Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое облегчение деталей двигателя

Даунсайз, надёжность и ВАЗ: как и почему моторы автомобилей становятся меньше?

Так уж повелось, что каждое новое поколение автомобилей становится чуть больше предыдущего. И это понятно: всем нужны комфорт и простор в салоне. Но расти бесконечно машины не могут, поэтому в жертву комфорту часто приносят размер моторного отсека. Но вот что странно: ещё лет пятнадцать назад двигатель объёмом 2,5 литра был обычно в компоновке V6, а сейчас он чаще бывает обычной рядной “четвёркой”. То есть, объём мотора остаётся прежним, а его габариты — уменьшаются. Или даже так: объём растёт, а габариты — нет. Как этого добились ведущие мировые моторостроители, и почему этот технический прогресс обошёл стороной наши родные ВАЗы?

Большие изнутри, маленькие снаружи

И нтересные метаморфозы объема можно проследить на примере «долгоживущих» семейств двигателей, имеющих прямых «наследников». Например, «родословная» фольксвагеновского семейства моторов ЕА888 прослеживается от моторов семейства EA827, которые в 1972 году имели объемы от 1,3 литра. Примерно к 1996 году моторы этого семейства “выросли” до двух литров.

Тот же блок цилиндров стал базой для семейства EA113. У этих моторов появились пять клапанов на цилиндр и даже непосредственный впрыск, но сохранилось межцилиндровое расстояние в 88 миллиметров. Для моторов EA888 блок цилиндров был серьезно переработан для использования цепного ГРМ, но при этом он сохранил прежние габариты. Более того, термин «даунсайз» относился изначально именно к этому семейству моторов: при анонсе двигателя ЕА113 с пятью клапанами на цилиндр и турбонаддувом впервые употребили термин, который стал знаковым на следующие два десятилетия. Правда, единственным последователем “даунсайза” Volkswagen оставался недолго.

Объёмы моторов V6 Mitsibishi 6G7 выросли с двух и трёх литров на 6G71/6G72 до 3,5 и 3,8 литров соответственно у моторов серий 6G74/6G75. Правда, сделали это чуть быстрее — не с 1972 года, а с 1986-го.

Примерно схожий рост объемов при почти неизменной конструкции блоков цилиндров демонстрируют и знаменитые V6 от Nissan серии VG и VQ, которые увеличись в объёме от двух-трёх в 1984 году до 3,7-4 литров в 2005-2007 годах. Рост рабочего объема при одинаковом размере блока получился даже больше, чем у Фольксвагена.

Аналогичные изменения произошли со многими другими моторами начала двухтысячных годов. Рост литрового объема на 25% при неизменном размере блока — это очень много. Так как же удалось добиться таких результатов? Конечно же, благодаря увеличению диаметра цилиндра и хода поршня. А вот какой ценой — вопрос сложный.

Теоретически надёжно

Увеличить диаметр цилиндра (иными словами — «расточить» мотор) — решение далеко не новое. Вот только при серийном исполнении оно потребует как минимум выполнения целого ряда условий. И список задач перед конструкторами стоит довольно серьёзный: нужно в обязательном порядке обеспечить равномерное охлаждение цилиндров, достаточную жесткость блока и надёжность газового стыка с ГБЦ. Ну и желательно предусмотреть возможный ремонт блока, заметно усложнённый уменьшением размера межцилиндровой перемычки.

Вопрос с ремонтными размерами решают элементарно: от них просто отказываются. Ставку при этом делают на современные материалы гильз цилиндров, которые обычно имеют высокую износостойкость или теоретически вообще не изнашиваются. Действительно, алюсиловые и никасиловые блоки могут прослужить до пробегов чуть ли не в миллион километров. Правда, только при отсутствии повреждений поршневой группы. Даже чугунные гильзы могут быть крайне прочными, и моторы с ними вполне могут пробежать до значительного износа полмиллиона километров. Вспоминают о необходимости ремонтных размеров в случае износа цилиндров от абразива вследствие неправильной работы поршня. Ещё одна редкая причина необходимости ремонта — изменение геометрии цилиндра при сохранении структуры поверхности. Происходит это из-за высокой степени форсирования рабочего процесса, облегчения деталей или перегрева.

И всё же при высоком качестве сборки мотора, отсутствии неисправностей и выраженных конструктивных просчетов ремонтные размеры не очень нужны. Во всяком случае, так себя успокаивают разработчики, отказываясь от них вовсе или оставляя буквально один минимальный.

