Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 8 из 27)

Схема гидравлического регулятора фаз впускного клапана фирмы Фольксваген приведена на рис. 5.3.7., а на рис. 5.3.8 – показан совместный эффект регулирования фазы впускного клапана и длины впускного канала на показатели двигателя.

Рис.5.3.7. Гидравлический регулятор фаз газораспределения фирмы Фольксваген

Рис.5.3.8. Влияние фаз впускного клапана и длины впускного коллектора на показатели двигателя в поле режимов

В 2000 г. фирма BMW впервые разработала механическую систему клапанного механизма Valvetronic, которая позволяла регулировать на работающем двигателе все основные параметры клапанного механизма (рис. 5.3.9). Этой системой были оснащены серийные двигатели фирмы.

Рис. 5.3.9. Механизм изменения хода клапана Valvetronic (BMW)

Рис. 5.3.10. Диаграммы подъема впускного клапана

Система Valvetronic за эти годы подверглась модернизации, хотя и сохранила основную концепцию механизма.

Последняя разработка фирмы — 6-цилиндровый бензиновый двигатель, оснащенный модернизированной системой Valvetronic (рис. 5.3.11), которая позволила:

—повысить частоту вращения с 6500 до 7000 мин^-1;

—увеличить ускорение клапана и его хода для улучшения
газообмена;

—сократить насосные потери;

—улучшить в камере сгорания смесеобразование и стабилизировать процесс сгорания.

Рис. 5.3. 11. Модернизированный вариант механизма Valvetronic

Наиболее существенным изменением в кинематике является введение промежуточного рычага с закрепленным центром вращения.

Не менее важной была необходимость уменьшения массы движущихся частей системы и, соответственно, увеличение их прочности, а также снижение потерь на трение.

Для снижения массы клапанов был уменьшен диаметр штока с 6 до 5 мм. Все металлические детали системы Valvetronic были изготовлены из прочной штампованной стали, что позволило несколько снизить их массу, сохранив на необходимом уровне прочность. По сравнению с клапанным механизмом предшественника масса нового была уменьшена на 20%.

Для уменьшения трения все подшипники системы имели специальные антифрикционные покрытия.

Рис. 5.3.12. Электромагнитный привод клапанов

Рис. 5.3.13. Диаграммы движения клапана

Наибольшими возможностями в управлении фазами и характером движения клапанов обладает система электромагнитного привода клапанов (ЭМПК), обеспечивающая изменение фаз движения клапанов, высоты подъема клапанов вплоть до нулевого подъема (отключение цилиндра, реализация 6, 8, 12-тактных циклов).

Конструкция ЭМПК показана на рис. 5.5.14, а на рис. 5.3.15 -5.3.17 возможности системы в обеспечении режимов работы и показателей двигателя.


Рис. 5.3.14. Конструкция электромагнитного привода клапана	Рис. 5.3.15. Стратегия управления ЭМПК в поле режимов 4-х цилиндрового двигателя с турбонаддувом

Рис. 5.3.16.Сравнение характеристик двигателя с ЭМПК и с традиционным приводом клапнов: 1 – двигатель с ЭМПК: 2 – двигатели серийные.		Рис. 5.3.17. Выбросы токсичных веществ автомобилем с двигателем с ЭМПК

6. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Рис.6.1. Конструкция блока и стяжных болтов

Рис.6.2. Конструкция блока и стяжных болтов

Одной из серьезнейших проблем при создании перспективных двигателей является обеспечение прочности деталей при повышенных параметрах цикла (максимальное давление сгорания в ближайшем будущем превзойдет 210-220 бар). Одним из способов обеспечения работоспособности алюминиевого блока является применение анкерных связей (стяжных болтов) . На рис. 6.1. представлена конструкция форсированного двигателя фирмы Фольксваген с анкерными связями деталей остова. Характерно, что фирма применила в составной анкерной связи запатентованную конструкцию «болт в болт». Крышки коренных подшипников изготовлены из чугуна с шаровидным графитом

Разработанная конструкция блок-картера надежно воспринимает высокое давление до 17 МПа в цилиндре дизеля.

На поверхность цилиндров с использованием плазменного напыления наносится железо-молибденовое покрытие толщиной 120 мкм. До выполнения покрытия осуществляется чистовая пескоструйная обработка поверхности цилиндров.

Рис. 6.3. Блок двигателя семейства 3М фирмы Митцубиси

Рис. 6.4. Постельная плита двигателя фирмы BMW

Популярным у конструкторов решением решением, направленным на повышение жесткости блока , повышение его надежности и снижение структурного шума двигателя, является применение постельной плиты (рис. 6.3, 6.4). Это решение давно применялось в стационарных, судовых и тепловозных дизелях.

Другим конструкторским решением для шатунов, давно известным и используемым в двигателестроении, является использование метода «разлома» нижней головки шатуна (рис. 6.5). Это решение позволяет существенно упростить конструкцию шатунных болтов, удешевить их, и в то же время устранить эффект их изгиба при поперечных деформациях кривошипной головки шатуна.

6.2. Легкие материалы для блока и головки цилиндров

Уменьшение массы легкового автомобиля и, конечно, двигателя стало в настоящее время определяющим направлением работ, обеспечивающих снижение расхода топлива и выбросов вредных веществ. В этой связи в автомобильной промышленности наблюдается также процесс перехода от чугунных блоков к алюминиевым и в высоконагруженных двигателях. Первым такой переход осуществила фирма DaimlerChrysler на 4-цилиндровом рядном двигателе A170CDI. Потом ту же замену материала осуществила фирма PSA на аналогичном двигателе с рабочим объемом 1,4 л, массовое производство которого началось в начале 2003 г. Этот двигатель устанавливается на автомобилях фирм Peugeot, Citroen и Ford.

Дальнейший успех применения легких материалов в высоконагруженных двигателях будет определяться не только свойствами материалов, но и разработкой оригинальных, нестандартных конструкторских решений. Поэтому в последнее время наблюдается интенсивное сотрудничество между литейными заводами, производителями легких металлов и конструкторами двигателей.

Очевидно, что главное внимание в плане уменьшения массы двигателя разработчики уделяют блоку и головке цилиндров. Условия работы этих узлов двигателей требуют применения материала, который удовлетворяет чрезвычайно высоким требованиям по пределу прочности, сопротивлению ползучести, теплопроводности, ковкости, а также обладает низкой восприимчивостью к образованию горячих трещин.

Масса только одного блока составляет примерно 25-33% от массы всего двигателя.

Для блока в настоящее время применяются сплавы с содержанием кремния от 6 до 17% и меди от 3 до 4%. При температурах выше 225°С резко ухудшаются показатели твердости алюминиевых сплавов.

На фирме Honsel разрабатываются новые легкие материалы для головки цилиндров, например, сплавы AISi12CuNiMg, AISi7MgCuNiFe, AISi8Cu3. Головки цилиндров, изготовленные из этих трех сплавов, прошли испытания в течение 230-240 ч при температуре 225°С и показали хорошие результаты, они обладают лучшими механическими свойствами.

Первый из перечисленных материалов фирма считает наиболее перспективным для головок цилиндров.