Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Летом 2017 года научно-техническое сообщество облетела новость – молодой учёный из Екатеринбурга победил в общероссийском конкурсе инновационных проектов в области энергетики.

Конкурс называется «Энергия прорыва», к участию допускаются учёные не старше 45 лет, и Леонид Плотников, доцент «Уральского федерального университета имени первого президента России Б.Н.

Ельцина» (УрФУ), удостоился в нём приза в 1 000 000 рублей.

Сообщалось, что Леонид разработал четыре оригинальных технических решения и получил семь патентов для систем впуска и выпуска ДВС, как турбированных, так и атмосферных.

В частности, доработка впускной системы турбомотора «по методу Плотникова» способна исключить перегрев, снизить шумность и количество вредных выбросов.

А модернизация выпускной системы турбированного ДВС на 2% повышает КПД и на 1,5% снижает удельный расход топлива. В итоге мотор становится более экологичным, стабильным, мощным и надёжным.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроенияЛеонид Плотников

Действительно ли всё это так? В чём суть предложений учёного? Нам удалось побеседовать с победителем конкурса и всё разузнать.

Из всех оригинальных технических решений, разработанных Плотниковым, мы остановились как раз на обозначенных выше двух: доработанных системах впуска и выпуска турбированных моторов.

Возможно, стиль изложения поначалу покажется вам сложным для восприятия, но читайте вдумчиво, и в конце мы доберёмся до сути.

Проблемы и задачи

Авторство описанных ниже разработок принадлежит группе учёных УрФУ, в которую входят доктор технических наук, профессор Бродов Ю.М., доктор физико-математических наук, профессор Жилкин Б.П. и кандидат технических наук, доцент Плотников Л.В.

Работа именно этой группы удостоилась гранта в миллион рублей. В инженерной проработке предлагаемых технических решений им помогали специалисты ООО «Уральский дизель-моторный завод», а именно, начальник отдела, кандидат технических наук Шестаков Д.С.

и заместитель главного конструктора, кандидат технических наук Григорьев Н.И.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроенияБродов Ю.М.

Одним из ключевых параметров их исследования стала теплоотдача, идущая от потока газа в стенки впускного или выпускного трубопровода.

Чем теплоотдача ниже, тем меньше термические напряжения, выше надёжность и производительность системы в целом.

Для оценки интенсивности теплоотдачи используют параметр, который называется локальным коэффициентом теплоотдачи (он обозначается как αх), и задача исследователей состояла в том, чтобы найти пути уменьшения этого коэффициента.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения
Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 1. Изменение локального (lх = 150 мм) коэффициента теплоотдачи αх (1) и скорости потока воздуха wх (2) во времени τ за свободным компрессором турбокомпрессора (далее – ТК) при гладком круглом трубопроводе и разных частотах вращения ротора ТК: а) nтк = 35 000 мин-1; б) nтк = 46 000 мин-1

Вопрос для современного двигателестроения серьёзный, поскольку газовоздушные тракты входят в перечень наиболее термонагруженных элементов современных ДВС, и особенно остро задача снижения теплоотдачи в впускном и выпускном трактах стоит для турбированных двигателей.

Ведь в турбомоторах, по сравнению с атмосферниками, повышены давление и температура на впуске, увеличена средняя температура цикла, выше пульсация газа, которая вызывает термомеханические напряжения.

Термонагруженность ведёт к усталости деталей, снижает надёжность и срок службы элементов двигателя, а также приводит к неоптимальным условиям сгорания топлива в цилиндрах и падению мощности.

Учёные считают, что термическую напряженность турбодвижка можно снизить, и тут, как говорится, есть нюанс. Обычно для турбокомпрессора считаются важными две его характеристики – давление наддува и расход воздуха, а сам узел в расчётах принимается статичным элементом.

Но на самом деле, отмечают исследователи, после установки турбокомпрессора существенно изменяются тепломеханические характеристики потока газа. Поэтому прежде чем изучать то, как меняется αх на впуске и выпуске, надо исследовать сам поток газа закомпрессором.

Сначала – без учёта поршневой части двигателя (что называется, за свободным компрессором, см. рис. 1), а потом – вместе с ней.

Была разработана и создана автоматизированная система сбора и обработки экспериментальных данных – с пары датчиков снимались и обрабатывались значения скорости потока газа wх и локального коэффициента теплоотдачи αх. Кроме того, была собрана одноцилиндровая модель двигателя на базе мотора ВАЗ-11113 с турбокомпрессором ТКР-6.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения
Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 2. Зависимость локального (lх = 150 мм) коэффициента теплоотдачи αх от угла поворота коленчатого вала φ во впускном трубопроводе поршневого ДВС с наддувом при разных частотах вращения коленчатого вала и разных частотах вращения ротора ТК: а) n = 1 500 мин-1; б) n = 3 000 мин-1, 1 — n = 35 000 мин-1; 2 — nтк = 42 000 мин-1; 3 — nтк = 46 000 мин-1

Проведённые исследования показали, что турбокомпрессор – мощнейший источник турбулентности, которая влияет на тепломеханические характеристики потока воздуха (см. рис. 2).

Кроме того, исследователи установили, что сама по себе установка турбокомпрессора повышает αх на впуске двигателя примерно на 30% — отчасти из-за того, что воздух после компрессора просто значительно горячее, чем на впуске атмосферного мотора.

Была замерена и теплоотдача на выпуске мотора с установленным турбокомпрессором, и оказалось, что чем выше избыточное давление, тем менее интенсивно происходит теплоотдача.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 3. Схема впускной системы двигателя с наддувом с возможностью сброса части нагнетаемого воздуха: 1 — впускной коллектор; 2 — соединительный патрубок; 3 — соединительные элементы; 4 — компрессор ТК; 5 — электронный блок управления двигателем; 6 — электропневмоклапан].

В сумме получается, что для снижения термонагруженности необхожимо следующее: во впускном тракте нужно уменьшать турбулентность и пульсацию воздуха, а на выпуске – создавать дополнительное давление или разрежение, разгоняя поток – это снизит теплоотдачу, а кроме того, положительно скажется на очистке цилиндров от отработанных газов.

Все эти вроде бы очевидные вещи нуждались в детальных замерах и в анализе, которого никто ранее не делал. Именно полученные цифры позволили выработать меры, которые в будущем способны если не произвести революцию, то уж точно вдохнуть, в прямом смысле слова, новую жизнь во всю отрасль двигателестроения.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 4. Зависимость локального (lх = 150 мм) коэффициента теплоотдачи αх от угла поворота коленчатого вала φ во впускном трубопроводе поршневого ДВС с наддувом (nтк = 35 000 мин-1) при частоте вращения коленчатого вала n = 3 000 мин-1. Доля сброса воздуха: 1 — G1 = 0,04; 2 — G2 = 0,07; 3 — G3 = 0,12].