Уменьшение межцилиндровой перемычки до минимума требует отказа от каналов охлаждения между цилиндрами в классическом виде и увеличения в этой зоне жесткости материала блока. На современном уровне развития технологий моделирования тепловых и гидродинамических процессов эта проблема вполне решаема. И если раньше старались сверлить каналы между цилиндрами, то сейчас вопросы охлаждения решают оптимизацией потоков охлаждающей жидкости, формой поршней и масляным охлаждением поршней. В случае использования алюминиевых блоков цилиндров на ситуацию благотворно влияет и его высокая, в сравнении с чугуном, теплопроводность.

Ну и, конечно же, заметно увеличились требования к качеству отливки блока и качеству материала гильз, вследствие чего при минимальной толщине они должны выдерживать значительные тепловые и механические нагрузки.

Тонкая межцилиндровая перемычка приводит к снижению надежности газового стыка и ухудшению геометрии цилиндра в верхней части после обжима прокладки. Но тут выручают прокладка ГБЦ из металлопакета, а высокое усилие на стыке за счет использования высокопрочных болтов и установка на «доворот» с программируемым усилием вытягивания болтов. Все это позволяет обеспечить надежность даже при высокой степени форсирования моторов.

Читать еще:  Электрические схемы питания двигателя

В серийном производстве максимально допустимые диаметры цилиндров стали использовать в двухтысячные годы. До этого времени такие решения встречались только только на редких спортивных моторах.

Длиннее — лучше

Второе слагаемое в деле увеличения рабочего объема — это увеличение хода поршня. И тут тоже есть свои сложности. Хотя бы потому, что поршень должен быть максимально компактным, с минимальной компрессионной высотой для сохранения оптимальной длины шатуна (так называемого R/S ratio), с минимальной длиной юбки, чтобы она не задевала за противовесы коленвала в НМТ. Диаметры поршневого пальца и шатунной шейки коленчатого вала должны быть минимальными для уменьшения габаритов нижней головки шатуна, обеспечения минимальной компрессионной высоты поршня и максимального радиуса кривошипа. Впрочем, “длинноходные” моторы давно завоевали право на жизнь, и почти все современные конструкции относятся именно к этому типу.

Для обеспечения максимального радиуса кривошипа при тех же габаритах картера и блока максимально увеличивают коленвал, а в случае достижения предельных размеров стараются уменьшить диаметр шатунных шеек. Все это возможно только при повышении качества литья или при установке кованого коленвала вместо литого.

Также помогают конструктивные меры — например, оптимизация формы внутренних каналов коленвала. Пока такие эксперименты проводят осторожно, и разве что на моторах с очень маленьким картером приходится отказываться от противовесов для оптимизации нагрузок на коленвал.

Соотношение длины шатуна к ходу поршня, обозначаемое в англоязычных источниках как R/S, влияет на механический КПД мотора, боковую нагрузку на поршень, на качество наполнения цилиндра и работу ГРМ. Считается, что оптимальным со всех точек зрения является соотношение 1,75. При увеличении коэффициента работа поршня становится более эффективной, но снижаются мощностные параметры, а меньший коэффициент ведет к увеличению износа поршня и цилиндра, а также к росту боковой нагрузки на сам шатун.

Для обеспечения максимального радиуса кривошипа шатун обычно приходится укорачивать, несколько ухудшая механический КПД мотора. При оптимизации формы поршня, улучшении смазки и качества поршневой группы приемлемый ресурс всё же можно обеспечить, и современные методы проектирования позволяют минимизировать негативные факторы и сохранить ресурс даже при R/S с соотношением менее 1,55.

Переход на Т-образные поршни в массовом двигателестроении произошел еще в девяностые годы. Но сделать его ещё меньше и легче пытаются и сегодня. Эти попытки обычно упираются в проблемы обеспечения терморежима поршневых колец из-за снижения высоты жарового пояса.

Оптимизация формы и материала шатуна позволяют сделать его меньше, одновременно повысив запас его прочности, необходимый при уменьшении R/S.

Впрочем, длинноходному двигателю с низким R/S прочный шатун тоже не помешает, но тут обычно можно обойтись настройкой системы управления двигателем для снижения пиковых нагрузок и увеличения прочности детали за счет изменения технологии изготовления.

Ну а возможному увеличению рабочего объема моторов способствует и переход на закритические алюминиевые сплавы для поршней и блоков цилиндров, снижающий зазоры ЦПГ.

Думаю, теперь понятно, как современные моторы с рабочим объемом 2,0-2,5 литра «упаковывают» в блоки размером с 1,6-литровый мотор 80-90-хх годов. Но давайте теперь посмотрим, а может ли получиться что-то подобное из моторов ВАЗ?

