В. Мамедов
Через два года после презентации нового типа автомобильного двигателя с нулевым загрязнением атмосферы в ряде стран уже налаживается производство городских автомобилей с силовым агрегатом, работающем на сжатом воздухе, а российские специалисты всерьез думают о покупке лицензии на эту новинку.
 |
| Брат-пикап |
Мысль о том, что сжатый воздух может приводить в действие небольшой автомобильный мотор пришла в голову разработчику пневмостартеров для болидов «Формулы-1» и авиамоторов, автору 70 патентов инженеру Гаю Негру, работающему на французской фирме MDI (Motor Development International) еще в 1991 г.
Сейчас он проводит патентование своей конструкции такого двигателя, а заодно и конструкций разработанной им серии городских автомобилей, наилучшим образом способных составить «альянс» с его двигателем.
Им разработана уникальная концепция развития производства подобных машин, которая может быть реализована в самом ближайшем будущем.
Гай Негр вместе со своими коллегами предлагает различным странам обратить внимание на его детище, демонстрируя специалистам почти готовый к запуску автозавод, рассчитанный на производство 2 000 автомобилей в год. «Демонстрационное» предприятие занимает 12 тыс. м2, включая в себя само здание, занимающее 4 тыс. м2, техническое бюро – 245 м2 и выставочный комплекс площадью 160 м2.
Каждые 50 минут из его ворот должна выходить новая машина с двигателем, работающим на сжатом воздухе. Пока стоимость машины определена в 10 тыс. долларов, а число работающих на заводе ограничено 65 специалистами.
 |
| Своеобразная внешность требует оригинального интерьера |
Гай Негр продает лицензию на свой мотор и свои автомобили вместе с документацией на завод. Этим предложением уже заинтересовались специалисты Мексики, США, Испании, Италии, КНР, Сингапура, России и ряда других государств. Число стран, заказавших заводы у MDI к началу 2002 г., достигло 79, из них 9 уже внесли авансовые платежи.
Продажа заводов вместе с лицензией является непреложным условием на переговорах, которые ведет Гай Негр, при этом он отказывается от любых предложений по организации совместных предприятий.
Посетившие его фирму российские инженеры считают, что сотрудничество с изобретателем и изучение его разработок могло бы принести и России определенную пользу.
Оригинальный мотор
Так как же функционирует мотор Гая Негра? Давайте познакомимся с принципом его работы и устройством, однако перед этим стоит заметить, что сама его идея – «хорошо забытое» старое, вновь переживающее свое рождение.
Ведь даже у последнего русского царя Николая II в гараже один из автомобилей имел пневмосистему и специальную систему газораспределения, превращающую обычный бензиновый мотор тех лет в пневмодвигатель. Сделано это было для дополнительной «страховки», т.е.
в случае отказа мотора его можно было мгновенно заставить работать на сжатом воздухе и осуществить доставку царя вовремя, без задержки.
 |
| Такси: ну очень дешевые километры |
Итак, двигатель, созданный Г. Негром и защищенный патентами, имеет два основных оппозитно расположенных цилиндра рабочим объемом 1 197 см3.
Он оснащен электронной системой управления впрыском сжатого воздуха и развивает 25 л.с. при 3 500 об/мин. Диаметр цилиндра – 110 мм, ход поршня – 63 мм. Как видим, весьма короткоходная конструкция (S/D равен 0,57).
Удивительно, что при небольшом рабочем объеме максимальный крутящий момент достигает 105 Нм.
Двигатель работает следующим образом. В некоем малом вспомогательном цилиндре воздух, поступающий из атмосферы, сжимается малым поршнем до давления 30 атм.
Раскалившаяся до 400°С газовая смесь выталкивается за тем в сферическую камеру (аналог камеры сгорания), куда под давлением подается сжатый холодный воздух из баллонов.
При его нагревании давление внутри замкнутого объема возрастает и через поршень большого диаметра передается на коленвал.
Сжатый до 300 атм. воздух хранится на автомобиле в четырех пластиковых баллонах, расположенных под днищем вдоль его оси. Каждый баллон объемом 75 л состоит из пластиковой емкости белого цвета с толщиной стенок 8 – 10 мм, обмотанной углепластиковой нитью. Баллоны способны выдержать давление до 400 атм.
Воздух из них поступает в редуктор, где давление снижается до 30 атм. (рабочего). Двигатель имеет специальные устройства, подогревающие воздух при снижении его давления, что повышает общий КПД.
Температура воздуха на выхлопе при наружной температуре около +24°С составляет +15 – 20°С при давлении выхлопа несколько большем, чем у обычных ДВС. Проскальзывающие муфты на коленчатом валу обеспечивают задержку поршней в мертвых точках для повышения КПД.
 |
| Салон такси невелик – но вместителен |
Двигатель Г. Негра не имеет системы охлаждения – как цилиндров, так и масла в картере, следовательно, у него отсутствуют водяной насос, радиатор, вентилятор, нет также системы зажигания с распределением, катушкой зажигания и высоковольтными проводами.