Сброс избытка воздуха на впуске

Во-первых, исследователи предложили конструкцию, позволяющую стабилизировать поток воздуха на впуске (см. рис. 3).

Электропневмоклапан, врезанный во впускной тракт после турбины и в определённые моменты сбрасывающий часть сжатого турбокомпрессором воздуха, стабилизирует поток– уменьшает пульсацию скорости и давления.

В итоге это должно привести к снижению аэродинамического шума и термических напряжений во впускном тракте.

А сколько же нужно сбросить, чтобы система эффективно работала, не ослабляя значительно эффекта турбонаддува? На рисунках 4 и 5 мы видим результаты проведённых замеров: как показывают исследования, оптимальная доля сбрасываемого воздуха G лежит в диапазоне от 7 до 12% – такие значения снижают теплоотдачу (а значит – и термонагруженность) во впускном тракте двигателя до 30%, то есть, приводят её к значениям, характерным для атмосферных моторов. Дальше увеличивать долю сброса смысла нет – эффекта это уже не даёт.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 5. Сравнение зависимостей локального (lх = 150 мм, d = 30 мм) коэффициента теплоотдачи αх от угла поворота коленчатого вала φ во впускном трубопроводе поршневого ДВС с наддувом без сброса (1) и со сбросом части воздуха (2) при nтк = 35 000 мин-1 и n = 3 000 мин-1, доля сброса избыточного воздуха равна 12% от общего расхода].

Эжекция на выпуске

Ну а что же выпускная система? Как мы говорили выше, она в турбированном моторе тоже работает в условиях повышенных температур, а кроме того, выпуск всегда хочется сделать как можно более способствующим максимальной очистке цилиндров от отработавших газов. Традиционные методы решения этих задач уже исчерпаны, есть ли тут ещё какие-то резервы для улучшения? Оказывается, есть.

Бродов, Жилкин и Плотников утверждают, что улучшить газоочистку и надёжность выпускной системы можно путём создания в ней дополнительного разрежения, или эжекции. Эжекционный поток, по мнению разработчиков, так же, как и клапан на впуске, снижает пульсацию потока и увеличивает объёмный расход воздуха, что способствует лучшей очистке цилиндров и повышению мощности двигателя.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Рис. 6. Схема выпускной системы с эжектором: 1 – головка цилиндра с каналом; 2 – выпускной трубопровод; 3 – труба выхлопная; 4 – эжекционная трубка; 5 – электропневмоклапан; 6 – электронный блок управления].

Эжекция положительно влияет на теплоотдачу от выпускных газов к деталям выпускного тракта (см. рис.

7): с такой системой максимальные значения локального коэффициента теплоотдачи αхполучаются на 20% ниже, чем при традиционном выпуске – за исключением периода закрытия впускного клапана, тут интенсивность теплоотдачи, напротив, несколько выше.

Но в целом теплоотдача всё равно меньше, и исследователи сделали предположение, что эжектор на выпуске турбомотора повысит его надёжность, так как снизит теплоотдачу от газов стенкам трубопровода, а сами газы будут охлаждаться эжекционным воздухом.

Рис. 7.Зависимости локального (lх = 140 мм) коэффициента теплоотдачи αх от угла поворота коленчатого вала φ в выпускной системе при избыточном давлении выпуска рb = 0,2 МПа и частоте вращения коленчатого вала n = 1 500 мин-1. Конфигурация выпускной системы: 1 — без эжекции; 2 — с эжекцией.]

А если объединить?.

Получив такие выводы на экспериментальной установке, учёные пошли дальше и применили полученные знания на реальном двигателе – в качестве одного из «подопытных» был выбран дизель 8ДМ-21ЛМ производства ООО «Уральский дизель-моторный завод».Такие моторы применяются в качестве стационарных энергоустановок. Кроме того, в работах использовался и «младший брат» 8-цилиндрового дизеля, 6ДМ-21ЛМ, также V-образный, но имеющий шесть цилиндров.

Рис. 8. Установка электромагнитного клапана для сброса части воздуха на дизеле 8ДМ-21ЛМ: 1 — клапан электромагнитный; 2 — впускной патрубок; 3 — кожух выпускного коллектора; 4 — турбокомпрессор.

На «младшем» моторе была реализована система эжекции на выпуске, логично и весьма остроумно объединённая с системой сброса давления на впуске, которую мы рассмотрели чуть ранее – ведь как было показано на рисунке 3, сбрасываемый воздух может использоваться для нужд двигателя. Как видим (рис.

9), над выпускным коллектором проложены трубки, в которые подаётся воздух, забранный со впуска – это то самое избыточное давление, создающее турбулентность после компрессора.

Воздух из трубок «раздаётся» через систему электроклапанов, которые стоят сразу за выпускным окном каждого из шести цилиндров.

Рис. 9. Общий вид модернизированной выпускной системы двигателя 6ДМ-21ЛМ: 1 – выпускной трубопровод; 2 – турбокомпрессор; 3 – газоотводящий патрубок; 4 – система эжекции.

Такое эжекционное устройство создаёт дополнительное разрежение в выпускном коллекторе, что ведёт к выравниванию течения газов и ослаблению переходных процессов в так называемом переходном слое. Авторы исследования замерили скорость потока воздуха wх в зависимости от угла поворота коленчатого вала φ с применением эжекции на выпуске и без неё.

Из рисунка 10 видно, что при эжекции максимальная скорость потока выше, а после закрытия выпускного клапана она падает медленнее, чем в коллекторе без такой системы – получается своеобразный «эффект продувки». Авторы говорят, что результаты свидетельствуют о стабилизации потока и лучшей очистке цилиндров двигателя от отработавших газов.

Рис. 10. Зависимости местной (lx = 140 мм, d = 30 мм) скорости потока газа wх в выпускном трубопроводе с эжекцией (1) и традиционном трубопроводе (2) от угла поворота коленчатого вала φ при частоте вращения коленчатого вала n = 3000 мин-1 и начальном избыточном давлении pb = 2,0 бар.

Что в итоге

Итак, давайте по порядку.

Во-первых, если из впускного коллектора турбомотора сбрасывать небольшую часть сжатого компрессором воздуха, можно снизить теплоотдачу от воздуха к стенкам коллектора до 30% и при этом сохранить массовый расход воздуха, поступающего в мотор, на нормальном уровне. Во-вторых, если применить эжекцию на выпуске, то теплоотдачу в выпускном коллекторе тоже можно существенно снизить – проведённые замеры дают величину около 15%, – а также улучшить газоочистку цилиндров.