А у ВАЗ?

Ответим сразу — теоретически, да. Межцилиндровое расстояние у моторов ВАЗ для переднеприводных машин составляет целых 89 мм, что на миллиметр больше, чем у фольксвагеновских ЕА113. Диаметр цилиндра при этом равен 82 мм, а ход поршня — 84 мм. Получается рабочий объем в 1,8 литра. У Volkswagen, напомню, 82,5 х 92,8 дают рабочий объем в два литра, а у мотора объёмом 1,8 л размерность 81 х 86,4 мм. Правда, шатун на VW 2,0 20v имеет межцентровое расстояние 144 мм, а на вазовском моторе 1,8 л шатуны используются уже достаточно короткие — 128 мм. Как нарастить объём до двух литров? Можно поставить коленвал с диаметром кривошипа 94,7 мм, сохранив диаметр цилиндра. Впрочем, блок цилиндров ВАЗ при тюнинге в большинстве случаев могут расточить до 84 мм, так что можно обойтись коленвалом с диаметром кривошипа 90,2 мм.

Сейчас среди тюнинговых запчастей для моторов ВАЗ можно найти коленвалы с диаметром кривошипа до 86 мм с шейкой 41,5 мм и 84-миллиметровые поршни, что дает рабочий объем в 1,9 литра. Большие диаметры коленвала не пользуются спросом, потому что «почти серийный» мотор производства ЗАО “Супер-Авто” 21128 1,8 оказался не очень удачным, отметившись большим расходом масла и малым ресурсом. Провал этого мотора объяснили не низким качеством сборки, а уменьшенной длиной шатуна. Впрочем, пока новый серийный мотор 21179, который даже успели форсировать для Весты Спорт, наглядно показал, что R/S совершенно ни при чем, и проблема была, судя по всему, именно в неудачном подборе материалов и/или плохом качестве сборки.

Внёс свою лепту и серийный коленчатый вал моторов ВАЗ, который критикуют за недостаток прочности. Фольксвагеновский коленвал заметно прочнее, и диаметр его шатунных шеек даже у самых поздних версий составляет 48 мм против 41,5 у ВАЗ. Немецкий коленвал рассчитан на крутящий момент более 350 Нм, но в случае с атмосферным вазовским мотором можно обойтись меньшим запасом прочности.

Читать еще:  Газ 5312 технические характеристики двигателя

Что в итоге?

“Расточить” имеющийся вазовский мотор — возможно. Однако это не удастся сделать малой кровью: потребуется дальнейший рост высоты блока цилиндров, ибо существующий блок высотой 197,1 мм для увеличения рабочего объема маловат. Переделка такого рода принципиально возможна, а значит, возможен и рост мощности вазовских моторов, что особенно актуально для новых Нивы и Весты.

Основное предназначение маховика – передача крутящего момента от коленчатого вала через нажимной диск сцепления к первичному валу МКПП. Второстепенные, но отнюдь не маловажные важные функции – выравнивание скорости вращения коленвала, вывод КШМ из верхних и нижних мертвых точек, а также осуществление вспомогательных тактов рабочего процесса. Также на маховик напрессовывается венец, зубцы которого входят в зацепление с шестерней стартера и используются для запуска двигателя.

В процессе тюнинга двигателя особый интерес представляет момент инерции всех вращающихся и поступательно движущихся деталей в двигателе, а точнее, момент инерции масс. Чем меньший вес шатунов, поршней, коленчатого вала и маховика, тем меньше усилий требуется для их раскрутки. В процессе работы двигателя немалая доля получаемой полезной работы от сгорания топливовоздушной смеси тратится не на вращения колес, то бишь на разгон автомобиля, а на раскручивание этих самых деталей. Разумеется, представить себе работу ДВС без механических потерь попросту невозможно. Наша задача – путем облегчения маховика уменьшить общий момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс в двигателе.

В книге «Подготовка автомобильных двигателей к соревнованиям» Э.Г. Сингуринди, опираясь на данные профессора И.М. Ленина, приводит следующее процентное соотношение инертных масс в двигателе:

  • 85-90% — маховик;
  • 6-10% — коленчатый вал;
  • 1-3% — массы, движущиеся поступательно;
  • 1,5-3% — вентилятор системы охлаждения;
  • 0,5-1,5 – помпа, распределительный вал, масляный насос и остальные, неучтенные элементы.

