба мембраны, и, таким образом, напряжение моста служит мерой разрежения во впускном трубопроводе. Задача микросхемы обработки сигналов, поступающих от датчика абсолютного давления, состоит в том, чтобы усилить напряжение моста, скомпенсировать влияние температуры и произвести линеаризацию параметрических кривых давления. Выходной сигнал этой микросхемы направляется к электронному блоку управления. 4 Управление двигателем на различных рабочих режимах 4.1 Пуск двигателя В течение всего процесса пуска двигателя осуществляется расчет количества впрыскиваемого форсунками топлива. Кроме того, для первых командных импульсов на впрыскивание в отсутствие вращения коленчатого вала устанавливается режим «синхронного впрыска». Повышенное количество топлива, впрыскиваемого в соответствии с низкой температурой двигателя, обусловлено образованием топливной пленки на внутренних стенках впускного трубопровода и необходимостью компенсации повышенной потребности в топливе двигателя при работе с низкой частотой вращения. Непосредственно после начала вращения коленчатого вала вплоть до завершения режима пуска по мере увеличения частоты вращения осуществляется постепенное уменьшение порции впрыскиваемого топлива. Система «Motronic» осуществляет также согласование параметров зажигания с параметрами процесса пуска. Угол опережения зажигания регулируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала так, чтобы был обеспечен легкий пуск и быстрый прогрев двигателя. 4.2 Послепусковой период В течении послепускового периода (фазы, начинающейся непосредственно после завершения стадии пуска) осуществляется постепенное снижение количества впрыскиваемого топлива в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и промежутка времени, прошедшего с момента завершения стадии пуска. Угол опережения зажигания изменяется в соответствии в количеством впрыскиваемого топлива. Послепусковой период, таким образом, плавно переходит в стадию прогрева двигателя. 4.3 Прогрев двигателя 32 В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и системы выпуска отработавших газов режим прогрева может быть реализован разными способами. Решающими факторами для расчета параметров управления двигателем при прогреве является его готовность к началу движения, а также оптимизация состава отработавших газов и расхода топлива. Сочетание бедной рабочей смеси с более поздним зажиганием при прогреве двигателя повышает температуру отработавших газов. Другую возможность повышения их температуры предоставляет использование богатой смеси вместе с нагнетанием дополнительного воздуха, который подается в систему выпуска за выпускными клапанами спустя короткое время с момента пуска двигателя. Для подачи воздуха, например, может использоваться специальный насос. Избыток воздуха при достаточном разогреве системы выпуска приводит к окислению СН и СО и достижению желаемой высокой температуры отработавших газов. Оба мероприятия обеспечивают быстрое приведение каталитического нейтрализатора в рабочее состояние. Наряду с воздействием на угол опережения зажигания и параметры впрыска ускоренный разогрев нейтрализатора может быть реализован также и за счет повышения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу. При достижении необходимой температуры каталитического нейтрализатора осуществляется регулирование впрыска, обеспечивающее коэффициент избытка воздуха, равный 1, и устанавливается соответствующий угол опережения зажигания. 4.4 Корректировка впрыска топлива при ускорении и замедлении движения автомобиля Часть впрыскиваемого топлива при очередном открытии впускного клапана сразу не попадает в цилиндр, а остается на стенках трубопровода в виде жидкой пленки. Количество топлива, постоянно находящегося в виде такой пленки, резко возрастает с повышением нагрузки и с увеличением количества впрыскиваемого топлива. Во избежание обеднения горючей смеси, обусловленного оседанием части топлива на стенках впускной системы, во время разгона автомобиля должен быть обеспечен впрыск соответствующего дополнительного количества топлива. Для улучшения условий смесеобразования иногда применяются форсунки с дополнительным пневматическим распыливанием топлива, что позволяет уменьшить количество топлива, оседающего на стенках впускного трубопровода. При снижении нагрузки происходит высвобождение осевшего на стенках впускного трубопровода топлива. Поэтому при замедлении движения время впрыска должно быть соответственно сокращено. Во время движения в режиме торможения двигателем впрыск топлива прекращается полностью. 4.5 Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу должно обеспечивать соответствие между крутящим моментом и реальной нагрузкой. Последняя на холостом ходу складывается из различных внутренних нагрузочных моментов, моментов сил трения в кривошипно- шатунном механизме, приводе клапанов и дополнительных агрегатов (например, насоса системы охлаждения, кондиционера или гидроусилителя рулевого управления). Внутренние моменты сил трения в течении срока службы двигателя претерпевают постепенное изменение и, кроме того, они сильно зависят от рабочей температуры. На процесс регулирования частоты вращения оказывают влияние положение дроссельной заслонки и температура охлаждающей жидкости, а также сигналы датчиков нагрузки, поступающие от дополнительных агрегатов. Заданному значению частоты вращения коленчатого вала двигателя для каждого режима соответствует определенный расход воздуха. 5 Лямбда-регулирование (Датчик кислорода ПС №7-249, Покрытие из благородных металлов в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе отработавших газов позволяет обеспечить превращение содержащихся в них токсичных компонентов: СО, СН и NOx в нетоксичные Н2О, СО2 и N2. Это превращение возможно лишь в очень узком интервале = 0,99…1 – изменения коэффициента избытка воздуха. Лямбда-зонд, устанавливаемый в потоке отработавших газов перед каталитическим нейтрализатором, фактически производит измерение содержания в них кислорода. Напряжение, возникающее на лямбда-зонде, составляет около 100 мВ для бедных и около 800 мВ для богатых смесей. При = 1 происходит скачкообразный переход от одного уровня напряжения к другому. При обычном режиме работы двигателя электронный блок управления формирует сигнал продолжительности впрыска на основании информации, поступающей от расходомера воздуха и датчика частоты вращения коленчатого вала. При лямбдарегулировании блок управления дополнительно рассчитывает коэффициент, с помощью которого может быть скорректирована продолжительность импульса управления впрыском. Обычным техническим решением, обязательных для автомобилей на американском рынке, являются системы выпуска отработавших газов, снабженные для осуществления бортового диагностирования двумя лямбда-зондами, показания которых постоянно сравнивают, чтобы можно было контролировать функционирование каталитического нейтрализатора во время движения автомобиля. Оптимальный диапазон превращения вредных примесей, содержащихся в отработавших газах, и скачок напряжения на лямбда-зонде не являются полностью соответствующими друг другу. За счет асимметрического управления регулятором топливоподачи состав смеси можно сместить в оптимальную область. Асимметрия достигается в результате задержки реакции системы управления после скачка напряжения на лямбда-зонде (от бедной смеси к богатой) или вследствие асимметричного скачка изменения топливоподачи, когда его величина при переходе от бедной смеси к богатой отличается от величины этого скачка при переходе от богатой смеси к бедной). Лямбда-регулирование осуществляет корректировку очередного момента впрыска на основании предшествующего замера концентрации кислорода в отработавших газах. 