Объединяя показанные научные находки для впускного и выпускного трактов в единую систему, мы получим комплексный эффект: забирая часть воздуха со впуска, передавая её на выпуск и точно синхронизировав эти импульсы по времени, система будет выравнивать и «успокаивать» процессы течения воздуха и отработавших газов. В результате мы должны получить менее термонагруженный, более надёжный и производительный по сравнению с обычным турбомотором двигатель.

Читайте также:  Троит двигатель и мигает «чек»: почему так происходит и что делать водителю

Итак, результаты получены в лабораторных условиях, подтверждены математическим моделированием и аналитическими расчетами, после чего создан опытный образец, на котором проведены испытания и подтверждены положительные эффекты.

Пока всё это реализовано в стенах УрФУ на большом стационарном турбодизеле (моторы такого типа используют также на тепловозах и судах), однако заложенные в конструкцию принципы могли бы прижиться и на моторах поменьше – представьте, например, что ГАЗ Газель, УАЗ Патриот или LADA Vesta получают новый турбомотор, да ещё с характеристиками лучше, чем у зарубежных аналогов… Возможно ли, чтобы новая тенденция в двигателестроении началась в России?

Есть у учёных из УрФУ и решения для снижения термонагруженности атмосферных моторов, и одно из них – профилирование каналов: поперечное (путём введения вставки квадратного или треугольного сечения) и продольное.

В принципе, по всем этим решениям сейчас можно строить рабочие образцы, проводить испытания и при их положительном исходе запускать серийное производство – заданные проектно-конструкторские направления, по мнению учёных, не требуют значительных финансовых и временных затрат. Теперь должны найтись заинтересованные производители.

Леонид Плотников говорит, что считает себя в первую очередь учёным и не ставит цели коммерциализировать новые разработки.

Среди целей я, скорее, назвал бы проведение дальнейших исследований, получение новых научных результатов, разработку оригинальных конструкций газовоздушных систем поршневых ДВС. Если мои результаты будут полезны промышленности, то я буду рад. По опыту знаю, что внедрение результатов – очень сложный и трудоемкий процесс, и если в него погружаться, то на науку и преподавание не останется времени. А я больше склонен именно к области образования и науки, а не к промышленности и бизнесу

Плотников Л.В.

Однако добавляет, что уже начался процесс внедрения результатов исследования на энергомашины ПАО «Уралмашзавод».

Темпы внедрения пока невысоки, вся работа находится на начальном этапе, и конкретики очень мало, однако заинтересованность у предприятия есть.

Остаётся надеяться на то, что результаты этого внедрения мы всё же увидим. А также на то, что работа учёных найдёт применение в отечественном автопроме.

Опрос

А как вы оцениваете результаты исследования?

Источник: https://www.kolesa.ru/article/genialnoe-prosto-v-rossii-pridumali-kak-uluchshit-dvs

Новые технологии в двигателях внутреннего сгорания

Опубликовано Мир науки и техники в 21 Июль, 2011 — 19:24.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания переживают не лучший период своей жизни. Постоянный рост цен на нефть, глобальное потепление, в котором винят и их тоже, а также растущие «зеленые» настроения в развитых странах не прибавляют авторитета двигателям внутреннего сгорания.

Но, не смотря на все свои минусы, мы с ними не сможем распрощаться еще на протяжении многих десятилетий. Однако мы можем попытаться сократить немалые аппетиты наших любимцев, тратя меньше энергии на выделение тепла и выжимая из каждой капли топлива тот максимум, который позволяет нам физика.

И, правда, двигатель внутреннего сгорания совсем не безнадежен. В новых автомобильных разработках, и научных лабораториях по всему миру бензиновый двигатель испытывает что-то похожее на Ренессанс.

Защитники экологии не должны бояться этого возрождения двигателей внутреннего сгорания. Так как данные новшества не просто решительно уменьшают количество вредного топлива, они служат технологическим мостом, который приведет нас к полностью электрофицированому будущему.

Большинство таких технологий находиться все еще на стадии разработок, ожидая финансирования, или внедрены пока только в опытные образцы, для демонстрации своих возможностей. Не одно из данных решений не является панацеей, но каждое из них показывает, насколько меньше мы могли бы использовать топлива, делая автомобили намного эффективнее.

В прошлом веке бензиновые двигатели стали повсеместны, в этом столетии они станут еще и умными. Рассмотрим некоторые из новых технологий будущего двигателей внутреннего сгорания:

Двигатель Scuderi

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Группа Scuderi представляет двигатель разделенного цикла – он делит четыре обычных поршневых цилиндра на два различных типа для более разумного использования каждой капли энергии, которую они могут выработать.

Принцип действия технологии заключается в соединение двух цилиндров между собой. В отличии от обычных двигателей, которые во время четвертого такта выбрасывают сжатые газы, двигатель Scuderi впрыскивает сжатый воздух во второй цилиндр, где проходит воспламенение и выхлоп.

Благодаря данной технологии мы можем использовать два цилиндра из четырех бесплатно. Как показывают компьютерные модели, двигатель Scuderi улучшает экономию по сравнению со своими обычными аналогами на 50 процентов.

Разделение двигателя на горячую и холодную части

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Как и предыдущий данный двигатель делиться на две рабочие части, но по сравнению с Scuderi дополнительно использует температурами в разных частях, для достижения максимального КПД.

Большая проблема в обычном четырехтактном двигателе – первые два такта (впуск и сжатие) наиболее эффективны при холоде, в то время третий и четвертый такты работают лучше в холодных условиях. Как утверждают инженеры, если придерживаться данных требований, можно добиться до 40 процентов экономии. Просто отделив область высокой температуры радиатором.

Процесс проходит следующим образом: впуск и сжатие происходят в холодном цилиндре, гарантируя максимальную эффективность при этом, а сгорание и выхлоп сжатой в холодной части смеси происходят в горячем цилиндре. Данная технология дает до 20 процентов экономии топлива, но ученые надеются усовершенствовать систему и выжать из нее 50 процентов.

Двигатель Pinnacle

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

В данном виде двигателей поршни расположены противоположно друг к другу. Но в отличие от оппозитных двигателей, которые сейчас широко распространены, тут на одну головку цилиндра приходиться два поршня, соответственно взрыв горючей смеси происходит между двумя поршнями. При таком расположении поршней получается колоссальная экономия энергии, которая в привычных двигателях внутреннего сгорания тратиться на выделение высокой температуры.

