Перспективы развития автомобильного двигателестроения (zip 1.6 Mb) (стр. 5 из 6)

Двигатель ВАЗ-2112.

Двигатель ВАЗ-2112 в разрезе: 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – плавающий поршневой палец; 4 – поршень; 5 – болт крепления головки; 6 – выпускной клапан; 7 – гидротолкатель; 8 – распределительный вал; 9 – ресивер; 10 – форсунка; 11 – впускная труба; 12 – впускной клапан.

Коленчатый вал 2112 отличается конструкцией противовесов, но хотя полностью взаимозаменяем с валом 21083, имеет новшество: на носке вала установлен демпфер крутильных колебаний.

Шатунно-поршневая группа оригинальная. Поршневой палец – плавающего типа. От осевых перемещений он фиксируется стопорными кольцами.

Форма днища поршня диктуется прежде всего шатровой камерой сгорания, традиционной для двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр. Масляное охлаждение поршня призвано снизить его температуру. Масло под давлением подается на поршень снизу из специальной форсунки, установленной в блоке цилиндров.

Теперь о главном – новой головке блока цилиндров. Она создана в сотрудничестве с фирмой «Порше». Два распределительных вала приводятся зубчатым ремнем со специальным полукруглым профилем зубьев. Специальный кожух надежно защищает зубчатый ремень от попадания грязи и т.п. В приводе клапанов установлены гидротолкатели. Теперь не надо регулировать зазоры, к тому же упрощена технология сборки головки. Для двигателей «восьмого» семейства эта операция была автоматизирована. Теперь вообще не надо подбирать регулировочные шайбы – шестнадцать раз для одного двигателя! Использование гидротолкателей потребовало усовершенствовать смазочную систему двигателя, чтобы исключить возможность обратного слива масла и, как результат, потерю работоспособности гидротолкателей.

Следующая особенность – одна клапанная пружина вместо двух. У нового клапана уменьшен диаметр стержня, поэтому уменьшились его масса и инерционные нагрузки на пружину. Усилия единственной пружины достаточно, чтобы своевременно возвращать клапан на место.

Система распределенного впрыска топлива разработана совместно с фирмой «Дженерал моторс». Впрыск фазированный – момент подачи топлива синхронизирован с моментом открытия впускного клапана. Установка карбюратора на двигатель ВАЗ-2112 не предусмотрена: впускная труба под карбюратор даже не разрабатывалась.

Новый мотор потребовал новых, компактных свечей. Они устанавливаются в глубоких колодцах в головке блока цилиндров. Для привычных больших свечей колодцы пришлось бы делать шире, а это невозможно: головка скомпонована очень плотно. Такие свечи, как, кстати, и зубчатый ремень, выпускаются многими фирмами и продаются в России.

Для установки двигателя на автомобиль используется гидроопора сложной конструкции. Она позволяет ощутимо уменьшить вибрации, передаваемые двигателем на кузов автомобиля.

Двигатель ВАЗ-2112 еще не стал серийным, но уже идет работа по его дальнейшему совершенствованию. В первую очередь планируется оснастить его впускным трубопроводом переменной длины. На зарубежных моторах это уже не новинка, там их применяют все шире. Вкратце о том, в чем же достоинство этой системы.

В процессе работы двигателя воздух в трубопроводе совершает колебательные движения. Если подобрать нужную длину впускной трубы, можно добиться, чтобы в момент открытия впускного клапана к нему подходила очередная волна давления. Это позволяет улучшить наполнение цилиндра. Но двигатель – агрегат многорежимный, поэтому на разных оборотах требуется, строго говоря, различная длина впускной трубы. Плавная регулировка длины – задача технически трудновыполнимая. Но даже предложив воздуху два пути: длинный – в режиме максимального крутящего момента и короткий – в режиме максимальной мощности, можно значительно улучшить показатели мотора и, главное, избавиться от основного недостатка многоклапанных двигателей – достижения максимума крутящего момента при высоких оборотах коленчатого вала.

Те же цели преследует и другая перспективная разработка – система для изменения фаз газораспределения. Оборудованный ею мотор должен стать еще более тяговитым, лучше приспосабливаться к изменению нагрузки. Давай те же поговорим о таком двигателе…

Вспомним, как происходит впуск в обычном четырехтактном двигателе. Поршень, миновав верхнюю мертвую точку (ВМТ), движется вниз. Открывшийся несколько раньше впускной клапан пропускает смесь, и она постепенно заполняет цилиндр. Вот пройдена нижняя мертвая точка (НМТ), но клапан еще какое-то время открыт: на больших оборотах инерция потока топливно-воздушной смеси позволяет «дозаправить» цилиндр. Для получения высокой максимальной мощности – это благо, а вот крутящий момент на небольших оборотах неизбежно пострадает: если частота вращения коленчатого вала невелика, поршень успеет вытолкнуть часть смеси через впускной клапан. Избежать потерь можно, если раньше закрывать впускной клапан на малой скорости коленчатого вала.

Менять длительность фазы чересчур сложно, поэтому решено было смещать соответственно и момент открытия клапана. Линейная скорость поршня вблизи ВМТ относительно невелика, поэтому потери на газообмен практически не возрастут. Конечно, идеал – плавная регулировка фаз, а программа-минимум – это компромисс между сложностью и результативностью: два фиксированных положения вала, два режима работы впускных клапанов.

И тот и другой варианты реализованы на многих серийных двигателях за рубежом. Но если говорить об опытно-конструкторских работах, мы, в общем, не слишком-то отстали от Запада и Востока. Для перспективного двигателя ВАЗ-11193 уже адаптирован механизм регулирования фаз, разработанный московской фирмой АО «Терра». Мотор – дальнейшее развитие двухвального 16-клапанного ВАЗ-2112 – должен появиться на конвейере в 2004 году и, естественно, отвечать уровню техники XXI века. Отечественные конструкторы выбрали более дешевый вариант с двумя фиксированными положениями «впускного» распределительного вала – гидромеханическое поворотное устройство (на фото). Две пары поршней в корпусе механизма могут сдвигать вал на 20° вперед (впускные клапаны при этом открываются и закрываются раньше). По каналу внутри вала моторное масло подается к поршенькам, и они выталкиваются «наружу», увлекая за штифты фланец распределительного вала.

Обратите внимание на форму канавок – у соседних поршней они разные. У одних – сначала пологая (рабочая) часть, затем крутая (вспомогательная), у других – наоборот. Первые поворачивают распределительный вал на десять градусов и останавливаются – давления масла не хватает, чтобы преодолеть изгиб канавки. Вторые, миновав вспомогательную часть, уже вышли на рабочую позицию: они изменяют угол поворота еще на столько же. Потребовалось вернуть распределительный вал в начальное положение – работает сначала вторая пара, затем первая. Обойтись парой поршней не позволила теснота – весь механизм должен «поместиться» в звездочке!

Момент поворота зависит от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, детонации и рассчитывается электронным блоком (тем же, что командует и другими системами двигателя – впрыском, зажиганием). Компьютер управляет электромагнитным клапаном, который направляет поток масла по разным каналам. В зависимости от настройки управляющего блока возможны варианты. Первый порадует водителей увеличением «тяговитости» – крутящий момент на невысоких оборотах возрастает на 12-15%. Второй в какой-то мере успокоит «зеленых»: снизится содержание вредных выбросов в отработавших газах. В угоду экологии ВАЗ планирует сделать регулируемым не только впуск, но и выпуск. На режимах, где не требуется полная мощность, выпускной клапан полезно открывать и закрывать пораньше. Тогда часть отработавших газов останется в цилиндре и разбавит свежий заряд (внутренняя рециркуляция). По сравнению с впуском фазы потребуется сдвигать на меньший угол, следовательно, нужна только одна пара поршней – эта часть устройства будет проще и дешевле.

Механизм сдвига фаз может породниться и с другими тольяттинскими моторами, имеющими ременный привод и два распределительных вала (они управляют соответственно впускными и выпускными клапанами). Например, можно установить устройство на двигатель ВАЗ-2112, каким уже комплектуют «десятки», изменив головку блока (надо обеспечить подвод масла к механизму и «выделить» место под электромагнитный клапан).