Трудности при облегчении

Из приведенных выше данных получается, что огромная доля полезной работы от сгорания ТПВС затрачивается на преодоление момента инерции маховика двигателя. Но обратной стороной медали является выравнивание скорости вращения коленчатого вала. На раскручивание маховика необходимо затратить энергию, но набранная им кинетическая энергия помогает выводить КШМ из мертвых точек, делая тем самым работу двигателя более равномерной. Вес маховика среднестатистического автомобиля с объемом двигателя от 1.3 л. колеблется в пределах 6-9 кг. Чем тяжелее маховик, тем меньше будет заметна, к примеру, неравномерность компрессии в цилиндрах, также тяжелый маховик позволяет трогаться автомобилю с меньших оборотов, так как в момент соединения первичного вала КПП и коленчатого вала набранная более тяжелым маховиком кинетическая энергия приводит к меньшему замедлению вращения коленчатого вала.

Основные недостатки, связанные с установкой чрезмерно облегченного маховика:

  • нестабильная работа на холостом ходу. Будет казаться, что двигатель подтраивает, так как эффект чрезмерно легкого маховика напоминает пропуски зажигания в отдельных цилиндрах, отчего коленчатый вал начинает вращаться с заметной неравномерностью. Для решения проблемы может потребоваться повысить количество оборотов холостого хода, что, конечно же, скажется на расходе топлива;
  • потеря жесткости. Наибольшие нагрузки на изгиб и кручение маховик переживает в моменты подвода и отвода нажимного диска сцепления. Чрезмерно хлипкая конструкция приведет к потере устойчивости и деформации. Значительно усугубит ситуацию отсутствие балансировки после установки облегченной детали;
  • возрастают ударные нагрузки на сцепление, элементы трансмиссии. Стандартный маховик является подобием демпфера.
  • стоимость облегченного маховика и цена работ, связанных с монтажом. Правильная установка облегченного маховика на автомобиль предполагает предварительную динамическую балансировку. Динамическую балансировку необходимо проводить вместе с корзиной сцепления.

Преимущества

Как и недостатки, преимущества крайне очевидны:

  • уменьшение механических потерь. Двигатель становится более приемистым и отзывчивым, так как наибольшие потери идут именно на начальное раскручивание маховика, а не на поддержание постоянной скорости вращения. Двигатель будет лучше крутиться во всем диапазоне оборотов, но особенно результат будет заметен на высоких оборотах;
  • уменьшение расхода топлива.

Как облегчить

Технология снятия лишнего металла далеко не нова и применялась еще советскими автоспортсменами. В частности, Э.Г. Сингуринди в книге «Подготовка автомобильных двигателей к соревнованиям» приводит чертежи облегченного маховика М-412.

Момент инерции в первую очередь характеризуется распределением масс в теле и во многом зависит от веса, распределенного по радиальному размеру. Иными словам, каждый грамм, снятый на максимальном удалении от центра, будет ценнее нескольких грамм, снятых вблизи центра. Сингуринди Э.Г заявляет, что маховик М-412, облегченный ими с 8 до 4 кг, достойно выдержал испытание многими соревнованиями, а применяемый метод был успешно реализован и на других двигателях.

Существует несколько методов снятия веса с детали:

  • равномерное стачивание металла без образования отверстий (еще такой метод называют облегчением по Сингуринди);
  • фрезой вытачиваются равноудаленные от центра прорези. Если площадь прорезей большая, венец рекомендуется приваривать. Делать это нужно аккуратно, чтобы металл чрезмерно не повело.
Читать еще:  Что такое пнд в двигателе

Помните о том, что облегчение не должно вести к послаблению мест крепления корзины сцепления и венца. Судя по отзывам, многие автолюбители после облегчения обходятся только статической балансировкой. При должной квалификации токаря заводская балансировка не должна кардинально нарушиться, но пренебрегать динамической балансировкой деталей после облегчения все же не стоит.


Компания Bertolini является сегодня, в полном объеме и с гордостью, одим из крупнейших производителей мембранных и поршневых насосов в различных областях применения, таких как на пример:

— Сельское хозяйство (насосы для полива, химической обработки, профессионального садовничества и ухода за зелеными насаждениями, хобби и садоводства, борьбы с паразитами и дезинфекции на улице и в помещениях, . )

— Промышленность (использование на моечных машинах с горячей и холодной водой, для систем распыления воды в теплицах и садах, для систем увлажнения, фиксированных моечных постов, машин для прокачки труб, животноводческих ферм, процессов обратного осмоса, обессоливания воды, применение в фармацевтике, пищевой промышленности, . )

Но использования насосов это бесчисленное множество, так как Bertolini продолжает расширять свое присутствие на рынке, предоставляя решения для растущих потребностей в свете все более разнообразных приложений.