Первые малолитражки с таким типом двигателей должны быть выпущены уже в 2013, а большие двигатели будут готовы к 2016. Инженеры ожидают увеличение эффективности данного двигателя до 50 процентов.

EcoMotors OPOC

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Данная схема двигателя объединяет в себе конструкции известного многим оппозитного двигателя и описанного выше двигателя Pinnacle. В данной конструкции два поршня расположены в одной головке цилиндра, а два других находятся тоже вместе под углом 180 градусов.

В обоих цилиндрах сгорание происходит в центре, между поршнями, длинные шатуны соединяют наиболее удаленные поршни с коленчатым валом, который расположен посредине. Как и другие оппозитные двигатели, OPOC не нуждается в тяжелых головках цилиндров, снижая вес двигателя. Ход поршней в таком двигателе, меньше чем в обычных бензиновых двигателях.

Инженеры Ecomotors надеяться создать демонстрационный автомобиль с двигателем OPOC, который на 2 литрах топлива будет проезжать до 100км.

Двигатель на взрывных волнах

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Поршни, клапана и распредвалы приводили в движение бензиновые двигатели на протяжении всего прошедшего столетия, но в будущем они могут оказаться ненужными. Исследователи Мичиганского университета разрабатывают новый вид бензинового двигателя, принцип действия которого базируется на взрывных волнах, которые поддерживают движение.

Концепция базируется на роторе, который содержит несколько радиальных каналов. Поскольку ротор вращается быстро, смесь топлива и воздуха поступает через серию каналов в его центре, заполняя отсек, в котором находиться ротор.

Расположение отсеков и каналов в системе такое, что во время сжатия жидкости все выходные порты заблокированы, чтобы горючая смесь не могла вытечь. Смесь приливает в отсеки внезапно, производя ударную волну, которая сжимает оставшуюся горючую смесь дальше в центр.

Дальше происходит зажигание и выхлоп, единственная проблема тут – это выбор времени.

Это, довольно радикальное решение, может сэкономить до 60 процентов топлива, а также дает возможность снизить общий вес автомобиля до 400 кг. Еще одним плюсом данного двигателя является то, что в нем мало движущихся частей, которые стираются в течении долгого времени.

Замена обычных свечей зажигания на лазеры

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Лазеры стают все лучше, и теперь их можно использовать в двигателях внутреннего сгорания. В свечах, которые используются сегодня, есть одна проблема, для сжигания большего количества воздуха и меньшего количества топлива нужна сильная искра. Но если увеличить мощность искры, будут быстро изнашиваться электроды. Идеальным выходом из данной ситуации может быть использование лазеров. У лазеров есть большой плюс по сравнению с обычными свечами зажигания, их можно очень точно настроить: установить нужную мощность, угол зажигания, тем самым увеличив мощность и эффективность процесса сгорания.

Японские инженеры уже разработали керамические лазеры диаметром 9 мм специально для двигателей внутреннего сгорания. Такие нововведения будут достаточно эффективны и не требуют серьезных доработок в существующих двигателях.

Mazda Skyactiv-G

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Mazda всегда славилась своими инновационными решениями. У них есть модели серийных автомобилей с роторными двигателями, а теперь они взялись за экономию топлива. Новый двигатель Skyactiv-G первый из серии Skyactiv и автомобили оборудованные данным двигателем будут выпускаться уже в следующем году.

Ожидается, что в конце этого года Мазда выпустит новую версию малолитражного автомобиля Mazda2. Она будет оснащена 1.3-литровым спортивным двигателем Skyactiv-G и вариаторной коробкой передач.

У данного двигателя будет самая высокая степень сжатия, что довольно сильно будет повышать топливную экономичность — приблизительно на 15 процентов.

В компании утверждают, что новая Mazda2 должна использовать чуть больше 3л бензина на 100 км.

Источник: http://mirnt.ru/node/124

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Главная » Новости

Опубликовано: 27.08.2018

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроенияПрактический семинар King. Вкладыши для современных двигателей новых конструкций

Как известно, сегодня поршневой двигатель внутреннего сгорания практически достиг предела своего совершенства, то есть значительно улучшить или доработать различные версии силового агрегата данного типа не представляется возможным.

Двигатели «Пульсар»: в России готовят первое серийное производство Конечно, в информационном пространстве встречается информация об уникальных двигателях с максимально увеличенной степенью сжатия (двигатель Ибадуллаева), двигателях без коленвала (например, двигатель Баландина) и т.д.

, однако такие моторы представляют собой единичные опытные экземпляры-прототипы.

При этом детальная конструкция держится в секрете и не доступна широким массам, нет никаких предпосылок для начала серийного производства подобных ДВС , ставится под сомнение реальная работоспособность таких силовых установок и т.д.

Если же говорить об инновациях, которые пошли в серию, сегодня особый интерес представляют разве что бензиновые и дизельные двигатели Mazda SkyActiv . Однако на этом эволюция ДВС все равно не прекратилась. Далее мы рассмотрим, что такое двигатель, который имеет магнитные клапаны , а также какие преимущества в перспективе имеет данное решение.

Доработка ГБЦ: магниты вместо пружин клапана

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Итак, давно известно, что потери полезной энергии на трение и приведение в действие различных механизмов и узлов в ДВС довольно значительные. Не трудно догадаться, если такие потери снизить, это будет означать, что силовая установка станет мощнее и экономичнее.

Идем далее. Если от коленвала, поршней и шатунов в блоке цилиндров избавиться не так просто, то тюнинг ГБЦ представляет собой вполне посильную задачу. В двух словах,  наиболее перспективным и одновременно простым решением является исключение клапанных пружин из конструкции ГРМ .

Такой подход в перспективе позволит увеличить КПД бензинового мотора на 10 или даже 12 процентов. Результат — бензиновый агрегат по топливной экономичности и ряду других  показателей вплотную приблизится к дизельному.

Чтобы было понятнее, для начала необходимо рассмотреть принцип работы обычного механизма ГРМ с распредвалом и пружинами клапанов. В двух словах, механизм газораспределения работает так, что в результате вращения распределительного вала на клапан воздействует толкатель.

Это позволяет клапану открыться в строго заданный момент и оставаться открытым определенный промежуток времени. Также дополнительно имеется пружина, которая  принудительно закрывает клапан сразу после того, как усилие от толкателя ослабевает.

Читайте также:  Стартер крутит,  а двигатель не заводится

Так вот, указанные пружины отнимают достаточно много энергии у распредвала. Фактически, двигателю нужно преодолевать усилие пружины, «продавливая» кулачком распредвала, чтобы открыть клапан. Силовой агрегат на продавливание только одной упругой пружины тратит около 30-100 кг. на сжатие, что очень много.