6 Регулирование угла опережения зажигания по детонации Электронное управление моментом зажигания предоставляет возможность очень точно регулировать угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры охлаждающей жидкости. Тем не менее, необходимо обеспечивать еще более узкий допуск на управление углом опережения зажигания для надежной работы двигателя в пределах, исключающих детонацию. Такое управление необходимо, чтобы при склонности к детонации, обусловленной допуском на размеры деталей двигателя, их износом, внешними условиями, качеством топлива, отложением нагара, ни один из цилиндров не перешел границы детонации. Датчик детонации предоставляет возможность регулирования по детонации за счет улавливания возникающей при этом вибрации. Детонационное сгорание топлива приводит к установке более позднего момента зажигания в соответствующем цилиндре. Как только детонация прекращается, происходит постепенное возвращение момента зажигания к более раннему, вплоть до исходного угла опережения зажигания. Для двигателей с турбокомпрессором также имеется комбинированная возможность регулирования по детонации за счет варьирования момента за33 жигания и давления наддува. Регулирование давления наддува, к тому же в определенных диапазонах частичной нагрузки двигателя, оказывается выгодным, поскольку приводит к сокращению расхода топлива. 7 Рециркуляция отработавших газов Во время перекрытия клапанов некоторая часть отработавших газов выталкивается из камеры сгорания во впускной трубопровод. В этом случае при последующем открытии впускного клапана наряду со свежей смесью всегда будет происходить всасывание в цилиндр определенного количества отработавших газов. Варьирование доли отработавших газов возможно за счет их возврата во впускную систему и далее в камеру сгорания посредством клапана рециркуляции, управляемого электронной системой «Motronic», или благодаря соответствующей установке фаз газораспределения. Такая регулировка должна производиться с предельной точностью, поскольку слишком большое количество отработавших газов в камере сгорания приведет к неполному сгоранию топлива, сопровождаемому увеличением выброса углеводородов и расхода топлива, и может послужить причиной нарушения ездовых качеств автомобиля. 8 Регулирование фаз газораспределения воздействием на распределительный вал За счет регулирования фаз газораспределения воздействием на распределительный вал появляется возможность оказать влияние на наполнение цилиндров, чтобы обеспечить возможность максимального повышения мощности и крутящего момента при минимальном расходе топлива и низкой токсичности отработавших газов. При этом гидравлические или исполнительные электрические механизмы, управляемые системой «Motronic», поворачивают впускной и выпускной распределительные валы относительного коленчатого на угол, определяемый частотой вращения коленчатого вала или наполнением цилиндров. Наряду с поворачиванием распределительных валов используется также их перестановка. Для этого применяются кулачки переменного профиля, что позволяет изменять как фазы газораспределения, так и высоту подъема клапанов. Полностью электронное управление движением клапанов уже используется в конструкции гоночных автомобилей и уверенно внедряется в практику массового автомобилестроения, позволяя обеспечивать оптимальное наполнение цилиндров на любом режиме работы двигателя. 9 Изменение конфигурации впускного трубопровода Успешно применяемым вспомогательным средством воздействия на крутящий момент является изменение геометрической конфигурации впускного трубопровода. Если короткие впускные патрубки обеспечивают высокую номинальную мощность двигателя при одновременной потере крутящего момента в диапазоне низких частот вращения коленчатого вала, то применение длинного впускного тракта приводит к противоположному эффекту. Большие объемы трубопроводов могут вызвать резонансные эффекты в определенных диапазонах частот вращения, что обеспечивает лучшее наполнение цилиндров. Обе эти особенности можно использовать, применяя впускной трубопровод с переменной длиной. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя и положения дроссельной заслонки возможны различные варианты управления, например:  варьирование длины впускных патрубков;  переключение впускных патрубков разной длины или разного диаметра;  выборочное отключение секций впускных патрубков того или иного цилиндра при использовании многоканальной впускной системы;  переключение на ресиверы разного объема. 10 Электронный блок управления Электронный блок управления является вычислительным и коммутационным центром системы «Motronic». Получая входные сигналы от датчиков, с помощью заложенных в памяти функций и алгоритмов (последовательности вычислений) он рассчитывает параметры и формирует входные сигналы для управления форсунками и т.д., и воздействует на них непосредственно через выходные каскады усиления. В металлическом корпусе блока управления помещена печатная плата с электронными компонентами. С датчиками и исполнительными органами блок управления соединен кабелями, снабженными многоконтактными штекерными разъемами. В зависимости от многообразия исполнительных функций такие разъемы бывают 35-, 55- или 88-контактными. Для некоторых разъемов особой конструкции поставщики диагностических тестеров предлагают соответствующие переходники. В настоящее время, впрочем, известен лишь один изготовитель тестирующего оборудования (Gutmann), которое нуждается в особом подключении, и его программа осуществляет коммутацию автоматически. Новейшие системы «Motronic» используют возможность соединения ее отдельных узлов передающими информацию шинами, благодаря чему посредством единственного провода можно передавать несколько сигналов в разных направлениях и таким образом избежать использования большого числа проводов, что обычно является причиной повышенной вероятности их повреждения. Управление топливоподачей в двигателе с искровым зажиганием связано с регулированием состава топливовоздушной смеси в диапазоне 0,8≤λ≤1,3. Водитель управляя дроссельной заслонкой регулирует количество рабочей смеси, а система топливоподачи обеспечивает нужное количество смеси, путем изменения импульса на открытие электромагнитных форсунок(при постоянном давлении топлива 2,5…3,0 бар), в зависимости от информации о массе прошедшего в цилиндры воздуха, частоте вращения коленвала , нагрузке двигателя, его C , а также составе ОГ. Время открытия форсунки, и соответственно, количество топлива рассчитывается ECU так , чтобы обеспечить λ= 1 на всех режимах работы ДВС, за исключением: λ<1 (богатая смесь) режим холодного пуска ; λ=0,5 режим прогрева ; 0,5<λ<1 режим ускорения ; λ=0,9 режим максимальной мощности ; λ=0,8 λ>1(бедная смесь) режим ПХХ; λ=1,3 Система состоит : топливный бак ; топливный насос с электроприводом; топливный фильтр; 34 нагнетательная магистраль высокого давления; топливопровод (рамка); форсунки по числу цилиндров ; регулятор давления топлива; возвратная топливная магистраль; регулятор холостого хода; датчик ОЖ; кислородный датчик Топливовоздушная смесь Топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания и поступает в цилиндры на такте впуска. Для того, чтобы двигатель работал оптимально, топливо необходимо подавать в цилиндр в определенной пропорции с воздухом. Наиболее полное сгорание происходит, если смесь состоит из 14.7 частей воздуха и одной части паров бензина. Такое соотношение воздух/топливо называется стехиометрическим. Степень отклонения реального состава топливовоздушной смеси от стехиометрического определяется коэффициентом избытка воздуха λ: Если λ = 1, то реальный расход воздуха соответствует теоретической потребности. Если λ < 1, то воздуха недостаточно для стехиометрического сгорания, топливовоздушная смесь обогащенная. В диапазоне λ = 0.95 ... 0.8 двигатель развивает свою максимальную мощность. При λ > 1 - топливовоздушная смесь обедненная. В диапазоне λ = 1.05 ... 1.2 достигается максимальная топливная экономичность работы двигателя. При λ > 1.3 топливовоздушная смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель начинает работать с перебоями. На рис.показаны зависимости мощности и удельного расхода топлива, а также зависимости содержания углеводородов CH, оксида углерода СО и окислов азота NOx в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха λ. Из них видно, что идеального состава смеси, при котором все факторы имели бы оптимальные значения, не существует. Так, например, для обеспечения эффективной работы каталитического нейтрализатора (т.е для максимального снижения токсичности отработавших газов) необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси, но при этом двигатель будет работать не оптимально с точки зрения топливной экономичности. С другой стороны, для сокращения времени прогрева нейтрализатора до рабочих температур двигатель должен поработать на обедненных смесях. Чтобы разобраться, какая же топливовоздушная смесь и при каких условиях является оптимальной для двигателя, рассмотрим его основные рабочие режимы: * холодный пуск. При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного оседания топлива на стенках впускных труб. Для компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного количества топлива в момент пуска (λ < 1); * послепусковая фаза. После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси ( λ < 1) путем подачи дополнительного количества топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и не улучшится смесеобразование в цилиндре. Дополнительно, за счет богатой смеси достигается больший крутящий момент, что способствует к переходу к нужным оборотам холостого хода; * прогрев двигателя. За пуском и послепусковой фазой следует прогрев двигателя. В связи с тем, что при пониженных температурах смесеобразование ухудшено (например, из-за слабого перемешивания воздуха с топливом, а также образования капель топлива), во впускной трубе образуется пленка топлива, которая испаряется только при достижении высоких температур. Поэтому при пониженных температурах топливовоздушную смесь необходимо обогащать ( λ < 1). У двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, в диапазоне температур от + 15С до +40С топливовоздушная смесь обедняется ( λ > 1). Это делается специально для быстрого прогрева нейтрализатора до рабочих температур; * частичные нагрузки. Для двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, при частичных нагрузках необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси (λ = 1). Для двигателей без нейтрализатора главным критерием оптимальности топливовоздушной смеси является минимальный расход топлива (т.е. λ=1.05 ... 1.2); * полная нагрузка. При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достигать своего наибольшего крутящего момента или максимальной мощности. Для этого топливовоздушная смесь должна быть обогащенной до λ=0.8 ... 0.9; * ускорение. При быстром открытии дроссельной заслонки состав топливовоздушной смеси кратковременно обедняется вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Поэтому для предотвращения этого явления и достижения хороших разгонных характеристик смесь необходимо обогащать (λ < 1); * принудительный холостой ход. В этом режиме автомобиль замедляется, двигаясь по инерции. С целью экономии топлива в определенном диапазоне оборотов двигателя топливоподача может полностью прекращается; * высотная коррекция. С ростом высоты над уровнем моря плотность воздуха падает. Это означает, что при движении в горах всасываемый в двигатель воздух имеет меньшую массу, чем на равнине. Если это явление не учитывать в расчетах, то топливовоздушная смесь будет переобогащаться, что в свою очередь приведет к проблемам с пуском двигателя, к проблемам с ездовыми качествами автомобиля, а также к повышенным расходам топлива. катализатор Каталитический нейтрализатор выхлопных газов или каталитический конвертер, а сокращённо просто катализатор, стал сейчас уже обязательной опцией для всех выпускаемых автомобилей в развитых странах. Предназначение катализатора - окислять вредные соединения, содержащиеся в выхлопных газах. Конструкция его достаточно проста, но содержание солей платины, родия или палладия сказывается на стоимости катализатора не лучшим образом. Поэтому многие владельцы подержанных иномарок хоть один раз, но стояли перед выбором - покупать ли новую, достаточно дорогую деталь или же искать способы 35 решения проблемы "умершего" каталитического нейтрализатора более приемлемые для своего кошелька. Что же необходимо знать для того, что бы принять самое оптимальное решение в выборе того или иного варианта? Сейчас мы и попробуем в этом разобраться. Какие бывают каталитические нейтрализаторы и чего они боятся. Во-первых нейтрализаторы различаются по типу носителя, на который непосредственнонаносится каталитический слой. Это может быть керамический блок, в виде сот, или блок, выполненый из металлической ленты. Керамические катализаторы более распространены, чем металлические, и менее дорогие. Основной недостаток керамического катализатора - его хрупкость. Достаточно даже несильного удара об камень на дороге, что бы рассыпавшиеся соты своим дребезгом подсказали автовладельцу, что его ждут очередные финансовые затраты на ремонт своего автомобиля. То же самое может произойти, если на полностью прогретом автомобиле заехать в лужу и вода попадёт на раскалённый катализатор. Ещё одной причиной разрушения керамики могут быть неполадки в системе зажигания. Когда при попытке пуска двигателя сразу не происходит воспламенение топлива в камере сгорания, то несгоревший бензин скапливается в ближайшей ёмкости выпускного тракта, а это почти всегда и есть катализатор, и когда, наконец, мотор заводится, то этот скопившийся бензин взрывается, а соты, естественно, рассыпаются. Металлический блок более надёжен и может длительное время выдерживать различные механические нагрузки. Но и керамический и металлический каталитические нейтрализаторы одинаково боятся следующих вещей: некачественный или этилированый бензин, попадающие в камеру сгорания масло или антифриз, "левые" технические жидкости, используемые в целях промывки топливной системы, переобогащённая топливная смесь, долгая работа двигателя на холостом ходу. В результате воздействия вышеназваных факторов , помимо потери способности катализатора дожигать вредные примеси, происходит засорение каналов, что приводит к уменьшению их общего проходного сечения, потере мощности и к перегреву самого нейтрализатора, корпус которого может раскаляться даже до красного цвета. Известны случаи, когда от раскалённого катализатора расплавлялась аллюминевая теплозащита и загоралось антикоррозийное покрытие днища. Внутреняя температура неисправного каталитического конвертора настолько велика, что керамика может сплавляться и полностью забивать собой проход для выхлопных газов. Ремонт двигателя после этого почти неизбежен. Ещё один неприятный момент - это керамическая пыль. Керамический блок стареющего катализатора, невзирая на его внешнюю целостность и сохранность своих основных свойств, понемногу разрушается, и появляющаяся при этом керамическая пыль попадает в камеру сгорания, а иногда, при разборе двигателя для ремонта, в цилиндрах находят и небольшие кусочки керамики. Нахождение в камере сгорания керамической пыли приводит к преждевременному износу стенок цилиндров и, соответственно, к более раннему ремонту двигателя. Такие вот неприятности могут быть от детали, которая на первый взгляд вроде бы отрицательно себя никак не проявляет. Не зря в Европе катализаторы меняют через 100000 км. пробега, невзирая на то, рабочий он или нет. Место расположения катализаторов в выпускной системе - второй отличительный признак, важный для автовладельца. У большинства автомобилей каталитический конвертер расположен или же сразу за приёмной трубой глушителя или совместно с ней, составляя одну деталь. Другой вариант расположения нейтрализатора - это когда он находится непосредственно в выпускном коллекторе, реже после него, перед приёмной трубой. Это самый неудачный вариант с точки зрения ремонтопригодности. На автомобилях конца 1990х годов и начала 21 века, катализатор, как правило, находится в коллекторе - такая конструкция облегчает выполнение экологических норм ЕВРО 4. Близкое расположение каталитического нейтрализатора выхлопных газов к камере сгорания обеспечивает более быстрый его прогрев до рабочей температуры и лучше сохраняет его от внешних воздействий и резких перепадов температуры, но сам коллектор при этом очень часто страдает. Треснутый выпускной коллектор - одно из последствий перегрева катализатора, а стоимость коллектора с катализатором обычно намного выше, чем стоимость коллектора простого. Поэтому владельцы автомобилей с таким расположением катализатора вынуждены, в случае его выхода из строя, платить больше и за саму деталь и за работу по её установке. Варианты замены катализатора. Катализатор вышел из строя - что же делать? Далеко не для всех ответ на этот вопрос ясен как белый день - например купить и поставить новую оригинальную деталь. Для некоторых стоимость такой детали выглядит просто нереальной, а другие не видят смысла выкладывать некоторую сумму на то, что не является такой уж необходимостью. Тем более, что отношения автовладельцев с экологическим контролем в России достаточно лояльные. Поэтому даже те, кто обслуживается только у оф. дилеров, с "катализаторной" проблемой часто обращаются в фирмы, специализирущиеся на системе выпуска. Другой вариант установить не штатную, оригинальную деталь, а универсальный катализатор, который существенно дешевле. Для автомобилей с дополнительными кислородными датчиками - лямбда-зондами, расположенными после катализатора, такой вариант является чаще всего единственной альтернативой оригинальной детали, т.к. если нет возможности перепрограмировать мозги на безкатализаторный режим, то третий вариант - замена катализатора на пламегаситель - здесь не подойдёт. Универсальный каталитический нейтрализатор, так же как и универсальный пламегаситель, нельзя установить только на те машины, где коллектор с катализатором составляют одно целое или когда корпус нейтрализатора чугунный, что обычно бывает у нейтрализаторов, расположенных сразу после выпускного коллектора. Бывают и исключения - если есть достаточно места, и коллектор не чугунный, а из нержавеющей стали. Универсальный катализатор рекомендуется ставить не керамический, а металлический, только тогда есть гарантия, что катализатор снова не рассыпется, а прослужит долгое время. Самый же распространённый вариант - это всё-таки замена на пламегаситель. Основные его плюсы - более низкая стоимость и исключение возможности повтора возникновения проблемы с вновь установленным катализатором. Особенно это актуально для моторов с большим пробегом, где даже новый оригинальный нейтрализатор прослужит совсем недолго. Весомость этих плюсов достаточно велика для того, что бы подавляющее большинство автовладельцев выбрали именно этот вариант, а мягкость отечественных норм по содержанию в выхлопе вредных примесей является дополнительным стимулом для принятия решения в пользу пламегасителя... Про катализаторы.... С появлением огромного количества иномарок у нас в стране, у владельцев возникают вопросы обслуживания и ремонта. Станций техобслуживания, в том числе по иномаркам – большое количество. Но мало кто уделяет внимание проблеме выхлопных систем автомобиля. На рынке представлены глушители, резонаторы, как оригинальные, так и других конкурирую36 щих фирм, в достаточном объеме. Мы не будем останавливаться на этой теме, так как это не основной вопрос. Да и для Вас это не столь важно. Выбрали нужную часть для замены по средствам и качеству, а уж заменить можно в любой автомастерской или самому при определенных возможностях. Другое дело – деталь, расположенная в выхлопной трубе, многие о ее функции знают мало - это между двигателем и резонатором, каталитический нейтрализатор или в простонародье (катализатор). Вот о нем то и пойдет речь. Нередко, особенно после заливки плохого топлива, машина начинает «ехать все хуже и хуже», а потом совершенно неожиданно перестает заводиться… Начинаются мытарства по сервисам. Компьютерная диагностика показывает, что все в норме. Диагносты пожимают плечами, даже после углубленного изучения автомобиля, разводят руками и советуют обратиться к официальным дилерам . Вот тут самое время обратить внимание на «каталитический нейтрализатор» выхлопных газов. КАК РАБОТАЕТ КАТАЛИЗАТОР В процессе работы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу выделяется целый букет ядовитых химических веществ, из которых самые опасные – моноокись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СН) и оксид азота (NO, NO 2). Ядовитый смог, окутавший к середине 60-х гг. практически все крупные города Америки, Европы и Японии, заставил эти страны всерьез озаботиться проблемой очистки выхлопных газов. Примером стали США, где в 1970 году была принята Декларация о чистом воздухе, согласно которой все автомобили, выпускаемые с 1975 года в обязательном порядке снабжаются устройствами очистки выхлопных газов. Современный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, внутри которого расположен огнеупорный керамический блок носителя. Керамика пронизана продольными порами-сотами, на поверхности которых нанесен активный каталитический слой из платины, палладия и родия. Каталитический нейтрализатор располагается в выхлопной системе сразу за выпускным коллектором неспроста. Для того, чтобы начался процесс нейтрализации, необходима высокая температура – около 250 градусов, а рабочая температура,обеспечивающая оптимальные условия для максимальной эффективности – от 400 – 800 градусов. Более эффективным признан трехкомпонентный селективный двухсекционный каталитический нейтрализатор с обратной связью. Ее обеспечивает так называемый лямбда-зонд, или кислородный датчик, который отслеживает объем свободного кислорода на выхлопе и дает сигнал на электрический блок управления системой питания для обогащения и обеднения смеси. На сегодняшний день таким устройством оборудованы практически все выпускаемые автомобили, даже в нашей стране. Причины выхода из строя Жизнеспособность каталитического нейтрализатора оценивается примерно 150 тыс.км, однако зависит от исправной работы систем зажигания и питания, а также от качества топлива. Пропуски в зажигании и переобогащенная смесь приводят к перегреву керамического носителя. Из за этого оплавляются соты, и нейтрализатор, как принято говорить, забивается. Это одна из причин выхода из строя. Другой враг этого устройства – этилированное топливо. Оно практически моментально уничтожает каталитический слой в нейтрализаторе и циркониевое напыление лямбдо-зонда. Результат выхода из строя Так вот: «нюхнув» этого топлива и вдобавок ко всему «вздрогнув» от регулировок «дяди Васи – бывшего крутого специалиста по Жигулям», - кто может гарантировать, что после всего этого не повысится температура выхлопных газов, или в глушитель не будет «лить» бензин неисправная форсунка, от чего керамика начнет потихоньку плавиться, перекрывая каналы прохода выхлопным газам и разогревая стенки катализатора до состояния «каления». Из некоторого опыта можно сказать, что у катализатора существует четыре состояния: 1. рабочее 2. полурабочее 3. нерабочее 4. разрушенное А теперь можно рассмотреть все четыре состояния и как ведет себя машина (двигатель) при каждом из них. 1. В рабочем состоянии и описывать нечего. Двигатель работает нормально, претензий ни к чему нет. 2. В полурабочем состоянии начинаются некоторые проблемы. В один прекрасный день Вы обнаруживаете, что машина стала вести себя как-то не так: и тяга куда-то пропала (или временами пропадает)… - но лучше все разбить по пунктам. 37 Временами (или всегда) пропадает тяга и «приемистость» машины на больших оборотах, вчера вот «тянула» нормально, а сегодня вроде бы что-то придерживает. По утрам да и в состоянии на «горячую» машина стала заводиться все хуже и хуже, двигатель приходится крутить долго стартером, чтобы завелся. Иногда «куда-то пропадают обороты: вы давите на педаль газа, а стрелка тахометра стоит на месте, либо с трудом добирается до отметки 2000-3000т. об. и останавливается. Это говорит о забитом катализаторе, т.е. неспособности пропускать выхлопные газы рабочего давления. Ваш кошелек пустеет – машина начинает интенсивно «кушать» просто «жрать» бензин. 3. В нерабочем состоянии машина может себя вести таким образом: заводится долго, а когда заведется, то глохнет почти сразу же или не заводится вообще, т.е. даже не «схватывает». Выход один – прямиком тащить автомобиль для замены катализатора к специалистам, а потом на стенд к диагностам, иначе можно «попасть» на более серьезные расходы, чем заправка топливом. Мотор работает, Вы сильнее давите на педаль газа в надежде пробить образовавшийся «тромб». Но не тут-то было, закупоренные газы начинают вырываться обратно и могут привести к плачевным последствиям. Были случаи, когда мощнейший противопоток выхлопных газов выводил из строя дорогостоящие электронные детали двигателя - (расходомер воздуха)…, а на мощных моторах дело доходило до разрыва приемных труб и даже заканчивалось капитальным ремонтом двигателя.Но если все-таки узлы и агрегаты оказались надежнее керамики катализатора и выдержали шквал выхлопных газов, начинка конвектора начинает рассыпаться. Рассыпается звеня, в трубах глушителя, раздражая соседей,прохожих и Вас в том числе, до полного самоудаления в «заднюю» часть глушителя и на дорогу. 4. В разрушенном состоянии претензий к приему автомобиля нет, мотор заводится, хорошо реагирует на педаль газа, не «кушает» топливо, но в итоге… Вылетевшие куски керамической основы только частично оказались под колесами нагоняющих вас автомобилей. Их основная часть продолжает движение в полостях и начинке глушителя. Сам же корпус конвектора издает раздражающий звук «пустого ведра». Похоже, что проблемы не закончились! Катализаторная пыль осевшая в начинке резонатора или глушителя создает определенное препятствие выхлопным газам. Не дает возможности мотору выдать полную мощность. Пожалуй единственным выходом в этой ситуации служит замена забившейся детали, что неизбежно приводит к незапланированным расходам. Как мы теперь убедились «катализаторная» проблема стоит очень остро для владельцев иномарок. Наверное пора задуматься и опередить события. Наши специалисты смогут определить, заранее, работоспособность каталитического нейтрализатора, лазерным датчиком температуры. Грамотно ответить на интерисующие вопросы, дать консультацию по решению создавшейся ситуации, заменить каталитический нейтрализатор на новый, Американского производства, либо на искрогаситель, гарантировав при этом максимальное сохранение оригинального звука. 5.3 Система зажигания . Предназначена для воспламенения топливной смеси в точно установленный момент УПКВ после ВМТ. Поджиг обеспечивается электроискровым разрядом, создаваемым между электродами свечи зажигания. Для возникновения искры напряжение между электродами возрастает от 0 до 6…9 кВ, необходимых для образования дуги. В батарейных системах зажигания для получения высокого напряжения используются автотрансформаторы – актушки зажигания, обеспечивающие до 25…30 кВ для компенсации электрических потерь при передаче. Электронные системы зажигания устанавливают момент зажигания посредством электронных расчетов. Входными данными являются: Положение коленвала; Частота вращения коленвала; двигателя; Степень открытия дроссельной заслонки; Давление во впускном коллекторе; Напряжение АКБ; Сигнал датчика детонации. При сгорании смеси образуется большое количество газов, которые давят на поршень и тем самым совершают полезную работу. Система зажигания предназначена для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в нужный момент времени и тем самым инициализации процесса сгорания. От правильной работы системы зажигания напрямую зависят основные показатели работы двигателя: мощность, топливная экономичность, содержание вредных компонентов в отработавших газах. Хорошо работающее в любых условиях зажигание создает предпосылки для безупречной работы каталитического нейтрализатора. Как воспламеняется смесь На такте сжатия топливовоздушная смесь сжимается в камере сгорания до 20..40 bar, и её температура поднимается до 400..600 ˚С. Для нормального воспламенения этого недостаточно, и поэтому необходимо начальное воздействие - инициация горения (поджиг). В нашем случае таким воздействием является электрическая искра, т.е. кратковременный электрический 38 разряд между электродами свечи зажигания. Если энергия искры мала, то воспламенения может не произойти. Поэтому количество энергии должно быть достаточным, так чтобы и в самых неблагоприятных условиях топливовоздушная смесь уверенно воспламенялась. Для воспламенения требуется примерно 0,2 mДж. энергии на одну искру при условии стехиометрического состава смеси. Для богатых и бедных смесей требуется больше энергии (3 mДж). Минимально необходимо, чтобы около искры находилось незначительное количество смеси. Воспламенившись, это количество поджигает остальную смесь в цилиндре, начав тем самым процесс сгорания топлива. Для возникновения искры напряжение подается на свечу с катушки зажигания, в которой происходит накопление энергии. Катушка зажигания разработана так, что создаваемое ею высокое напряжение значительно превышает напряжение пробоя в зазоре свечи зажигания. Современные катушки зажигания обеспечивают напряжение порядка 25...40 кВ при накопленной в катушке энергии в 60..120 mДж. Качественное горение достигается при выполнении следующих условий: • оптимальный состав топливовоздушной смеси; • однородность и хорошее распыление топливовоздушной смеси; • оптимальная продолжительность искрового разряда. Увеличение зазора между электродами увеличивает длину искры, что положительно сказывается на процессе горения, но его максимальная величина ограничивается электрическими параметрами системы зажигания. Угол опережения зажигания С момента воспламенения смеси до её полного сгорания проходит около 2 миллисекунд. С увеличением частоты вращения коленчатого вала время сгорания остается почти неизменным, а средняя скорость движения поршня значительно возрастает и поршень успевает отойти от верхней мертвой точки (ВМТ), сгорание происходит в большем объеме, давление газов на поршень уменьшается и мощность двигателя падает. Кроме того, при одной и той же частоте вращения коленчатого вала, с увеличением нагрузки на двигатель, момент воспламенения должен наступать позже. Это объясняется тем, что увеличивается количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, и одновременно уменьшается количество примешиваемых к ней остаточных отработавших газов, вследствие чего повышается скорость сгорания. Искра должна возникнуть в тот момент, когда давление сгорания при разных рабочих режимах было бы оптимальным. Это вызывает необходимость воспламенять рабочую смесь с опережением ( до прихода поршня к ВМТ) с таким расчетом, чтобы смесь полностью сгорела к моменту перехода поршнем ВМТ (при наименьшем объеме). Момент зажигания принято определять по положению коленчатого вала относительно ВМТ и обозначать его в градусах до ВМТ. Этот угол называют углом опережения зажигания (УОЗ). Сдвиг момента зажигания в сторону ВМТ считается поздним (УОЗ уменьшается), а сдвиг от ВМТ - ранним (УОЗ увеличивается) Чем выше частота вращения, тем более ранним должен быть УОЗ. От момента зажигания зависят основные показатели работы двигателя: максимальная мощность, экономный расход топлива, содержание вредных компонентов в отработавших газах, и т.