Кондиционер металла HI-GEAR SMT²

Кондиционер металла SMT² радикально снижает трение и износ деталей двигателя и трансмиссии, значительно увеличивает продолжительность комфортной и надежной эксплуатации автомобиля без ремонта.

SMT² не является смазкой, у него другой принцип действия. Состав добавляется к смазочному материалу и с его помощью доставляется к трущимся поверхностям деталей, на которых образует очень тонкий, но прочный самовосстанавливающийся защитный слой (покрытие), который препятствует непосредственному контакту деталей пары трения. Такой процесс называется кондиционированием (поэтому препарат SMT² называется кондиционером металла). При этом существенно снижаются трение, нагрев и износ деталей. Благодаря отличной адгезии к контактным поверхностям деталей, защитный слой обладает высоким остаточным эффектом, позволяющим кратковременно эксплуатировать технику в аварийном режиме без масла.

Отличие SMT² от аналогов:

  • абсолютная химическая, физическая и биологическая стабильность состава;
  • высокий уровень (в ряде случаев до 10–15 %) улучшения противоизносных и антифрикционных свойств смазочного материала после введения в него SMT²;
  • резкое повышение задиростойкости трущихся деталей (укрепление контактных поверхностей деталей);
  • гарантированное прохождение SMT² через фильтрующие элементы масляного и топливного фильтров, а также отсутствие послойного разделения и выпадения в осадок как в процессе эксплуатации, так и при длительных перерывах в работе или хранении.

Особенности

  • ЭКСПЛУАТАЦИЯ: увеличение мощности двигателя, улучшение приемистости автомобиля, облегчение «холодного» пуска двигателя (особенно зимой), стабильность компрессии, уменьшение шума работы двигателя и агрегатов трансмиссии, уменьшение загрязнения двигателя и масла продуктами износа.
  • ЭКОНОМИКА: снижение расхода топлива на величину до 10 %, уменьшение расхода масла на угар, снижение общих затрат на обслуживание и ремонт (клапанов, натяжения цепи), увеличение срока службы двигателя и КПП в 2–2,5 раза.
  • ЭКОЛОГИЯ: снижение токсичности выхлопа, продление периода «малой токсичности» выхлопа (интервала времени, когда технические параметры двигателя и зазоры остаются в норме), уменьшение загрязнения окружающей среды токсичными веществами, отходами отработанных масел, смазок и др. технических жидкостей.

SMT² адаптирован и совместим со всеми моторными и трансмиссионными маслами, включая ресурсосберегающие масла типа SAE 0W-20/API SN, современными пластичными смазками, а также топливами для ДВС. При соблюдении рекомендуемой концентрации не изменяет основные свойства и физико-химические показатели смазочных материалов и топлива.

Способы применения

  • Добавьте SMT² непосредственно в агрегат, исходя из рекомендуемой концентрации. (Расчет дозы ведите из количества масла или смазки, находящихся в агрегате.) После этого можно сразу продолжить эксплуатацию в штатном режиме без каких-либо ограничений.
  • Можно добавить SMT² в канистру с маслом, исходя из рекомендуемой концентрации. (Расчет дозы ведите из количества масла, находящегося в канистре.) Тщательно перемешайте (3–5 минут) и залейте масло в агрегат при очередной смене.

Рекомендуемые концентрации

  • Система смазки бензиновых и дизельных двигателей: 60 мл SMT2 на 1 л моторного масла (6 %) при первой обработке и 30 мл SMT2 на 1 л масла (3 %) при последующих обработках независимо от типа масла.
  • Механическая КПП, раздаточная коробка, главная передача, бортовой редуктор и др.: 50 мл SMT2 на 1 л масла (5 %). АКПП и вариаторы: 15 мл SMT2 на 1 л жидкости (1,5 %). Не рекомендуется применять для главных передач с дифференциалами повышенного трения!
  • Двухтактные бензиновые двигатели с кривошипно-камерной продувкой: 30 мл SMT2 на 1 л масла (3 %), добавляемого к бензину.
  • Подшипниковые узлы: 30 мл SMT2 на 1 кг пластичной смазки (3 %).
  • Для бензина и дизельного топлива: 20 мл SMT2 на 100 л топлива (0,02 %).

Состав: синтетические углеводороды, антиоксидант, функциональные добавки (ноу-хау производителя).

Производитель оставляет за собой право без уведомления менять характеристики, внешний вид, комплектацию товара и место его производства.

В случае, если в описании товара прямо не указано обратное, гарантийный срок на такой товар не установлен.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector