поршневые группы от моторов VR-типа.
Проблема заключалась в том, что на коленчатом валу примерно той же длины в этом случае размещалось вдвое больше шатунов, чем в VR-двигателе. Поэтому их пришлось делать тоньше. Шатун подвергается в двигателе наибольшим нагрузкам сжимающего, растягивающего и изгибающего вида, и слишком тонкие шатуны на повышенных оборотах начинают «поигрывать». В двигателе W16 колоссальной мощности в 1001 л.с. для спортивного Bugatti ЕВ16/4 Veyron влияние инерционных моментов на шатуны сократили, увеличив развал между двумя VR-rpyппaми до 90° и снизив скорость поршня до 17,2 м/с. Размеры двигателя при этом выросли, но все равно остались завидно малыми для агрегата с такими показателями: его длина 710, а ширина 767 мм.
В быстроходных современных двигателях выпускные клапаны начинают открываться для отвода отработавших газов, когда те еще способны на полезную работу. И не успевает поршень вытолкнуть остатки продуктов сгорания из цилиндра, как открываются впускные клапаны. При этом часть отработавших газов смешивается с новой порцией топливовоздушной смеси, что ухудшает ее качество. Нежелательное на первый взгляд явление, называемое перекрытием фаз, оказывается, можно обратить во благо.
Если оставить впускные клапаны открытыми подольше, в камеру сгорания попадет больше смеси. Это обеспечит более ровную, устойчивую работу двигателя на малых оборотах коленчатого вала, а при высокой частоте вращения улучшит его тяговые возможности.
Задержка закрытия выпускных клапанов позволит на такте впуска завлечь обратно в цилиндр некое количество отработавших газов, чтобы вновь пустить их в дело, что окажет благоприятное влияние на показатели токсичности выхлопа.
Итак, да здравствуют приспособления, изменяющие режим работы впускных и выпускных клапанов и увеличивающие длительность их открывания!
Принцип действия таких «фазовращателей» состоит в дополнительном проворачивании распределительного вала вокруг его оси на несколько градусов. У компании BMW подобное устройство называется (в зависимости оттого, на одном или двух валах установлено) Vanos или Double Vanos. В 2001 году фирма внедрила еще более совершенное устройство – Valvetronic, продлевающее фазу открытия впускных клапанов за счет изменения плеча коромысел. Оно настолько улучшило газообмен, что позволило отказаться от анахронизма карбюраторной эпохи – дроссельной заслонки во впускном канале двигателя, регулирующей объем поступающего в цилиндр воздуха. Мотор с Valvetronic в среднем на 10% экономичнее своего «заслоночного» аналога и быстрее откликается на нажатие педали газа.
Для получения наиболее оптимальных характеристик в широком диапазоне оборотов коленчатого вала современные двигатели оснащают также и впускными трубопроводами переменной длины. Отдаленно принцип действия такой системы напоминает печную трубу с заслонкой. Пока обороты коленчатого вала невелики, воздушный поток поступает через длинное колено, обеспечивая двигателю наилучшие тяговые возможности. На короткое колено переключаются при больших оборотах, и это увеличивает мощность. А компания BMW на моделях 735i/745i применяет и вовсе бесступенчатый регулятор впускного трубопровода, похожий на гигантскую улитку. Его длина варьируется от 231 до 673 мм. Цилиндрический воздухораспределитель способен менее чем за секунду повернуться в полости впускного трубопровода на 236°, изменяя тем самым его рабочую длину. С целью уменьшения массы двигателя впускные трубопроводы нередко изготавливают из полиамида.
Оптимальное соотношение воздуха и бензина – 14,5:1 называют стехиометрическим. Поэтому чтобы «затолкать и сжечь» в цилиндрах больше бензина за единицу времени, приходится увеличивать и весовое содержание воздуха. Для этого используют специальные нагнетатели, среди которых наибольшее распространение получили турбонаддувы. В них для разгона насосного колеса используется энергия отработавших газов, вращающих турбину. Работу этих устройств также стараются оптимизировать. Например, изменяя геометрию лопаток турбины, а также направляя излишек отработавших газов в обход лопаток. Турбокомпрессору, как и другим деталям двигателя, тоже свойственна инерционность, ухудшающая характеристики двигателя «в низах» (то есть при малых оборотах). Явление получило название «турбояма». Для раскрутки турбины компания Saab на модели 9-3 использует такой прием: независимо от перемещения педали «газа» в начале езды в двигатель поступает дополнительная порция смеси. Поток отработавших газов ненадолго увеличивается, и они быстрее раскручивают механизм нагнетателя.
Каким парадоксальным это ни покажется, но и поджечь топливно-воздушную смесь в цилиндре отнюдь не просто. Она может потухнуть. По этой причине в зоне свечи зажигания стараются уменьшить турбулентность смеси. Возможно и обратное – смесь самостоятельно детонирует, хлестнув по стенкам камеры сгорания, клапанам и поршню волной давления с разрушающей силой. На скорость сгорания влияет целый ряд параметров: температура, напряжение зажигания, качественный состав смеси и прочее. Конструкторы всегда мечтали приспособить двигатель к работе на обедненной смеси. В некоторых моторах весовое соотношение воздуха и бензина достигает 20:1 и даже 25:1. Это стало возможным с появлением системы впрыска, в которой форсунки распыляют порцию бензина непосредственно в камеру сгорания. Технология подсмотрена у дизельного двигателя. Запатентовавшая ее первой компания Mitsubishi (так называемый процесс GDI) предлагает пользоваться режимом сверхбедной (до 40:1) смеси для экономичной и экологичной езды в городском режиме. Впрыск топлива происходит после того, как поршень уже начал движение к верхней мертвой точке, попутно закручивая сжимаемый в полости цилиндра воздух. Благодаря особому гребню на рабочей поверхности (называемой днищем) поршня центр этого маленького смерча фокусируется возле свечи зажигания. Туда впрыскивается порция топлива и производится электрический разряд. Еще своеобразнее процесс протекает, когда в цилиндр на такте впуска распыляют предварительную, «пилотную» порцию топлива. Она смешивается с воздухом в ничтожной пропорции 60:1, попутно снижая температуру в цилиндре. Это уменьшает вероятность детонации. Затем происходят впрыскивание основной порции топлива и его воспламенение. Система GDI на 10—15% экономичнее моторов, оборудованных впрыском обычного типа.
Новые горизонты открывает дизелям устройство непосредственного впрыска с форсунками, отличающимися высоким быстродействием – до 0,1 миллисекунды – вчетверо меньшим, чем прежние механические. В узле, запирающем их сопла, используется открытый в 1880 году Жаном и Пьером Кюри пьезоэффект: деформация пьезокерамического элемента под действием электрического напряжения. Компьютерное управление позволяет за один рабочий цикл произвести несколько впрыскиваний топлива. Чтобы избежать жесткого процесса сгорания, в цилиндр производится так называемый «пилотный» впрыск (один или несколько), создающий среду, готовую принять основную порцию топлива. После воспламенения основной порции в разогретый цилиндр может быть произведена еще пара коротких впрыскиваний топлива, для улучшения состава отработавших газов. Датчики отслеживают содержание самой «проблемной» составляющей в выхлопе – оксидов азота, которые могут уничтожаться разными способами – от дожигания непосредственно в цилиндрах дизеля до применения в системе выпуска отработавших газов специальных катализаторов, превращающих продукты сгорания в азот и воду.
Единая для группы цилиндров топливная магистраль common rail позволяет держать наготове достаточный запас сжатого под высоким давлением (1 450—1 800 атм) топлива и оперативно выстреливать порции его через форсунки. Система иного рода, с индивидуальными насос-форсунками для каждого из цилиндров, обеспечивает еще более высокое давление впрыска.
Оценка токсичности выхлопа производится по испытательным циклам, утвержденным Европейской экономической комиссией (ЕСЕ). 1 января 2005 года в Европе начнут действовать нормы токсичности Евро-IV. Напомним, что в нашей стране должны были вступить в силу нормы Евро-П, действовавшие в Европе с 1996 по 2000 год.
Чем опасна каждая из составляющих этой таблицы. Оксид углерода, или, попросту, угарный газ, – бесцветный газ без вкуса и запаха, в объемной концентрации в воздухе всего 0,3% приводит к смерти человека. Углеводороды являются окислителями, раздражающими слизистую оболочку, некоторые из них к тому же канцерогенны. Оксиды азота перенасыщают почву, окисляют ее, способствуют появлению озона вблизи поверхности дороги, раздражают слизистую оболочку глаз, а, окисляясь до NO 2 , превращаются в ядовитый газ.
Твердые частицы также являются канцерогенами, и если в бензиновых моторах их удается устранить