В связи с тем, что он не потребляет бензин, отпала необходимость иметь на машине бензобак, бензонасос, систему нейтрализации отработавших газов и некоторые другие узлы, что исключает затраты мощности двигателя на привод их в действие и повышает надежность силового агрегата.
При снижении рабочего давления воздуха ниже 30 атм. мощность мотора, естественно, падает, и автомобиль придется поставить на заправку сжатым воздухом.
Для этого можно использовать специальный бортовой компрессор с электроприводом мощностью 5,5 кВт, подключаемый к внешней электросети напряжением 220 В, который за 4 ч доводит давление в баллонах до 300 атм.
Возможна также заправка на стационарной наполнительной станции по типу заправки газобаллонных автомобилей. В этом случае для восстановления запаса хода требуется 2 – 3 мин.
Трансмиссия автомобиля состоит из однодискового сцепления и двухступенчатой коробки передач с передачей заднего хода.
 |
| Передняя подвеска колес… |
Семейство оригинальных автомобилей
Компания MDI, стремясь создать полноценный продукт, максимально использующий все достоинства нового двигателя и способный привлечь покупателей, создала целое семейство городских автомобилей, лицензия на выпуск которых входит в пакет предложений. В семейство входят базовый автомобиль-такси с универсальным пятиместным кузовом, шестиместный универсал и два мини-грузовика с кузовами «фургон» и «пикап» грузоподъемностью 500 кг.
Автомобиль-такси создан на базе однообъемного кузова-универсала, имеющего одну распашную дверь водителя и одну сдвижную со стороны тротуара. Место водителя отделено от салона прозрачной перегородкой. Рядом с ним контейнер для багажа пассажиров, открытый со стороны салона. Салон такси рассчитан на 4 человека, при этом трое размещаются на заднем сиденье и один сбоку за водителем.
Пассажирские сиденья автомобиля-такси выполнены с пластмассовым основанием, на котором крепятся полужесткие маты спинки и сиденья. В результате получилась легкая, дешевая и вполне комфортная для коротких поездок конструкция.
Кузов-универсал также двухдверный однообъемный и внешне ничем не отличается от кузова такси, изменена лишь внутренняя планировка салона, рассчитанного на 6 человек.
Исключена перегородка, рядом с водительским установлено сиденье, проход к которому осуществляется из салона. Все сиденья для пассажиров более комфортабельны, рассчитаны для поездок на длинные расстояния.
 |
| Шасси создано по авиационным технологиям |
Фургон максимально унифицирован с кузовом-универсалом, однако не имеет стекол в боковой стенке со стороны водителя и в сдвижной двери, а также сидений в салоне. Рядом с водителем может устанавливаться еще одно сиденье или это пространство используется для размещения груза.
Пикап имеет специальный кузов, состоящий из двухместной двухдверной закрытой кабины и грузовой платформы, выполненных в одном блоке. Обе двери водителя и пассажира распашные. Кузов, как и на предыдущих моделях, склеен из сэндвич-панелей и крепится на раме, единой для всех моделей.
Для повышения безопасности фирма MDI для всех моделей предлагает встроенную в рулевое колесо панель с установленными на ней некоторыми органами контроля и управления автомобилем.
Рама представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из двух – передней и задней – поперечных литых алюминиевых балок, жестко соединенных с пятью алюминиевыми трубами диаметром приблизительно 60 мм.
Трубы расположены попарно, одна над другой, по левому и правому борту с расстоянием между ними по вертикали 280–300 мм с таким расчетом, чтобы в этом пространстве разместились четыре пластиковых баллона. Одна труба расположена по центру на уровне верхних боковых труб. Все верхние трубы являются основанием для установки кузова.
 |
| В семье не без фургона |
К передней литой поперечине жестко крепится подрамник, состоящий из четырех алюминиевых труб. Он несет на себе переднюю независимую подвеску – на двух поперечных рычагах с цилиндрическими пружинами и амортизаторами.
На подрамнике же установлен реечный рулевой механизм с приводом, состоящим из рулевого колеса и карданного вала. К передней поперечине и подрамнику также жестко крепятся две рамки, на которые устанавливаются панель приборов и оперение автомобиля.
Задняя подвеска также независимая, на продольных рычагах, пружинная с амортизаторами.
При изготовлении кузова используется оригинальная технология. Для получения панели в пространство между наружными и внутренними элементами впрыскивают вспенивающийся материал, который прочно соединяет обе эти части панели.
Общая толщина стенок составляет около 10 мм. Из этих прочных и легких элементов склеиванием на специальных стапелях и собирают кузов автомобиля.
 |
| Фургон внутри – спереди… |
Прочность, теплоизоляция и шумопоглощение стенок кузова отличные и позволяют обходиться без металлического каркаса кузова. В результате и по массе получается солидный выигрыш.
Испытания автомобилей с двигателем, работающим на сжатом воздухе, выявили, что их максимальная скорость при снаряженной массе 700 кг достигает 130 км/ч, а при средней скорости 80 км/ч они могут двигаться 10 ч. Стоимость поездки на одной заправке удивительно мала – 10 центов.
Первыми странами, кто захотел освоить производство таких автомобилей, стали ЮАР, Франция, Мексика, Испания и Австрия. В ЮАР завод, подобный французскому, должен быть пущен уже в этом году. Российские специалисты считают, что в настоящее время стоит испытать закупленные образцы автомобилей в нашей стране, а затем сделать вывод о целесообразности дальнейшего продвижения новой идеи на рынок.
Повышение мощности ДВС. Наддув. Способы реализации, влияние на ДВС, защита ДВС
Повышение мощности ДВС — это актуальная проблема, связанная с необходимостью уменьшения габаритов двигателей, экономии топлива и создания автомобилей, удовлетворяющих требованиям современных автовладельцев. Использование и развитие поршневых ДВС, как самых широкоприменяемых силовых агрегатов, на данный момент, прогнозируется как минимум до 2050-х годов.
Одним из наиболее эффективных способов форсирования двигателей внутреннего сгорания является наддув.
В этой статье на канале «AQUAdansing» детально разберёмся, что такое наддув, и чем обосновывается его применение и широкое распространение в современном автомобилестроении.
Если вы хотите прочитать лёгкую статью про турбонаддув для общего понимания, то она размещена отдельно — читать про турбонаддув без формул и занудства.
Турбокомпрессор. 1 — средний корпус; 2 — втулка; 3 — корпус компрессора; 4 — вал; 5 и 9 — колёса компрессора и турбины; 6 — канал подвода масла; 7 — корпус турбины; 8 — вставка турбины.Турбокомпрессор. 1 — средний корпус; 2 — втулка; 3 — корпус компрессора; 4 — вал; 5 и 9 — колёса компрессора и турбины; 6 — канал подвода масла; 7 — корпус турбины; 8 — вставка турбины.
При проектировании ДВС, мощность повышается различными способами. По формуле определения эффективной мощности, можно определить взаимосвязь мощности с параметрами проектируемого ДВС:
Формула определения эффективной мощностиФормула определения эффективной мощности
Из формулы видим, что значение мощности (Nе) прямо пропорционально зависит от размеров цилиндра, частоты вращения коленвала, числа цилиндров, среднего индикаторного давления, механического КПД и обратно пропорционально числу тактов.
Любой из этих параметров можно использовать для увеличения мощности, но в каждом параметре есть ограничения. Например — высокая частота вращения коленвала повышает износ; число цилиндров увеличивает габариты двигателя; использование двух тактов вместо четырёх повышает расход топлива и токсичность выхлопа.
Параметр «среднее индикаторное давление» (pi) в формуле определения мощности можно развернуть:
Развёрнутая формула эффективной мощности для бензиновых ДВСРазвёрнутая формула эффективной мощности для бензиновых ДВС
Для дизелей формула записывается следующим образом (так как G=αL0'):
Развёрнутая формула эффективной мощности для дизельных ДВСРазвёрнутая формула эффективной мощности для дизельных ДВС
Из формул можно сделать вывод, что эффективная мощность ДВС, при прочих равных, повышается при повышении плотности впускаемых в цилиндр горючих смесей — ρ0.
Повышение плотности свежего заряда ρ0 достигается путём предварительного сжатия его в компрессорах турбин и называется НАДДУВ. Такое решение широко используется в современной практике автомобилестроения.
Наддув ДВС
При наддуве двигателя повышается плотность поступающего в цилиндр свежего заряда, при этом, увеличивается массовое наполнение цилиндра, это позволяет увеличить объем поступающего в цилиндр топлива.
Двигатель с турбонаддувом называется наддувным, без турбонаддува — атмосферным. Параметр, учитывающий увеличение мощности при наддуве — называется степенью наддува (λн):
Степень наддува равняется отношению мощности наддувного двигателя к мощности такого же без наддува (N — мощность, pе — среднее эффективное давление)Степень наддува равняется отношению мощности наддувного двигателя к мощности такого же без наддува (N — мощность, pе — среднее эффективное давление)
Компрессор, повышающий давление подаваемого свежего заряда, характеризуется следующими параметрами:
pк – давление при выходе из компрессора (давление наддува); p0 – давление при входе в компрессор (часто при выполнении расчетов за величину p0 можно принять атмосферное давление); m – показатель политропы сжатия заряда в компрессоре. pк – давление при выходе из компрессора (давление наддува); p0 – давление при входе в компрессор (часто при выполнении расчетов за величину p0 можно принять атмосферное давление); m – показатель политропы сжатия заряда в компрессоре.
Отношение давлений рк/р0 — главный параметр по которому оценивается компрессор — он называется степенью повышения давления в компрессоре (Пк).
Степень повышения давления в компрессореСтепень повышения давления в компрессоре
Компрессор, он же наддувочный агрегат, требует энергозатраты на привод и в большинстве случаев, приводится в движение отработавшими газами наддуваемого двигателя.
Работа, производимая при расширении горючей смеси в цилиндре значительно превышает энергозатраты на привод компрессора и сжатие свежего заряда в компрессоре, поэтому использование наддува эффективно.
Способы наддува
Осуществить наддув можно разными способами — не только компрессором.
Один из способов называется газодинамическим (или резонансным, инерционным). Свежий заряд во впускной системе имеет возвратно-поступательные движения, связанные с ходом поршней. Колебательный характер свежего заряда используется для увеличения его плотности, но способ имеет существенный недостаток — использование возможно только в узком диапазоне работы ДВС.
Скоростной наддув встречным потоком воздуха возможно использовать в спортивных автомобилях. Очень эффективно использовать наддув через воздухозаборник при высоких скоростях — 400 и более км/ч.
В практике же самыми распространёнными способами наддува являются компрессоры:
- механические — привод компрессора от коленвала;
- газотурбинные — привод компрессора от турбины, установленной на выхлоп;
- комбинированные (объединяющий признаки механического и газотурбинного).
Механический наддув
Колесо компрессора приводится в движение от коленвала через редуктор, поэтому вращение колеса компрессора имеет высокую частоту.
1 – колесо компрессора;
2 – ВНА (входное устройство компрессора);
3 – диффузор;
4 – воздухосборник;
СЗ — свежий заряд;
ОГ — отработавшие газы.Принципиальная схема двигателя с механическим наддувом:
1 – колесо компрессора;
2 – ВНА (входное устройство компрессора);
3 – диффузор;
4 – воздухосборник;
СЗ — свежий заряд;
ОГ — отработавшие газы.
Воздух «затягивается» в ВНА и перемещается между лопатками колеса компрессора через диффузор в воздухосборник под действием центробежных сил.
Механические компрессоры могут использовать в конструкции поршневые, центробежные, осевые и роторные нагнетатели. Механические компрессоры обеспечивают давление pк = 0,15…0,28 МПа, а при больших значениях давления, энергия на привод компрессора возрастает значительно, так что использование механического компрессора становится неэффективным.
Газотурбинный наддув
Газотурбинные компрессоры используют энергию отработавших газов для увеличения давления во впускной системе.
1 – колесо компрессора;
2 – колесо турбины;
СЗ — свежий заряд;
ОГ — отработавшие газы.Принципиальная схема двигателя с газотурбинным наддувом:
1 – колесо компрессора;
2 – колесо турбины;
СЗ — свежий заряд;
ОГ — отработавшие газы.
Ротор турбокомпрессора — вал, на котором располагаются колесо турбины и колесо компрессора в раздельных камерах.
Колесо турбины приводится в действие отработавшими газами, так раскручивается ротор и нагнетает свежий заряд во впускную систему под давлением.
Комбинированный наддув
- Так как при газотурбинном наддуве компрессор зависит от выхлопа, то встречаются такие явления как турбояма и турбоподхват.
- При резком нажатии на педаль газа, коленвал не успевает набрать обороты, а выхлоп не успевает раскрутить ротор компрессора, ощущается провал мощности — «Турбояма».
- После набора оборотов коленвала, выхлоп раскручивает турбину и давление на впуске поднимается, ощущается резкое увеличение мощности — «Турбоподхват».
Так как газотурбинный компрессор зависит от частоты оборотов коленвала, то используется решение по комбинированию компрессоров. Так на один двигатель в систему устанавливают механический компрессор и турбокомпрессор. Механический нагнетает воздух в двигатель на низких оборотах, а газотурбинный — на высоких. Пример такого турбонаддува — TSI от Volkswagen.
Влияние наддува на ДВС. Защита ДВС
Так как при наддуве в цилиндры подаётся большее количество топлива для увеличения мощности — существенно возрастает температура и давление рабочего тела. Возникает тепловая и механическая напряжённость. Тепловая понятно, а механическая — это сила давления сгорающей смеси на стенки цилиндра, поршень и головку блока цилиндра.
Из за тепловой напряженности ухудшается качество смазки трущихся деталей, поэтому турбированные двигатели более требовательны качеству и периодичности замены масел.
Существуют несколько способов снижения перегрева турбированных двигателей, выбор тех или иных, либо комбинировано, завит от степени форсирования двигателя наддувом.
- Продувка. При продувке используется воздух из нагнетателя турбины, который продувает цилиндр в момент перекрытия клапанов, таким образом вытесняя остатки отработавших газов и остужая детали поршневой группы.
- Промежуточное охлаждение воздуха. Между компрессором и впускной группой располагают охладитель (интеркулер), который может использовать как воздушное, так и водяное охлаждения поступающего от компрессора воздуха. При охлаждении подаваемого воздуха на 10%, температура горения свежего заряда снижается на 30% — что говорит о высокой эффективности применения интеркулера.
Схема турбонаддува с интеркулером (charge air cooler)Схема турбонаддува с интеркулером (charge air cooler)
Из статьи понятно, что двигатель с наддувом — это сложный агрегат, в котором много систем защиты ДВС, как механических, так и электронных. Чтобы сохранить ресурс наддувного двигателя, требуется внимательно следить за периодичностью обслуживания и работоспособностью всех защитных систем, иначе ваш турбированный двигатель не сможет радовать вас долгие сотни тысяч километров пробега.
Если вы дочитали до конца, то скорее всего статья была полезной — не ленитесь, поставьте лайк, это очень важно для развития канала!
Подача воздуха в двигатель: устройство и схема работы
Принцип работы бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания основан на преобразовании высвобождающейся в результате сжигания топлива энергии в полезную механическую работу. При этом в цилиндрах ДВС горит не только солярка, газ или бензин, а так называемая топливно-воздушная смесь.
Другими словами, для эффективного сжигания заряда на определенное количество топлива необходимо подать в камеру сгорания часть воздуха. Независимо от того, является ли двигатель атмосферным, компрессорным или турбированным, воздух берется из атмосферы.
За его забор и дальнейшую подачу в нужном количестве непосредственно в цилиндры мотора отвечает целый ряд отдельных элементов, которые входят в общую впускную систему двигателя. Далее мы поговорим о том, как реализована подача воздуха в двигатель, а также какое устройство и особенности имеет система подачи воздуха в двигатель на бензиновых и дизельных моторах.
Система подачи воздуха на бензиновых двигателях
Сразу отметим, что останавливаться на моторах, которые оборудованы устаревшей карбюраторной системой, мы не будем. Речь пойдет о ДВС с инжектором. В качестве примера давайте рассмотрим общее устройство системы подачи воздуха на модели авто с инжекторным двигателем.
Добавим, что хотя на разных моделях отечественного и иностранного производства схема реализации может несколько отличаться, общий принцип и конструкция остаются одинаковыми.
Система подачи воздуха состоит из следующих базовых элементов:
- воздухозаборник;
- воздушный фильтр в корпусе;
- впускной патрубок (патрубок впускной трубы);
- дроссельный патрубок;
- ресивер;
Воздухозаборник на разных автомобилях представляет собой пластиковую деталь, через которую атмосферный воздух «засасывается» в двигатель.
Элемент обычно установлен в подкапотном пространстве так, чтобы забирать воздух по ходу движения авто, находится в области чуть ниже передних фар, ближе к радиаторной решетке, справа или слева.
Такое место расположения позволяет эффективно забирать необходимое количество воздуха на разных режимах работы ДВС.
Исключением можно считать мощные внедорожники и специально подготовленные для офф-роадинга автомобили, у которых воздухозаборник обычно выносится отдельно и выводится наружу. Как правило, в этом случае предполагается, что автомобиль будет преодолевать глубокие водные преграды, а вынос воздухозаборника позволяет избежать гидроудара в результате попадания воды в цилиндры двигателя.
Следующим элементом является корпус воздушного фильтра и сам фильтр, который установлен внутри него.
Обычно на большинстве автомобилей корпус с фильтром устанавливается в передней части моторного отсека, дополнительно под корпусом могут использоваться резиновые уплотнители-опоры.
Что касается фильтра, фильтрующий элемент обычно является бумажным, площадь фильтрующей поверхности максимально увеличена.
В корпусе воздушного фильтра на многих авто также установлен важный электронный датчик ДМРВ (датчик массового расхода воздуха). Также этот датчик может располагаться и на других элементах системы до дроссельной заслонки.
Дроссельный патрубоккрепится к ресиверу и дозирует объем воздуха, который подается во впускную трубу. За количество поступающего в мотор воздуха отвечает дроссельная заслонка, которая при помощи специального привода соединена с педалью газа.
Еще на многих современных ТС педаль газа может быть электронной, то есть не имеет прямой связи с дроссельным узлом. В этом случае после нажатия на акселератор соответствующий сигнал подается на электродвигатель, управляющий дроссельной заслонкой.
Еще добавим, что дроссельный патрубок также имеет в своей конструкции ДПДЗ (датчик положения дроссельной заслонки) и РХХ (регулятор холостого хода).
Благодаря наличию ДПДЗ на электронный блок управления двигателем (ЭБУ) подается сигнал, по которому контроллер «понимает», на какой угол открыта заслонка.
На основании сигналов от ДМРВ, ДПДЗ и ряда других датчиков ЭБУ корректирует уровень подачи топлива в цилиндры через инжекторные форсунки в соответствии с тем или иным режимом работы ДВС.
Что касается РХХ, данный регулятор устанавливается на корпусе дроссельного узла. Фактически указанный регулятор является шаговым двигателем, к которому присоединен конусный шток-клапан. Если просто, шток РХХ выдвигается или, наоборот, втягивается благодаря работе шагового электродвигателя. Управляющий сигнал на шаговый двигатель формирует ЭБУ.
Такое решение позволяет поддерживать и гибко изменять количество оборотов холостого хода тогда, когда дроссельная заслонка закрыта, то есть воздух идет в обход. Другими словами, РХХ управляет количеством воздуха, который подается по специальному каналу в обход закрытой дроссельной заслонки на холостом ходу.
Когда клапан-шток выдвигается полностью, его конусная часть перекрывает подачу воздуха мимо заслонки (клапан РХХ закрыт). Когда происходит его открытие, увеличивается количество воздуха, которое нарастает пропорционально степени смещения штока от седла. Общая степень перемещения штока напрямую зависит от количества шагов, которые выполнил шаговый электродвигатель.
Если двигатель холодный и работает на холостом ходу, тогда ЭБУ до прогрева «держит» завышенные (прогревочные) обороты ХХ и гибко реагирует на любые изменяющиеся нагрузки (включение габаритов, фар, климатической установки и т.д.) путем поднятия оборотов холостого хода. Это позволяет мотору стабильно работать.
После того, как двигатель прогреется, контроллер уменьшает количество подаваемого воздуха через РХХ и стремится всегда поддерживать строго определенную частоту вращения коленвала, однако на многих авто при изменении нагрузки в режиме ХХ блок управления все еще способен кратковременно повысить обороты.
Еще отметим, что когда водитель выключает зажигание, ЭБУ сначала переводит шток РХХ в закрытое положение, после чего приоткрывает клапан на нужное количество шагов, чтобы создать условия в виде достаточной подачи воздуха для нормального запуска агрегата в момент повторного пуска ДВС.
Система подачи воздуха в дизельный двигатель
Как известно, современный дизельный двигатель на разных автомобилях и спецтехнике обычно оснащается турбокомпрессором. Также данное решение активно используется и на турбобензиновых ДВС.
Другими словами, для получения необходимой отдачи от моторов силовую установку дополнительно турбируют. Дизельный агрегат с турбонаддувом получил название турбодизель. Давайте остановимся на схеме подачи воздуха в такие моторы более подробно.
Как и в случае с бензиновыми ДВС, система питания дизельных моторов воздухом предполагает его забор из атмосферы, очистку поступающего воздуха и дальнейшую подачу в цилиндры. При этом воздух дополнительно проходит через турбину, охлаждается и уже затем поддается в камеру сгорания, причем нагнетается под давлением.
На примере турбодизеля стоит выделить следующие элементы системы питания воздухом:
- воздухозаборник;
- воздухоочиститель (воздушный фильтр);
- турбокомпрессор;
- специальный воздушный радиатор (интеркулер);
- впускной коллектор;
С функцией воздухозаборника и воздушного фильтра мы уже ознакомились при рассмотрении атмосферного бензинового мотора.
Что касается турбодвигателей на спецтехнике, которая работает в условиях сильной запыленности и общего загрязнения воздуха, используется многоступенчатая система очистки (двух или даже трехступенчатые схемы).
В конструкцию может быть включен инерционный предварительный очиститель воздуха и другие подобные решения.
Итак, после прохода через фильтры, воздух втягивается в турбокомпрессор. После турбины воздух идет по трубопроводам уже под давлением, проходя через так называемый воздушный радиатор. Дело в том, что после сжатия в турбине воздух нагревается. При этом если его охладить перед подачей в цилиндры, тогда общая масса воздуха увеличивается.
В результате такого снижения температуры в камеру сгорания удается подать больше воздуха, что позволяет более полноценно и эффективно сжечь топливо, добиться прироста мощности, улучшенной экономичности и снизить токсичность выхлопа.
Далее сжатый и охлажденный воздух попадает во впускной коллектор, а затем и в цилиндры дизельного двигателя. Что касается турбокомпрессора, данное устройство использует энергию отработавших газов.
Если просто, газы под давлением вращают турбинное колесо, за счет такого вращения начинает крутиться и компрессорное колесо, которое закреплено на одном валу вместе с турбинным колесом.
Затем выхлоп после турбины попадает в выпускную систему ТС и выводится в атмосферу.
Отметим, что существует много разновидностей турбин, которые отличаются по размерам, по своей производительности и могут иметь ряд индивидуальных отличий в общей схеме устройства.