д. Система управления двигателем производит расчет УОЗ в зависимости от текущего режима работы двигателя (например: пуск, прогрев, холостой ход, мощностное обогащение) от скорости вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель. Оптимальный угол для прогретого двигателя, в зависимости от скорости вращения двигателя и количества потребляемого воздуха, определяется сложной трехмерной функцией. Как, примерно, выглядит эта функция можно понять из рис. 2. Момент зажигания и токсичность Зависимость удельного расхода топлива от коэффициента избытка воздуха и момента зажигания представлен на С возрастанием коэффициента избытка воздуха удельный расход топлива двигателя сначала уменьшается (альфа = 0,8...1,0), а затем увеличивается (альфа = 1,1...1,2). Оптимальный угол зажигания, при котором устанавливается самый низкий удельный расход топлива, увеличивается при повышении коэффициента избытка воздуха. Зависимость удельного расхода топлива от коэффициента избытка воздуха объясняется тем, что при оптимальном моменте зажигания сгорание в условиях богатой смеси протекает не полностью. В условиях бедной смеси, при приближении к границам воспламеняемости, сгорание затягивается, а также возникают его перебои, что ведёт к увеличению расхода топлива. Увеличение оптимального угла опережения зажигания с ростом коэффициента избытка воздуха основано на том, что задержка воспламенения с повышением коэффициента избытка воздуха возрастает. Это явление должно корректироваться посредством сдвига момента зажигания в сторону опережения. Аналогичный характер имеет эмиссия углеводородов СН минимум которой лежит в области альфа = 1,1. Её возрастание в области бедных смесей зависит от охлаждения стенок камеры сгорания. В результате этого охлаждения гасится пламя. В экстремально бедном режиме возникает затянутое сгорание и его перебои, что при приближении к границе воспламеняемости повторяется все чаще. Коррекция момента зажигания на более ранний приводит к повышению эмиссий СН. Совершенно по другому протекает эмиссия окислов азота (NOX). Она возрастает до максимума с увеличением концентрации кислорода (О2) и с возрастанием температуры сгорания. Тем самым получается колоколобразная кривая эмиссии NOX: • возрастание (до альфа = 1,05) по причине возрастания концентрации О2 и максимальной температуры сгорания; • резкое падение (после альфа = 1,05) при обеднении смеси из-за быстрого снижения максимальной температуры сгорания. Этим объясняется и сильное влияние момента зажигания. Эмиссия NOX значительно возрастает с увеличением угла опережения зажигания. Влияние угла опережения зажигания на эмиссию СО сказывается в области богатых смесей более значительно, чем в области бедных. Для системы нейтрализации токсичности отработавших газов с трехкомпонентным катализатором, требуется состав смеси альфа = 1, так что лишь угол опережения может быть принят за оптимизирующий критерий. ECU обрабатывает входные сигналы и выбирает из памяти значение опережения зажигания, максимально раннее для данных условий. Для 4-х цилиндрового ДВС , работающего при максимальной частоте вращения промежутки времени между командами на искрообразование составляют 4 – 5 мс. Номер цилиндра, на свечу которого подается высокое напряжение, определяется порядком зажигания. Система зажигания состоит из следующих элементов: Аккумуляторная батарея (АКБ); 39 Выключатель зажигания; Датчик частоты вращения коленвала и начала отсчета; Датчик угла поворота дроссельной заслонки; Датчик детонации. Датчик детонации размещается на блоке цилиндров и определяет высокочастотные колебания блока при детонации. Эти колебания передаются инерционной массе внутри датчика, которая воздействует на пьезокерамический элемент и индуцирует в нем переменные напряжения. Электрический сигнал поступает в ECU, и момент зажигания смещается в сторону запаздывания индивидуально для каждого цилиндра. Катушка зажигания для каждого (или 2) цилиндра – это автотрансформатор , имеющий первичную (низковольтную) и вторичную (высоковольтную) обмотки и пластинчатый металлический сердечник, залитый изоляцией на основе эпоксидной смолы. Может иметь любую геометрическую форму для удобства размещения. Кабель высокого напряжения. Служит для передачи напряжения от катушки зажигания к свечам зажигания . токопроводящая жила из стеклонитей, покрытых графитом и изолированная силиконом. Свечи зажигания. Служат для передачи высокого напряжения от внешнего высоковольтного источника к электродам в камере сгорания, герметизации камеры сгорания и теплоотводу от электродов. Состоит из: Металлического корпуса с боковым электродом (электродами), соединенным с массой и резьбовой частью для удержания в головке цилиндров; Керамического изолятора, разделяющего электроды и отводящего тепло; Контактного стержня , подводящего высокое напряжение к центральному с резьбой для колпачка; Токопроводящего литого стекла, передающего высокое напряжение на центральный электрод и герметизирующего центральный канал; Центрального электрода из композитного материала(оболочка – никелевый сплав, сердцевина - мазь) . В особых случаях для изготовления у электрода применяются серебро и платина или платиновые сплавы. Применяемость свечи зажигания для конкретного ДВС определяется: Калильным числом – показателем способности противостоять тепловым нагрузкам; Резьбой свечи для свечного отверстия в головке; Длиной резьбового участка; Вариантами расположения боковых электродов; Материалом центральных электродов. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ Газовое оборудование автомобиля размещают в трех местах: в моторном отсеке, салоне и багажнике. В моторном отсеке автомобиля находятся: редуктор-испаритель газа; смеситель; электромагнитный газовый клапан; электромагнитный бензиновый клапан; предохранитель. Примечание: На некоторых моделях систем газобаллонной аппаратуры устанавливают дозирующее устройство, предназначенное для ограничения количества газа, подаваемого в двигатель на всех режимах работы двигателя, кроме холостого хода, а также вилку-тройник с регулирующим винтом (или винтами). Редуктор-испаритель предназначен для превращения жидкой фазы газа в паровую и подачи паровой фазы в смеситель. На редукторе имеется винт регулировки холостого хода. Вращая его вправо или влево, добиваются максимальной частоты вращения холостого хода. Затем постепенно винт подкручивают до установления минимальной устойчивой частоты вращения коленчатого вала. Обслуживание. Через каждые 1500-2000 км пробега (на горячем двигателе) следует отвернуть пробку (винт), находящуюся в нижней части редуктора, и слить конденсат (маслянистый отстой). Смеситель служит для приготовления рабочей смеси ( смешивает газ и воздух). Электромагнитный газовый клапан служит для подачи газа в редуктор и перекрытия газа при работе на бензине (управляется дистанционно из салона автомобиля). При включенном зажигании и установке переключателя в положение “Газ” клапан открыт и газ по трубопроводу высокого давления поступает в редуктор. При выключенном зажигании клапан находится в положении “Закрыт”. Обслуживание. В нижней части клапана находится фильтр тонкой очистки газа от механических примесей. Очищать фильтр следует через каждые 30 000 км пути. Электромагнитный бензиновый клапан служит для подачи бензина в карбюратор при перекрытии подачи газа. В нижней части клапана имеется винт (кран) для механического (ручного) открывания клапана. Винт следует ввернуть в клапан (или повернуть кран), чтобы можно было продолжить движение в случае выхода из строя электросхемы газового оборудования. Предохранитель защищает от выхода из строя электромагнитные клапаны. Он находится в держателе, установленном в проводе электропитания. Вилка-тройник находится на трубопроводе низкого давления, соединяющем редуктор и смеситель, и предназначена для подводки газа к обеим камерам карбюратора. На вилке имеются один или два винта, 40 которые служат для регулировки количества газа, поступающего в двигатель через смеситель (винты) мощности. Для увеличения мощности винты следует вращать против часовой стрелки, для уменьшения мощности и сокращения расхода газа - по часовой стрелке. Управление режимами работы двигателя производится с помощью переключателя “Газ-бензин”, расположенного в салоне автомобиля с карбюраторной системой питания в удобном для водителя месте на приборной панели. При переключении с бензина на газ необходимо выработать остаток бензина из поплавковой камеры карбюратора. Для этого при работающем на бензине двигателе переключить клавишу “Газ-бензин” из положения “Бензин” в нейтральное положение и подождать 15-20 с, пока двигатель не начнет работать с перебоями. Только после этого можно переключиться на газ. Переключение с газа на бензин можно осуществлять, минуя нейтральное положение клавиши. Вышеуказанные операции проводить на месте при работающем двигателе и на ходу. На некоторых моделях отечественных газотопливных систем устанавливались переключатели с рукояткой, имевшей четыре фиксированных положения, выполнявшие роль кнопки для впрыска газа в карбюратор для обогащения смеси. Этим приемом еще пользуются перед пуском холодного двигателя на газе или после длительной стоянки, если двигатель не пускается с первого раза. Продолжительность нажатия на кнопку 1-2 с, число нажатий перед пуском 2-3 раза. Внимание! Переключать двигатель в режим “Газ” в холодное время года (при температуре воздуха от -5 °С и ниже) можно только после прогрева двигателя на бензине до 40-50 °С. В холодное время года перед продолжительной парковкой автомобиля за 150-200 м до остановки следует переключать двигатель на бензин. Газовый баллон размещают в багажнике автомобиля. На нем имеется вентиляционная коробка с герметически закрывающейся крышкой. Под крышкой находятся заправочный и расходный вентили, шкала со стрелкой, показывающей уровень газа в баллоне (кроме электронных указателей уровня), заправочная чашка (если нет дистанционной заправки). Внимание! При парковке автомобиля в закрытом помещении (гараж, станция обслуживания и т.д.) обязательно закрыть оба вентиля - заправочный и расходный на газовом баллоне. В новых конструкциях заправлять баллон можно не открывая крышку багажного отделения: имеется заправочный присоединительный штуцер, закрываемый заглушкой. Внутри штуцера находится обратный клапан, препятствующий выбросу газа из системы при отсоединении заправочного устройства газозаправочной станции. Запрещается! 1. Раскручивать соединительные трубопроводы, находящиеся под давлением. 2. Ремонтировать и демонтировать газовый редуктор-испаритель и газовый электромагнитный клапан при наличии в них газа. 3. Демонтировать Газовый баллон при наличии в нем сжиженного газа или паров газа. 4. Длительное воздействие прямых солнечных лучей на газовый баллон (не держать открытый багажник на солнце). 5. Проводить сварочные и другие виды работ, связанные с выделением большого количества тепла (сушка автомобиля в сушильной камере и т.п.). Внимание! При обнаружении сильного, резкого запаха газа водитель обязан: 1. Немедленно остановиться, выключить зажигание, перекрыть оба вентиля на газовом баллоне. 2. По возможности определить визуально место утечки (характерно обморожение, покрытие инеем места утечки). 3. После устранения утечки (когда перестанет пахнуть газом) переключатель следует поставить в положение “Бензин”, включить зажигание, подкачать бензин в карбюратор, запустить двигатель и продолжать движение только на бензине до устранения неисправности. Соблюдение данной инструкции обеспечит безопасную работу газового оборудования. СЖИЖЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ГАЗ КАК АЛЬТЕРНАТИВА БЕНЗИНУ Сжиженный газ, используемый как автомобильное топливо, в основном состоит из пропана и бутана, получаемых при добыче природного газа и нефти, а также на различных стадиях ее переработки на заводах. Плотность жидкой фазы газа зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается. При нормальном атмосферном давлении и температуре 15 °С плотность жидкой фазы пропана составля41 ет 0,51 кг/л, бутана - 0,58 кг/л. Паровая фаза пропана тяжелее воздуха в 1,5 раза, бутана - в 2 раза. Температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный газ испаряется при более низких температурах. Это означает, что бензин в баке находится, как правило, в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ в баллоне - при давлении, соответствующем температуре окружающей среды. Удельная теплота сгорания, т. е. количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива, - важнейший количественный показатель его энергетических возможностей. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В качестве характеристики газового топлива применяют низшую теплоту сгорания - стандартную величину, определяющую энергетические свойства газа и показывающую, какое наименьшее количество теплоты может выделиться при сгорании единицы его массы. Нижний предел воспламенения газа составляет 1,8-2,4% объема, а воспламенения бензина - 1,5%. Поэтому при эксплуатации, техническом обслуживании и хранении газобаллонного автомобиля необходимо тщательным образом выполнять все предписываемые правила безопасности. Октановое число газового топлива выше, чем бензина, поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества. Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. Сжиженный газ отличается от других видов автомобильного топлива наличием паровой фазы над поверхностью жидкой фазы. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем. С повышением температуры давление в баллоне растет. Если газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон, а температура продолжает увеличиваться, то под действием увеличивающегося давления баллон может разрушиться. Вот почему никогда не следует заполнять баллон сжиженным газом полностью - необходимо обязательно оставлять паровую подушку, объем которой должен составлять 15-20% объема баллона. Облегчает выполнение этого требования многофункциональный прибор - мультиклапан, расположенный на обечайке баллона и позволяющий строго контролировать заполнение баллона сжиженным газом. Мультиклапан обязательно сработает при заправке на автомобильной газозаправочной станции (АГЗС) и автоматически отключит подачу газа в баллон, когда объем сжиженного газа достигнет 80-85% общего объема баллона. В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном газе, предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей испаряемости смеси: пропан остается в жидком состоянии при температуре ниже -42 "С, для бутана эта температура составляет -0,5 °С. Сжиженный газ может растворять жир, масло и краску, а также деформирует натуральную резину. Именно поэтому в трубопроводах низкого давления резиновые шланги изготовлены из бензомаслостойкой резины или синтетических материалов. Сжиженный газ, попав на кожу человека при низкой температуре воздуха, может вызывать обморожение. АРГУМЕНТЫ В ЗАЩИТУ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА Бытующее в среде владельцев автотранспортных средств мнение, что газовая система питания небезопасна, может повредить двигатель, снизить его мощность, моторесурс и увеличить расход топлива настолько, что экономический эффект от использования газа сведется к нулю, полностью опровергается практикой эксплуатации автомобильной техники, оснащенной газовыми топливными установками. Попробуем аргументированно опровергнуть возражения противников применения газовых установок. 