БЛИЗКОЕ ЗАВТРАРАСПРЕДВАЛ - НА ПЕНСИЮ?Система газораспределения одна из наиболее быстро изменяющихся в современном двигателе.Анатолий ФОМИН, Алексей ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ Сначала распределительный вал "переехал" в головку цилиндров, потом появились многоклапанные моторы, и вот уже наступила пора изменяемых фаз газораспределения. Впрочем, от распределительного вала пока никуда не деться. ПокаЗачем нужны все эти ухищрения? Ответ прост: требования к экономичности, токсичности, приспособляемости моторов год от года растут. Удовлетворить запросы непросто, так что замысловатые технические решения - осознанная необходимость. Уже очевидно, что будущее - за двигателями с непосредственным впрыском топлива, как дизельными, в чьих перспективах мало кто сомневается, так и бензиновыми, эпоха которых только началась. Между тем, задача системы газораспределения не изменилась - обеспечивать наилучшее наполнение цилиндра, продувку камеры сгорания и высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Последнего удалось достичь регулированием фаз - либо поворотом распределительного вала, либо с помощью дополнительных кулачков с измененным профилем. Однако даже такие сложные системы эффективны в довольно узких пределах. Согласитесь, что мысль об индивидуальном приводе каждого клапана просто обязана была прийти кому-нибудь в голову. "ВРЕДНАЯ"ДРОССЕЛЬНАЯ ЗАСЛОНКА Одной из самых совершенных конструкций газораспределительного механизма признана система Double VANOS, применяемая фирмой БМВ на рядных шестицилиндровых моторах машин новой третьей серии и спортивных МЗ. Здесь оба распределительных вала, управляющие соответственно впускными и выпускными клапанами, могут поворачиваться относительно начального положения, изменяя моменты начала впуска и выпуска (длина фаз, определяемая профилем вала, постоянна), а также продолжительность перекрытия клапанов (фаза, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Но даже она создает оптимальные условия работы мотора только на полном дросселе. В иных режимах поток Сообщение о двигателе БМВ с бесступенчатым регулированивоздуха ограничивает дросем впервые было сделано на научной конференции компании. сельная заслонка - именно она определяет количество воздуха, поки один убыток - она создает во впускном ступающее в двигатель, на основании котрубопроводе разрежение, которое ухудторого электроника управления впрыском шает наполнение цилиндров. Идеальным и зажиганием рассчитывает количество вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое. бензина и остальные параметры. При работе двигателя на режимах чачтобы достичь нужного наполнения цилинстичной нагрузки от дроссельной заслон- дра горючей смесью. В результате появилась механическая система управления не только фазами, но и Рис. 1. Разрез головки блока двигателя БМВ без подъемом впускных клапанов. К уже стандроссельной заслонки с изменяемым подъемом впускных клапанов: 1 - распредвал; 2 - эксдартному Double VANOS добавился мехацентриковый вал; 3 - дополнительный рычаг; низм, изменяющий высоту подъема впуск4 - впускной клапан. ных клапанов (рис. 1). Между 1 распределительным валом 1и каждой парой впускных клапанов 4 поместили дополнительный рычаг 3: в зависимости от положения его оси вращения изменяется закон движения клапанов. Положение оси, в свою очередь, задается при вращении эксцентрикового вала 2. Таким образом, и высота подъема клапанов, и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа и дроссельная заслонка становится ненужной. Проведенные испытания показали, что средний расход топлива двигателем без дроссельной заслонки, измеренный по методике EU 93/116, ниже на *-V Laststeuerung durch stufenlc Ventilhubversteilung56ЗР 11/98 *10% по сравнению с обычным мотором, оснащенным только Double VANOS. Если в реальной эксплуатации велика доля режимов с частично открытой дроссельной заслонкой. то экономия может достигать даже 18%. По утверждению специалистов фирмы, подобная система - возможный предел усовершенствования бензинового двигателя с впрыском во впускной трубопровод. Дальнейшее увеличение эффективности возможно только с помощью весьма экзотических конструкций, изменяющих, казалось бы. незыблемое - степень сжатия и рабочий объем двигателя. ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ Можно ли улучшить наполнение цилиндров, не увеличивая число и размер клапанов, не удлиняя фазу впуска и не увеличивая подъем? Можно - если приводить клапаны не с помощью кулачков, а электромагнитным или гидравлическим приводом. При тех же времени открытия и высоте подъема определяющий параметр "время-сечение" будет больше, поскольку клапан открывается и закрывается значительно быстрее. Только благодаря этому можно увеличить крутящий момент двигателя примерно на 5%. Опытный образец четырехцилиндрового мотора БМВ с электромагнитными клапанами и непосредственным впрыском бензина уже испытывают на стендах в Мюнхене. Привод клапанов выглядит следующим образом: подпружиненный клапан помещен между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью открытом. Специальный датчик выдает блоку управления информацию о текущем положении клапана. Это необходимо, чтобы снизить до минимальной его скорость в момент касания седла. Количество воздуха, поступающего в цилиндр, определяется продолжительностью открытия клапана - высота подъема не регулируется. Возможности системы практически ничем не ограничены: достаточно изменить программу управления клапанами, чтобы мотор с четырьмя клапанами на цилиндр в доли секунды стал двух- или трехклапанным; можно выборочно отключать цилиндры, эффективно тормозить двигателем при любых оборотах, на ходу изме-»клапана в цилиндре еще достаточно большое давление. Опытный двигатель Летше - одноцилиндровый, рабочим объемом около 2л собран на основе поршневой группы мотора "Мерседес-Бенц-Актрос". Максимальное число оборотов не превышает 2000 об/мин, но преимущества нового газораспределительного механизма очевидны. Фазы открытия впускных и выпускных клапанов оптимальны во всем диапазоне частот вращения и нагрузок, что позволяет экономить Рис. 2. Гидравлические импульсы лишь запускадо 10% топлива и примерно на столько же ют процессы открытия (а) и закрытия (6) клапауменьшить токсичность выхлопа. И хотя на в двигателе Летше, а дальше работают мощдля дизельных двигателей грузовиков выные пружины. сокие обороты не нужны, гидропривод сонять рабочий процесс и превращать четыхраняет работоспособность до 6000 рехтактный мотор в двухтактный или шесоб/мин, что делает возможным его примети-, даже в восьмитактный (на режимах с нение и на легковых автомобилях. частичной нагрузкой) - такого шикарного Особенно привлекательным для груинструмента для самых разнообразных исзовых автомобилей выглядит управление следований у двигателистов еще не было. процессом торможения двигателем за счет варьирования ширины фазы выпуска, а также изменения рабочего объема мно"ДАЙМЛЕР-БЕНЦ" ИГРАЕТ НА ДИЗЕЛЕ Ведет исследования в области индивигоцилиндровых моторов путем отключедуального управления клапанами и компания цилиндров. ния "Даймлер-Бенц". Двигатель в лаборатории Ульриха Летше оборудован гидравличеДАЛЕКО ЛИ ДО РЫНКА? ским приводом клапанов (рис. 2). "Но многие Разумеется, на этот вопрос никто из поначалу неправильно понимают его рабоспециалистов не дал прямого ответа - поту, - говорит г-н Летше. - Они полагают, что добные сведения всегда держат в тайне до клапаны приводятся только гидравлически". последнего дня. Если речь идет о моторе с На самом деле привод напоминает электромагнитным приводом клапанов, то пружинный маятник - гидравлика служит поклонников баварской фирмы можно лишь "спусковым крючком", после котороогорчить: хотя экспериментальный двигаго движением клапана управляет пружитель внешне очень похож на серийный, до на. Для дизельного двигателя необходимы начала производства, по самым оптимибольшая мощность и усилие привода, постичным прогнозам, не меньше пяти лет. скольку в момент открытия выпускного Иное дело мотор без дроссельной заслонки с механическим управлением подъемом клапанов - он может появиться на конвейЭлектромагнитный привод клапана. ере уже через пару лет. "Мерседесовский" мотор - пока еще только лабораторная "морская свинка", но если улучшение экономических показателей оправдает усложнение конструкции, то ждать придется не так уж долго. Однако самое главное впереди - варьирование характеристик поршневых моторов в невероятно широких пределах становится доступным человеку с компьютером, а экипаж XXI века окончательно превращается в ЭВМ на колесах. А наш старый знакомый - распределительный вал... уходит на пенсию, да не один, а вместе с дроссельной заслонкой. ЗР 11/98*57