Еще добавим, что дизельный двигатель долгое время вообще не имел дроссельной заслонки по сравнению с бензиновыми аналогами.
В двух словах, мощность в дизельном агрегате регулируется не количеством подаваемого в цилиндры воздуха, а количеством впрыскиваемого горючего.
Кстати, на современных дизельных ДВС дроссельная заслонка все же появилась, но она выполняет другие задачи. Если точнее, снижается токсичность выхлопа в соответствии с жесткими экологическими нормами.
Работает дроссельный узел тогда, когда нагрузки на двигатель минимальны, то есть мотор не нуждается в мощном потоке свежего воздуха. В этот момент заслонка частично перекрывает подачу воздуха, параллельно с этим срабатывает клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR.
В результате оставшийся воздух перемешивается с выхлопными газами, после чего такая смесь снова поступает в цилиндры. Подача выхлопа вместе с воздухом снижает температуру в камере сгорания, в результате в отработавших газах отмечается уменьшение окиси азота.
Как увеличить подачу воздуха в двигатель: доступные способы
Как видно, от количества и качества поступающего в цилиндры воздуха напрямую будет зависеть и мощность силового агрегата. В целях получения улучшенной отдачи от ДВС многие автолюбители стремятся увеличить подачу воздуха в агрегат. Как правило, такая необходимость возникает в процессе тюнинга двигателя, после проведения каких-либо доработок и т.д.
Далее мы рассмотрим несколько возможных способов, которые при этом не предполагают кардинальных переделок (например, доработка каналов ГБЦ, замена турбины на более производительную и т.п.)
- Самым простым и бюджетным решением является установка фильтра нулевого сопротивления (нулевика). Хотя общий прирост мощности от такого решения небольшой, но на спортивных и специально подготовленных авто установка нулевика в комплексе с другими усовершенствованиями волне оправдана.
Однако этого не скажешь о гражданских авто со «стоковым» ДВС. В этом случае получается скорее вред, чем польза, так как фильтры нулевого сопротивления быстрее загрязняются и хуже очищают воздух, что может сказаться на ресурсе мотора. При этом никакого прироста мощности фактически не наблюдается.
- Еще одним способом подать в мотор больше воздуха является доработка элементов заводской системы. Речь идет о воздухозаборнике, патрубках, верхней крышке корпуса воздушного фильтра.
В самом начале необходимо измерить сопротивление воздуха на входе и после выхода из корпуса фильтра, после чего проводятся работы в целях уменьшения такого сопротивления.
- Также следует отметить, что иногда на профильных форумах встречается информация об электрическом вентиляторе во впуск (динамический вентилятор, завихритель воздуха, система динамического наддува, электрический турбонагнетатель и т.п.). В свое время на рынке выделялись производители Кamann, Simota и ряд других.
Если коротко, так называемая электротурбина на впуске позволяет добиться подачи охлажденного воздуха во впускной коллектор без каких-либо существенных доработок, что особенно актуально для атмомоторов. В результате в двигатель начинает поступать охлажденный, а не теплый воздух, увеличивается объем воздуха и т.д.
Устройство представляет собой патрубок, в котором устанавливается крыльчатка. Во время работы крыльчатка вращается, создавая спиралеподобные завихрения воздуха. По заверениям производителей такой воздух более холодный и лучше проникает в камеры сгорания.
В результате улучшается общий процесс смесеобразования, мощность двигателя растет, повышается эластичность во время работы ДВС на разных режимах, автомобиль демонстрирует улучшенные динамические характеристики.
Однако как показывает практика, особой пользы после установки таких решений нет. Более того, высокая стоимость на отметке около 300-400 у.е. и вовсе ставит целесообразность подобных экспериментов под большое сомнение.
- Еще в списке возможных решений для увеличения подачи воздуха можно отметить так называемый «холодный впуск». Подобное решение фактически предполагает вынос воздухозаборника из подкапотного пространства наружу, что позволяет снизить температуру поступающего воздуха и повысить его плотность.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое турбокомпрессор. Из этой статьи вы узнаете о конструкции турбины, приципах работы турбонаддува, а также об особенностях данной системы, преимуществах и недостатках данного решения и т.д.
В продаже встречаются готовые комплекты как для определенных моделей авто, так и универсальные. К преимуществам холодного впуска можно отнести увеличение мощности двигателя, снижение риска возникновения детонации, улучшение реакций на нажатие педали газа, незначительное уменьшение расхода топлива.
При этом существенно повышается вероятность попадания воды во впуск и гидроудара, а также намного быстрее загрязняется воздушный фильтр. Дело в том, что воздухозаборник ставится в «окна», которые отдельно делаются в бампере, в передней фаре и т.д.
Что в итоге
Как видно, на штатных атмосферных моторах с небольшой мощностью какие-либо манипуляции с системой подачи воздуха обычно не дают ощутимых результатов. Другими словами, самым правильным подходом является приобретение качественных воздушных фильтров и их своевременная замена с учетом особенностей эксплуатации конкретного ТС.
Рекомендуем также прочитать статью о том, когда необходимо менять воздушный фильтр двигателя. Из этой статьи вы узнаете об основных правилах и рекомендациях касательно замены воздушного фильтра, через сколько километров менять воздушный фильтр мотора, а также в каких случаях и почему интервал замены фильтра воздуха в двигателе нужно сокращать.
Что касается турбомоторов, намного важнее следить за исправностью работы и общим состоянием системы турбонаддува, правильно эксплуатировать турбину и т.д. Появление провалов при разгоне, масло в интеркулере и другие признаки указывают на необходимость проведения диагностики.
Также важно понимать, что разгерметизация системы подачи воздуха, трещины патрубков или корпуса воздушного фильтра, установка неподходящего по размеру фильтрующего элемента и т.д. приводят к подсосу воздуха, который при этом является неочищенным.
В результате снижается мощность мотора и его ресурс, двигатель начинает дымить, может работать на неправильной рабочей смеси. По указанным причинам следует регулярно и своевременно проводить техническое обслуживание системы питания воздухом.
Если же говорить о комплексном тюнинге двигателя, тогда доработка впускной системы позволяет получить дополнительный прирост мощности. Однако следует учитывать, что такое повышение обычно наблюдается на фоне общего улучшения производительности заранее подготовленного силового агрегата.
Конструкция системы впуска, способы увеличения подачи воздуха
В процессе развития двигателя внутреннего сгорания появилась впускная система. Система впуска современного двигателя необходима для подвода воздуха к цилиндрам и образования там рабочей смеси.
Впускная система состоит из: воздухозаборника, воздушного фильтра, дроссельной заслонки, впускного коллектора. Ещё в системе присутствуют: соединительные патрубки и на некоторых двигателях — впускные заслонки.
Устройство впускной системы на примере двигателя К4М: 1 — воздухозаборный патрубок; 2 — глушители шума впуска; 3 — корпус воздушного фильтра; 4 — блок дроссельной заслонки; 5 — впускной коллектор; 6 — подкладка корпусов форсунок; 7 — забор воздуха.
Воздухозаборник — нужен для забора воздуха и подачи его к двигателю. Процесс забора происходит благодаря давлению, которое создается потоком встречного воздуха или благодаря разрежению, которое создается движением поршней в цилиндрах.
Воздушный фильтр выполняет роль очистителя поступающего воздуха от всяческих частиц. Сам элемент фильтра изготовляется из спецбумаги и имеет определенный срок службы. Воздушные фильтры могут иметь разную конструкцию — бывают цилиндрические, панельные, бескаркасные.
Дроссельная заслонка увеличивает или уменьшает подачу воздуха, в зависимости от величины поступающего топлива. Приводится в действие педалью газа, а на современных моторах работает с помощью электродвигателя.
Впускные заслонки имеют место быть на движках с непосредственным впрыском топлива. Они крепятся на одном валу, который приводится в движение электрическим или вакуумным приводом.
Впускной коллектор выполняет роль распределителя воздуха по цилиндрам двигателя.
Как работает система впуска
Система работает по причине разного давления между атмосферным и давлением в цилиндрах двигателя, которое возникает на такте впуска. Объем цилиндра и поступающего воздуха пропорционален. Дроссельная заслонка регулирует величину воздуха, необходимую для конкретного режима работы мотора.
- Как работает система впуска: A — поток воздуха; B — поток отработавших газов; 1 — дроссельная заслонка (только на бензиновых двигателях); 2 — клапан рециркуляции отработавших газов; 3 — поступающие по системе рециркуляции отработавшие газы; 4 — воздух или топливо-воздушная смесь; 5 — впускной клапан.
- Рекомендуем: 20 самых экономичных автомобилей
- На двигателях, где установлены впускные заслонки, может быть несколько видов смесеобразования — это послойное, стехиометрическое гомогенное и бедное гомогенное.
Смесеобразование послойное — дроссельная заслонка в основном полностью открыта, а заслонки впускные закрыты. Рабочая смесь на этом режиме бедная, она применяется при работе двигателя на средних и малых оборотах и при нагрузках.
Стехиометрическое гомогенное смесеобразование — заслонки впускные открыты, а дроссельная заслонка открыта от требуемого крутящего момента. Это смесеобразование применяется при больших нагрузках и высоких оборотах двигателя.
- Смесеобразование бедное гомогенное — заслонки впускные закрыты, дроссельная заслонка открыта, а режим работы двигателя, так называемый промежуточный.
- (1 раз, оценка: 5,00 из 5)
Загрузка...