1. Неприятный запах газа в салоне автомобиля. В местах соединения трубопроводов часто происходит утечка газа. Необходимость ежедневной проверки герметичности системы и чрезвычайная затрудненность выполнения полной проверки оборудования методом омыления. Утечка газа действительно возможна, если не уделять должного внимания состоянию установленной на автомобиле системе. Если в салоне ощущается запах газа, а сам автомобилист не в состоянии устранить утечку, можно обратиться за помощью в специализированный пункт проверки. Современные газотопливные системы, изготовленные из высококачественных материалов достаточно надежны. Запах газа может ощущаться при заправке автомобиля на газозаправочной станции и то лишь в момент отсоединения наконечника шланга, когда в воздух выбрасывается небольшой остаток газа. Газ нетоксичен, его специфический запах - результат одорации (добавления небольшого количества этилмеркаптана - газообразного вещества с сильным запахом). В местах соединений трубопроводов утечка газа исключена. Трубопроводы могут быть из нержавеющей стали с развальцовкой или из медной труб42 ки, покрытой специальной резиной или хлорвиниловым материалом. В последних моделях газобаллонной аппаратуры резиновые уплотнения заменены латунными кольцами, которые выдерживают многократный демонтаж и обеспечивают стопроцентную герметичность газопроводов высокого давления в течение всего срока эксплуатации. Таким образом, отпадает необходимость в весьма трудоемкой операции - омылении соединений. 2. Велика вероятность взрыва или пожара. Опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей у нас в стране и за рубежом показывает, что эти автомобили в аварийных ситуациях менее пожаро- и взрывоопасны, чем оснащенные бензиновыми двигателями. Газ или бензин в смеси с воздухом может загореться только при высокой концентрации в определенном объеме: бензин - при концентрации 1,5% объема, газ - 1,8-2,4% объема. Взрывоопасная концентрация в движущемся автомобиле образоваться не может - осторожность надо проявлять лишь на стоянках. Тем не менее, если водитель почувствовал запах газа, он должен остановить автомобиль, закрыть вентили на баллоне и продолжать путь на бензине. Неисправность можно устранить прибыв на место. А утечку бензина можно не заметить, ведь даже канистра иногда подтекает. 3. Процесс горения в двигателе затянут из-за неполного сгорания газа, вследствие чего снижаются динамические характеристики автомобиля. При работе на газе поплавок в карбюраторе из-за отсутствия бензина ударяется о дно камеры и в нем может образоваться трещина, через которую при смене топлива в поплавок проникает бензин. Да и сам карбюратор повреждается. Мнение о неполном сгорании газа ошибочно. В сжиженном газе (смеси пропана и бутана) благоприятное соотношение молекулярных масс углерода и водорода. Углеродное число пропана 3, бутана - 4, а содержание водорода более высокое (соответственно 8 и 10), что обеспечивает полное сгорание газа в двигателе. В двигатель сжиженный газ поступает в газообразном состоянии, и по сравнению с бензином несколько уменьшается наполнение им цилиндров. При работе двигателя на газе его мощность снижается примерно на 6%, что приводит к снижению максимальной скорости на 4%. Однако при установке угла опережения зажигания до в.м.т. на 3-5° раньше номинального этот недостаток частично устраняется и даже достигается резкое ускорение автомобиля при разгоне. В итоге при движении автомобиля на газе и на бензине практически никакой разницы нет. Что касается возможности появления трещины в поплавке, то наблюдается это только на автомобилях “Волга”. Но можно заранее принять кое-какие меры: из отслужившей свой срок аккумуляторной батареи вынимают сепаратор, представляющий собой тонкий (1-2 мм) лист из пористого материала, вырезают из него площадку по размеру дна поплавковой камеры карбюратора и помещают эту площадку в поплавковую камеру. Теперь, если бензина в камере нет, поплавок ударяется о пористый материал, которым выложено дно камеры. Поплавки карбюраторов “Жигулей” и иномарок не разрушаются. Случаи разрушения карбюратора в газобаллонных автомобилях крайне редки. Рекомендуется раз в месяц смазывать маслом оси в блоке дроссельных заслонок, так как при работе на газе эти оси не омываются бензином и ускоренно изнашиваются. Однако сейчас многие модификации карбюраторов имеют на осях дроссельных заслонок подшипники или втулки, благодаря чему отпадает надобность в смазке. Для промывки каналов карбюратора и устранения пересыхания диафрагмы ускорительного насоса запускать и прогревать двигатель следует на бензине. 4. Клапаны газового редуктора недостаточно герметичны, при отключении двигателя на стоянке газ выходит через карбюратор в моторный отсек, и при повторном включении двигателя возможен взрыв. Резиновые уплотнители не выдерживают и года эксплуатации. При отключении двигателя срабатывают электромагнитные клапаны, препятствуя проникновению газа в редуктор и бензина - в карбюратор. Давление газа на выходе из редуктора примерно равно атмосферному, и газ в карбюратор не поступает, а удерживается редуктором. Чтобы при остановке двигателя в моторный отсек не попал газ, в редукторе имеется надежное разгрузочное устройство с вакуумным управлением. В редукторах без разгрузочных устройств их роль выполняет пневмоконтактор, управляющий электромагнитным клапаном подачи газа. 5. Из-за больших температурных нагрузок в двигателе наблюдаются пригорание поршней и потеря упругости поршневых колец, что в итоге приводит к разрушению рабочей поверхности цилиндров. Прогорают выпускные клапаны и их седла. Из-за сгорания обмотки (соленоида) часто выходят из строя бензиновый и газовый электромагнитные клапаны. У газобаллонных автомобилей клапанный механизм и цилиндропоршневая группа имеют увеличенный ресурс. Конструкция электромагнитных клапанов позволяет снизить вдвое потребляемый ток и напря43 жение срабатывания, что исключит перегорание обмотки. Фильтры клапанов не требуют регулярного обслуживания, достаточно время от времени их промывать или заменять. 6. У газобаллонных автомобилей большой расход топлива и, как следствие, малый запас хода без дозаправки. Расход газа в процессе эксплуатации определяют по установленному на баллоне прибору со шкалой, показывающей уровень сжиженного газа. Но поскольку индикатор на баллоне не отличается особой точностью, а открывать багажник и снимать крышку блока арматуры, чтобы взглянуть на стрелку указателя, не всегда удобно, можно рекомендовать более простой способ - определять расход газа (в литрах) на километр пути по спидометру. Во время заправки следует записать показания спидометра и далее следить за расходом газа, учитывая норму его расхода в л/100 км пути. Частичный расход газа можно определить по счетчику газозаправочной станции (АГЗС) при дозаправке автомобиля. Как показывает практика, расход газа для новой техники невелик; например, для автомобиля ГАЗ-24 он в среднем составляет 14,3 л/100 км, средний удельный расход газа для заднеприводных моделей автомобилей “Жигули” и “Москвич” -10,5 л/100 км. Например, проехав 400 км, следует подумать об очередной заправке: запас хода при одной заправке газом не превышает 430 км. Расход газа для автомобиля “Волга” 15 л на 100 км (расход бензина - 13л на 100 км). Вместимость баллона определяется в соответствии с паспортными данными. Заливка 55 л бензина в бак и полная заправка баллона газом в объеме 60 л повышают запас хода, например, по контрольному расходу до 850-900 км. 7. Уровень СО в отработавших газах у газобаллонных автомобилей выше, чем у имеющих бензиновый двигатель (рис. 1). Чтобы автомобиль с полным основанием можно было назвать экологически чистым, должно быть экологически чистым топливо. И газ отвечает этому требованию. Применение газа заметно снижает по сравнению с бензином суммарную токсичность отработавших газов. Более чем втрое уменьшается количество токсичной окиси углерода СО (угарный газ), в 1,6 раза - содержание канцерогенных углеводородов СН, состоящих из частиц несгоревшего топлива. Концентрация окиси азота NO и двуокиси NO 2 образующихся в процессе горения смеси кислорода и азота (безвредный азот, попадая в камеру сгорания из атмосферы, превращается в ядовитое соединение - оксиды азота), при работе двигателя на газе снижается в 1,2 раза. Соединения же свинца и различные ароматические полимеры, содержащиеся в бензине и также являющиеся опасными канцерогенами, в газовом топливе совершенно отсутствуют. Дымность выхлопа при работе на газовом топливе втрое ниже, чем при работе на бензине. 44