Если к этому добавить, что большинство современных ДВС имеют два распредвала и 16 клапанов, становится понятно, что большую часть энергии  мотор расходует именно для поддержания работы ГРМ.

Так вот, недавно появилась информация о том, что был создан двигатель, который вместо клапанных пружин получил магниты. Разработка принадлежит отечественным новаторам. Если коротко, вместо привычного распредвала с кулачками был установлен доработанный.

Такой вал получил особые магнитные эксцентрики. Эксцентрики притягивают клапан, обеспечивая постоянное зацепление. Получается, клапан «примагничен» к части вала, при этом в заданное время происходит открытие и закрытие клапана.

Получается, исключено давления клапанных пружин на распредвал, а также нет необходимости тратить энергию на преодоление усилия пружины для открытия клапана. В результате удается сэкономить много полезной энергии и увеличить КПД бензинового двигателя.

На практике, это позволяет достичь, в среднем, 30-40% экономии топлива на 100 км. пути, а также добиться прибавки мощности на 25-30%. Кстати, постройка такого двигателя была реализована на базе мотора ВАЗ Приора, а само изобретение создатели успешно запатентовали. Еще добавим, что в перспективе наличие магнитов на валу может позволить добиться еще более впечатляющих результатов.

Например, отдельные энтузиасты на профильных форумах обращают внимание на то, что если к мощным магнитам добавить еще и индукционные катушки,  тогда вполне можно избавиться и от автомобильного генератора . Это значит, что двигателю не нужно будет крутить отдельный агрегат, то есть еще больше должен увеличиться  показатель КПД двигателя. 

Перспективы двигателя с магнитными клапанами

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Вполне логично, что схема такого устройства ГРМ является достаточно перспективной. Однако для многих скептиков работоспособность данного решения является предметом для споров, надежность также вызывает  определенные сомнения.

Начнем с того, что наибольшего внимания заслуживает сама реализация магнитного крепления, так как на высоких оборотах распредвала клапан может попросту потерять жесткую сцепку, что приведет к нарушениям работы ГРМ и даже может стать причиной непредвиденных поломок.

Единственный аргументом может служить само утверждение изобретателей, которые наглядно демонстрируют, что благодаря магнитам удается удерживать вес около 400 грамм. Этого вполне достаточно для нормальной работы механизма газораспределения с учетом любых оборотов и нагрузок.

Также скептики справедливо отмечают, что магниты являются мягкими, то есть они  не способны выдерживать температурные и ударные нагрузки. При этом решение в этом случае также имеется. Достаточно поместить магнит в металлическую оболочку, которую можно изготовить из сверхпрочных сплавов. В результате магнит будет защищен от повреждений.

Напоследок отметим, что магнит вполне может прийти в негодность через какое-то время (фактически, магнитное поле станет менее сильным и сцепка ослабнет). Такую возможность исключать не стоит, однако для того, чтобы произошло «размагничивание», необходимо много времени (несколько лет).

На практике привычный ГРМ также нуждается в обслуживании через определенный пробег (ослабевают пружины клапанов, изнашивается сам распредвал и т.д.). При этом в двигателе без клапанных пружин, который будет изначально экономичнее и мощнее, также можно сделать замену на новые магниты.

Что в итоге

Как видно, относительно простое и доступное решение внедрить магниты в устройство клапанного механизма позволяет заметно улучшить характеристики ДВС. При этом также стоит отметить  достаточно низкую себестоимость подобной инновации.

С учетом того, что изобретение является запатентованным, вполне вероятно, что в ближайшем будущем такой разработкой заинтересуются представители отечественных и иностранных автоконцернов. В результате двигатель с магнитными клапанами без клапанных пружин имеет все шансы попасть в серийное производство.

Источник: https://ostroff34.ru/statya/2011289056-dvigatel-bez-klapannyh-pruzhin-novye-tehnologii-dvigatelestroeniya.html

Двигатель без распределительного вала. Инновационная система клапанов экономит 20% топлива

Электрогидравлическая, полностью изменяемая система клапанов,  полное цифровое управление их открытия и закрытия,  позволит уменьшить себестоимость производства двигателя. Результат — уменьшение цены автомобиля с ДВС.

До настоящего времени газообменные клапаны четырехтактных двигателей контролировались через приводы распределительных валов.

 Несмотря на некоторую сложную дополнительную механику, гибкость такой системы с приводом от распределительного вала остается ограниченной.

 В настоящее время компания Empa разработала инновационную систему клапанов с электрогидравлическим приводом, которая позволяет полностью свободно регулировать ход и время, в то же время будучи надежной и экономически эффективной.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Электрогидравлическая, полностью изменяемая система клапанов,  полное цифровое управление их открытия и закрытия,  позволит уменьшить себестоимость производства двигателя.

Стандарты выбросов ЕС были впервые введены в действие в декабре 1992 года, что привело к огромным изменениям в автомобильной промышленности.

 С тех пор каждые пять лет, или около того, этот невероятно влиятельный набор стандартов ужесточается для автопроизводителей.

Это вынуждает их искать способы снижения вредных выбросов выхлопных газов, «выжимая» из капли бензина как можно больше,  одновременно улучшая показатели мощности и производительности двигателя.

Очевидно, что полностью электрические транспортные средства являются золотым стандартом, когда речь идет об окружающей среде, но и переход к эпохе электромобилей, похоже, потребует больше времени, чем ожидалось.

Несмотря на стремление производителей перевести всю модельную линейку автомобилей на электрическую тягу, инженеры со всего мира продолжают совершенствовать двигатель внутреннего сгорания. Разработка группы исследователей из швейцарского государственного института Empa позволяет снизить расходы горючего на 20%.

Идея замены привода клапанов с распределительным валом, который блокирует время открытия, закрытия и измерения подъема впускных и выпускных клапанов, привлекает большое внимание.

Грубые, механические изменения фаз газораспределения, такие как Honda VTEC и недавно объявленная Hyundai система Continuously Variable Valve Duration, могут помочь в этом, но для того, чтобы получить максимальную отдачу от технологии, необходимо полностью отделить клапаны от коленчатого вала и достичь точного электронного управления, при открытии и закрытии впускного или выпускного клапана.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Двигатель Empa на испытательном стенде.  Empa

Предложенная инженерами электрогидравлическая установка FlexWork позволяет отказаться от классического распределительного вала и значительно повысить эффективность ДВС.

Разработчики ставили перед собой цель создать надёжную и экономичную систему клапанов, стоимость производства которых существенно ниже в сравнении с системами на базе распредвала.

Технология FlexWork подразумевает управление клапанами посредством электромагнитных катушек. При подаче напряжения на обмотку, катушки открывают клапан.

При отключении напряжения клапан возвращается в закрытое положение при помощи пружины. В результате расходуется минимум энергии.

уменьшается вес движка, стоимость изготовления, происходит отказ от многих запчастей (например, не потребуется замена ремня ГРМ). Уменьшенный мотор можно ставить не только спереди, но и размешать сзади, что поменяет дизайн машин.

По сути эта система похожа на распределенный впрыск, управляемый ЭБУ. Где так же независимо управляются клапаны, и можно мгновенно корректировать момент открытия и длительность, ориентируясь на показания датчиков, что невозможно при классической схеме с распредвалами. Такая система позволяет оптимизировать работу двигателя на всех режимах – это разумно и перспективно. 

Протестировав свою разработку на 1,4-литровом двигателе TSI Volkswagen, инженеры Empta выяснили, что их клапанная установка позволяет экономить до 20% топлива.

Испытания начались ещё в октябре 2018 года, и по свидетельству авторов проекта, двигатель успешно работает до настоящего времени. Один из самых многообещающих моментов в проекте FlexWork — низкая цена компонентов.

Это позволяет уменьшить себестоимость производства моторов и конечную цену на автомобили с двигателем внутреннего сгорания.

Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Электрогидравлическая клапанная система. Привод FlexWork в разрезе. Empa

Другой особенностью системы, установленной в Empa, является выбор гидравлической жидкости: вместо обычного масла можно использовать водно-гликолевую смесь, то есть охлаждающую воду двигателя.

 Благодаря своим физическим свойствам, эта среда подходит для быстро переключающихся гидравлических систем, так как она жесткая и, следовательно, создает меньше гидравлических потерь. Это делает головку блока цилиндров полностью безмасляной, т.е.

можно использовать более дешевое моторное масло, при этом, менять его реже.

Выбирая рабочие параметры, время открытия и закрытия, а также подъем клапана для каждого цилиндра можно выбирать абсолютно без ограничений.

Это означает, что каждое рабочее состояние двигателя можно варьировать от цикла к циклу, например, с помощью интеллектуального управления нагрузкой, путем выбора количества остаточного газа, остающегося в цилиндре (рециркуляция отработавших газов), или путем отключения ненужных цилиндров без уведомления водителя.

 Это делает двигатель легко адаптируемым к новым возобновляемым видам топлива. Кислородсодержащие топлива, такие как метанол или этанол, например, позволяют большему количеству остаточного газа оставаться в цилиндре.

Природный газ, биогаз и синтез-газ, вырабатываемый ветряной и солнечной энергией, обладают повышенными антидетонационными свойствами, и клапанная система также может гибко реагировать на это.

 Кроме того, альтернативные концепции сгорания также могут быть реализованы сравнительно легко, например, однородное самовозгорание: топливно-воздушная смесь зажигается в нужный момент без искр зажигания.

 Смесь сжигается практически без загрязнения окружающей среды.

Источник/ Источник

Источник: https://naukatehnika.com/dvigatel-bez-raspredelitelnogo-vala-1.html

Двигатель без клапанных пружин. Реально революция в моторостроении

А с учетом других доработок, могут добиться 10 – 12% увеличения. Таким образом, бензиновый двигатель приблизится по эффективности к дизельному!

Ладно, не буду петь долгие дифирамбы, сами все увидите внизу в видео. А сейчас принцип работы обычного распредвала.

Обычный распредвал, основанный на пружинах

Если вы хоть чуть-чуть разбираетесь в строении ГРМ (газораспределительного механизма) двигателя, вы знаете, что у каждого клапана есть специальная пружина, которая возвращает его обратно, когда коленвал его продавит вниз. Без такого строения работа будет невозможной!

  • Эти пружины оттягивают на себя достаточно большую часть энергии распредвала, то есть двигателю нужно продавить эту пружину, после чего она вернет клапан на место!

Чтобы продавить этот упругий механизм, двигателю нужно потратить примерно от 30 до 100 кг на сжатие, это очень большая энергия. А теперь представьте что таких пружин 16, по наличию клапанов.

И каждый раз, когда мотор работает, он отдает часть своей энергии на преодоление этого усилия.

Модернизированный механизм, основанный на магнитах

Теперь разберем работу, основанную на магнитах, что предложили наши умельцы.

Вместо обычного коленвала, имеется специальный, который имеет магнитные эксцентрики, сделанные из магнитов (либо имеющие магниты в своем строении).

Они притягивают конструкцию клапана, и находятся с ней в постоянном зацеплении. То есть клапан всегда как бы намагничен к этой части вала. В нужное время он закрывается, в другое открывается.

Что нам это дает? Все просто – рапредвалы не испытывают давления пружин, не тратят энергию на преодоление сжатия, а поэтому экономится реально куча энергии! Это реально прорыв.

Как заверяют сами производители, экономия топлива достигает 3 – 4 литров на 100 километров, а таким образом, если ваша ПРИОРА (на механике) расходует 8 -9 литров в городском режиме, то после переделки будет всего 5 – 6 литров! Просто супер! Прибавляется и мощность, по заверению изобретателей около 20 – 30 л.с.

Сейчас ребята, видео этих народных умельцев, больше контактов я не нашел. Можно посмотреть их канал на YOUTUBE.

Сомнения и размышления

Конечно даже самая идеальная система – неидеальная, многие скажут, что клапан «оторвется» от высоких оборотов и машина будет работать не эффективно! НО и здесь «Кулибины» представляют видео, оказывается — что клапан может держать 400 грамм веса, что более чем предостаточно для нормальной работы, смотрим.

Другие могут сказать, что магниты это мягкий металл и при высоких температурах его просто раскрошит. Но подумайте — зачем делать голое зацепление с магнитом? Ведь его можно закрыть в тонкий, но прочный металлический корпус, который будет противостоять нагрузкам, то есть магнит будет как бы в скорлупе!

Третьи могут возразить – что магнит со временем потеряет свое притяжение, это конечно справедливо, но реально пройдет несколько лет, можно будет поменять на новые магнитные валы. Ведь обычные, также выходят из строя через определенный пробег.

Читайте также:  Чем плоха коробка dsg: основные недостатки

Так что изобретение вполне живучее, причем ребята получили патент. Хочется, чтобы оно не «похерилось» как обычно у нас это бывает, а получило свое развитие.

Дополнительные проценты энергии

Так как у нас на валу крутятся, по сути мощные магниты, то к ним можно примастерить катушки индукции, с 16 клапанов можно будет снимать дополнительное напряжение которые может заменить собой генератор, таким образом мы убираем еще одно звено которое съедает драгоценные проценты КПД.

Источник: http://cwt.top/ru/news/1011/news

Тенденции двигателестроения. пойти своим путем

Какие критерии считают ключевыми для выбора «самого-самого»? Есть ли принципиальные отличия в подходе к конструированию на разных континентах? Попробуем найти ответы на эти вопросы.

ЕВРОПА: В РЕЖИМЕ ЭКОНОМИИ

На недавней пресс-конференции в Лондоне глава концерна «Пежо-Ситроен» Жан-Мартин Фольц весьма неожиданно для многих отозвался о гибридных автомобилях: «Посмотрите вокруг: таких машин в Европе менее 1%, тогда как доля дизелей достигает половины». По мнению господина Фольца, современный дизель гораздо дешевле в производстве, будучи не менее экономичен и экологичен.

Времена, когда дизели оставляли за собой черный шлейф, тарахтели на всю улицу и заметно уступали по литровой мощности бензиновым моторам, прошли. Сегодня удельная доля дизелей в Европе составляет 52% и продолжает расти. Толчок дают, например, экологические бонусы в виде сниженных налогов, но прежде всего — дороговизна бензина.

Прорыв на дизельном фронте произошел к концу 90-х, когда в серию пошли первые моторы с «коммон рейл» — общей топливной рампой. С тех пор давление в ней неуклонно растет. В новейших двигателях оно достигает 1800 атмосфер, а ведь еще недавно 1300 атмосфер считались выдающимся показателем.

На очереди — системы с двукратным повышением давления впрыска. Сначала насос нагнетает топливо в аккумулирующий резервуар до 1350 атм. Затем давление поднимают до 2200 атм, под которыми оно и поступает в форсунки. Под таким давлением топливо впрыскивают через отверстия меньшего диаметра. Это улучшает качество распыла, повышает точность дозировки. Отсюда выигрыш в экономичности и мощности.

Уже не первый год применяют пилотный впрыск: первая «партия» горючего поступает в цилиндры чуть раньше основной дозы, чем достигается более мягкая работа мотора и чистый выхлоп.

Помимо «коммон рейла», есть иное техническое решение, чтобы поднять давление впрыска на небывалую высоту. Насос-форсунки перебрались с грузовых моторов и на легковые дизели. Им привержен, в частности, «Фольксваген», составляя здоровую конкуренцию «общей рампе».

Одним из камней преткновения на пути дизеля всегда был экологический. Если бензиновые моторы журили за угарный газ, окиси азота и углеводороды в выхлопе, то дизели — за соединения азота и частицы сажи. Введение в прошлом году норм Евро IV далось непросто.

С окислами азота справились посредством нейтрализатора, а вот сажу ловит особый фильтр. Он служит до 150 тыс. км, после чего его либо меняют, либо «прокаливают». По команде управляющей электроники в цилиндр подаются отработавшие газы из системы рециркуляции и большая доза топлива.

Температура выхлопа повышается, и сажа выгорает.

Примечательно, что большинство новых дизелей могут работать на биодизельном горючем: в его основе лежат растительные масла, а не нефтепродукты. Это горючее менее агрессивно к окружающей среде, поэтому его массовая доля на рынке Европы должна достигнуть к 2010 году 30%.

Источник: https://www.zr.ru/content/articles/12101-tendencii_dvigatelestrojenija_pojti_svoim_putem/

Автомобильный двигатель без распределительного вала

В схеме газораспределительного механизма Архангельского имеется центробежный регулятор, сдвигающий моменты открытия и закрытия клапанов в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Клапан Архангельского открывается при срабатывании электромагнита и закрывается возвратной пружиной.

Использование для перемещения клапана двух электромагнитов позволяет избавиться от возвратных пружин.

В новой конструкции газораспределительного механизма привод расположен сбоку от блока цилиндров. Применение длинных соленоидов увеличивает ход клапанов, позволяет его регулировать в широких пределах.

Исторически сложилось так, что отечественное автомобилестроение развивалось в попытках догнать западных коллег. По-настоящему оригинальные модели (к ним относится, скажем, “Победа”) можно пересчитать по пальцам. И все же интересные разработки, внедрение которых позволило бы нашим автомобилестроителям успешно конкурировать с зарубежными, появляются.

Предлагаем вниманию читателей рассказ о необычном механизме, предложенном доцентом кафедры “Электротехника и электрооборудование” Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета) Д. А. Сосниным.

Устройство позволяет отказаться от применения в двигателе привычного распределительного вала и в то же время гибко управлять фазами газораспределения и величиной хода клапанов.

  • ТАМ, ГДЕ ЭЛЕКТРОНИКА ПАСУЕТ
  • КЛАПАН АРХАНГЕЛЬСКОГО
  • ОДИН ХОРОШО, А ДВА ЛУЧШЕ
  • КОНКУРЕНТОСПОСОБНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Любой автомобилестроитель стремится к тому, чтобы двигатели внутреннего сгорания (ДВС) на его машинах работали в оптимальном режиме: обеспечивали максимальную мощность, равномерность крутящего момента, минимальный расход топлива, наименьшую токсичность выхлопных газов. Однако пока этого никому не удалось добиться в полной мере, поскольку улучшение одних характеристик приводит к ухудшению других. В последнее время, правда, достигнут существенный прогресс благодаря применению автоматизированного управления работой двигателя с широким использованием электроники. При составлении программы для системы управления двигатель на специальном испытательном стенде вводят в устойчивый режим работы и последовательно корректируют все параметры так, чтобы для данного режима они обеспечивали наилучшие выходные характеристики. То же проделывают при других режимах. Результаты записывают в постоянную память электронного блока в виде многомерной диаграммы, с помощью которой в дальнейшем формируются управляющие сигналы по каждому из параметров. Например, в комплексной электронной системе “Motronic” (ФРГ), которая управляет впрыском топлива и зажиганием, пять таких диаграмм: для корректировки угла опережения зажигания, времени впрыска топлива, положения клапана рециркуляции (устройства, возвращающего часть выхлопных газов в цилиндр для лучшего дожигания топлива), времени накопления энергии в катушке зажигания и положения дроссельной заслонки. В качестве входных параметров в этой системе используются частота вращения коленчатого вала, крутящий момент и температура двигателя, а также напряжение аккумуляторной батареи. На выходе контролируют соответствие оборотов двигателя крутящему моменту и содержание окиси углерода в выхлопных газах. К сожалению, в автомобиле есть система, которая не поддается регулированию даже самой изощренной автомобильной электроникой. Это газораспределительный механизм с жесткой кинематической связью между коленчатым и распределительным валами. Специалисты считают, что классический двигатель достаточно совершенен и если иногда плохо работает, то лишь потому, что “задыхается от собственного выхлопа”; стоит дать двигателю побольше кислорода, позволить “дышать полной грудью”, и ему не будет альтернативы. Помочь двигателю можно, если бы удалось сдвигать моменты открытия и закрытия клапанов, в первую очередь впускных. Вспоминается, как еще в начале 70-х годов прошлого века автогонщики прибалтийских республик выигрывали состязания, добиваясь частоты вращения коленчатого вала до 3000 об/мин на холостом ходу и до 8000 об/мин на полном газу. Впоследствии выяснилось, что они раздобыли шаблон распределительного вала, наплавляли кулачки и затем вручную доводили их форму. С такими распредвалами двигатели выдавали высокие характеристики (мощность и крутящий момент), но только на больших оборотах. Для спортивных машин это хорошо, но для “частных” — неприемлемо. Тем не менее такой факт говорит о заметной роли запаздывания или опережения фазы клапанов. Как же заставить клапан открываться и закрываться в тот момент, который соответствует оптимальной работе двигателя? Ясно, что нужно управлять фазами газораспределения в зависимости от частоты вращения, положения и нагрузки коленчатого вала. Традиционный кулачковый распредвал не позволяет решить эту задачу. В небольших пределах соотношение фаз газораспределения можно регулировать с помощью механических, электромеханических, гидравлических, пневматических приводов клапанов. Но наиболее перспективным считается электромагнитный привод, управляемый электроникой. С его помощью можно не только оптимизировать работу двигателя, но и расширить его функциональные возможности. Так, четырехцилиндровый двигатель при изменении порядка срабатывания клапанов можно заставить действовать как двух- или трехцилиндровый; он более равномерно работает при переменных нагрузках, потребляет меньше топлива на максимальных оборотах при заданной мощности. Не будет у такого двигателя проблем с изменением направления вращения коленчатого вала. На первый взгляд все выглядит очень просто, но почему-то на автомобилях электромагнитные клапана пока встречаются только в экспериментальных разработках. Попытку реализовать идею электромагнитного клапана с гибким управлением предпринял в середине XX века профессор МАДИ В. М. Архангельский. Включение и выключение электромагнитов происходило при замыкании и размыкании контактов, связанных с кулачками распределительного вала. На место клапан возвращался пружиной. В схеме Архангельского был предусмотрен центробежный регулятор на распределительном валу. При изменении частоты вращения он смещал положение кулачков и вызывал опережение открывания и закрывания клапанов. Таким образом, регулятор играл роль обратной связи. Это позволяло обходиться без программного управления, которого, кстати, тогда и не могло быть. К сожалению, несмотря на изящество схемы, работоспособную конструкцию создать не удалось. Дело в том, что клапан должен быстро срабатывать и надежно закрываться, а поэтому требуется возвратная пружина с большой жесткостью. Соответственно нужен мощный электромагнит, который потребляет значительный ток из бортовой сети автомобиля. В те времена не было мощных полупроводниковых вентилей и металлические контакты при коммутации больших токов быстро выгорали. Наконец, при закрытии клапана возвратной пружиной происходил сильный удар головки клапана о гнездо, что вызывало шум при работе газораспределительного механизма и вело к частым поломкам клапанов. Избавиться от многих недостатков, присущих клапану Архангельского, можно, если вместо одного электромагнита поставить два — открывающий и закрывающий. Подобная схема была разработана одним из студентов Тольяттинского государственного университета в дипломном проекте под руководством доктора технических наук профессора В. В. Ивашина. В данном варианте конструкции пружины не нужны, и поэтому электромагниты могут быть меньших размеров и мощности — ведь большой ток потребляется лишь при закрывании и открывании клапанов, а для их удержания достаточна сила тока в десять раз меньше. Но главное, теперь можно обойтись совсем без распределительного вала, поскольку задавать время срабатывания и силу тока через обмотку электромагнита может программируемый контроллер — электронное устройство, обычно на микропроцессоре, управляющее работой двигателя и других систем автомобиля. В НАМИ под руководством кандидата технических наук А. Н. Терехина начали проводить исследовательские и конструкторские разработки газораспределительного механизма с электромагнитным приводом клапанов на базе двигателя М-412. В результате был создан действующий макет газораспределительного механизма с двухсторонними электромагнитами на восьми клапанах. Но с начала 1990-х годов финансирование прекратилось, и перспективная разработка затерялась в архивах. Несколько лет назад работы над новым газораспределительным механизмом были возобновлены на Волжском автозаводе под руководством главного конструктора АвтоВАЗа П. М. Прусова. Так, среди тем Всероссийского конкурса “Русский автомобиль” (см. “Наука и жизнь” № 12, 2002 г.) была объявлена “Разработка системы электромагнитного привода газораспределительных клапанов для 16-клапанного двигателя ВАЗ”. На конкурс были представлены два проекта, но оба совсем “не по делу”, и их даже не стали рассматривать. Тем временем над усовершенствованием электромагнитного привода клапанов начали работать японские, американские и (с наибольшим успехом) немецкие автомобилестроители. Уже в 2002 году компания БМВ приступила к испытаниям на реальном 16-клапанном двигателе газораспределительного механизма с электромагнитным приводом всех клапанов. Тогда же к разработке электромагнитных газораспределительных клапанов приступили на кафедре “Электротехника и электрооборудование” МАДИ (ГТУ). Хотя на Западе нас не признавали конкурентами: мол, “отстали на 10 миль” (на жаргоне автогонщиков так говорят об отставших на два круга, что означает — слабаки), однако автором запатентована конструкция, которая решает большинство проблем, присущих электромагнитным приводам. В ней вместо громоздких электромагнитов, установленных над клапанами, применены длинные соленоиды. Торможение сердечника в длинном соленоиде реализуется не жесткими упорами, а краевыми магнитными полями, и работа привода становится бесшумной. Кроме того, ход клапана может быть сколь угодно большим и регулируемым. Возвратно-поступательное движение от электромагнита к клапану передается через штангу и качающееся коромысло. Благодаря этому привод можно устанавливать не над блоком цилиндров, а на его боковой поверхности. В результате значительно уменьшается высота двигателя, а для охлаждения и смазки деталей привода используются штатные системы автомобиля. Теперь дело за моторостроителями. Если удастся воплотить идею в металле, в России появится приемистый и экономичный автомобиль, который к тому же будет удовлетворять самым жестким требованиям по чистоте выхлопа.

Источник: https://www.nkj.ru/archive/articles/11831/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector